1、航 道 整 治（第2版）主编：吴丽华 模块一 河流与航道 课题一课题一 天然河流的主要特征天然河流的主要特征 课题二课题二 航道概述航道概述 课题三课题三 通航条件通航条件 课题四课题四 航道工程航道工程 河流是陆域地表宣泄洪水的通道，是溪、川、江、河的总称。水流、泥沙与河床边界组成了河流。河流有自己的形态特征、水利特征以及泥沙特征。船舶在河流中行驶，要求有一条连续而通畅的航槽，那就是航道。航道有广义航道广义航道与狭义航狭义航道道之分。不同等级的航道有不同的通航条件与航道尺度。知识点：知识点：河流的形态特征、水力特征、泥沙特征 航道的概念及分类 航道尺度（航道水深、航道宽度、航道最小 弯曲半径
2、、通航净空）的定义及取值 航道工程的种类及概述 一、课题引入 河流在自然界中十分常见，它是陆域地表宣泄洪水的通道，是溪、川、江、河的总称。水流、泥沙与河床边界组成了河流。同时，它还是地球上水文循环的重要路径，是将一定区域内地表水和地下水进行补给、沿着狭长凹地流动的水流。我们熟悉的长江、黄河等都是河流。二、课题分析 对于天然河流，通常还是水体、泥沙、盐类和化学元素的运输通道，因此河流往往有其形态特征、水力特征和泥沙特征。课题一课题一 天然河流的主要特征天然河流的主要特征三、相关知识（一）河流形态特征v 主要指河流的横断面和纵剖面的几何特征(如横断面形状和纵剖面比降)；v 河流发育过程中的地貌特征
3、(如河流的蜿蜒形势和弯曲度、河漫滩、沙洲和三角洲的大小、形态和分布等)。1 1河流横断面与纵剖面河流横断面与纵剖面 垂直于水流动力轴线的河槽断面叫河流横断面。山区河流:平原河流:图2-1 顺直河段多为抛物线断面；弯曲河段多为不对称的三角形断面；分汊河段为马鞍形断面；游荡河段断面很不规则。在河口段，横断面更加宽阔，往往有很多股深槽。过水断面:河槽:是由一系列的深槽与浅段组成的，深槽:位于河湾部分且接近凹岸；浅段一般位于相邻两深槽之间的河段中；见(图2-2)。2.2.河流阶地河流阶地 河流阶地是由河流下切侵蚀和堆积作用交替进行，在河流两岸形成的台阶状地貌。河流阶地按其结构可分为侵蚀阶地、堆积阶地、
4、基座阶地和埋藏阶地等四类。(1)侵蚀阶地侵蚀阶地，阶地面由基岩组成，阶面上没有或很少有冲积物；(2)堆积阶地堆积阶地，阶地全由冲积物组成，反映阿流下切深度没超过老的冲积层；(3)基座阶地基座阶地，阶地中的上部为冲积物，而阶地下部为基岩；(4)埋藏阶地埋藏阶地，地壳下降使前期的河床漫滩沉积层为后期河流堆积物所掩埋。3.3.河流节点河流节点 由抗冲性较强的突岸形成，并对河势变化起控制作用的河岸形态。两岸皆有依托，位置固定，长年靠流；只有一岸依托，另一岸则是易于冲刷的滩地；当弯道凹岸与抗冲一岸重合时，可以起控制河势的作用，而且当上游流向发生变化、洲滩变动时，主流位置会上下变动，甚至会使节点脱溜，不起
5、作用。节点上下游宽浅河段内为什么多有洲滩分布？节点上下游宽浅河段内为什么多有洲滩分布？节点对上游河段有一定的壅水作用，从而会使泥沙落淤；节点对上游河段有一定的壅水作用，从而会使泥沙落淤；节点下游水流扩散，泥沙易堆积。节点下游水流扩散，泥沙易堆积。河流水力特征主要包括4 4个方面：v 水位、流量特征v 比降特征v 流速特征v 流态特征（二）河流水力特征（二）河流水力特征（三）河流泥沙特征（三）河流泥沙特征 河流泥沙特性主要有静态特性静态特性和动态特性。动态特性。静态特性包括：几何特性，重力特性，级配特性；动态特性包括：沉降特性，运动特性，冲淤特性。一、课题引入 船舶在河流中航行，要求有一条连续而
6、通畅的航槽航道。在航道内航行，可保证船舶安全，航道上往往还布设一些助航设施。二、课题分析 航道与河流是不同的，概念上一般有广义航道与狭义航道之分。根据不同的标准，有不同的分类。课题二课题二 航道概述航道概述 三、相关知识三、相关知识 （一）航道的定义（一）航道的定义 船舶在河流中行驶，要求有一条连续而通畅的航槽船舶在河流中行驶，要求有一条连续而通畅的航槽航航道。航道有广义航道与狭义航道之分。道。航道有广义航道与狭义航道之分。v 广义航道广义航道：水道或河道整体(waterway)。我国航道管理条例规定，航道是指中华人民共和国沿海、江河、湖泊、运河内船舶、排筏可以通航的水域。v 狭义航道狭义航道
7、：航槽（navigation channel），即用航标标出的可供设计标准船舶安全航行利用的最小水域或最小航行通道。（一）按航道的级别分（一）按航道的级别分 1等级航道：我国划分级航道。2等外级航道：通航标准低于级的航道。1 1国家航道国家航道 系指构成国家航道网、可通航500吨级以上船舶的内河干线航道，跨省、自治区、直辖市可常年通航300吨级以上船舶的内河干线航道，可通航3000吨级以上海船的沿海于线航道，以及对外开放的海港航道和国家指定的重要航道。（二）按航道的管理属性分（二）按航道的管理属性分2 2地方航道地方航道 指可常年通航300吨级以下（含不跨省的可通航300吨级）船舶的内河航道；
8、可通航3000吨级以下海船的沿海航道和地方沿海中小港口间的短程航道；非对外开放的海港航道以及其它属于地方航道主管部门管理的航道。3 3专用航道专用航道 系指由军事、水利电力、林业、水产等部门以及其他企事业单位自行建设和使用的航道。二、航道分类二、航道分类 全国内河航道分级与航道尺度全国内河航道分级与航道尺度航道等级驳船吨级（t）船型尺度（mmm）（总 长 型宽吃水）船队尺度（mmm）（长宽吃水）航道尺度（m）天然及渠化河流限制性航道弯曲半径水深单线宽度双线宽度水深 宽度30007516.23.5（1）35064.83.53.5-4.01202451050（2）27148.63.51001008
9、10（3）26732.43.575145800（4）10232.43.5701305.5130580200067.510.83.4（1）31632.43.43.4-3.880150950（2）24532.43.47514574075142.6（3）180142.62.6-3.035704.065540100067.510.82.0（1）24332.42.02.0-2.480150730（2）23821.62.035110720（3）16721.62.045903.285500（4）16010.82.030603.250480全国内河航道分级与航道尺度全国内河航道分级与航道尺度航道等级驳船吨级（
10、t）船型尺度（mmm）（总 长 型宽吃水）船队尺度（mmm）（长宽吃水）航道尺度（m）天然及渠化河流限制性航道弯曲半径水深单线宽度双线宽度水深 宽度5004510.81.6（1）16021.61.61.6-1.94590480（2）11221.61.640802.580340（3）10910.81.630502.545330300359.21.3（1）12018.41.31.3-1.64075380（2）8918.41.335702.075270（3）879.21.322402.52.040260100265.21.8（1）3615.52.01.0-1.22.518-221053271.0（2
11、）15414.61.02545130326.21.0（3）656.51.015301.525220306.4(7.5)1.0（4）746.4（7.5）1.015301.52822050214.51.75（1）2734.81.750.7-1.02.21885235.40.8（2）2005.40.810201.22090306.20.7（3）6016.50.713251.226180 1 1内河航道内河航道 是河流、湖泊、水库内的航道以及运河和通航渠道的总称。（三）按按航道所处地域划分（三）按按航道所处地域划分 2 2沿海航道沿海航道 沿海航道原则上是指位于海岸线附近，具有一定边界可供海船航行的航
12、道。（四）按航道形成的因素划分（四）按航道形成的因素划分 1天然航道 2人工航道 3渠化航道（五）按航道的通航条件划分（五）按航道的通航条件划分 1 1依通航时间长短分依通航时间长短分：常年通航航道、季节通航航道2 2依通航限制条件有无和大小，可分为：依通航限制条件有无和大小，可分为：（1）单行航道；（2）双行航道；（3）限制性航道:即由于水面狭窄、断面系数小等原因，对船舶航行有明显的限制作用的航道，包括运河、通航渠道、狭窄的设闸航道、水网地区的狭窄航道，以及具有上述特征的滩险航道等。3 3依通航船舶类别，可分为：依通航船舶类别，可分为：（1）内河船航道（2）海船进江航道:是指内河航道中可供进
13、江海船航行的航道。一、课题引入一、课题引入 为了保证船舶（船队）在通航期内能安全、方便地航行，不发生搁浅、碰撞等事故，航道应具备一定的通航条件，而河流的通航条件是由航道尺度来表示的。二、课题分析二、课题分析 航道必须具备必要的通航条件，主要包括：1.1.足够的水深、宽度和弯曲半径；足够的水深、宽度和弯曲半径；2.2.合适的水流条件，包括流速、比降和流态；合适的水流条件，包括流速、比降和流态；3.3.足够的水上净空，包括净空高度和宽度。足够的水上净空，包括净空高度和宽度。课题三课题三 通航条件通航条件三、相关知识三、相关知识（一）通航保证率（一）通航保证率 通航保证率是指在规定的航道水深下，1年
14、内能够通航的天数与全年天数之比，一般用百分率百分率表示。通航保证率须根据河流的特征、航运及战备的要求和技术经济的可能来决定，它是确定航道设计水位的依据。（二）航道标准尺度（二）航道标准尺度 在设计通航期内，航道能保证设计船型(船队)安全航行的最小尺度称为航道标准尺度。包括包括：在设计最低通航水位下的航道标准水深航道标准水深、航航道标准宽度道标准宽度、航道最小弯曲半径航道最小弯曲半径，在设计最高通航水位时跨河建筑物的净空高度净空高度和净空宽度净空宽度(又简称为通航净空)。1.1.航道尺度与水运经济效益航道尺度与水运经济效益 最佳航道尺度：2.2.航道标准尺度的计算航道标准尺度的计算（1）航道标准
15、水深 航道标准水深是指在设计最低通航水位下航道范围内保证的最小水深。如（图2-5）所示。航道标准水深由设计船型的标准吃水和富裕水深两部分组成，可用下式表示：H=t+H (2-1)式中：H 航道标准水深(m)；t 设计船型标准吃水(m)；H 富裕水深(m)。标准吃水标准吃水：标准吃水t是指设计船型在标准载重量时的吃水。最大吃水最大吃水(亦称结构吃水结构吃水)：船体结构所能承载的吃水称最大吃水，最大吃水大于标准载重时的标准吃水。富裕水深富裕水深：富裕水深是指船舶在标准载重时，船底龙骨下至河底的最小安全距离。富裕水深应考虑以下因素因素：u触底安全富裕量Hlu考虑波浪影响的富裕量H2 u船舶航行下沉量
16、H3 u考虑水体密度影响的富裕水深H4 u考虑挖槽回淤影响的富裕量H5 内河航道富裕水深主要考虑触底安全富裕量H1和船舶航行下沉量H3 H=H1+H3 沙、泥质河床航道富裕水深沙、泥质河床航道富裕水深 航道标准水深H1.51.53.03.0富裕水深H(m)0.20.30.30.40.40.5注：石、卵石质河床航道富裕水深另增加0.1-0.2m。（2 2）航道标准宽度）航道标准宽度 航道标准宽度是指在设计最低通航水位下具有航道标准水深的宽度。图2-6v 双线航道双线航道：双线航道的标准宽度保证两个对开船队安全错船为原则。v 单线航道单线航道：单线航道的标准宽度只要能保证单向航行船舶(队)安全通过
17、。图2-6直线段航道的宽度可用下式计算：式中：B航道标准宽度(m)；b设计船队(或单船)宽度(m)；L设计船队长度，拖带船队为最大单船长度 (m)；航行漂角；b上、下行船队间的横向舷距(m)；D船舷上航槽边线的距离(m)。DbLbB2)sincos(22-6 航道宽度示意图影响漂角的因素有影响漂角的因素有：(1)漂角()的大小和船舶吃水与航道水深的比值(t/H)成正比，比值越大则漂角越大。(2)水流流态的好坏直接影响航行漂角，流态越坏漂角越大，流速越大漂角也越大，且下水船舶的漂角比上水船舶大。(3)船舶(队)长度与航道弯曲半径的比值(L/R)增加，漂角亦随之增加。反之，则减小。(4)顶推船队的
18、方形系数(L/b)较小时，产生的漂角较大。航道富裕宽度航道富裕宽度：航道富裕宽度是保证船舶安全航行，不产生船吸和岸吸现象的最小宽裕尺度。航道富裕宽度的影响因素：航道富裕宽度的影响因素：v 有船型、队型、系结方式；v 船队的航速及推轮的舵效；v 水流流速、流态；v 河岸的土质及坡度等。航道富裕宽度参照下式估算：对平原、丘陵地区航道：对平原、丘陵地区航道：b=0.7b+4 D=0.2b+1.2 对山区航道：对山区航道：b=0.8b D=(0.24-0.33)b(适用于1级到4级航道)D=(0.32-0.60)b(适用于5级到7级航道)航道标准宽度经验值：航道标准宽度经验值：我国：约设计船队宽度的4
19、倍。美国：一般为5.0-6.0，西欧：一般不小于4.4，国际航运会议：推荐的比值达6.0-7.0。船舶弯曲段加宽的原因：船舶弯曲段加宽的原因：船舶在经过弯道时，不仅要承受本身的转向力矩、离心力，还要随受动水压力和扫弯水的作用，船舶必须用较大的漂角来克服这些作用力。（3 3）航道最小弯曲半径）航道最小弯曲半径 航道弯曲半径是指弯曲航道中心线的曲率半径。航道最小弯曲半径R是指保证标准船队安全通过弯道的 最小弯曲半径。加宽值应根据弯曲半径、流速、流向、流态、船队长度弯曲半径、流速、流向、流态、船队长度及其操作性能及其操作性能等因素来确定。航道整治工程技术规范规定：当R6L，时，可不考虑弯曲加宽；当R
20、10时，断面形状对航道阻力的影响可以忽略不计 航道整治工程技术规范规定：一般情况，6；对流速较大的河流，7四、航道水流条件四、航道水流条件 航道内的允许流速和允许比降均与船型、功率、载重量、操纵性能、整治措施等有关，通常应通过实船试验，综合比较后确定。航道中的流态应尽可能平顺，以保证航行安全。一、课题引入 改善天然河道通航条件或提高其通航标准而采取的工程措施统称为航道工程。二、课题分析 航道工程就针对河道的影响程度来说一般分为两大类：一类是根据河道特征，因势利导，使不利于通航的河段向有利于通航的方向发展，消除个别滩险对全河通航的影响，而河道本身的自然形态基本保持不变，属这一类的航道工程有航道整
21、治工程及航道疏浚工程等。另一类是采取强制性的工程措施，从根本上改变河道的自然状态，使航道水流条件发生质的变化，在长河段内大幅度地改善通航条件，属这一类的航道工程有所谓渠化工程。课题四课题四 航道工程航道工程三三、相关内容相关内容1.1.航道整治工程航道整治工程 修建整治建筑物，改变和调整水流结构，利用水流自身的内部能量冲深河床，增加航深，或改善滩险河段的水流流态，保证航行安全的航道工程。护岸工程、切嘴工程、裁弯取直等均是航道整治工程的不同形式。2 2、航道疏浚工程、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。疏浚是开发和维护航道的主要手段之一，它的特点是工
22、期短、见效快，施工比较单纯。3 3、渠化工程、渠化工程 渠化工程是在通航河流上修建一系列闸坝，抬高上游水位，增加航深，减小流速，使闸坝间形成互相衔接的深水缓流航道，从根本上消除自然情况下的碍航滩险，大幅度、永久性地增加航道尺度的航道工程措施。河流渠化工程必须紧密结合河流综合利用和综合开发的计划进行河流渠化工程必须紧密结合河流综合利用和综合开发的计划进行 渠化工程从根本上改变了天然河流的水文情况。渠化工程从根本上改变了天然河流的水文情况。u枯水期河中水位不再取决于河流的流量大小而是直接决定于闸、坝等建筑物的布置和它们的高度；u流速较天然河流显著降低；u视闸、坝上游容蓄能力的大小可以对天然河流洪、
23、枯流量的分配进行不同程度的调节。通过兴建运河，使不同水系之间得以沟通，有的可以缩短水运距离，有的可以实现跨流域通航，使水运成网、直达，提高效益。苏伊士运河、巴拿马运河等通海运河是成功的杰作。4.4.运河工程运河工程5.5.航道养护工程航道养护工程 航道维护是为保持预定的航道标准，包括航道尺度、航道维护类别、航标配布类别等标准而实施的各项工程技术措施。长江航道部门把航道维护的基本目标归纳为保深、保标、保畅通保深、保标、保畅通。把航标工程列作一项航道工程把航标工程列作一项航道工程，一方面说明它的重要性，另一方面也表明它同其他航道工程相互依存的特点。6.6.航标工程航标工程 航道整治的成效离开航标的正确标示无法充分显示，航道维护缺少航标的合理布设和及时调整，更无法达到要求，这一点在内河表现尤为明显。
