航道基本知识及题目.docx
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航道基本知识及题目
第一章航道工程与航道尺度
第一节航道工程
一、航道
1.定义:
为了组织水上运输所规定或设置的船舶航行通道称为航道。
规定:
图上画定或现场标定;设置:
人工开挖或整治而成。
2.基本要求:
①足够的水深、宽度和弯曲半径。
②适合船舶航行的水流条件:
流速不能过大、流态不能太乱、比降不能太大。
③跨河建筑物应满足船舶航行的净空要求。
二、航道工程
1.整治工程:
建造整治建筑物,改变和调整水流结构,稳定主流,控制和调整
泥沙在河槽内的运动⋯⋯。
能较长时间维持河势,影响范围大,投资大。
2.疏浚工程:
用挖泥船挖除碍航浅滩,增加航深;用爆炸除去碍航礁石。
投资
少,见效快,施工简单,但易回淤。
3.渠化工程:
建造拦河闸坝,抬高水位。
投资大,技术复杂,通常应先考虑疏
浚和整治措施,如达不到要求才考虑渠化工程。
4.径流调节:
利用上游水库,洪水季节蓄水,枯水季节放水。
一般来说:
山区河流渠化工程
平原河流、潮汐河口整治和疏浚结合
平原上的大江大河疏浚
河网地区、湖区疏浚
第二节航道尺度
一、航道尺度
在设计最低通航水位情况下,保证通航的航道最小尺度。
包括航道水深、
航道宽度、弯曲半径以及在最高通航水位下跨河建筑物的净空。
二、航道等级
①以航道水深为分级标准:
美国密西西比河水系分4级1.83m、2.74m、3.66m、
12.20m。
②以标准驳船的吨位为分级标准:
我国采用此分级法。
三、内河船舶的航行方式
1.拖带船队2.顶推船队
第二章浅滩的演变和整治
沿河流的纵向河床有一系列的凸起之处,从航运观点来看,我们一般是将
水深不足,碍航的地方称为浅滩,或称碍航浅滩。
河流中为什么会出现浅滩?
各个浅滩上的水深为什么不一样?
浅滩位置为
什么会移动?
等等,这些都不是偶然的,而是有一定原因和规律的。
因此,整治
浅滩时,必须掌握浅滩演变的规律,了解浅滩的成因,然后进行整治工程的规划
设计和工程的实施。
第一节浅滩及其成因
一、浅滩及其组成
1.浅滩:
联接边滩与边滩或江心滩之间的?
°水下沙埂?
±,当其航深不足时,便
称为浅滩。
2.组成:
①上边滩、②下边滩、③上深槽、④下深槽、⑤沙埂、⑥尖潭、⑦倒
套、⑧上沙咀、⑨下沙咀
二、浅滩分类及成因
1.按淤积部位(淤积原因)分为6类:
①弯道过渡段浅滩;深槽由凹岸→凹岸,环流消失(或不定)。
②放宽段浅滩:
单宽流量减小,流速减小。
③河槽束窄处上游浅滩:
局部壅水区。
④分汊河段浅滩。
⑤分流河段浅滩。
⑥支流汇入河段浅滩。
2.按河床形态分为4类:
①正常浅滩(平滩):
上、下深槽对峙而不交错(航槽位置稳定)
②交错浅滩(坏滩):
上、下深槽交错(航槽不稳定),横向漫流。
③复式浅滩:
滩、槽交错分布的浅滩群。
④散乱浅滩:
滩、槽分布散乱,极不规则。
3.成因:
(至少有四种可能)
①流速减少:
放宽、束窄壅水、分汊、分流、入汇等。
②环流:
过渡段环流方向相反,泥沙落淤。
③洪、枯水流方向不一致:
洪水淤积,枯水冲不走。
④上游来沙量过多:
山洪、冲刷、塌方等原因。
总之,浅滩的形成可归结为上游来沙量大于本河段的输沙能力,上游来沙不能
被本河段水流所带走落淤而成。
第二节浅滩演变的基本规律
一、影响浅滩演变的主要因素
来水来沙条件,河床边界条件两方面。
1.来水、来沙条件(水文条件):
大水,少沙:
浅滩少淤或冲刷
小水,大沙:
浅滩淤积
洪峰在前,沙峰在后:
浅滩淤积
沙峰在前,洪峰在后:
浅滩少淤或冲刷
涨水慢(淤),落水快(冲):
浅滩淤积(淤多、冲少)
涨水快,落水慢:
浅滩冲刷(淤少、冲多)
从以上可以看出:
河流的来水、来沙(水文条件)及其变化过程对浅滩冲
淤的影响是很明显的,水文条件的变化是引起浅滩变化的直接条件。
2.河床边界条件(河床形态):
①竖向形态:
边滩高大,水流归槽早,冲刷时间长,浅滩冲刷多;
边滩低,水流归槽晚,冲刷时间短,浅滩冲刷少;
②平面形态:
放宽、束窄、分汊、过渡段长短等,影响流速分布,环流结构。
③上、下游河势:
动力轴线摆动。
二、浅滩演变的基本规律
1、绝对活动性:
浅滩形态总是变化的,浅滩总是在不停地发生着冲淤变化,这
是水流与泥沙相互作用所决定的。
2、相对稳定性:
只要河床形态、地貌不发生根本变化,浅滩不会消失,必然存
在。
这也是水流与河床相互作用的结果。
3、年内周期性:
①一般是:
洪(涨)淤、枯(落)冲,又可分4阶段:
a、涨水初期:
冲淤交替
b、高水期:
明显淤积
c、中、枯水:
明显冲刷
d、枯水末期:
相对稳定
②鞍凹(槽口)位置:
洪、中、枯不同,但具有年周期性。
航道多变。
4、年际周期性:
特大洪水年出现时,浅滩形态变化,然后逐年调整,又恢复原来形态,有
一定周期性。
第三节浅滩演变分析方法
浅滩演变的分析目的在于掌握浅滩演变的规律,区别影响浅滩演变的主要
因素和次要因素,预测今后浅滩的变化趋势,提出对浅滩的整治措施。
1、对天然河道的实测资料进行研究分析,分析河道的过去演变过程。
2、应用泥沙运动和河床演变的基本原理。
3、运用河工模型试验的基本原理。
在具体进行某一浅滩演变分析时,通常是采用从河床变形的结果去找原因
的方法,即根据已有的浅滩形态及其变化规律,从水流、泥沙、和河床形态上去
找原因,找到原因以后,再由这些原因去预报浅滩的发展趋势。
即从结果→找原
因(主因)→演变趋势→整治措施。
第四节浅滩的整治原则
除了一些简单的问题可以通过数值求解外,更多的方面还停留于定性的描
述阶段。
航道整治理论也必然处于半经验半理论状态。
一、统筹兼顾,充分利用河流资源
二、处理好治理河道与航道的关系
只有稳定了河势,才有可能整治好浅滩。
所以治河与治浅滩两者是统一的。
另一方面,一条河流的稳定,很大程度上决定于中洪水时期水流对河床的塑造。
治河工作者为了稳定河势,常着重于中洪水期稳定岸线、深槽和边滩,控制河流
的平面摆动。
航道工作者为了克服枯水期浅滩的水深不足,通常多着眼于枯水期
浅滩的整治,从这个角度来看,两者又有一定的区别。
三、顺应河势,因势利导
四、参考优良河段规划河床形态,工程分期实施
五、合理选择治理浅滩的措施
一般情况下,可以认为整治是带有根本性的措施。
疏浚收效快、机动灵活、
一次投资较少是其优点,但需经常清除挖槽的回淤。
在流速小、流向变动不定的
壅水河段、整治工程难以发挥作用时,常采用疏浚。
实践表面,一般情况下,采
用整治与疏浚相结合的措施是比较经济合理的。
即以整治为主辅以疏浚,或以疏
浚为主辅以整治,只要搭配得当,可以收到多快好省的效果。
第五节浅滩的整治措施
一、整治方案论证
经济比较:
整治建筑物:
根本性的措施,长期起作用,一次性投资大。
疏浚:
临时性的措施,短期起作用,一次性投资小。
整治与疏浚相结合:
一主一辅。
技术论证:
内容:
a效果;b对上下游河道演变的影响;c对其他部门的影响(如防洪)。
方法:
a演变分析;b变形计算;c模型试验。
二、各种浅滩的一般整治方法
(一)正常浅滩
一般情况下,这类浅滩不碍航,只有在洪水期来沙特别多的年份才会出现
水深不足。
1.特点:
河道呈弯曲形状,上下深槽不交错,水流较集中。
2.碍航原因:
过渡段太长;河宽太大;边滩高程太小。
3.治理方法:
稳定河势(保护弯道凹岸);束窄河宽;固定、加高边滩高程;疏
浚。
(二)交错浅滩
1.特点:
河道顺直或过渡段太短;上、下深槽交错;存在横向漫流。
2.碍航原因:
上、下深槽之间存在横向漫流,水流分散,水深小(浅滩脊宽浅),
槽口多,航槽不稳定。
3.治理方法:
消除漫流,固定、加高边滩;疏浚。
(三)复式浅滩
1.特点:
河道顺直较长或过渡段很短;上下游浅滩相距太近,有共同的中间深
槽;上下深槽时有交错。
2.碍航原因:
上下浅滩冲淤交替;横流;急弯。
3.治理方法:
稳定河势;消除横流;固定、加高边滩;疏浚。
(四)散乱浅滩
1.特点:
河道没有完整的弯曲形态,河床宽浅,没有明显的边滩和深槽。
2.碍航原因:
水流分散,主流不定。
3.治理方法:
用整治建筑物或疏浚的方法形成一条弯曲的整治线。
第三章整治工程规划与设计
第一节概述
中洪水整治,稳定河势,固定岸线,主要是治河,解决防洪问题。
枯水整治,束水导流,刷深枯水河槽,主要是治滩,解决航运问题。
第二节整治断面设计
一、设计水位
(一)设计最低通航水位:
根据通航标准,要求达到航道尺度的起算水位,称
设计最低通航水位,又称设计水位。
(二)浅滩设计水位的确定方法
1、水位相关法:
浅滩上设立一个或几个临时水位尺,与基本水文站同步观测较长时间的水
位资料,点绘相关图,由基本水文站的设计水文→浅滩的设计水位。
2、比降插入法:
当浅滩上没有水位资料而浅滩上下游有水文(位)站时采用该法。
3、瞬时水位法:
浅滩上临时观测水位较少,点不出相关图。
但又无上、下水文站时,可由
少数资料求出浅滩水位与基本站水位的?
°落差?
±关系,即用这一固定落差,由基
本站水位,推算滩上水位。
二、整治水位
定义:
与整治建筑物头部齐平的水位。
当水位降至该水位时,整个水流受
到整治建筑物的约束。
(整治建筑物开始发挥最大作用)。
该水位愈高,建筑物修
得高,水流受约束早,航道冲刷愈多,但投资加大;影响防洪。
(一)经验方法:
1、经验数据法:
由整治成功的工程经验数据确定。
2、优良河段模拟法:
用本河道的优良河段边滩高程作为整治水位。
3、采用多年平均水位:
多年平均流量对应的水位,相当于平边滩水位
(二)造床流量法
所谓造床流量是引用某一个频率的流量,在这个流量下,造床作用假定和
多年流量过程综合造床作用相当,这一流量,称为造床流量。
提出造床流量应是对河床形成作用最大的那几级流量,它包含了造床强度
和历时两方面因素,造床强度又取决于输沙率的大小,故输沙率与历时的乘积最
大时的流量作为造床流量。
三、整治线宽度
(一)定义
整治水位所对应的河面宽度。
应大于航道宽度。
整治线宽度太大,束水作
用不明显;宽度过小,将产生局部的过度冲刷,引起下游河段淤积,或流速过大
使航行条件恶化,因此,正确确定整治线宽度是设计中的一个重要问题。
(二)确定方法
早期整治航道时,由于没有挖泥设备,多采用束水攻沙的方法,因此,整
治线宽度公式均为只考虑束水攻沙情况下推导出来;而现在一般多采用整治与疏
浚相结合的方法进行航道整治,故一些公式应进一步完善。
1.经验方法(河相关系法)
2.理论计算方法
(1)水力学计算法
(2)输沙平衡的方法
第三节整治建筑物的作用与布置
一、丁坝
二、顺坝:
特点:
坝轴线沿水流方向或与水流交角很小。
作用:
束窄河床,导引水流。
位置:
沿整治线布置。
优点:
流态平顺,对河道及对岸的影响较小。
缺点:
不易修改(只宜在一岸修顺坝),施工条件不便(远离河岸)。
丁顺坝:
丁坝与顺坝结合。
三、锁坝
特点:
从一岸到另一岸,将非通航河槽完全封堵。
作用:
塞支强干,增加通航河道的流量。
位置:
位于分汊河道的支汊上(首、中、尾都可以)或河道中的窜沟、倒套等
处。
四、潜坝
特点:
各种水位时均潜没水下,但一般不碍航的建筑物。
作用:
调整河底坡度,壅高上游水位,改善流态。
位置:
岸边,河中,支流道等处都可布置。
类型:
潜丁坝、潜锁坝
五、平顺护岸
特点:
覆盖在河岸外面,大面积的平顺,层状建筑。
作用:
保护河岸不受冲刷。
位置:
弯道凹岸(顶冲点上、下游)。
布置护岸工程原则:
时机选择:
河弯发展到相对稳定阶段。
地点选择:
全线规
划,(上、下游兼顾)守点固线。
?
°险工?
±、?
°平工?
±。
第四章分汊段和汇流段的整治
第一节概述
一、分汊段成因:
1、泥沙在河中淤积而成(如河流放宽段等)
2、水流切割边滩而成(成自然裁弯)
3、人工裁弯
二、汊道碍航原因
1、分汊河段总宽度比单一河道大,水流分散,水深不足。
2、洲头的顶托作用,水流冲向洲头及两侧河岸,泥沙下移,淤积汊道中、尾部。
3、洲尾部水流交汇,消耗能量,泥沙淤积,形成关洲尾的?
°关门洲滩?
±。
三、汊道演变的基本规律
总趋势:
一条汊道走向发展,另一汊道走向衰退,各汊道多处于兴衰交替
的变化过程中。
主要原因:
两汊的分流比与分沙比,随着水位的变化及口门高程的变化,两汊
分流比、分沙比发生变化。
第二节汊道整治
一、稳定汊道:
适用条件:
河势良好,水道优良。
措施:
1、保护节点:
节点变化→汊道变化。
2、保护进口河岸、边滩。
3、保护河弯。
4、保护洲头(鱼咀)、洲尾(岛尾)
二、改善汊道:
适用条件:
维持现有两汊河势,整治碍航浅滩。
措施:
1、分析浅滩部位(汊道进口,中部,出口)、成因。
2、采用丁、顺坝或疏浚,整治浅滩,改善航道。
三、堵塞支汊:
适用条件:
主汊通航流量不足,需堵塞支汊以集中全部或部分流量以增加航深。
措施:
丁、顺、锁坝。
第三节支流河口及入湖河口的浅滩整治
一、支流河口浅滩
(一)成因
1.干支流洪水期不一致,洪水期相互顶托,泥沙淤积成滩。
干流、支流属于不同的地区,洪水有先后,干支流水位相互顶托,流速减
小,水流挟沙力下降,使大量泥沙淤积。
①干流洪期先于支流洪期:
支流河口淤积
②支流洪期先于干流洪期:
干流淤积
2、干、支流交汇角的影响
河口浅滩的形成,与干支流交汇角度十分密切。
3、支流汇入干流位置的影响
两条支流在同一地区汇入干流,三股水流交汇,相互顶冲撞碰,能量损失
较大,泥沙最易淤积,如:
浏阳河,捞刀河入汇湘江情况,流态紊乱,大量泥沙
淤积。
4、干支流的流量,比降,流速,来沙量等不一致。
若比降、流速,来沙量:
支流>干流:
干流淤积;
支流<干流:
支流淤积,同时交汇点下游干流亦常
淤积。
(二)整治措施
整治的基本原理:
增加输沙能力,减少泥沙淤积。
1、筑坝导流,调整交角
2、改变支流入汇位置:
3、加大支流的输沙能力,消除支流河口淤积
4、新开航槽,调整交角
二、入湖河口浅滩
(一)水流特征:
1、流向逆顺不定,水位流量关系复杂
入湖河口因受湖水位变化的影响,同一流量下,往往有不同的水位,如洞
庭湖:
水位高时江水倒流,水位低时江水顺流。
2、水面比降平缓,流速较小,泥沙淤积,河床抬高
湖水顶托,比降减小,河口成为滞流区,大量泥沙淤积。
(二)整治措施:
1、疏浚与束窄河床相结合
2、改善流向,增加河道输沙能力
3、筑导堤将航道延伸到深水区。
第五章弯道整治
第一节弯道演变及碍航特点
一、弯道演变的主要方式
1、凹岸崩退和凸岸淤进
在弯道环境的作用下,凹岸不断地遭受冲刷,坍塌后退,凸岸不断淤积前
进,使弯道不断地向弯曲方向发展,弯道河流一般都处于输沙平衡状态,凸岸的
淤积主要来自凹岸的冲刷,凸岸的淤长与凹岸的崩退在数量上接近相等,因此河
弯在变形过程中能维持一定的宽深比不变。
2、弯道的发展和蠕动
凹岸的崩退和凸岸的淤进使得河宽在平面上产生横向位移,但是这个位移
在整个弯道上并不是均匀分布的,因此使得凹岸主流顶冲点下挫,弯道环流在弯
顶以下最强,促使河弯沿纵向下移,凸岸的淤积区逐步扩大,一面向前推进,同
时也向下游发展,因此。
河宽在发生横向变形的同时也发生纵向蠕动。
3、裁弯取直和撇弯切滩
随着弯道的发展,河道愈来愈弯,最终形成很长的河环,此时,河弯的起
点和终点相距很近,当洪水漫滩时,存在较大比降,容易形成串沟,并逐渐发展,
扩大成新河,而老河逐渐淤死,从而形成自然裁弯。
二、碍航弯道的特点
1、中、枯水期弯道半径太小,或航宽不足;
2、河宽太大,或弯道阻力太大,弯道段出现浅滩;
3、航程增加外河道弯曲。
第二节弯道整治
一、保护凹岸,防止弯道恶化
适用条件:
弯道形态处于?
°理想?
±状态,水道优良;弯道形态是呈不理想,但
发展下去更不利。
措施:
平顺护岸或经丁坝护岸。
二、筑坝导流,调整岸线
适用条件:
弯道河宽太大,出现碍航浅滩。
措施:
丁、顺坝,束窄河槽,整治浅滩。
三、裁弯取直,新开航槽
适用条件:
弯道过分弯曲,可能因半径太小,阻力增大出现浅滩或航道工程过
长,需要裁弯。
措施:
裁弯取直。
第六章航道疏浚
第一节概述
1、广义疏浚概念:
挖泥、爆破、清槽、切除岸咀等一切浚深河槽的工程措施。
一般疏浚概念:
特指用挖泥船进行水下挖掘。
2、疏浚工程的任务
(1)开挖新的航道,港池、运河;
(2)浚深、加宽现有航道和港池;
(3)开挖码头、船坞、船闸及其他水工建筑物的基槽;
(4)吹填造地工程。
3、疏浚工程的分类
(1)基建性疏浚?
a在较长时期内,根据改善通航条件,列入基建拨款。
(2)维护性疏浚?
a只在一个航期内保证航道尺度。
(3)临时性疏浚?
a临时需要的疏浚
第二节挖槽定线及抛泥区选择
一、挖槽定线原则
1、利于航行
(1)满足规定的航道尺度:
水深,密度,曲率半径;
(2)适应船队习惯航线:
有喇叭形,平顺进出口;
(3)尽量布置为直线或半径较大的曲线利于船转向;
(4)与主流交角(不大于15度)小,便于操作。
2、(符合河道演变规律)利于挖槽稳定
(1)与主流交角,随水位而变。
长江研究<15度;
(2)挖槽位置:
由河道演变分析确定。
3、利于施工
(1)尽量顺直,便于控船操作。
(2)选线的土方量最少
二、抛泥区选择的一般原则
1、利于航行
(1)抛泥不能碍航:
例:
航道边缘;挖槽进出口、码头附近水域均不宜抛泥。
(2)挖泥船施工航行或管线布设不碍航。
例:
尽量不超越航道。
2、利于挖槽及下游河道稳定
(1)不能抛在有可能重新进入挖槽及下游航道的地方。
(2)利用抛泥改善河道形态,如:
填塞倒套,加高边滩,吹填或丁坝陆地等。
3、利于施工
(1)尽量缩短运距及管线长度。
(2)抛泥区水深满足挖泥船及泥驳操作条件。
(3)尽量避开繁忙的航线。
4、利于生态环境保护
第三节挖泥船及其施工方法
挖泥船按工作原理,主要分水力和机械两大类。
一、绞吸式挖泥船:
(一)构造及特点:
1.构造:
(1)船体(一般为非自航);
(2)定位系统(钢桩、锚绳);(3)挖
泥系统(绞刀头、绞刀桥、吸泥管等);(4)排泥系统(泥泵、排泥管等)。
2.特点:
(1)生产效率较高。
挖泥?
a输泥?
a卸泥都是由自身连续完成,一般
为40m3/h~400m3/h,有的可达每小时数千立方米。
(2)一次挖宽及挖厚受限,一般挖宽为1.2-1.4倍船长,挖厚1.2-1.5
倍绞刀直径。
(3)需架设较长的排泥管路,对其他船舶有影响。
(4)为非自航,辅助设备多,不灵活,抗风浪能力小,调遣及布
置复杂、时间长。
(二)施工方法:
绞吸式挖泥船是利用转动着的绞刀绞松河底土壤,与水混合成泥浆,通过
泥浆泵的作用:
泥浆?
a吸泥管?
a泵体?
a排泥管?
a排泥区。
绞吸式挖泥船一般为非自航式,常用的施工方法是钢桩定位横挖法。
又分
两种:
1.双桩前移横挖法:
利用两根钢桩轮流交替插入河底定位,船体以此为摆动中心并进行挖泥,
且随着两根钢桩轮流交替插入河底,船体向前移动。
2.单桩前移横挖法:
为了克服上述方法的缺点,可采用单桩前移横挖法(并非只有一根桩),即
以一根钢桩为主桩,始终对准挖槽中心线,作为横挖的摆动中心,而另一根钢桩
作为副桩,为前移换桩之用。
如果挖槽很长,就要根据锚缆长度进行分段开挖,
土层的厚度较大时,就要适当分层开挖。
(三)适用条件:
地质条件:
砂、砂壤土、淤泥、粘土。
施工条件:
流速小、风浪小的水域;能架设输泥管路且对其他船舶无影响。
二、耙吸式挖泥船:
(一)构造及特点:
1.构造:
(1)船体(动力,一般为自航);
(2)定位系统(导标、GPS、锚绳);
(3)挖泥系统(耙头、吸泥管、泥泵等);(4)装卸泥设备(泥仓、泥门等)。
2.特点:
(1)船只大,抗风浪能力强,但要求施工水深也较大,施工区域受限。
(2)单船作业,辅助设备少,调遣及施工布置简单、迅速。
(3)施工时对其他船舶航行干扰小。
(4)生产效率高,但疏挖后挖槽底平整度较差。
(二)施工方法:
耙吸式挖泥船是一种自航式、自带泥舱、一边航行一边挖泥的吸扬式挖泥
船。
耙吸式挖泥船一般都采用纵挖法施工。
1.装舱法施工:
这是常用的基本方法。
挖泥
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