第二章碍航险滩及其特性分解.ppt

《航 道 整 治》第二章第二章 碍航滩险及其特性碍航滩险及其特性 河海学院：赵志舟河海学院：赵志舟Ø第一节 碍航滩险的分类第二章第二章 碍航滩险及其特性碍航滩险及其特性 Ø第二节 平原河段滩险的特性Ø第三节 山区河段滩险的特性附：浅滩的演变分析第一节 碍航滩险的分类第二章第二章 碍航滩险及其特性碍航滩险及其特性 第一节第一节 碍航滩险的分类碍航滩险的分类Ø一般碍航特征：一般碍航特征： ①①平原河流主要为枯期航深不足；平原河流主要为枯期航深不足； ②②山山区区河河流流主主要要水水浅浅、、流流急急、、险险恶恶流流态态碍碍航航并存，整个水文年均有可能碍航并存，整个水文年均有可能碍航Ø按碍航原因，滩险的三种基本类型：按碍航原因，滩险的三种基本类型： ①①浅滩浅滩 ②②急流滩急流滩 ③③险滩险滩一、浅一、浅 滩滩1、定义、定义 航航道道水水深深达达不不到到现现有有航航道道维维护护标标准准或或确确定定整整治治目目标标的的局局部部河河段段，，包包括括湖湖泊泊、、运运河河、、水水网网和和通航渠道中的浅段通航渠道中的浅段教材定义不准确）（教材定义不准确）河流纵剖面河流纵剖面 一、浅一、浅 滩滩2、浅滩的组成、浅滩的组成 图1-1 浅滩的组成a)平面图； b)沿深泓线纵断面； c)A-B断面1-上边滩；2-下边滩；3-上深槽；4-下深槽；5-沙梗；6-上深槽尖潭；7-下深槽倒套； 8-上沙梗； 9-下沙嘴； c-鞍凹；8～c～9滩脊（（1）按滩形特征和碍航情况分：）按滩形特征和碍航情况分： 正常浅滩、交错浅滩、复式浅滩、散乱浅滩。

一、浅一、浅 滩滩3、浅滩的分类、浅滩的分类 （（2））按按河河床床组组成成分分：：石质浅滩、卵石浅滩、砂(泥)质浅滩等一、浅一、浅 滩滩3、浅滩的分类、浅滩的分类 （（3））按按浅浅滩滩淤淤积积部部位位分分：：过渡段浅滩、放宽段浅滩、峡口浅滩、分汊河段浅滩、支流河口浅滩一、浅一、浅 滩滩3、浅滩的分类、浅滩的分类 一、浅一、浅 滩滩4、浅滩的成因、浅滩的成因 （（1）冲积性河流形成浅滩的根本成因）冲积性河流形成浅滩的根本成因 输沙不平衡而产生的局部淤积Ø具体成因具体成因：（1）流速的减小（2）环流的消失或减弱（3）洪枯水流向不一致（4）局部地区来沙量的加大 石质浅滩缘于地质构造因素外，其他浅滩均石质浅滩缘于地质构造因素外，其他浅滩均为河床演变的产物为河床演变的产物一、浅一、浅 滩滩4、浅滩的成因、浅滩的成因 （（2）石质浅滩缘于地质构造）石质浅滩缘于地质构造（（3））因因人人类类活活动动使使河河床床发发生生再再造造过过程程，，形形成成新新的的碍碍航淤积体航淤积体Ø多多出出现现在在：：拦河建筑物的上下游、过河建筑物的上游、大型调（引)水过程的下游二、急流滩二、急流滩定定义义：：河河床床过过水水断断面面狭狭小小，，流流速速、、比比降降较较大大，，导致船舶难以自航上滩的局部河段。

导致船舶难以自航上滩的局部河段 1、急流滩的分类、急流滩的分类 (1)按滩险成因分类按滩险成因分类 基岩急滩、卵石急滩、溪口急滩、崩岩与滑坡急滩基岩急滩、卵石急滩、溪口急滩、崩岩与滑坡急滩二、急流滩二、急流滩二、急流滩二、急流滩1、急流滩的分类、急流滩的分类 (1)按滩险成因分类按滩险成因分类 (2)按滩形态分类按滩形态分类突嘴型、窄槽型、横埂型、汊道型急滩突嘴型、窄槽型、横埂型、汊道型急滩急滩滩型示意图a)突嘴型；b)窄槽型；c)横埂型二、急流滩二、急流滩1、急流滩的分类、急流滩的分类 (1)按滩险成因分类按滩险成因分类 (2)按滩形态分类按滩形态分类 (3)按成滩水位分类：枯水滩、中水滩、洪水滩按成滩水位分类：枯水滩、中水滩、洪水滩图a) 中洪水急流滩 图b) 枯水急流滩二、急流滩二、急流滩2、急流滩的成因、急流滩的成因 主要原因：过水面积减小主要原因：过水面积减小Ø 河床泄水面积减小的原因：河床泄水面积减小的原因： (1)地质构造地质构造 (2)溪沟冲石溪沟冲石 (3)崩岩滑坡崩岩滑坡 (4)卵石淤积卵石淤积 (5)枢纽下游不均匀冲刷，导致的局部隆起形枢纽下游不均匀冲刷，导致的局部隆起形成陡坡急流。

成陡坡急流二、急流滩二、急流滩2、急流滩的成因、急流滩的成因 川江斗笠子枯水急流滩（卵石淤积）三、险三、险 滩滩定定义义：：因因航航道道过过分分弯弯曲曲、、航航宽宽不不足足或或者者存存在在严严重重的的横横流流、、滑滑梁梁水水等等碍碍航航流流态态，，致致使使船船舶舶航航行行十十分分危危险的局部河段险的局部河段 多出现在山区、丘陵河段多出现在山区、丘陵河段 1、急流滩的分类、急流滩的分类 按滩险成因分类，主要有：按滩险成因分类，主要有： 礁石险滩、泡漩险滩、滑梁险滩、扫弯险滩等礁石险滩、泡漩险滩、滑梁险滩、扫弯险滩等三、险三、险 滩滩2 、滩险成因、滩险成因 （（1）因地质构造或灾害，形成过分狭窄或曲折的石）因地质构造或灾害，形成过分狭窄或曲折的石质航槽；质航槽； （（2）水流长期塑造形成弯曲狭窄抗冲性强的河槽）水流长期塑造形成弯曲狭窄抗冲性强的河槽 弯曲半径弯曲半径R小、扫弯水小、扫弯水 （（3）自然形成碍航流态）自然形成碍航流态 （（4）枢纽或大型调（引）水工程形成新的碍航滩险）枢纽或大型调（引）水工程形成新的碍航滩险 库尾：滩槽异位，新槽位于礁石区易形成险滩库尾：滩槽异位，新槽位于礁石区易形成险滩 坝区：引航道口门区、连接段水流条件较差坝区：引航道口门区、连接段水流条件较差 取水口（排水口）：碍航横流、斜流取水口（排水口）：碍航横流、斜流第二节 平原河段滩险的特性第二章第二章 碍航滩险及其特性碍航滩险及其特性 一、平原河段滩险特性一、平原河段滩险特性1、径流河段、径流河段 （（1）浅滩水深）浅滩水深 （（2）急弯、斜流）急弯、斜流 （（3）人为因素影响：桥梁选址不当、无序采砂等）人为因素影响：桥梁选址不当、无序采砂等 （（4）礁石、沉船威胁航行安全）礁石、沉船威胁航行安全 一、平原河段滩险特性一、平原河段滩险特性2、感潮河段、感潮河段（（1）航道水深不足）航道水深不足（（2）航道通过能力不足）航道通过能力不足（（3）水道互通条件不良）水道互通条件不良 一、平原河段滩险特性一、平原河段滩险特性3、湖区航道、湖区航道（（1）湖泊航道）湖泊航道（超越湖泊的航道）（超越湖泊的航道） 近港航道水深不足近港航道水深不足（（2）河湖两相航道）河湖两相航道（洪水为湖、枯水为河的航道）（洪水为湖、枯水为河的航道） 枯期出现浅滩、弯曲狭窄段、特殊的跌坎陡坡段。

枯期出现浅滩、弯曲狭窄段、特殊的跌坎陡坡段3）滨湖航道）滨湖航道 （连接湖泊、汛期受湖泊壅水影响的入湖（连接湖泊、汛期受湖泊壅水影响的入湖河段的航道）河段的航道） 浅滩碍航浅滩碍航1．来水来沙条件．来水来沙条件 来来水水条条件件：来水总量、洪峰大小及洪峰过程线的形式、某一特定水位的持续时间 来来沙沙条条件件：来沙总量、含水量大小、粒径级配及过程线的形式Ø来水来沙条件Ø河床边界条件Ø上下游河段演变的影响二、影响浅滩演变的主要因素二、影响浅滩演变的主要因素演变特点：演变特点：7～～9月：月： 冲刷；冲刷；11～～4月：淤积月：淤积例：来水来沙条件对河床演变的影响例：来水来沙条件对河床演变的影响二、影响浅滩演变的主要因素二、影响浅滩演变的主要因素2．河床边界条件．河床边界条件 河床的平面形状、纵向形态，河床的组成，边滩的尺度、部位及形状等 （（1）浅滩上、下游的边滩对其冲淤有很大影响）浅滩上、下游的边滩对其冲淤有很大影响 边滩的高低，标志水流归槽水位的高低及对水流导沙作用的强弱二、影响浅滩演变的主要因素二、影响浅滩演变的主要因素（（2）） 过渡段的长度对过渡段浅滩的影响过渡段的长度对过渡段浅滩的影响①①过渡段适当过渡段适当：： 上下弯道的环流使浅滩对面形成两个大边滩。

②②过渡段太长：过渡段太长： 常形成两个以上浅滩，浅滩不稳定③③过渡段长、河床宽：过渡段长、河床宽： 泥沙大量在河床上淤积，形成心滩或江心洲④④过渡段太短过渡段太短 形成交错浅滩（不利航行） 二、影响浅滩演变的主要因素二、影响浅滩演变的主要因素2．河床边界条件．河床边界条件  （（3）河道的放宽段）河道的放宽段 （（4）在束窄（峡口）上游段）在束窄（峡口）上游段 （（5）支流河口）支流河口 （（6）入海河口）入海河口 二、影响浅滩演变的主要因素二、影响浅滩演变的主要因素2．河床边界条件．河床边界条件 （（1）上游河段的影响）上游河段的影响 主要表现在进入本滩段的水流动力轴线上；（（2）下游河段的影响）下游河段的影响 主要表现在下游河床冲淤对本河段比降的变化、引导水流走向，使浅滩的冲淤水位和输沙力受到影响 3、上下游河段演变的影响、上下游河段演变的影响二、影响浅滩演变的主要因素二、影响浅滩演变的主要因素1．浅滩的稳定性与活动性．浅滩的稳定性与活动性 • 稳定性稳定性：河床形态没有根本性变化，浅滩不会自行消失• 活动性活动性：体现在滩脊高程和位置的变化。

三、浅滩演变的基本规律三、浅滩演变的基本规律 3．浅滩演变的多年周期性．浅滩演变的多年周期性 以多年水文周期性变化为依据 2．浅滩演变的年周期性．浅滩演变的年周期性 水文条件的变化，是引起浅滩变化在直接条件，水文条件有年周期的变化，浅滩也有汛期淤、枯期冲刷的年周期变化 三、浅滩演变的基本规律三、浅滩演变的基本规律 3．浅滩演变的多年周期性．浅滩演变的多年周期性 以多年水文周期性变化为依据 浅滩年际周期性的表现型式：浅滩年际周期性的表现型式：（1）边滩反复消长，深泓线上下摆动（2）岸线不断变化 ，过渡段时而延长时而缩短（3）汊道兴衰交替，通航汊道易位1、浅滩上的比降和流速、浅滩上的比降和流速 图2-17 浅滩上的水面变化 （（1）滩头比降）滩头比降 四四、、浅滩上的水流和泥沙运动特点浅滩上的水流和泥沙运动特点 Ø概化情况：洛西耶夫斯基试验 长江东流水道长江东流水道1963年水位年水位-比降关系图比降关系图 1、浅滩上的比降和流速、浅滩上的比降和流速 四四、、浅滩上的水流和泥沙运动特点浅滩上的水流和泥沙运动特点 （（1）比降）比降 Ø天然情况：浅滩形态复杂 水面沿程变化图水面沿程变化图 （（2）流速　　）流速　　水位水位-流速关系图流速关系图 * 确定临界冲淤水位 1、浅滩上的比降和流速、浅滩上的比降和流速 四四、、浅滩上的水流和泥沙运动特点浅滩上的水流和泥沙运动特点 不同水位纵向流速沿程变化图不同水位纵向流速沿程变化图 四四、、浅滩上的水流和泥沙运动特点浅滩上的水流和泥沙运动特点 （（2）流速）流速 　　　　1、浅滩上的比降和流速、浅滩上的比降和流速 Ø从纵剖面看：深槽到浅滩河底逐渐升高，水流流线呈收敛状态.Ø从平面看：深槽到浅滩水面逐渐放宽，水流流线呈扩散状态。

Ø深槽到浅滩水流流速分布沿程要发生变化，变化程度随水位而变深槽到浅滩水流流速分布沿程要发生变化，变化程度随水位而变图图2-21 浅滩段流速分布的沿程变化浅滩段流速分布的沿程变化 四四、、浅滩上的水流和泥沙运动特点浅滩上的水流和泥沙运动特点 （（2）流速）流速: 浅滩段流速分布的沿程变化浅滩段流速分布的沿程变化 　　(1)上、下深槽具有一个单向环流，过渡段环流复杂上、下深槽具有一个单向环流，过渡段环流复杂 2) 过渡段长短对环流有着较大影响过渡段长短对环流有着较大影响Ø过长：环流减弱或消失Ø过短：急剧转变Ø适宜：平缓过渡Ø环流随Q、Z而改变a)上深槽断面 b)浅滩断面 c)下深槽断面2、浅滩上的环流、浅滩上的环流 四四、、浅滩上的水流和泥沙运动特点浅滩上的水流和泥沙运动特点 　3、泥沙运动、泥沙运动 （（1）多数冲积性浅滩，推移质主要以沙波形式运动多数冲积性浅滩，推移质主要以沙波形式运动 浅滩可以看做一巨形沙波，在水面通常还有次级沙波次级沙波沿大沙波向下游移动，推移至浅滩脊，浅滩就淤高四四、、浅滩上的水流和泥沙运动特点浅滩上的水流和泥沙运动特点 （（2）一般情况下，浅滩洪淤枯冲。

一般情况下，浅滩洪淤枯冲3））浅浅滩滩汛汛期期和和来来沙沙量量大大的的年年份份可可能能有有悬悬移移质质泥泥沙沙淤淤积积，，退水一般退水一般 冲刷 第二章第二章 碍航滩险及其特性碍航滩险及其特性 第二节 山区河段滩险的特性2．河谷地形特征：．河谷地形特征： 峡谷段和宽谷段相间，水深分布不均匀，沿程变化大 岸线不规则，河面突宽突窄，常有石盘、石梁或群礁林立，形成卡口、汊浩、窄槽；多急弯河道Ø石质河床：河床变形主要是水流长期的下切或侧蚀，较稳定Ø卵石河床：河床质由卵石和砂砾组成的较厚覆盖层Ø沙质河床：常出现在支流河口段一、自然特征一、自然特征 1．河床地质特征．河床地质特征一、山区河流的主要特征一、山区河流的主要特征第五节第五节 山区河流滩险整治山区河流滩险整治 3．水文特征．水文特征 （1）水位、流量特征水位、流量特征：水位暴涨暴落、流量变幅大 （2）比比降降特特征征：纵坡、水面比降陡，且沿程不均匀，平均比降：0.3%～1.3% （3）流速特征流速特征：滩上流速一般大于2m/s～3m/s （4）泥泥沙沙特特征征：悬沙常不饱和、可视为冲泄质，卵石推移质普遍存在。

一、自然特征一、自然特征  4．碍航流态．碍航流态 （1）回流回流（又叫西流水，罗盘水，例流水） 回流与主流的交界带，流速很小，机动船可利用此缓流上行一、自然特征一、自然特征  中心有明显凹限，每个漩水有逐渐形成加剧、消失的过程，平面位置产生移动 危害：危害：航船卷入漩水，偏离航行，失去控制酿成海事及甚至沉船2）漩水漩水（漩涡、竖轴下漩水） 4．碍航流态．碍航流态（３）（３）泡水泡水（鼓喷水）（鼓喷水） 产生原因产生原因: a）漩水伴生泡水； b）河底起伏危危 害害：：使航船偏离航向或倾覆大型船舷一般希望泡水高度小于0.4～0.55m驾驶中必须迎泡、压泡，不宜随泡漂移 4．碍航流态．碍航流态（４）横流（斜流）（４）横流（斜流） 与航线交角较大的水流均可视为横流 4．碍航流态．碍航流态（６）扫扫弯弯水水：主流指向并紧贴凹岸而形成的流态，与航向始终保持很大的交角属横流５）滑梁水滑梁水 航道附近水下纵向石梁上的横溢流水（属横流） 危害：航船易被横向溢流水吸引侧移，滑出航道而出海事 4．碍航流态．碍航流态（７）剪刀水（７）剪刀水（滩舌）（滩舌） 被两岸相对突出物挑引的两股水流，逐渐向下游收缩成一束，以剪刀状。

常在卡口急流滩出现，船舶因急流失去控制碍航 4．碍航流态．碍航流态（８）跌水（门槛水）（８）跌水（门槛水） 河床展宽窄与河底起伏的突然变化处，常产生较大的水位落差船舶上行困难而碍航９）激浪（９）激浪 流速大的水流冲击障碍物、礁石，或河床凹凸不平的复杂河床地形引起的波浪航行阻力大，使船抖动或倾斜可能导致沉船 4．碍航流态．碍航流态 二、碍航特点二、碍航特点1、浅滩的碍航特点、浅滩的碍航特点 多为沙卵石浅滩、石质浅滩多为沙卵石浅滩、石质浅滩 擦浅易发生海事事故，富裕深度大于平原河流擦浅易发生海事事故，富裕深度大于平原河流2、急流滩的碍航特点、急流滩的碍航特点 山区河流流急坡陡，航行阻力大，多急流滩山区河流流急坡陡，航行阻力大，多急流滩Ø山区河流流急坡陡，航行阻力大；山区河流流急坡陡，航行阻力大；Ø航道弯曲狭窄，航道附近有礁石，航道尺度不足；航道弯曲狭窄，航道附近有礁石，航道尺度不足；Ø边界不规则，产生较多不良流态碍航；边界不规则，产生较多不良流态碍航；Ø设标困难或流标，不能正确引导船舶航行设标困难或流标，不能正确引导船舶航行3、险滩的碍航特点、险滩的碍航特点 二、碍航滩险特性分析二、碍航滩险特性分析1、急流滩特性分析、急流滩特性分析 （（1）形态特征分析）形态特征分析急滩滩型示意图a)突嘴型；b)窄槽型；c)横埂型 分析平面形态、溪口急流滩溪沟冲石、崩岩滑坡平面形态、溪口急流滩溪沟冲石、崩岩滑坡岸坡形态及其稳定性等。

岸坡形态及其稳定性等 二、碍航滩险特性分析二、碍航滩险特性分析1、急流滩特性分析、急流滩特性分析 （（2）水力特性分析）水力特性分析Ø水流、比降、流态分布Ø碍航特征水位缓流段缓流段陡坡急流段陡坡急流段急流乱水段急流乱水段（（3）航行阻力特性分析）航行阻力特性分析 二、碍航滩险特性分析二、碍航滩险特性分析3、险滩水流特性分析、险滩水流特性分析 （（1）碍航特征水位分析）碍航特征水位分析（（2）碍航流态分析）碍航流态分析补充内容：第四节 浅滩的演变分析第二章第二章 碍航滩险及其特性碍航滩险及其特性 补充内容：浅滩的演变分析第二章第二章 碍航滩险及其特性碍航滩险及其特性 1．目的．目的 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，预测浅滩的发展趋势 2．浅滩演变预测的方法．浅滩演变预测的方法 （1）对天然河边的实测资料进行研究分析； （2）应用泥沙运动和河床演变的基本原理，进行变形计算，预测河床的 冲淤变化； （3）运用河工模型试验进行预测 第四节第四节 浅滩的演变分析浅滩的演变分析 3．．具具体体进进行行分分析析时时，，常常采采用用从从河河床床变变形形结结果找原因的方法果找原因的方法。

4．．即即根根据据已已有有的的浅浅滩滩形形态态及及其其变变化化规规律律，，从从水水流流、、泥泥沙沙和和河河床床形形态态的的各各个个方方面面去去找找原原因因，，再再由由这这些些原原因因去去预预测测浅浅滩滩的的发发展倾向 某滩历年枯水期水位与水深关系 第四节第四节 浅滩的演变分析浅滩的演变分析 水深是反映浅滩冲淤变化的最基本资料，也是航道维护、水深是反映浅滩冲淤变化的最基本资料，也是航道维护、疏浚和整治工程规划设计的重要依据常利用浅滩的水位与疏浚和整治工程规划设计的重要依据常利用浅滩的水位与水深关系反映浅滩冲淤变化水深关系反映浅滩冲淤变化 1．浅滩水位水深关系图（多年浅滩冲淤变化）．浅滩水位水深关系图（多年浅滩冲淤变化） （（1）多年水位水深关系图）多年水位水深关系图 图1-14 浅滩水位-水深关系 一、浅滩的水深分析一、浅滩的水深分析 （（2）历年枯水期浅滩冲淤变化）历年枯水期浅滩冲淤变化 某滩历年某滩历年枯水期枯水期水位与水深关系水位与水深关系 图图1．浅滩水位水深关系图．浅滩水位水深关系图（多年浅滩冲淤变化）（多年浅滩冲淤变化） 一、浅滩的水深分析一、浅滩的水深分析 2．浅滩逐日水位水深关系．浅滩逐日水位水深关系 浅滩逐日水深关系图 a)涨淤落冲； b) 涨冲落淤一、浅滩的水深分析一、浅滩的水深分析 相对水深：设计水位以下的水深。

H--- 实测水深--实测水位与设计水位之差，图1-17 浅滩水位与相对水深关系图 图1-18 相对水深换算图 3．浅滩水位与相对水深关系．浅滩水位与相对水深关系相对水深相对水深:实测水位实测水位实测水位实测水位H H－－水深－－水深ΔZΔZ= =实测水位－设计水位实测水位－设计水位设计水位设计水位设计水位设计水位 退水时浅滩冲刷退水时浅滩冲刷，退水时浅滩不冲不淤，退水时浅滩不冲不淤，退水时浅滩淤积，退水时浅滩淤积一、浅滩的水深分析一、浅滩的水深分析 1、河床平面形态演变、河床平面形态演变 某河道河床平面冲淤变化图 二、河床形态分析二、河床形态分析2、横断面形态变化、横断面形态变化 3、深泓线（或河床平均高程）的纵向冲淤变化、深泓线（或河床平均高程）的纵向冲淤变化 某滩横断面形态变化图 二、河床形态分析二、河床形态分析影响浅滩演变的主要因素：来水、来沙、河床形态 1．水力、泥沙和河床形态沿程变化分析．水力、泥沙和河床形态沿程变化分析图图1-21 水流、泥沙和形态因素沿程分布水流、泥沙和形态因素沿程分布1-水面宽度沿程分布；2-水面比降沿程分布；3-流速沿程分布；4-含沙量沿程分布；5-底沙粒径沿程分布；6-挟沙力沿程分布三、浅滩演变的综合分析三、浅滩演变的综合分析2．水力、泥沙和河床形态沿平面变化的分析．水力、泥沙和河床形态沿平面变化的分析 图图1-22 水流、泥沙和形态因素平面分布水流、泥沙和形态因素平面分布 三、浅滩演变的综合分析三、浅滩演变的综合分析3．水力、泥沙和河床形态过程变化．水力、泥沙和河床形态过程变化 图图1-23 浅滩脊断面水流、泥沙和形态因素过程线浅滩脊断面水流、泥沙和形态因素过程线 1-水面比降过程线；2-水面宽度过程线；3-水位过程线；4-含沙量过程线；5-挟沙力沿程分布；6-滩脊高程过程线；7-底沙粒径沿程分布； 三、浅滩演变的综合分析三、浅滩演变的综合分析。