航道工程学课件：第5章 整治工程规划.ppt

1、第五章 航道整治规划 航道整治航道整治 第五章 航道整治规划 本章提要本章提要 航道整治应根据河床演变的趋势，把冲淤导向有利的方向。 整治线的设计与整治断面设计是航道整治工程最基本也重要的设计内容。本章系统阐述了整治线的布置原则与各整治参数的计算方法。 第一节概第一节概 述述 航道整治：航道整治：在航行条件困难的河段，为使船舶能顺利安全通行所采取的改善航道工程措施。 冲积平原河流中、洪水期流量大，易造成河岸坍塌或河堤漫决，水流动力轴线摆动的变化引起河床变形，导致浅滩恶化和河道变迁。 因此，控制河势的变化，防止崩退、游荡，保持洪、中、枯水的主流相对一致，才能稳定航道，刷深航槽。 （一）中、洪水综

2、合整治（一）中、洪水综合整治 一、航道治理的两种基本思路（下册一、航道治理的两种基本思路（下册 P13）陆溪口水道 2. 本图采用1956年黄海高程系；1. 本图根据长江航道规划设计研究院勘测处2001年3月1:10000地形图绘制；3. 本图平面比尺为1:25000。25.020.0 W2 W765 W18.010.013.020.0蔡家墩25.9 W4 W5 W6H306724.8红庙说明：7169y11G3y5G2G1S2S18.010.013.024.610.0牛头埠y6y7y8y9y10N吴王庙X3y21H44y15y14y13 X1X2G6G5y20H43H42H41H40H39H

3、38H37H36H35H34H33H31H32G426.616.016.020.013.010.03.08.010.0 W3y2y1y4y12y3y25y24y23y22H45H4622.03.0陆溪口刘家墩直港新洲y1613.03.08.010.013.010.024.320.022.03.03.0中港26.60973113.0-5.00.013.010.08.028.51513宝塔洲-5.013.029.31、稳定河势 采取裁弯、拓宽卡口、堵汊等工程措施，促使各级水位下的水流动力轴线趋于一致。 （一）中、洪水综合整治（一）中、洪水综合整治 一、航道治理的两种基本思路一、航道治理的两种基本思

4、路主要工程措施：主要工程措施： 2、固定岸线。 在险工段、河弯弯顶处进行护岸，防止护岸冲蚀后退。3、束水工程 在宽浅河段和过渡段等处，束窄河宽，达到固定航槽和增加航深的目的。 4、上游渠化、下游河口建导堤及疏浚黄河护岸 采用丁坝、顺坝束水导流整治，坝高在中水位至最低通航水位之间。实质实质：在洪水降落的最后阶段，提高冲刷能力，达到最低通航水位时的保证航深。 （一）中、洪水综合整治（一）中、洪水综合整治 一、航道治理的两种基本思路一、航道治理的两种基本思路（二）枯水航道整治整治（二）枯水航道整治整治 图2-17 赤水河某滩丁顺坝 1.河床冲淤变化的根本原因，在于水流输沙能力与来沙量的不平衡。河床冲

5、淤变化的根本原因，在于水流输沙能力与来沙量的不平衡。 2.“优良河段优良河段”：天然河流中河床形态比较归顺，来水来沙适应情况的变化差别不大，河段出现动态平衡，多年变化不显著，在较长时段内航行没有障碍的河段。 二、航道整治工程与河床演变（上册二、航道整治工程与河床演变（上册P25）优良河段主要特征：优良河段主要特征：（1）枯水期水流集中于一个河槽而不分流；（2）河岸的曲度均匀而不过大，两个相邻的弯曲河段之间的直线过渡段不太长，主流没有急弯；（3）深槽与过渡段的高程相差不大；（4）水面的比降沿程均匀；（5）枯水期过渡段的过水断面较为对称；（6）边滩发育完整，高程较高且相对稳定；（7）枯水时期深槽的

6、宽度稍大于过渡段的宽度。 优良河段是航道整治工程参考的优良河段是航道整治工程参考的“样板样板”，浅滩整治后达到上述形态，浅滩整治后达到上述形态，不仅可满足航行要求，也呈相对稳定状态。不仅可满足航行要求，也呈相对稳定状态。 利用整治建筑物调整水流结构，增强河段的上述能力，将多余的利用整治建筑物调整水流结构，增强河段的上述能力，将多余的泥沙输送出去或改变泥沙的输移方向（如变纵向为横向运动），使其泥沙输送出去或改变泥沙的输移方向（如变纵向为横向运动），使其淤至航道以外，或使泥沙淤积到深槽中，以获得稳定航道。淤至航道以外，或使泥沙淤积到深槽中，以获得稳定航道。 3.航道整治是根据河床演变的趋势，把冲淤

7、导向有利的方向。航道整治是根据河床演变的趋势，把冲淤导向有利的方向。 4.航道整治工程航道整治工程 航道整治工程是针对碍航滩险，利用整治建筑物或其他工程措施，调整航槽形态，增加水深，改善通航条件。 整治中抓住水流河床这对矛盾的主要方面：整治中抓住水流河床这对矛盾的主要方面： （1）对可活动性较大的河床，更多着眼于调整水）对可活动性较大的河床，更多着眼于调整水流流； （2）当河床坚硬时，河床起控制作用）当河床坚硬时，河床起控制作用。 因而对于山区石质河床的滩险整治，往往着眼于炸礁、开挖航槽等调整河床的方法。虽然也采用整治建筑物，但着眼点在于壅高水位，增加水深和调整比降，减缓流速。二、二、 航道整

8、治工程原则航道整治工程原则（上册（上册P26）1航道整治工程应符合河床演变规律及河流动力学原理，统筹兼顾，进行科学规划； 2应根据不同河势及特性，采取相应的整治原则及措施：应根据不同河势及特性，采取相应的整治原则及措施： （）山区河流航道整治，应修整不利于航行的河槽形态，改善水流条件。（）山区河流航道整治，应修整不利于航行的河槽形态，改善水流条件。 岩石河床宜采用炸礁为主；沙卵石河床宜以修筑整治建筑物与疏浚相结合。岩石河床宜采用炸礁为主；沙卵石河床宜以修筑整治建筑物与疏浚相结合。 （）平原河流航道整治，宜采用修筑整治建筑物措施，控制中、低河势，（）平原河流航道整治，宜采用修筑整治建筑物措施，控

9、制中、低河势， 稳定航槽，造成有利于冲深航槽的水流；必要时亦可以疏浚为主，或修筑整治建稳定航槽，造成有利于冲深航槽的水流；必要时亦可以疏浚为主，或修筑整治建筑物与疏浚相结合。筑物与疏浚相结合。 应根据不同的滩势（浅、急、险）及碍航性质，分清主次抓住病根，应根据不同的滩势（浅、急、险）及碍航性质，分清主次抓住病根， 有针对性地指定整治措施，优化工程方案；有针对性地指定整治措施，优化工程方案； 应对航道造成影响的各种因素认真分析，对航道发展趋势作出充分应对航道造成影响的各种因素认真分析，对航道发展趋势作出充分的估计，采取相应的整治措施。的估计，采取相应的整治措施。 第二节第二节 整治断面设计整治断

10、面设计 整治断面设计包括：整治断面设计包括：设计水位、整治水位、整治线宽度。 一、设计水位一、设计水位 1、设计水位、设计水位 最低通航水位和最高通航水位。 先推求与该浅滩有直接关系的水文站的设计水位，再相关到浅滩上。 2、基本水文站选择、基本水文站选择 基本站的选择应满足下列条件：（1）水文站与浅滩之间无拦河闸坝，两者水位涨落、纵比降大致相近。（2）无大的支流汇入或无大引水工程。（3）相距不能太远。（4）具有连续实测多年（1520）水文资料和能换算为统一基准面。 二、天然河流最低通航水位二、天然河流最低通航水位 1采用保证率频率法（采用保证率频率法（14级航道）级航道） 2综合历时曲线法（综

11、合历时曲线法（57级）级） 图2-1 频率曲线 图2-2 综合历时曲线 三、浅滩设计水位的确定方法三、浅滩设计水位的确定方法 1水位相关法 2比降插入法比降插入法 图2-4 比降均匀插入法示意图 图2-5 比降不均匀插入法示意图 1211LLZZZZZZZZZZZZZ1211213瞬时水位法 观测一段时间的水文算出浅滩与基本站同瞬时的落差关系，即可求出浅滩设计水位。 四、最高通航水位的确定方法四、最高通航水位的确定方法 1流量频率法2历时频率法五、特殊河道设计水位五、特殊河道设计水位 1排、灌、引水渠道设计水位的确定 2运河及河网航道设计水位的确定 3通航水利枢纽的上、下游设计水位 4潮汐河口

12、设计高、低潮位 六、设计水位的调整六、设计水位的调整 须考虑工程建成前后，水文特性的突变。如： 1工程的影响 2上下游协调问题 七、整治水位七、整治水位 概念：整治工程对滩险的航行条件有显著改善的水位。概念：整治工程对滩险的航行条件有显著改善的水位。 (1) 平原河流：整治水位与整治建筑物头部齐平的水位。 (2) 山区河流急流滩险：一般取成滩水位。 枯水急流滩-设计水位，中洪水急流滩-最汹水位。 1经验方法 （1）根据各河流整治较成功的经验数据确定 通常是设计水位1m整治水位 （2）选择该河段的优良河段边滩边滩高程作为整治水位 （3）采用多年平均水位多年平均流量时的水位（接近平滩边滩水位） 七

13、、整治水位七、整治水位 1经验方法 2造床流量法造床流量法 （1）概念 造床流量：建床作用和多年流量过程综合造床作用相当的流量。 造床强度、历时两大因素，取决于输沙率 （2）整治水位的求法 QQ2JP关系线推求 图2-6 Q-PJQm曲线示意图 输沙能力公式推求 某级流量造床作用的大小与输沙能力大小、历时有关 断面悬移质输沙率：cpsQSP 断面推移质输沙率：bBgG 4VcpS4Vbg图2-7 Z-P、Z-U、Z-U4P关系曲线 （3）多数河流采用第二造床流量作为整治水位偏高，）多数河流采用第二造床流量作为整治水位偏高， 原因：原因： 第二造床整治流量是对河床塑造作用最大的流量，航道整第二造

14、床整治流量是对河床塑造作用最大的流量，航道整治只要治只要 求中枯水阶段的冲刷能力稍加提高；求中枯水阶段的冲刷能力稍加提高； 基本站多设在设置深槽河段，比降随水位的上涨而增大，基本站多设在设置深槽河段，比降随水位的上涨而增大，Q2JP的峰值也随水位的上涨而增大，作为浅滩段的造床流量必然的峰值也随水位的上涨而增大，作为浅滩段的造床流量必然偏高；偏高； 造床流量与各级流量的历时有关；造床流量与各级流量的历时有关； 研究表明，丁坝在一定淹没深度时，输沙率最大。研究表明，丁坝在一定淹没深度时，输沙率最大。 3整治水位的调整整治水位的调整 调整目的：使整治流量在整治建筑物束窄的范围内流动。 八、整治线宽度

15、八、整治线宽度 概念概念：整治水位时的河面宽度。 整治线过宽，束水作用不明显整治线过窄，将产生局部的过渡冲刷，引起下游河段淤积，或流速过大使航行 条件恶化。 图2-8 湘江某浅滩整治线平面布置 1经验法确定整治线宽度经验法确定整治线宽度 寻找与被整治浅滩具有相似水文、泥沙、地质条件的优良河段（在浅滩上下游）。求得整治水位时的水面宽B及平均水深、航道边缘水深t。 图2-9 优良河段断面图 图2-10 某河段H-B关系曲线 2. 理论计算方法理论计算方法(1) 水力学计算法水力学计算法图2-11 bB相关曲线 （2） 输沙平衡方法输沙平衡方法 Gs1Gs2 (2-6) （2） 输沙平衡方法输沙平衡

16、方法 九、整治水位和整治线宽度的调整九、整治水位和整治线宽度的调整（一）调整原因（一）调整原因 除了河流来水来沙条件与河床形态之间关系较复杂外，计算公式有以下不足： 、没有正确反映在水位的降落过程中水流对浅滩演变的作用。 、推导公式过程中的某些假定和简化与实际情况不符。 、按计算公式求得的整治水位和整治线宽度，它们之间的最优组合不清楚。 （二）调整方法（二）调整方法 整治水位参照汛后浅滩河床明显冲刷时的水位或第二造床流量相应的水位，并与本河流的整治经验相互验证确定。 整治线先根据理论计算方法推求，再与本河流的整治经验效核。 作业二作业二一、整治线布置原则一、整治线布置原则 1整治线必须依托稳定

17、深槽的主导河岸。 第三节第三节 整治线的平面布置及其控制工程整治线的平面布置及其控制工程 一、整治线布置原则一、整治线布置原则 2整治线与水流方向交角要小。一、整治线布置原则一、整治线布置原则 3整治线宜通过浅滩上最大流速区。 一、整治线布置原则一、整治线布置原则 4全面考虑两岸工农业需要和防护要求。 二、整治线的平面形态二、整治线的平面形态 1整治线平面尺寸的确定 冲积性河道总是弯曲，常由两反向河弯组成，规划布置时参照优良河段选择弯曲半径R和直线段长度L。二、整治线的平面形态二、整治线的平面形态2整治线平面设计步骤 在上、下深槽确定主导河岸， 绘枯水水流动力轴线，越过转向的起讫点，沿主导河岸

18、做圆弧线，根据B2平行绘出对岸的圆弧线，在过渡段以直线联接上、下圆弧线，检验直线段长度，否则调整R使其满足要求。 三、整治线的控制工程三、整治线的控制工程澜沧江曼厅大沙坝航道整治工程平面布置图 常采用平面控制整治线的整治建筑物： 丁坝、顺坝、锁坝、洲头分流坝、洲尾导流坝及护岸等。 （一）丁坝对河道水流和泥沙的影响（一）丁坝对河道水流和泥沙的影响 一、丁坝一、丁坝图2-14 丁坝前后水流现象 丁坝1、 非淹没丁坝和水流现象非淹没丁坝和水流现象 2、 淹没丁坝的水流泥沙现象淹没丁坝的水流泥沙现象图2-15 淹没丁坝水流泥沙运动情况 （二）丁坝群的（二）丁坝群的布置布置（1）确定丁坝间距的原则使下一

19、条丁坝壅水范围达到上一条丁坝的坝头，避免坝头较大的水面跌落，同时使水流绕过坝头后形成的扩散水流流线能达到下一个丁坝的有效长度范围内。避免坝根冲刷，丁坝作用的连续性。有足以控制整治线的点，各坝后回水区边线的连线组成平顺的整治线。不致因间距过大，影响来水攻沙。防止坝田中产生较大的流速，影响坝田淤积。（2）由回流区确定丁坝间距1、丁坝群的间距、丁坝群的间距1、丁坝群的间距、丁坝群的间距丁坝群的间距丁坝群的间距图2-20 两岸丁坝的位置对水流影响 2错（对）口丁坝布置错（对）口丁坝布置 按丁坝轴线与水流方向的交角分按丁坝轴线与水流方向的交角分图2-16 丁坝轴线与水流交角a)上挑丁坝 b)正挑丁坝 c

20、)下挑丁坝4其他形式其他形式 按平面形状分按平面形状分 普通丁坝： 勾头丁坝：0.4L勾头丁坝与普通丁坝相比：勾头丁坝与普通丁坝相比： 坝头流速可减少20左右 勾长比的增加减少了坝头最大的冲刷坑深度 勾长比的增加，坝后冲刷范围减少（1）勾头丁坝（2）按对水流的影响程度分：长丁坝）按对水流的影响程度分：长丁坝(LB/3)、短丁坝、附丁坝、短丁坝、附丁坝三峡变动回水区上洛碛滩三峡变动回水区上洛碛滩（3）按透水性能分：透水丁坝、不透水丁坝）按透水性能分：透水丁坝、不透水丁坝 附丁坝附丁坝（三）丁坝的设计和断面尺度（三）丁坝的设计和断面尺度坝体水毁坝体水毁（四）丁坝的作用（四）丁坝的作用（1）未淹没时

21、束窄河槽，提高流速冲刷浅滩；（2）淹没后造成环流，横向导沙，调整分汊河道的分流比，淤高河滩，保护河岸或海塘； （3）控制分流挑出主流以防顶冲河岸和堤防等。 二、顺坝二、顺坝 1 1、顺坝、顺坝 坝轴线沿水流方向或与水流交角很小的建筑物。2、作用、作用（1）调整急弯、归顺岸线、平顺水流、改善流态）调整急弯、归顺岸线、平顺水流、改善流态（2）堵塞倒套、尖潭）堵塞倒套、尖潭（3）堵塞支汊、上口调整分流角，下口调整交汇角）堵塞支汊、上口调整分流角，下口调整交汇角（4）束窄河床）束窄河床 。 普通顺坝普通顺坝丁顺坝丁顺坝洲尾顺坝洲尾顺坝 洲尾导流坝洲尾导流坝图6 甄炳滩段整治方案工程平面布置图龙门镇5.

22、04.03.0181.3182.0183.1184.4说明:17.615.317.75.09.30.92.33.31.314.332.536.0大竹林龙门石小滩子称 杆 碛丁家沱N甄 炳 碛鲤 鱼 碛长江190.4190.2186.1185.0185.0185.0213.3184.7191.5190.1200.6202.6186.3185.9201.7202.8185.2194.6200.8207.2201.2190.02#186.6200.9183.24.15.35.60.92.25.9182.5183.98.613.411.010.55.48.0186.64#6#8#10#9#7#5#3#

23、1#185.9183.0184.74.03.02.02.53.03.02.01.02.01.03.04.015.020.025.030.035.037.530.025.020.015.010.05.015.5190.7190.1185.0182.4185.3190.1189.8191.0190.4204.9195.4185.3205.0189.5185.0180.5195.0185.7184.5191.8184.6181.54.04.74.65.06.07.08.09.010.015.025.04.13.02.01.05.04.8187.7184.05.02.54.04.03.02.01.01

24、85.01.02.03.04.05.3010.020.015188.2185.0187.60.815.010.65.612.213.2192.9206.81.2185.5182.0185.06.0190.0210.0180.01.11.85.53.02.03.44.61.02.03.0180.60.6183.0202.3206.7181.5205.5192.21.本图根据长江重庆航 道工程局勘测处2003年4月地形图绘制；2.本图采用 1954北 京坐标系统 与1956年黄海高程系统。8.99.01.12.4BA方 案(碛尾顺坝)控制点坐标表3234222YX坝顶高程3561846532346

25、46356187653561888635618777方 案(潜坝)控制点坐标表CD32325293234579XY坝顶高程顺坝潜坝177.2178.2控制点控制点181.7191.760m航 道CABD平面比尺：100m0m3顺坝布置原则：顺坝布置原则： （1）顺坝上身常靠近整治线，布置在凹岸或主导河岸一侧 （2）顺坝走向与整治线大体一致，按需要做成直接或平缓曲线，坝头伸入或接近下深槽，并保持水流平顺。 顺坝与水流交角不宜过大，洪、中、枯不一致，顺坝与中水方向一致，以免中水位漫顶产生“滑梁水”。 （3）以拦截横流为主的洲头、洲尾顺坝宜沿洲脊线布置，与江心州地形平顺衔接。 （4）两岸不宜同时布置

26、顺坝，否则，施工后整治线宽度不合适，无法改正。 （5）坝头延伸至下深潭，避免水流突然扩散形成口门浅段；坝根布置在主流转向点上游。三、洲头分流坝三、洲头分流坝2. 本图采用1956年黄海高程系；1. 本图根据长江航道规划设计研究院勘测处2001年3月1:10000地形图绘制；3. 本图平面比尺为1:25000。25.020.0 W2 W765 W18.010.013.020.0蔡家墩25.9 W4 W5 W6H306724.8红庙说明：7169y11G3y5G2G1S2S18.010.013.024.610.0牛头埠y6y7y8y9y10N吴王庙X3y21H44y15y14y13 X1X2G6G

27、5y20H43H42H41H40H39H38H37H36H35H34H33H31H32G426.616.016.020.013.010.03.08.010.0 W3y2y1y4y12y3y25y24y23y22H45H4622.03.0陆溪口刘家墩直港新洲y1613.03.08.010.013.010.024.320.022.03.03.0中港26.60973113.0-5.00.013.010.08.028.51513宝塔洲-5.013.029.3四、锁坝（堵坝）四、锁坝（堵坝） 作用：塞支强干 坝顶高程：取决于设计水位下通航汊道需要的流量。 潜坝位置：进口、中部、出口 图2-33 长江中游

28、界牌河段抛石坝体施工 1 1作用作用任意变化力轴线，不使河床边界控制河势：稳定水流动抑制崩岸：防止水流淘刷和波浪冲蚀，防止泥沙坍落河中防止主流顶冲：尤其洪水顶冲处，配合丁坝，矶头挑流保证堤防（1）崩坍：临河坡或堤面发生裂缝，堤岸上部失去稳定，倾倒于河中，多发生岸坡陡的地方。（2）滑崩：坡脚被水流淘刷，在地下水渗透压力作用下，产生圆弧滑动坐入水中。（3）冲蚀：在水流、波浪的直接冲击下，土粒被逐渐带走。2崩坍的类型及原因崩坍的类型及原因五、护岸五、护岸3布置原则：布置原则： （1）根据水流动力轴线变化情况，预测崩岸的趋向，主动防护。 （2）全线规划、重点保证、守点顾线、相互依托控制河势、控制主要顶冲点，顶冲点变化，叉通变化 （3）护脚为先 先水下后水上，先护脚后护坡。4影响护岸工程稳定的因素影响护岸工程稳定的因素 河势变迁、主流顶冲点的变化、边坡地下水、地表水、风浪及船行波。护岸型式护岸型式 图2-35 黄河矶头护岸 图2-36 长江江津河段加筋土挡土墙护岸 图2-37 长江界牌水道沉排护底 图2-38 沙袋围堰注：用土工布编制做成袋形，采用水力吹填的施工方法，将泥沙料溶入袋中，根据设计标准，构筑成定型的围堰、坝、堤等建筑物，称为沙袋围堰。 第四节第四节 整治工程实例整治工程实例