内河引航幻灯片

内 河 引 航,甘浪雄 主 讲 武汉理工大学航运学院,第一章 内河航道,第一节 河流基本知识,河流是指陆地表面上的线性凹地与在其上流动的河水的总称，是在壳构造运动的基础上，水流与河床长期地相互作用下形成的。河不是一种天然水体，它由一定区域内的地面水及地水下所补给，并在重力作用下经常或周期性地沿着由它本身所造成的连续延伸的线性凹地流动着。水利、航运、养殖及人类生存、供水巨大的作用。,一、河流的基本组成,河流最基本的组成可分为两部分 ： 1陆地表面的线性凹地-河谷； 2河谷上流动的河水。 河谷的形成与地质过程、地流的冲淤变化有关。河谷一般由谷底、冲积层、谷坡、阶地、河床、河槽、河漫滩等部分组成。根据其组成特点可分为阶地河谷与无阶地河谷两大类。,1谷底：河谷的最下部分。 2冲积层：淤积在谷底上的泥沙、砾石、卵石、石块等。 3河床：河床的经常或被水流淹没的部分。 4河槽：河床中经常或正被水流淹没的部分。 5河漫滩：冲积极层的一部分，因泥沙等淤积在近岸边而形成，洪水时被淹没，而中枯时则露出水面以上。 6谷坡：河漫滩以上两侧较高的陆地部分。 7阶地：分布在谷坡上，排列较平坦，呈阶梯状的地形。是由河流下蚀和侧蚀作用形成的。 河水是地表水在重力作用下沿河谷流动的水流。正是由于河水的存在使得水上运输才有可能。,二、河流的分类与分段,河流与地壳、气候、土壤、植被、河道演变、人工用水等各种自然地理因素密切相关。每条河流都具有各自的特征。河流，根据地质地貌，水文特征和航行条件可分为山区河流与平原河流两大类。 1、山区河流 山区河流流经地势高峻，地形复杂的山区。沿程多为开阔段与峡谷相间，平面形态极为复杂，两岸与河心常有巨大突出，岸线极不规则，急弯卡口比比皆是。由于山区坡面陡峻，降雨强长较大，汇流时间短，洪水的猛涨猛落是山区河流重要的水文特点。山区河流的水面纵比降一般都比较大。山区河流的流速大。山区河流的流态十分紊乱。山区河流的河床多为原生基岩、乱石或卵石组成，山区河道易于遭受突然而强烈的外界因素影响，而产生河床的显著变形。总的来说山区河流流速大，水位变幅大，流态紊乱，航道尺度水，航行条件较差。,2、平原河流 平原河流流经地热平坦、土质疏松的平原地区。其特点为具有度广的河漫滩，河床多为卵石挟沙、粗沙、中沙、细沙以至粘土。大流与河河床的相互作用下，河流往往在广阔的河漫滩上左右摆动。因而平原河流航道多变，不稳定。 平原河流由于集水面积大，汇流时间长。洪水期一般没有猛涨猛落的现象，持续时间也相对较长，水位变化幅度亦不大。 3、山区河流与平原河流特点比较 平原河流相对于山区河流而言流速水，水位变幅小，水流平顺，流态平缓，航道尺度较大。但航道不稳定，时有浅滩碍航，属宽浅型的河段。总的来说航行条件比山区河流要好。常将河流划分为河源、上游、中游、下游和河口五个段。同一河流，不同的部门从不同的角度出发，有不同的划分结果，但一般来说，都有共同的特点。,1河源：河流的发源地 2上游：地处山区峡谷地带，具有山区河流的基本 特征。 3中游：位于上游和下游之是，一般流经丘陵地区，因而同时具有山区河流与平原河流的某些特征。 4下游：地处平原地区，具有平原河流的基本特征。 5河口段：河流流入海洋、湖泊、水库、沼泽、沙漠或另一河流的出口处。 （ 注：上述河流的分类与分段方法，对于较小的河流不完全适合。）,三、河道特征,河道特征包括河槽的平面形态，河流的断面积和比降等。山区河流，平原河流。河流的断面分为纵断面及横断面。一般纵断面是指导沿河流中线或线的剖面，以横座标为河长，纵座标为高程，即可绘出河流的纵断面图。如图1-1所示。 图11 河流纵断面示意图 河槽中某处垂直于流向的断面称为河流在该处的横断面。它的下界为河底，两侧为河槽斜坡，上界为水面线。横断面也称为过水断面。它是计算流量的重要因素。,第二节 航道尺度和航道等级,凡是能进行水上运输的天然河流称天然河道，它与河运、湖泊、水库等统称内河水道。 水道中具有一定深度、宽度、净空高度和弯曲半径，能供船舶安全航行的水域称之为航道，通常用航标标示。习惯上，将航道中水深大、流速大的水域称为主航道，其它相对主航道而言，能缩短航程、提高航速、减少航行时间（缩短营运周期），从而提高经济效益的汊道或主流两侧的缓流区称为副航道或经济航道。经济航道有三种：缓流航道；短捷航道；经济迂回航道。,一、内河航道尺度,航道尺度是指一定水位下的航道深度、航道宽度、航道曲率半径和通航高度。 航道标准尺度指在全年通航期内，为保证船舶安全通航，根据河流通航条件而确定的通行保证率下，航道中所必须维护的最小航道尺度。故航道标准尺度又称航道保证尺度。,1航道标准深度（h） 航道标准深度是航道在枯水期内所应维护的最小水深，是航道的主要尺度。它的确定一般应从营运经济和航道条件两个方面进行分析论证。航道中应维护的最小水深为： h=T+h 式中：h航道标准深度（m）； T允许通船舶的最大吃水深度（m）； h剩余水深（m）。,设计时，需根据我国各河流实际航行经验，综合考虑下述因素，进行分析确定。 1）船舶航行时，因船体下沉需增加的水深。 在理论上已有不少半经验公式，其中以霍密尔公式较为简便： 式中：Tcp平均吃水增量，即船舶动吃水量（m）； h航道水深（m）； V船舶对水速度（m/s）； T船舶吃水（m）； M与船型（L/b）有关的系数见表1-1。 表11 吃水增量系数m数,2）为保证推进器的安全而需增加的水深。 3）为保证舵效应，以达到操纵灵活安全而应增加 的水深。 4）防止船舶因波浪或其它原因偶然触及河底需 增加的水深。增加的水深用h1表示。 5）顶推船编队后的吃水增值h2。 综上所述，船舶所需剩余水深为： h= TCP+ h1+ h2 当前，长江航道局对长江干线主要航区的航道标准深 度规定为： 川江 2.9m 中游 2.9m 下游 南京以下4.0 m 南京以上10.5 m,2航道标准宽度（B） 航道标准宽度是指在设计最低通航水位时具有航道标准水深的航道宽度。也就是整个通航期内航道中应保证的最小宽度。航道标准宽度是制定，必须考虑以下几个方面的因素：船舶（队）的尺度、航（队）型、船性；航道形态、水流流态、气象情况等。 内河航道中，若不考虑风流等外界因素对船舶，只考虑船舶到航道边界的安全距离d，船与船之间的安全距离c，则有： 单线航道:B单=Lsin +bcos +2d 双线航道:B双=L1sin1+b1cos2+ L2sin2+b2cos2+2d+c 在具体航道中，一般以该航道计划通航的最大船队尺度为计算标准。为更安全取见，取cos=1,一般规定 c=1/2(b+ Lsin); d=1/4(b+ Lsin);则上述航道标准宽度计算公式可改写为： 单线航道B单=1.5(b+Lsin)； 双线航道B双=3(b+Lsin)。,图1-3 航道标准宽度示意图,3航道最小弯曲半径（R） 航道弯曲半径是指航道弯曲处，其轴线圆半径长度。也叫航道曲率半径或航道曲度半径。为此把保证最长的下行船队能弯曲河段所必须的航道弯曲半径称为航道最小弯曲半径。图1-4 曲度半径 按我国通航标准规定，船舶（队）航行所需要的航道最小弯曲半径，在14级航道为45倍船舶（队）长度；在56级航道为4倍船舶（队）长度，如长江航道局规定川江的航道最小弯曲半径为750m。 实际工作中，常在航行图或航道图上量取航道的曲率半径，现将几何作图法介绍如下：,图1-4 曲度半径,4净空高度（D） 航道整治部门和桥梁工程部门一般把桥梁（电缆）下缘低点到设计最高通航水位面的垂直距离称为净高。常把过河建筑物下缘最低点至当地零水位面的垂直距离称为净空高度（D）。 不同水位期，建筑物下的实际通航高度是不同的。必须使船舶的最高点与过何建筑的最下缘间有一定的安全距离。距离就是剩余高度（D）。铁路桥的桥梁下缘还配有维修滑车，一般高1.5m，净空高度与舰艇（队）高度， 吃水及水位等的关系如图1-5所示。 要衡量本船是否能安全通过桥梁或电缆，即看本船的水上高度（船舶的最大高度与吃不的差）是否小于或等于实际通航最大高度，也就是要比较实际剩余高度与规定剩余高度的大小。 5净空宽度（E） 净空宽度是指设计最低通航水位时，桥梁或其它跨河建筑物的两墩内缘间的水平最小直线距离，简称净宽。,图1-5,二、内河航道等级,交通部重新制订颁发了全国内河通航标准。这个标准适用于全国通航内河。标准中的有关规定搞要如下： 1属于下列范围的，应近具体条件研究确定：湖泊、水库航道及其水上过河物建筑通航净空尺度；流速3m/s以上，滩多、水势乱的山区河流的船型船队、航道及水上过河建筑物的通航尺度。 2通航海船的内河航道，其受海船控制的那部分尺度，应根据船资料研究确定。国境河流，按我国有关规定和具体条件参照标准执行。 3以拖运木排为主或重要的木排运输航道，如本标准尺度不够时，可按林业部门的标准（或规范）执行。 4标准将通航载重量50吨级至300吨级驳船的航道依次分为七级，见表1-3。每级有几种船队型式，以适应广泛的需要。具体河流的航道等级，应在近、远期规划的基础上通过技术经济论证选定。 5凡不易扩建或改建的永久性工程应按核定的远期航道等级执行。,6一至五级航道分节驳顶推为代表队型；六至七级航道以拖带、机动驳顶拖和分节驳项推为代表队型。表列船型主尺度，在船舶设计建造时允许做少量调整，但所组成的船队须适应标准规定的各项通航尺度。表无吃水是标准装载量时的数值，其最大吃水和最大装量可根据具体航道、水文及运输等条件确定。 水文和气象条件、船舶的结构、强度、和抗风浪能力的大小，可将内河航道分为A、B、C三个航区，即J级航段，按滩地流速大小划分为J1、J2、J3三档。 J1级航段：航区内滩地流速为5.5m/s以上至6.5m/s的航段 J2级航段：航区内滩地流速为4.5m/s以上至5.5m/s的航段 J3级航段：航区内滩地流速为3.5m/s以上至4.5m/s的航段 航区等级按A级、B级、C级高低顺序排列，如表1-4所示。不同的J级航段分别从属于所在水域的航区等级。 低等级航区的船舶不得在高等级航区内航行。各级航区的船舶，如不满足急流航段的特殊要求，不得航经该急流航段。,表14 长江干流、珠江、黑龙江、黄河等水系主要通航河流航区等级的划分。 长江干流：宜昌以上为C级航区，其中自宜宾至兰家沱为J3级航段，自铜锣峡至奉节为J2级航段，自奉节至南津关为J1级航段；自宜昌至江阴为B级航区；自江阴至吴淞口，包括横沙岛以内水域，为A级航区。 珠江水系： 黑龙江水系： 黄河水系：,第三节 河流动力学基本原理,河流是水流与河床相互作用的产物。水流作用于河床，使河床发生变化；河床又反过来作用于水流，影响水流的结构。二者构成一个矛盾的统一体，相互依存，相互影响，相互制约，永远处于变化和发展的过程中。,一、泥沙运动的基本形成,河流中运动着的泥沙，根据其运动状态的不同，可分为推移质和悬移质两大类。 1推移质运动 泥沙所采取的运动形成，与其本身粒径的大小、在河床上所处的位置以及水流条件等因素有关。在河流中泥沙一颗一颗地沿河床滚动、滑动或跳跃前进，运动一阵、停止一阵，呈间歇性。运动着的泥沙与静止的泥沙经常彼此交换。前进的速度远较水流速度为小。这一类泥沙叫做推移质，在水流挟运的泥沙中属于比较粗的一部分。当河床上有一定数量的推移质向豢运动的时候，河床表面往往形成起伏的沙波。 这种滑动或滚动着的泥沙，在运动中始终保持与床面接触，所以叫接触质。在床面附近采取跳跃式前进的泥沙，叫跃移质。跃移质是推移质的主要运动形式。,2悬移质运动 在一定水流条件下，泥沙在水中浮游前进，顺水流前进的速度与水流的速度基本上相同。浮游的位置时上时下，较细的泥沙能上升至接近水面；较粗的泥沙有时甚至回到河床上“休息”，与床面泥沙（简称床沙）发生置换现象，这一类泥沙叫做悬移质，在