注册工程师讲课(内河航道)修改.ppt

内河航道整治工程设计,,港口与航道工程 执资考试材料,主讲人：刘怀汉,,内河航道整治工程设计主要内容,,第一章 河流与航道 第二章 总体设计 第三章 浅滩整治 第四章 急浅整治 第五章 险滩整治 第六章 潮汐河口航道整治 第七章 整治建筑物 第八章 航道疏浚,,第一章 河流与航道,第一节 天然河流的一般特性河流作为输送流域中水沙产物的通道，按其流经地区的不同，一般分为山区河流和平原河流两大类型 一、山区河流的主要特性流经山区和流经丘陵地区的河流统称为山区河流1、地形特征（1）峡谷河段和宽谷河段是山区河流的基本河型2）纵断面型态呈上陡下缓、忽高忽低、起伏不平、逐渐向下游倾斜的台阶状3）两岸常有岩嘴、石梁和乱石堆体伸入江中4）河面突宽突窄，卡口、窄槽、汊道较多2、河床地质特征主要是石质河床和卵石河床，也有少量的沙质河床3、水文特征洪水的暴涨暴落是山区河流重要的水文特点，水流流态复杂多变，存在回流、漩水、泡水、横流等不良流态4、滩险特征（1）按河床组成分为石滩、卵石滩、沙滩和混合滩2）按碍航原因分为急滩、险滩和浅滩3）按滩险成滩水位可分为枯水滩、中水滩和洪水滩。

二、平原河流的主要特征平原河流流经地势平坦、土地疏松的平原地区，其形成过程主要表现为水流的堆积作用1、地形特征（1）河谷断面具有宽广的河漫滩2）河床多为沙质，纵断面呈有起伏的平缓曲线3）平面型态为顺直、弯曲、分汊和散乱等四类2、地质特征平原河流的冲积层一般都较厚，深达数十米甚至数百米以上3、水文特征（1）由于集水面积大，流经区域多为土壤疏松坡度平缓地带，因而汇流时间长2）由于河床纵坡平缓，水面比降一般较小3）平原河流中悬移质多为细沙或粘土4）水流流态比较平缓，没有跌水、横流、泡水等不良流态4、滩险特征平原河流滩险 主要有边滩和浅滩边滩,浅滩,太平口水道河道形势图,第二节 航道尺度与航道工程船舶在河流中行驶,要求有一条连续而通畅的航槽—航道航道是指为了组织水上运输所规定或设置的可供船舶、排筏在不同水位期通航的水域一、航道尺度航道必须具备必要的通航条件：（1）足够的水深、宽度和弯曲半径；（2）合适的水流条件，包括流速、比降和流态；（3）足够的水上净空，包括净空高度和宽度在设计通航期内，航道能保证设计船型安全航行的最小尺度称为航道标准尺度它包括：在设计最低通航水位下的航道标准水深、航道标准宽度、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尺度。

二、航道工程及助航设施航道工程包括：整治工程、疏浚工程、渠化工程、径流调节等这些都是为改善河流通航条件所采取的主要工程措施航道助航措施：绞滩：在急流滩上，可采用一些设备牵引船舶过滩扫床：主要探明航道内影响航行的障碍物的位置，为清槽工作做准备清槽：主要是清除打捞航道内的障碍物布设航标：为了在宽阔的水面上保证船舶安全航行而设置的标志、灯光等第一节 基本要求总体设计既是协调各河段的整治标准和工程措施，确定一条河流河段或滩群的航道整治工程合理性和可行性的依据，也是供决策审批的基本文件具体主要内容：客、货运量预测、营运组织及代表船型、通航标准、整治目标与原则、设计水位与整治参数、工程方案布置、工程规模及工程量、工程效果、投资概算、经济效益评价、实施步骤和环境评价等第二章 总体设计,需要注意的问题： （1）运量预测的设计水平年可取工程建成后的10～20年，根据工程规模大小可作适当调整 （2）长河段和重要河段的航道整治应通过多方案比较，确定经济合理的整治方案 （3）航道整治设计应进行河道水流、泥沙特性和河床演变的分析预测分析的内容主要包括：历史演变、近期演变、滩险演变及碍航特性、影响因素及演变趋势预测。

（4）对滩势复杂、整治难度或整治规模大的河段进行航道整治时，宜先进行模型试验，安排施工前后的观测必要时还应安排试验性整治工程第二节 整治标准航道整治工程的整治标准：设计最低通航水位或流量、航道标准尺度和航道水流条件 一、设计最低通航水位设计最低通航水位或流量，系表示设计所采用的允许标准船舶或船队正常通航的最低水位或最小流量确定应满足下列要求：（1）天然河流设计最低通航水位可采用保证率频率法或综合历时曲线法计算、水位相关法、枯水期实测的瞬时水面或比降插入法推算确定；（2）在有枢纽控制的河段，枢纽上、下游航道设计最低通航水位按《内河通航标准》（GB50139-2004）的规定确定；,（3）潮汐河口设计最低通航水位参照现行行业标准《海港水文规范》（JTJ213）和《内河航道与港口水文规范》（ JTJ214）的规定执行 二、航道标准尺度的计算1、航道标准水深：是指在设计最低通航水位下范围内保证的最小水深，是航道工程设计的主要依据之一，也称航道设计水深航道标准水深由设计船型的标准吃水和富余水深两部分组成表达式：H=t+△H H——航道标准水深（m）；t——设计船型水深； △H——富余水深（m）。

1）船舶标准吃水不一定是船舶的最大吃水，采用船舶变吃水概念设计船舶，充分利用高水位的历时加载 （2）富余水深由多种因素确定，主要为船舶航行下沉量及触底安全富余量，航行下沉量随着航速增加而增加2、航道标准宽度：是指在设计最低水位下为保证标准船舶或舰队正常通航，航道所必须具备有的可航水域宽度根据船舶航行密度和航道条件，可分为单线航道与双线航道航道标准宽度可分别按：直线段单线航道宽度、直线段双线航道宽度、弯曲段航道宽度方法计算航道宽度（1）直线段单线航道宽度B单=BF+2dBF——船舶或船队航迹带宽度（m）， BF=BS+Lsinβd——船舶或船队外弦至航道边缘的安全距离（m）；BS——船舶或船队宽度（m）；L——顶推船队长度或货船长度（m）； β——船舶或船队航行漂角；Ⅰ～Ⅴ级航道可取30，Ⅵ～Ⅶ级航道可取20航道宽度(2)双线航道宽度：B双=BFd+BFU+d1+d2+CBFd=BSd+Ldsinβ， BFU=BSU+LUsinβ BFd、 BFu——下行、上行船舶或船队航迹带宽度（m） ； BSd、BSU——下行、上行船舶或船队宽度（m）； d1、d2——下行、上行船舶或船队外弦至航道边缘的安全距离； C ——下行、上行船队安全距离； Ld、 Lu——下行、上行船队长度或货船长度（m）； β——船舶或船队航行漂角；Ⅰ～Ⅴ级航道可取30，Ⅵ～Ⅶ级航道可取20。

3）弯曲段航道宽度应根据弯曲半径、流速、流向、流态、船舶或船队长度及操纵性能等因素确定顶推船队，当弯曲半径小于等于3倍设计船队长度时，必须在直线段航道宽度的基础上加宽；当弯曲半径大于3倍设计船队长度，但小于6倍设计船队长度时，应根据水流等具体条件确定加宽值弯曲段航道加宽值宜通过实船试验确定在无实船试验资料时，顶推船队弯曲段航道宽度增加值可按下式估算：,,式中ΔB ——弯曲段航道宽度增加值(m)；L ——设计顶推船队长度 (m)；R ——弯曲半径(m)；B ——直线段航道设计宽度(m) 3、航道断面系数：是指最低通航水位时的航槽过水断面积与船浸水舯断面积的比值即:,ηΦ——航道断面系数；A——设计最低通航水位时，航道过水断面面积；AΦ——标准吃水时，船中浸水横断面面积航道断面系数的大小，直接影响航行阻力的大小， ηΦ值越小，船舶航行阻力越大航道断面系数宜不小于6，流速较大的河流应不小于7航道整治的通航水流条件应满足下列要求： （1）平原河流航道内的最大纵向表面流速在整治水位及其以下时不大于2.0m/s （2）山区河流航道内的最大纵向表面流速和局部比降宜满足设计船舶或船队自航上滩的要求 （3）取水工程的进口和排水工程的出口处，航道横向流速不应超过0.3m/s，回流流速不应超过0.4m/s。

(4)航道内的滑梁水、剪刀水、泡漩水和扫弯水等不良流态不得影响船舶安全航行第三节 整治原则,1、航道整治应根据水资源综合利用的原则和河床演变规律，进行全河段总体规划，局部滩险整治应服从全局 2、航道整治应根据山区河流、平原河流和潮汐河口的不同特性采取相应的整治原则和工程措施 （1）山区河流航道整治应修整不利于航行的河槽形态，改善水流条件岩石河床应以炸礁为主；沙卵石河床宜采取疏浚与筑坝相结合的措施 （2）平原河流航道整治宜采取筑坝或疏浚与筑坝相结合的措施，稳定航槽，形成有利于冲深航槽的水流稳定少变的浅滩也可采取基建性疏浚措施 （3）潮汐河口航道整治宜采取疏浚或疏浚与筑坝相结合的措施，集中水流，增加航道深度3、航道整治应根据浅滩、急滩和险滩的不同碍航特性，制定整治措施，优选工程方案 4、拟建或在建的枢纽工程河段上的航道整治，应对枢纽工程可能造成的水沙条件变化、河床冲淤变形和枢纽工程调度运行对航道造成的影响进行分析研究，并采取相应的整治措施 5、航道整治应因地制宜，积极慎重采用新技术、新材料、新工艺,第四节 整治水位与整治线设计 一、整治水位,,浅滩整治水位:在整治水位时,用以确定建筑物高度的水位一般以高出设计最低通航水位的数值表示。

急、险滩整治水位:在整治急、险滩时，用以确定整治开挖线及开挖断面的计算水位1.整治水位,2.浅滩整治水位确定方法主要有：① 优良河段平滩水位法：该法选择该河流优良河段边滩（平滩）高程作为浅滩的整治水位② 多年平均流量法：采用多年平均流量时的水位或多年平均水位作为整治水位.该水位接近于平滩（边滩）水位③ 造床流量法：造床流量是指在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作出Q与Q2JP的曲线，对应的最大的一个流量为第一造床流量，第二大的流量称为第二造床流量Q,Q2JP,二、 整治线宽度 整治线宽度：整治水位时的河面宽度航道标准宽度根据航道等级确定，整治线宽度根据浅滩所需的冲刷强度确定1、经验法⑴ 优良河段模拟法：在浅滩河段上下游，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，选取若干具有代表性的优良断面，并绘制断面图，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⑵ 实测河宽水深分析法：根据整治河段的实测资料，绘制包括浅滩现深槽在内的宽度与水深关系曲线，从中选取满足整治要求的整治水位与整治线宽度。

图中：不同整治超高值(A ’)，河面宽度(B’),设计水位下的航道边缘水深(h’).,2、理论计算方法⑴ 水力学方法：主要适用来沙量较少，河槽较稳定的河流上整治线宽度的计算⑵ 输沙平衡计算公式：根据众多的研究成果和我国许多江河的航道整治经验、河床稳定条件以及水沙情况《航道整治工程技术规范》（JTJ312）推荐的输沙平衡方法计算公式3、模型试验法,三、整治线设计与布置 1、整治线的设计整治线是指整治河段在整治水位时，设计新河槽左右两侧的轮廓线整治线的设计可归结解决以下三个问题： ⑴ 确定整治线的位置与岸线之间的关系； ⑵ 了解整治线范围内及边缘的水流泥沙特性； ⑶ 确定整治线的水位与整治线宽度2、整治线布置原则 ⑴ 整治线的走向和位置应是依靠主导河岸,其起迄点应与稳定深槽的河岸相衔接,并根据河流、地形、地貌的特征,利用较坚实的河岸突嘴、矶头等作为整治线的控制点；稳定深槽通是指符合航行要求和历年来变化不大的深槽，一般靠近凹岸整治线应与稳定的上下深槽的主导河岸吻合起来，利用主导河岸在各种水位下的导流作用，才能有效地控制浅滩航道的稳定⑵ 航道整治线轴线应布置为缓和而平滑的连续曲线，两组反向曲线之间应以较短的直线过渡段联结,直线过渡段长度不大于整治线宽度的3倍。

⑶ 航道整治线所包络的范围宜选在河流退水期冲刷较快、泥沙淤泥较小、深泓线较稳定的区域，力求整治线的走向与中、枯水流大致吻合洪水流向往往与枯水流向不一致，对浅滩影响很大因而，应尽量使洪枯水流向相适应，一般有三种情况⑷ 整治线一般应通过浅滩的最大流速区，整治线通过浅滩上最大流速区，能使整治建筑物发挥最大作用，在水位 较高时，浅滩脊仍能被冲刷但有的河段、流速大的区域，因通过的泥沙量大，反而会把自己的路堵死，而流速小、输沙少的位置往往比较稳定，故确定整治线的位置应建立在对浅滩分析的基础上； ⑸ 在支流或溪沟汇入的口门不宜布置整治线，支流入汇处因水顶托，往往形成拦门沙或浅滩，同时两水交汇处水流比较紊乱，整治线应避开，布置河中或对岸； ⑹ 航道整治线布置应注意与沿岸城镇建设、港口建设、工农业需要和防洪要求相结合，并尽量避免引起取、排水口淤塞。