1、航道工程学配套精品完整课件航道工程学配套精品完整课件 海岸工程学海岸工程学 一.教材及参考书 海岸工程， 河海大学，2003 教材： 严恺主编海岸工程，海洋出版社，2002。 参考书： 二、教学要求 了解并海岸工程的一些概念. 能够独立设计防波堤、海堤等工程. 了解海岸工程研究的热点和难点. 内 容 第一章 绪论 第二章 海岸动力因素 第三章 波浪对海工建筑物的作用 第四章 海岸防护工程 第五章 防波堤 第六章 海堤及防波堤设计 第一章第一章 绪绪 论论 1.1 海岸带概况 1.2 海岸线冲淤变化的影响因素 1. 3 我国海岸防护和围海工程现状 本章需要掌握内容本章需要掌握内容: : 1. 1
2、.了解我国海岸带情况了解我国海岸带情况 2.2.掌握海岸带冲淤影响因素掌握海岸带冲淤影响因素 3.3.了解我国海岸防护及围海工程现状了解我国海岸防护及围海工程现状 1.1 海岸带概况 一、海岸线、海岸带 海洋与陆地的交界线称为海岸 线。 中国海岸的基本情况：中国海岸的基本情况： 从辽宁的鸭绿江口到广西北仑河口，大陆海岸线总从辽宁的鸭绿江口到广西北仑河口，大陆海岸线总 长长18000km，岛屿岸线长是，岛屿岸线长是14000km。 纵跨温带、亚热带和热带三个气候带。纵跨温带、亚热带和热带三个气候带。 2） 海岸线向陆地延伸10km左右；向海扩展到10-15m等深线。 潮上带：位于高潮位之上的区域
3、为潮上带（38%） 潮间带：位于高潮位和低潮位之间的区域称为潮间带（7%） 潮下带：位于低潮位以下的区域为潮下带（55%）。 2、海岸带（coastal zone） 1）海洋与陆地相接的地带,是自然界水圈、岩 石圈、大气圈和生物圈四个圈层相互作用最频繁、最活跃之处， 具有独特的兼有海、陆两种不同属性的环境特征。 3）潮上带潮上带、潮间带潮间带和潮下带潮下带 图1 海滩剖面图 二、海岸类型 根据海岸的形态、成因、物质组成和发展阶段等特征分： 1 、基岩海岸（rocky coast） 一般是陆地山脉或丘陵延伸与海面相交，经过波浪作 用形成的海岸。 1 、基岩海岸 我国有5000多km,占了总海岸线
4、的1/4,我国的山东 半岛、辽东半岛及杭州湾以南的浙、闽、台、粤、 桂、琼等省，基岩海岸广为分布。 1.岸线曲折,岬湾相间, 侵蚀和堆积交错变化 2.岸坡陡峭,岸滩甚窄,地形横向变化显著 3.海动力因素以波浪为主,在不同高度上海蚀形态发育. 基基 岩岩 海海 岸岸 2、砂砾质海岸（砂质海岸和砾质海岸）（sand coast） 2、砂砾质海岸 砾质海带，我国主要分布辽东半岛、山东半岛、台湾、 广东、广西及海南都有这种海岸分布。 砂质海带，我国主要分布青岛、海南、广东、台湾等地 区。 1、岸线平直，岸滩较基岩段宽，岸坡比较缓； 2、堆积地貌发育，常伴有岸坝和离岸坝构成的 沙坝构成泻湖形态； 这类海
5、岸是发展、的良好场所。 3、以波浪为主要动力因素，泥沙有沿岸运动和 横向运动。 砂砂 砾砾 质质 海海 岸岸 3 、淤泥质海岸（muddy coast） 主要由江河携带入海的大量细颗粒泥沙，在波浪和潮流的作用下输 运沉积形成。 河北与天津（渤海湾）、山东（黄河三角洲、莱州湾）、江 苏（废黄河三角洲、南黄海辐射沙洲）、上海（长江口、杭州湾）、浙江 （杭州湾、钱塘江口）、福建（闽江口以北）、广东（韩江三角洲、珠江 三角洲）。 岸坡坦缓；组成泥沙颗粒很细并常含有机质； 潮流、波浪作用显著，以潮流作用为主；潮滩冲淤变换频繁。 这类海岸的岸滩涂资源丰富，有利于发展、 用于开发农业或畜牧业等其他产业。 岸
6、线平直、一般位于大河河口两侧； 3 、淤泥质海岸（muddy coast） 4 、 主要分布在福建，台湾的基隆淡水和台北，主要分布在福建，台湾的基隆淡水和台北， 两广两广 红树科目的植物在淤泥质海岸很好繁殖； 红树林有利于防浪、消浪、保滩促淤。 4 、 海南诸岛、台湾、澎湖列岛和两广海南诸岛、台湾、澎湖列岛和两广 珊珊 瑚瑚 礁礁 海海 岸岸 三、我国海岸带环境特征 海岸线的形态变化以及海岸带地貌的演变是海陆海岸线的形态变化以及海岸带地貌的演变是海陆 二者动力作用的结果，所以强烈的太平洋风浪和潮汐二者动力作用的结果，所以强烈的太平洋风浪和潮汐 多边的大陆海岸物质组成和构造陆地的地理纬度多边的大
7、陆海岸物质组成和构造陆地的地理纬度 差异以及长期频繁的人类活动是影响海岸带自然环境差异以及长期频繁的人类活动是影响海岸带自然环境 的重要因素的重要因素. . 我国海岸带的环境特征我国海岸带的环境特征: : 1 1、灾害性天气频繁、灾害性天气频繁 2 2、大陆与海洋作用强烈、大陆与海洋作用强烈 3 3、人类活动影响显著、人类活动影响显著 灾害性天气 灾害性天气包括,等.主要是前两者. :是冷空气过境,其温度降低10度以上. :在热带海洋上的一种强烈的气旋性风暴. :日降雨大雨50mm.(我国分布不均匀) 和种类(最大风速大雨8m/s) 设计海岸工程时特别关注的因素: 1.寒潮的破坏性 北方海岸工
8、程所特别关注的 2.台风的破坏性-风暴潮 台台 风风 的的 破破 坏坏 性性 台风的破坏性台风的破坏性 2 2、大陆与海洋作用强烈、大陆与海洋作用强烈 海岸建筑物许重点考虑的因素海岸建筑物许重点考虑的因素: : 1 1）陆相作用因素）陆相作用因素: :泥沙泥沙 我国主要河系年平均径流量为我国主要河系年平均径流量为1.61.6亿方亿方, ,泥沙泥沙17.517.5亿方亿方,6,6亿溶亿溶 解物解物. . 2 2）海相作用因素）海相作用因素: :潮汐、风浪和涌浪、海啸潮汐、风浪和涌浪、海啸 3 3）其他因素：气候、海域地形、入海河流等）其他因素：气候、海域地形、入海河流等 黄河口 3、人类活动影响
9、显著 人类活动对上游流域的影响：径流和入人类活动对上游流域的影响：径流和入 海泥沙海泥沙 实例：实例： 黄河黄河 长江长江 海岸工程对海岸带的影响海岸工程对海岸带的影响 建港、丁坝、挡潮闸、围垦建港、丁坝、挡潮闸、围垦 实例：钱塘江、长江口深水航道整治、实例：钱塘江、长江口深水航道整治、 大小洋山等等大小洋山等等 上海国际航运中心 上海国际航运中心 四、海岸带资源 B B、物质资源、物质资源 淡水资源、海水资源、海洋生物资源、植物淡水资源、海水资源、海洋生物资源、植物 资源、矿石资源、海洋能资源资源、矿石资源、海洋能资源 A A、空间资源、空间资源 海域海域用于建设港口：深水深用，浅水用于建设
10、港口：深水深用，浅水 浅用浅用 土地土地 C C、环境资源、环境资源 旅游资源、自然保护区旅游资源、自然保护区 青岛第一海青岛第一海 水浴场水浴场 第二节 海岸线冲淤变化的影响因素 海岸工程建筑物设计必须特别关注的几个因素海岸工程建筑物设计必须特别关注的几个因素 海平面上升影响或地面沉降引起 岸线蚀退。 波浪、沿岸流、潮流、人类活动 等 起因：温室气体过度排放 现状：mm/y， 未来危害：年升cm以上，预测今后 年海平面上升至cm. 危害：原来海平面以上的陆地受冲刷而消失有 些地方海平面上升引起的冲刷要比直接淹没的陆地数 量大的多将引起低地排水困难，陆地容易形成 内涝，咸水沿江河上溯能力增强，
11、土地盐碱化，河床 抬高，影响航运 危害实例：荷兰、上海等将受淹没 海平面上升将成为我们海岸水利工程技术人员和其他 相关研究人员重要研究内容 二、波浪作用以及沿岸流 泥沙运动方式：横向和沿岸 导致海岸变化形式： 横向运动引起的岸滩剖面变化一般表现为泥沙在离 岸区和岸边之间来回往复搬运，岸线也是在平均岸 线之间周期性摆动 研究的难点：波、流相互作用下的泥沙运动 机理 一般需要通过物理模型一般需要通过物理模型 目前数学模型有困难目前数学模型有困难 三、潮流作用 潮流动力对于淤泥质平缓海岸起了重要的 作用，其可以引起大规模的泥沙水平搬运， 特别是在波浪掀沙情况下所谓波浪淘沙， 潮流输沙 实例：江苏苏北
12、海岸的动力环境就是这 中其潮差打米，流速达米s 四、人类活动影响海岸侵蚀 人类工程活动对沿岸的波浪水流和泥沙运移将产生不 同程度的影响，导致岸滩剖面改变岸线调整或者岸滩 冲淤平衡 在有沿岸泥沙运动的海岸修建丁坝或干扰海岸的冲淤积 黄骅港 围海会显著改变当地的海域流场，若规划不当，很容易破 坏当地附近的岸滩平衡，原来的地貌形态和底质分布发生 改变，还可能使局部生态环境恶化导致某些水产资源的 衰退甚至灭绝 实例：胶洲湾年内围垦多平方公里，是湾内实例：胶洲湾年内围垦多平方公里，是湾内 纳潮量减少导致青岛港口淤积，航道发生萎缩和西移纳潮量减少导致青岛港口淤积，航道发生萎缩和西移 无序开采海岸带资源将导
13、致海岸动力的改 变，影响整体海岸的演变。 案例：采沙、采珊瑚礁 1. 3 我国海岸防护和围海工程现状 保护海岸线免遭波浪，水流的侵蚀和防止 风暴潮对滨海地区的袭击。 具体工程包括：海堤、护岸和保滩促淤等工程。具体工程包括：海堤、护岸和保滩促淤等工程。 、海堤、海堤 在浙江也叫海塘，比较著名的钱塘江海塘。在浙江也叫海塘，比较著名的钱塘江海塘。 工程实例：一期北导堤工程设计 在北导堤堤身设计中，采用了大型土工布充砂袋堤 心、模袋砼压顶等创新结构。这种结构运用在长江口 地区尚属首创。 护底软体排成套施工工艺护底软体排成套施工工艺 、保滩促淤工程、保滩促淤工程 防止岸滩被波浪、水流淘刷、促使泥沙在防止
14、岸滩被波浪、水流淘刷、促使泥沙在 海堤前滩面上落淤、达到保滩有保堤的目的。（保堤海堤前滩面上落淤、达到保滩有保堤的目的。（保堤 必先保滩）必先保滩） 具体工程措施：丁坝、顺坝以及植物保滩等具体工程措施：丁坝、顺坝以及植物保滩等 保滩护岸促淤工程实例子：保滩护岸促淤工程实例子： 6 19921992年，位于外高桥长江口南岸边滩的上海船舶油污水处理厂吹填造地工年，位于外高桥长江口南岸边滩的上海船舶油污水处理厂吹填造地工 程，首次采用了大型编织袋充填砂筑堤的技术，经实践表明，相比于抛石堤它在程，首次采用了大型编织袋充填砂筑堤的技术，经实践表明，相比于抛石堤它在 造价、进度上均有较大优势。由此，土工织
15、物开始被大量用于长江口堤坝工程中，造价、进度上均有较大优势。由此，土工织物开始被大量用于长江口堤坝工程中， 抛石软体排护底取代了传统的抛石柴排护底，大型充填袋装砂筑堤取代了抛石堤，抛石软体排护底取代了传统的抛石柴排护底，大型充填袋装砂筑堤取代了抛石堤， 堤身结构的反滤及防渗材料也逐渐由土工织物所取代，土工织物得到了大量应用，堤身结构的反滤及防渗材料也逐渐由土工织物所取代，土工织物得到了大量应用， 积累了宝贵的设计经验。积累了宝贵的设计经验。 丁坝护滩丁坝护滩 大米草促淤护滩大米草促淤护滩 第二节 航道条件 航道为了组织水上运输所规定和设置的船舶航行的通道。 航道必须具备必要的通航条件： 足够的
16、航道尺度深度、宽度、曲度、净空 合适的水流条件流速、比降、流态 川江某航段航道图 我国天然河流试行通航标准 航道等级I级II级III级IV级V级VI级VII级 浅滩最小 水深（m） 3.22.53.01.82.31.51.81.21.51.01.20.81.0 通航保证 率（%） 9899939790958595809380907590 一、通航保证率 通航保证率是指在规定的航道水深下，一年内能 够通航的天数与全年天数之比，一般用百分率表示。 通航期 二、航道尺度 根据航道内通过设计船型载重吨位的大小，航道分为七级， 我国内河航道分级与航道尺度，见表2-2。 航道标准尺度航道标准尺度在设计通航
17、期内,航道能保证设计船型(船队) 安全航行的最小尺度。 （设计最低通航水位）航道标准水深航道标准水深、航道标准宽度航道标准宽度、航道最小弯曲半径航道最小弯曲半径 （设计最高通航水位）净空高度、净空宽度净空高度、净空宽度 通航净空 （一）航道尺度与水运经济效益 航道尺度的选择应综合考虑其必要性、可能性和经济合理性 航道尺度与成本关系图 最佳航道尺度 总成本最小时对应的航道尺度 （二）航道标准尺度的计算 、航道标准水深设计最低通航水位下航道宽度范围保证 的最小水深，也称设计航道水深 航道标准水深定义图 设计船设计船 型标准型标准 吃水吃水(m) H = t + H 富裕富裕 水深水深(m) 限制性
18、航道因水面狭窄、断面系数小而对船舶航行 有明显限制作用的航道，主要指运河、渠道和河网地区 的部分航道。 船型标准吃水设计船型在标准载重量时的吃水； 船型结构吃水（最大吃水）船体结构所能承载的吃水。 最大吃水 标准吃水 富裕水深船舶标准载重时，船底龙骨下 至航道底的最小安全距离。 影响富裕水深的因素： 1、触底安全富裕量H1 2、考虑波浪影响的富裕量H2 3、船舶航行下沉量H3 4、考虑水体密度影响的富裕水深H4 5、考虑挖槽回淤影响的富裕量H5 确定富裕水深的方法： 通过计算公式 海港航道 H = H1+ H2+ H3+ H4+ H5 内河航道 H = H1+ H3 根据航道等级，按航道整治工
19、程技术规范的规定选取 航道标准水深H (m)3.0 富裕水深 H 0.20.30.30.40.40.5 沙、泥质河床航道富裕水深 石质、卵石质河床航道富裕水深另增加0.10.2m 、航道标准宽度设计最低通航水位下具有航道标准水深 的宽度，也称设计航道宽度。 根据船舶航行密度和航道条件，设计成： 单线航道 双线航道 讨论直线航道、 弯曲航道情况 直线段双线航道标准宽度： B 2(bcosa+Lsina) b+2D 航迹带宽度B1 航道富裕宽度B2 B航道标准宽度(m) b设计船队宽度(m) L设计船队长度(m) a a航行漂角 b上下行船队间 的横向舷距(m) D船舷距航槽 边线距离(m) 单线
20、航道： B1 = bcos a +Lsina B2 = 2D 船舶航行时占用的水域宽度 航行漂角为保持航行的正确方向， 往往使船舶（队）纵轴线 与航向保持一定的夹角。 航行漂角示意图 影响航行漂角影响航行漂角a a 的因素的因素： 1、船舶吃水与航道水深的比值t/H；（ t/H a ） 2、水流流态；（流态越坏，漂角越大） 3、船队长度与航道弯曲半径比值L/R；（ L/R a ） 4、顶推船队的方形系数L/b。（ L/b a ） 确定航行漂角的方法：确定航行漂角的方法： 通过设计船型的实船试验确定； 按航道工程技术规范规定的范围在35内选取。 航道富裕宽度保证船舶安全航行，不产生船吸和岸吸现象
21、 的最小富裕尺度。包括船队间的富裕宽度、 船队与航槽边线间的富裕宽度。 影响航道富裕宽度的因素： 船形、队形、系结方式； 船队的航速及推轮的舵效； 水流流速、流态； 河岸的土质及坡度等。 航道富裕宽度的确定方法： 通过设计船型的实船试验确定； 采用经验公式估算 我国目前的直线段航道标准宽度大致是设计船队宽度的4倍， 随着航运事业的发展，这个比值将会增大。 弯曲段航道加宽 航道整治工程技术规范规定 R6L时，不考虑弯曲加宽 3LR6L时，根据水流条件等具体情况确定 通过实船试验确定 R3L时，适当加宽 通过公式计算 采用直线段航道标准宽度的计算公式 （其中a的取值采用弯道上的航行漂角） 3、航道
22、最小弯曲半径 航道弯曲半径弯曲航道中心线的曲率半径； 航道最小弯曲半径保证标准船队安全通过弯道的最小弯曲半径 航道最小弯曲半径的取值： 3顶推船队长度 或 4拖带船队中最大单船长度 在一定条件下，弯曲半径可适当减小，但不得小于： 2顶推船队长度 或 3拖带船队中最大单船长度 4、通航净空 净空高度净空高度Hm 净空宽度净空宽度Bm 上底宽上底宽 b 侧高侧高 h 通航净空示意图 净空高度净空高度设计最高通航水位往上至跨河建筑物底部的垂直距离； 净空宽度净空宽度航道底标高以上桥墩（桥柱）间的最小净空。 三、航道断面系数 航道断面系数； 设计最低通航水位时的航道过水断面； 标准船舶（队）标准吃水时
23、的船只浸水横断面面积。 值越小，船舶航行的阻力越大。 根据国内外的研究成果，认为 是最经济合理的 航道工程技术规范规定： 一般情况， ； 流速较大的河流， 。 A 7 6 7 A 四、航道水流条件（包括流速、比降和流态） 航道内的表面流速、局部比降、垂直航道轴线的横向流速 不能过大 澜沧江河流急流滩船舶过滩澜沧江河流急流滩船舶过滩 第三节 航道规划及航道工程措施 一、航道规划 航道规划的主要任务 研究航道开发的经济意义、社会价值及技术上的可能性； 制定近期和远景航道开发方案； 提出适应远景发展的航道措施方案； 拟定第一期航道工程项目； 提出运河开发方案。 航道工程措施方案应包括 （1）根据综合
24、利用的要求及河流的自然特点，拟定航道的治 理或开发方式； （2）拟定航道路线； （3）拟定航道及其建筑物的通航标准尺度； （4）拟定改善通航条件的工程措施； （5）分析水工建筑物建成后对通航条件所产生的影响，提出 航运流量及航运保证率的要求，提出对水库电站操作的要求。 航道工程项目的完成一般要经过个阶段 二、航道工程措施 航道工程 以延长通航里程，提高航道标准， 改善通航条件 和保障航道畅通为目的， 包括疏浚、整治、渠化、 运河、航标、 清障等工程措施的总称。 1、 航道疏浚工程 采用人力或机械施工方法， 为拓宽、加深水域而进行的 水下土石方开挖工程。 2、航道整治工程在河床上修筑专门的整治建
25、筑物或其他工程 措施，诱导水流、改善水流情况，集中水流利用水流本身的力量 冲刷河槽，调整河槽形态，增加航道尺度，改善航行条件。 长江中游界牌水道锁坝施工 疏浚工程和整治工程不能从根本上改变河流的水文情况， 只是局部性改变河床的形状以及河中的水流状态。 河流基本上处于自由状态天然河道。 疏浚工程和整治工程在某些情况下改善航行条件的效果受到限制。 3、 渠化工程在天然河流上，以航运开发为主要目的， 修建拦河闸坝和通航建筑物以壅高上游水位， 从而改善航行条件。 渠化工程从根本上改变天然河流的水文情况。 渠化后的航道、人工运河人工水道。 船舶过闸 清 槽 思考题： 1、航道的通航条件包括哪些内容 ？
26、2、如何确定航道标准水深、航道标准宽度？ 弯曲航道为什么要加宽 ？ 3、解释航行漂角、船吸、岸吸 。 4、航道与航迹带有何区别？ 5、航道工程主要有哪些内容？ 第四节第四节 船舶及其特征船舶及其特征 一、船舶与船队 （一）船舶 内河船舶按有无动力装置可分为： 机动船船舶带有动力，可以单独行驶； 如客船、货船、拖船、推船 非机动船船舶没有动力，需由机动船带动引驶； 如驳船、趸船。 新型船舶 集装箱运输船 高速水翼船 （二）船队 在内河上常见的运输方式为船队运输，由多个驳船编在一起， 由机动船带动。 船队运输的优点：运输成本低、运量大、减少货物中转和倒载 船队按编队方式可分为： 拖带船队拖轮在前，
27、由缆索拖带后面的驳船队 顶推船队推轮在驳船后面，与驳船联结成整体 拖带船队队形图 拖带船队特点：阻力大，运价高； 驳船柔性联结，要求的航道条件低。 整治后京杭运河苏州市河段（拖带船队） 顶推船队分为： 普通驳顶推船队由普通驳船和推船组成； 特点：阻力小，增加船队的稳定性； 船员数量大为减少，编队解队简便 分节驳顶推船队由统一规格的驳节，组成的庞大船队 特点：改善整体线型，可提高航速； 便于建造，降低造价； 船型丰满，增加运量； 易于标准化和系列化，操作性能较好。 顶推船队队形图 优点：船舶航行阻力小；推船的推进效率高；操纵灵活。 缺点：驳船刚性连接，要求航道有较大的弯曲半径； 在有船闸的渠化河
28、流上，船闸尺度和船队尺度彼此 要相互适应，否则需要解队过闸，影响运输效益。 分节驳顶推船队 二、船舶航行阻力及过滩能力 （一）船舶航行阻力 船舶航行时，作用在船体上阻止船舶运动的力。 船舶运动时，船体的水线以下部分浸入水中，其余部分则处在空气中。 通常船舶航行阻力是指船舶的裸体阻力。 影响船舶航行阻力的主要因素： 船型 航速 航道宽度 船舶航行阻力的确定： 半经验计算公式 按船模测试结果换算 （二）船舶的过滩能力 1. 船舶的过滩能力 船舶在一定的载重下克服急流险滩自航过滩的能力。 2.船舶的最大过滩能力 船舶过滩时，随流速和比降增大，船舶航行阻力增加，航 速降低，当航速降低到一定程度时，就不
29、能自航过滩，在这种 极限条件下的过滩能力为船舶的最大过滩能力。 3.船舶过滩能力的计算 航行阻力 主机推力主要取决于主机功率和推进器效率， 并与螺旋桨特性、转速有关 急流险滩，流态紊乱，一般计算结果与实际往往有明显差别， 在重要工程中，需采用实船试验确定其过滩能力。 第五节 航标配布 航标 用以标示航道，引导船舶在航道中 安全方便地行驶的设施。 由于航道是水域中能保证满足航行要求的部分， 因而必须用航标为船舶提供航行的线路和目标、水深和航道界限， 指明危险物位置和某些特定区域以及是否允许通行等。 航标对发挥航道的运输能力起着重大的作用。 航标分类 按设置的地区不同分为： 海区航标、内河航标。
30、按设置的位置不同分为： 岸标、浮标。岸标主要用以指示航道方向。浮标用以指示航 道的界限。 按性能不同可分为三种： 视觉航标：又称目视航标，供驾驶人员通过观察辨明水域，确 定船位，是最常见的航标。 音响航标：可在雾、雪等能见度低的天气中向附近航船按规定 声响鸣叫，以示明障碍物和危险，包括雾钟、雾号、雾哨等。 无线电航标：是发射无线电波供船舶接收以测定船位的设施， 包括无线电指向标，无线电导航台、雷达应答器和雷达指向标等。 一、内河航标 1、内河航标船舶在内河航道安全航行的重要助航设施。 2、内河航标的主要功能： 标示内河航道的方向、界限与障碍物，为船舶航行指示安全、 经济的航道。 3、常用内河航
31、标的分类： 航行标志 信号标志 专用标志 决定河流左、右岸的原则： 按水流方向确定河流的上、下游，面向河流下游，左手 一侧为左岸，右手一侧为右岸。 对水流流向不明显或河段流向不同的河流，按以下顺序确 定上下游： 1、通往海口的一端为下游； 2、通往主要干流的一端为下游； 3、河流偏南或偏东的一端为下游； 4、以航线两端主要港埠间的主要水流方向确定上下游。 （港口的左右岸以面向进港为准） 二、航标配布 1、内河助航标志内河助航标志(GB5863-93)将内河航标配布分为四类：将内河航标配布分为四类： (1)一类航标配布：夜间全发光，从一座标志可以看到下一座标志 (2)二类航标配布：发光标志与不发
32、光标志分段配布 (3)三类航标配布 ：仅有昼标志 (4)重点航标配布：只在航行较困难的河段和个别地点配布航标 2、内河航标以不同的颜色、光色（或闪光）来表示航道左、右岸。、内河航标以不同的颜色、光色（或闪光）来表示航道左、右岸。 左岸航标漆白色（黑色），发绿光（白光）； 右岸航标漆红色，发红光。 3、内河航标配布原则 （1）航标配布必须符合船舶航行安全，使航标简单明了， 正常率高，维护方便； （2）应使每座标志发挥最大作用； （3）根据河道的具体情况，选择合适的最小安全航行距离； （4）应保证在最小安全航行距离的相连直线内，不得有 小于航道标准水深或指示水深的碍航物存在； （5）注意可航范围与
33、航道标准宽度的关系； （6）应根据不同水位，及时调整标位；特殊河段突出标位。 4、内河航标灯质及选择 灯 塔 目视航标常常颜色鲜明，以便 白天观测；发光的目视航标可 供日夜使用。常见的目视航标 有灯塔、立标、灯桩、浮标、 灯船和各种导标。 灯塔是设置在重要航道附近的 塔型发光固定航标，一般有人 看守。 机械式波力发电航标灯 通过机械式波力发电装置 将波浪能转换成电能， 为航标灯内的电池充电。 第三章第三章 航道整治工程航道整治工程 航道整治应根据河床演变的趋势，把冲淤导向有利的方向。 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，应根据不同河势及特性，采取相应的整治
34、 原则及措施。 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。整治线与整治参数要通过整治建筑物实现，本 章介绍了主要整治建筑物的特性、作用与结构型式。根据平原 河流、山区河流不同的水流特性，分别介绍了不同河道一般存 在的碍航滩险特征、相应的整治工程措施及水力计算方法。 第三章第三章 航道整治工程航道整治工程 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 整治线设计与布置整治线设计与布置 第三节第三节 整治断面设计整治断面设计 第四节第四节 主要整治建筑物的特性与作用主要整治建筑物的特性与作用 第五节第五节 主要整治建筑物的结构
35、主要整治建筑物的结构 第六节第六节 平原河流航道的整治工程平原河流航道的整治工程 第七节第七节 山区河流的航道整治山区河流的航道整治 第一节 概述 一、航道整治工程与河床演变 1、航道整治工程 在河床上修筑专门的整治建筑物或其他工程措施，诱导水流、 改善水流情况，集中水流利用水流本身的力量冲刷河槽，调整河槽 形态，增加航道尺度，改善航行条件。 2、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。 3、“优良河段优良河段”特征：特征： 枯水期水流集中于一个河槽而不分流； 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； 深槽与过渡段的高程相差不大； 水
36、面的比降沿程均匀； 枯水期过渡段的过水断面较为对称； 边滩发育完整，高程较高且相对稳定； 枯水时期深槽的宽度稍大于过渡段的宽度。 4、航道整治是根据河床演变的趋势， 把冲淤导向有利的方向， 使河床冲刷和淤积达到基本平衡。 河床演变是水流与组成河床的泥沙相互作用的结果， 水流是引起河床变形最活跃的因素； 河床对水流变化也经常起作用。 二、航道整治工程原则 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： 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。 平原河流航道整治，宜采用修筑整治建筑物措施，
37、控制中、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，或修筑整治建筑物与疏浚相结合。 3、应根据不同的滩势（浅、急、险）及碍航性质， 分清主次，有针对性地指定整治措施。 4、应根据经济发展的轻重缓急整治长河段。 5、应抓住有利时机整治年际冲淤变化较大的浅滩。 6、应考虑对已建、 在建或将建的同河段的水利枢纽工程可能 造成影响。 第二节第二节 整治线设计与布置整治线设计与布置 一、整治线的设计 整治线 在整治工程设计流量下， 在水面处所设计的稳定河槽的外形。 整治线与航道 整治线的设计 1、确定整治线的位置与岸线之间的关系； 2、了解整治线范围内及边缘的水流泥沙特性； 3、
38、确定整治线的水位与整治线宽度。 二、整治线布置原则 1、整治线的起点和终点应以稳定深槽的主导河为依托。 整治线过渡位置 2、整治线一般应与枯水河槽相适应 整治线与流向关系 3、整治线一般应通过浅滩上的最大流速区。 4、有支流或溪沟汇入的口门不宜布置整治线 。 5、全面考虑两岸工农业需要和防洪要求。 三、整治线轮廓的确定 影响曲线的弯曲半径和直线段的长度的因素： 该河流来水来沙及其过程、河床地质、河岸组成等。 不同的水文、泥沙、地质条件形成自身稳定的河形。 整治线设计时，应选择适当弯曲半径和直线长度： 在一般情况下， 当浅滩河段的来沙量多时，可采用R4B， 反之，采用R5B； 特殊河形按其自身规
39、律选取； 切除凸嘴，改善航行条件时， 可采用R(23)B，直线段长度取L(13)B。 思考题： 1、为什么要设置航标，内河航标分为那些类型？ 2、航道整治的目的和任务是什么？ 3、整治线布置的内容和基本原则是什么？ 第三节 整治断面设计 一、设计水位 1、 设计水位是保证设计水深的水位， 包括最低通航水位和最高通航水位， 是计算标准船队（舶）正常通航天数的依据。 正常通航期示意图 2、基本站设计水位 与该浅滩有直接关系的相邻水文站的设计水位 3、浅滩上的设计水位推求 浅滩尾下深槽附近设临时水尺， （该水尺读数将不受以后浅滩整治的影响） 记录逐日水位读数，取得一个时段的资料。 相关 基本站设计水
40、位 浅滩临时水尺 （1） 浅滩临时水尺设计最低通航水位推求方法 水位相关法 该方法简单、精确，但需 要较多浅滩水位观测资料 比降插入法 浅滩上缺乏水位观测资料，可利用上下游基本站设计水位 比降均匀插入法（河段内比降均匀） 比降均匀插入法示意图 1 21 1 L L ZZ ZZ ss ss 或 2 21 2 L L ZZ ZZ ss ss 比降不均匀插入法（河段内比降不均匀） 比降不均匀插入法示意图 ZZ ZZ ZZ ZZZs 1 21 21 1 瞬时水位法 浅滩上缺乏水位观测资料，且没有上下游两个基本站可利用 n 同步观读瞬时水位次数 （2）浅滩临时水尺设计最高通航水位推求 收集和观测洪水期的
41、水位资料 （3）浅滩上各断面设计水位的推求 二、整治水位 一般是指与整治建筑物头部齐平的水位。 整治水位直接关系到工程数量的大小和工程效果的好坏， 是航道整治工程总体设计的重要参数之一。 确定整治水位的方法： 经验方法 （1）根据各河流整治比较成功的经验数据确定。 （2）选择该河优良河段的边滩高程做为滩的整治水位。 （3）采用多年平均水位或多年平均流量时的水位, 此水位接近于平滩（边滩）水位。 造床流量法 造床流量其造床作用与多年流量过程的综合造床作用相当， 而对塑造河床形态起着控制作用的某个流量。 苏联马卡维也夫输沙率关系：G QmJ Q Q2J P曲线上有两个Q2J P峰值（P为各级流量出
42、现的频率） 最大流量第一造床流量， 相当与多年平均最大洪水流量，保证率1%6%； 次大流量第二造床流量， 略大于多年平均流量，保证率24%45%。 整治流量 （其相应水位即为整治水位） Z-P、Z - v、Z- v4 P关系曲线 第二个 v4 P 最大值的水位 整治水位 在没有比降资料的基本站上仍可使用。 三、整治线宽度整治水位时的河面宽度 整治线及其宽度示意图 整治线宽度的确定了整治建筑物（丁坝）的长度， 由此影响着整治工程数量和工程投资的大小。 整治线宽度大小影响束水冲刷作用的强弱。 确定整治线宽度的方法： 经验法：参考优良河段法、河相关系法、实测河宽水深分析法 理论计算方法：水力学方法、
43、输沙平衡方法 （一）经验法 1、参考优良河段法 根据调查和河道地形图，寻找与被整治浅滩具有相似的 水文、泥沙及河床地质条件的优良河段。 选取若干个具有代表性的优良断面并绘制其断面图， 在图上直接量取整治水位时的自然河宽， 取多个断面的平均值为浅滩的整治线宽度。 优良河段断面图 2、河相关系法 首先寻找优良河断面的河相关系式， 然后根据浅滩的整治要求， 用河相关系式计算该浅滩的整治线宽度。 具体做法： （1）绘制各优良河段的横断面图， 计算 B 整治水位时的河宽， H 断面平均水深， H 航道边缘水深。 优良河段断面图 （2）在双对数纸上点绘B1/2 H H的相关线， 在相关线上求得截距为A，斜
44、率为m， 则相关线的方程为 河相关系式 B 整治水位时的河宽 H 断面平均水深 m AHHB/ 2/1 优良断面 H-H 相关曲线 （3）点绘优良断面在整治水位时的 H-H 相关曲线。 （4）根据浅滩的整治要求，由 H 查 H- H 相关曲线得H ， 再代入河相关系式，计算得到的B就是所求得整治线宽度。 3、实测河宽水深法 一般在稳定的河段上，河床形态与河流动力存在一定的 函数关系，也就是说在一定的地质条件和来水来沙相互作用下， 存在一定的宽深比关系。 代表断面宽、深示意图 对整治河流按条件相似划分成若干河段，依据枯水期的实测河道 地形图分别在深槽和浅滩河段上取若干有代表性的断面， 量取不同整
45、治超高值（ A ）时的河面宽度（ B ） 和在设计水位下的航道边缘水深（ h ）。 整治线宽度与航深相关图 将同一整治超高值（ A ） 的（ B ，h ）点绘相关图， 并绘制下包线， 最后确定整治线宽度。 不同的A可获得不同的B 。 综合分析论证后，可在（ A ， B ） 中选取一组最佳的整治水位和 整治线宽度作为设计依据。 （二）理论计算方法 1、水力学方法 联解： 2 1 3 5 2 2 JH nQ B 改写成： 航道整治工程技术规范推荐 的水力学计算公式 BHvQ 2/13/2 )/1 (JHnv 水力学方法基本假定： 整治水位时整治前后的Q、n、J相同，不考虑泥沙因素 。 B2、H2为
46、未知数 定值 2 1 3 5 J nQ BH (Bb)相关曲线相关曲线 H H 认为整治以后的枯水断面形态和优良河段的断面形态相似 水深改正系数 H整治水位下的断面平均水深 H 整治水位下的航道边缘设计水深 2、输沙平衡方法 浅滩上的输沙达到平衡状态时，整治前后浅滩断面的输沙率相等相等。 21ss GG （1)底沙造床为主 沙莫夫推移质输沙率公式： B H d v v v v v KdG H H H 4/1 3 3/2 1 1 H v 止动流 速， 6/13/1 83. 3HdvH 为了计算方便，将式中 改写为： 1 H v v m HH v v v v a1 式中指数式中指数m值的确定：值的
47、确定： 根据对数纸上的 的相关线确定。 HH v v v v 1 2 1 1 1 2 12 YY H H Q Q BB 上式就是以底沙造床为主的整治线宽度计算公式 （2)悬沙造床为主 3/4 1 12 1 3/4 21 12 12 HQ HQ B HQ HQ BB 上式就是以悬沙造床为主的整治线宽度计算公式 （3）应用整治线宽度计算公式时， 一般在以下几种情况应考虑流量的变化： 在非通航汊道内建坝或在分流段建挑流坝作为分流工程后， 两汊的分流比会发生变化； 在通航汊道内建整治建筑物后，改变了汊道内的阻力， 也会使两汊分流比发生变化； 在山区少沙河流上，坝体渗流较大，一部分流量从坝田流出， 使整
48、治线范围内的流量有所减少。 (三) 规范推荐的输沙平衡计算公式 航道整治工程技术规范（JTJ312-98）推荐的 输沙平衡方法计算公式的基本形式如下： Y H H KBB 1 12 水深改正系数，一般在 0.7 0.9 之间选取； H整治水位下的航道边缘水深，可用式HHA计算， 其中H为航道标准水深，A为整治超高值。 四、整治水位和整治线宽度的调整 （一）调整原因 、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 整治水位的调整： 一般参照汛后浅滩河床明
49、显冲刷时的水位 或与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。 整治线宽度的调整： 先求出理论宽度，再与本河流的整治经验校核调整， 或直接应用本河流的经验公式计算。 思考题： 1、设计水位包括哪些方面？确定浅滩设计水位的方法 有哪些？ 2、整治水位、造床流量的概念，如何确定整治水位？ 3、解释整治线，整治线宽度，确定整治线宽度的方法 有哪些？各方法计算整治线宽度的原理及步骤。 173 第三节 整治断面设计 一、设计水位 1、 设计水位是保证设计水深的水位， 包括最低通航水位和最高通航水位， 是计算标准船队（舶）正常通航天数的依据。 正常通航期示意图 174 2、基本站设计水位 与
50、该浅滩有直接关系的相邻水文站的设计水位 3、浅滩上的设计水位推求 浅滩尾下深槽附近设临时水尺， （该水尺读数将不受以后浅滩整治的影响） 记录逐日水位读数，取得一个时段的资料。 相关 基本站设计水位 浅滩临时水尺 175 （1） 浅滩临时水尺设计最低通航水位推求方法 水位相关法 该方法简单、精确，但需 要较多浅滩水位观测资料 176 比降插入法 浅滩上缺乏水位观测资料，可利用上下游基本站设计水位 比降均匀插入法（河段内比降均匀） 比降均匀插入法示意图 1 21 1 L L ZZ ZZ ss ss 或 2 21 2 L L ZZ ZZ ss ss 177 比降不均匀插入法（河段内比降不均匀） 比降
