第1章 河流與航道

1、第一章 河流與航道航道整治航道整治 一、河流形態(tài)特征一、河流形態(tài)特征 1. 河流橫斷面與縱剖面河流橫斷面與縱剖面 （1）河流橫斷面 山區(qū)河流：常呈形或形斷面。平原河流: 河谷開闊、平坦，有深厚沖積層，不同河段形成不同的橫斷面形狀。 （2）河流縱剖面）河流縱剖面 第一節(jié)第一節(jié) 天然河流的主要特征天然河流的主要特征 河流階地按其結構可分為 以下四類：(1)侵蝕階地：、(2)堆積階地：、(3)基座階地：(4)埋藏階地：a處、河流階地、河流階地 由抗沖性較強的突岸形成并對河勢變化起控制作用的河岸形態(tài)。（1）河流節(jié)點的兩種類型： 兩岸皆有依托，位置固定，長年靠流。 只有一岸依托，另一岸則是易于沖刷的灘地

2、。 （2）河流節(jié)點的控制作用、河流節(jié)點、河流節(jié)點三、河流泥沙特征三、河流泥沙特征 1、靜態(tài)特性包括：幾何特性，重力特性，級配特性； 2、動態(tài)特性包括：沉降特性，運動特性和沖淤特性 二、河流水力特征二、河流水力特征 主要包括四個方面： （1）水位、流量特征； （2）比降特征； （3）流速特征； （4）流態(tài)特征。 一、通航水域與航道一、通航水域與航道 第二節(jié)第二節(jié) 航道與航道分類航道與航道分類 1廣義的航道：與河道或基本航槽同(waterway) 2狹義的航道：航槽（navigation channel） 為了組織水上運輸所規(guī)定或設置的船舶航行的通道稱為航道。 二、航道分類二、航道分類 （一）按航

3、道的級別分 1等級航道：我國劃分級航道。 2等外級航道：通航標準低于級的航道 。1國家航道國家航道 系指構成國家航道網(wǎng)、可通航500噸級以上船舶的內(nèi)河干線航道，跨省、自治區(qū)、直轄市可常年通航300噸級以上船舶的內(nèi)河干線航道，可通航3000噸級以上海船的沿海于線航道，以及對外開放的海港航道和國家指定的重要航道。 2地方航道地方航道 系指可以常年通航300噸級以下船舶的內(nèi)河航道，可通航3000噸級以下海船的沿海航道，地方沿海中小港口間的短程航道，非對豌開放的海港航道，以及其他屬于地方航道主管部門管理的航道。 3專用航道專用航道 系指由軍事、水利電力、林業(yè)、水產(chǎn)等部門以及其他企事業(yè)單位自行建設和使用

4、的航道。 （二）按航道的管理屬性分（二）按航道的管理屬性分 1內(nèi)河航道 是河流、湖泊、水庫內(nèi)的航道以及運河和通航渠道的總稱。 （1）天然的內(nèi)河航道又可分為： 山區(qū)航道、平原航道、潮汐河口航道、湖區(qū)航道等等。 （2）湖區(qū)航道又可進一步分為： 湖泊航道湖泊航道：位于常年湖泊范圍內(nèi)的航道； 河湖兩相航道河湖兩相航道：位于高水位為期泊、低水位時為河流的水域內(nèi)的航道； 濱湖航道濱湖航道：靠近湖泊、受湖水頂托影響的河流航道。 （三）按按航道所處地域劃分（三）按按航道所處地域劃分 2沿海航道 沿海航道原則上是指位于海岸線附近，具有一定邊界可供海船航行的航道。（四）按航道形成的因素劃分（四）按航道形成的因素劃

5、分 1天然航道 2人工航道 3渠化航道（五）按航道的通航件件劃分（五）按航道的通航件件劃分 1依通航時間長短，可分為： （1）常年通航航道 （2）季節(jié)通航航道2.依通航限制條件有無和大小，可分為： （1）單行航道， （2）雙行航道； （3）限制性航道: 即由于水面狹窄、斷面系數(shù)小等原因，對船舶航行有明顯的限制作用的航道，包括運河、通航渠道、狹窄的設閘航道、水網(wǎng)地區(qū)的狹窄航道，以及具有上述特征的灘險航道等。（五）按航道的通航件件劃分（五）按航道的通航件件劃分 1依通航時間長短分 2. 依通航限制條件有無和大小3依通航船舶類別，可分為： （1）內(nèi)河船航道: 是指只能供內(nèi)河船舶或船隊通航的內(nèi)河航道；

6、 （2）海船進江航道:是指內(nèi)河航道中可供進江海船航行的航道，其航線一般通過增設專門的標志輔以必要的“海船進江航行指南”之類的文件加以明確； 除上述分類方法外，航道還可按所處特殊部位分別定名的，如橋區(qū)航道、港區(qū)航道、壩區(qū)航道、內(nèi)河進港航道、海港進港航道等。 (1) 足夠的水深、寬度和彎曲半徑；足夠的水深、寬度和彎曲半徑； (2) 足夠的水上凈空，包括凈空高度和凈空寬度；足夠的水上凈空，包括凈空高度和凈空寬度； 第三節(jié)第三節(jié) 航道條件航道條件 (3) 合適的水流條件，包括流速、比降和流態(tài)。合適的水流條件，包括流速、比降和流態(tài)。 武漢長江二橋水域維護航標赤水河葫市灘空駁上灘一、航道必須具備必要的通航

7、條件一、航道必須具備必要的通航條件二、航道標準尺度二、航道標準尺度 在設計通航期內(nèi)，航道能保證設計船型（船隊）在設計通航期內(nèi)，航道能保證設計船型（船隊）安全航行的最小尺度。安全航行的最小尺度。 包括：包括： （1）在設計最低通航水位下的航道保證水深、）在設計最低通航水位下的航道保證水深、航道保證寬度、航道最小彎曲半徑；航道保證寬度、航道最小彎曲半徑； （2）在設計最高通航水位時跨河建筑物的下）在設計最高通航水位時跨河建筑物的下的凈空高度和凈空寬度。的凈空高度和凈空寬度。 1航道標準水深（航道設計水深）的定義航道標準水深（航道設計水深）的定義 設計最低通航水位下的航道范圍內(nèi)保證的最小水深。（一）

8、航道標準水深（一）航道標準水深 2航道標準水深的計算航道標準水深的計算 HtH 式中：H航道標準水深(m)； t設計船型標準吃水(m)； H富裕水深(m) Ht H 2航道標準水深的計算航道標準水深的計算 (1) 船型標準吃水與結構吃水船型標準吃水與結構吃水t 設計船型標準吃水設計船型標準吃水：指設計船型在標準載重量時的吃水。 最大吃水最大吃水(結構吃水)：船體結構所能承載的吃水稱，大于標準載重時的標準吃水。 (2) 富裕水深富裕水深H 船舶在標準載重時，船底龍骨下至河底的最小安全距離。 富裕水深應考慮以下因素：富裕水深應考慮以下因素： 觸底安全富裕量H1考慮波浪影響的富裕量H2船舶航行下沉量

9、H3考慮水體密度影響的富裕水深H4考慮挖槽回淤影響的富裕量H5（一）航道標準水深（一）航道標準水深 （一）航道標準水深（一）航道標準水深(3) 富裕水深的計算富裕水深的計算 觸底安全富裕量觸底安全富裕量H1 : 考慮波浪影響的富裕量考慮波浪影響的富裕量H2 船舶航行下沉量船舶航行下沉量H3 考慮水體密度影響的富裕水深考慮水體密度影響的富裕水深H4 (見表2-5) 包括船舶裝載不均勻、水深測量誤差的影響 (見表2-3) 。123.0HHH23vHtmH v船舶相對于水的速度(ms)； m系數(shù)，見表。 考慮挖槽回淤影響的富裕量考慮挖槽回淤影響的富裕量H5 （一）（一） 航道標準水深航道標準水深（4

10、） 富裕水深的確定：富裕水深的確定： 內(nèi)河航道一般可只考慮內(nèi)河航道一般可只考慮 H觸底安全富裕量觸底安全富裕量H1船舶航行下沉量船舶航行下沉量H3 也可直接按航道等級選取也可直接按航道等級選取 航道標準水深H(m)1.51.53.03.0富裕水深H(m)0.20.30.30.40.40.5（5） 淺水吸底現(xiàn)象淺水吸底現(xiàn)象 船舶在淺水區(qū)航行時，船底和航道底面之間現(xiàn)成了明顯的水流加速區(qū)，船 底水流的壓力將比深水時小，因此船底下座吃水增加。 對限制性航道，要求 H/T1.51.6。 （二）航道標準寬度（二）航道標準寬度航道寬度航跡帶寬度安全富裕寬度航道寬度航跡帶寬度安全富裕寬度 單線航道寬度：DLb

11、B2)sincos（雙線航道寬度：DbLbB2)sincos2（二）航道標準寬度（二）航道標準寬度1航跡帶寬度：航跡帶寬度：式中：b設計船隊（或單船）寬度(m)； L設計船隊長度，拖帶船隊為最大單船長度(m)； a航行漂角；反應船隊的操作性能和航行條件對航跡寬度的影響。 2航行漂角航行漂角 （1 1）漂角的定義）漂角的定義 ：船舶為了保持航行的正確方向，往往使船舶（隊）縱軸線與航向線保持一定的夾角，即為航行漂角。 （2）影響漂角的因素：）影響漂角的因素： 漂角()的大小和船舶吃水與航道水深的比值(t/H)成正比。水流流態(tài)的好壞直接影響航行漂角，流態(tài)越壞漂角越大，流速越大漂角也越大，且下水船舶的

12、漂角比上水船舶大。船舶(隊)長度與航道彎曲半徑的比值(L/R)增加，漂角亦隨之增加。反之減小。 頂推船隊的方形系數(shù)(L/b)較小時，產(chǎn)生的漂角較大。 )sincosLb（二）（二）航道標準寬度航道標準寬度2航行漂角航行漂角（3）直線段航行漂角的選?。┲本€段航行漂角的選取 漂角的大小可通過設計船型的實船試驗確定，或按航道工程技術規(guī)范規(guī)定的范圍(35)內(nèi)選?。灰话闱闆r下，航道標準高，取值較大；航道標準低，取值較小。 （4）彎曲段航行漂角的選?。澢魏叫衅堑倪x取 （1）漂角的定義）漂角的定義 ：（2）影響漂角的因素：）影響漂角的因素： （二）（二）航道標準寬度航道標準寬度（1）為了擴大航道的通過

13、能力，一般航道都應滿足上下水船舶交會的要求，不應設計為單線航道。3、單線、雙線航寬的選擇、單線、雙線航寬的選擇（2）在天然河流，有以下幾種情況，雖然局部灘段不能會船，但不影響整個河段的雙線通航，這類航道也不算單線航道。有些灘險河段，有一段較短的狹窄航道，只能滿足單行要求，船舶不在此交會，若通視條件好，上行船舶可在灘下稍加等候，下行船過后即可上駛。 有些灘段航道較窄，但能滿足一般船舶交會，僅對極少數(shù)大型船隊不能滿足，而這種大型船隊在此段交會的機遇極少。 較長的狹窄河段，為節(jié)省工程投資，經(jīng)分析論證后在中間設置會船段。 我國天然河流航道，除局部設信號臺控制的河段外，基本符合上述情況，因此我國天然河流

14、航道，除局部設信號臺控制的河段外，基本符合上述情況，因此一般航道基本滿足雙線通航要求。一般航道基本滿足雙線通航要求。 （三）航道最小彎曲半徑（三）航道最小彎曲半徑（1）航道彎曲半徑航道彎曲半徑：指彎曲航道中心線的曲率半徑。航道最小彎曲半徑R 是指保證標準船隊安全通過彎道的最小彎曲半徑。 1航道最小彎曲半徑航道最小彎曲半徑（2）一般情況下，取頂推船隊長度的3倍，或拖帶船隊中最大單船長度的4倍作為航道最小彎曲半徑。2. 彎道加寬計算彎道加寬計算（1）彎道加寬的情況）彎道加寬的情況有些困難彎道因受河道地形限制，不能滿足要求的最小彎曲半徑，則應采取航道加寬措施。 航道整治工程技術規(guī)范(JT312-98

15、)規(guī)定：“航道彎曲寬度應根據(jù)彎曲半徑、流速、流向、流態(tài)、船隊長度及其操作性能等因素確定。當R6L時，可不考慮彎道加寬；當R3L時，需要適當加寬；當3LR6L時，可根據(jù)水流條件等具體情況確定是否需要加寬”。 （2）彎道加寬的計算）彎道加寬的計算加寬值宜通過實船試驗確定，或參照下式計算，酌情選取。 )2/(B2BRL （四）通航凈空（四）通航凈空穿越廣州市區(qū)的珠江 通航凈空示意圖 通航凈空主要包括凈空高度通航凈空主要包括凈空高度Hm、凈空寬度、凈空寬度Bm、上底寬、上底寬b和側高和側高h （五）航道斷面系數(shù)（五）航道斷面系數(shù)AA根據(jù)國內(nèi)外的研究成果，認為=7是最經(jīng)濟合理的。 航道尺度與水運經(jīng)濟效益

16、航道尺度與水運經(jīng)濟效益 航道尺度與成本關系 2橫向流速不能過大，否則將船舶推離航道。橫向流速不能過大，否則將船舶推離航道。四、四、 通航水流條件通航水流條件 1.為船舶航行阻力，表面流速和局部比降不能過大，推力應能克服阻力。為船舶航行阻力，表面流速和局部比降不能過大，推力應能克服阻力。 eWiR13要有適于航行的流態(tài)。要有適于航行的流態(tài)。 水流阻力的大小與船體形態(tài)和船舶對水航速有關，阻力與速度的水流阻力的大小與船體形態(tài)和船舶對水航速有關，阻力與速度的 平方成正比。平方成正比。 坡降阻力：坡降阻力：船閘上下引航道進出取水工程的進口及排水工程出口處，航道船閘上下引航道進出取水工程的進口及排水工程出

17、口處，航道橫向流速不宜超過橫向流速不宜超過0.3ms，回流流速不宜超過，回流流速不宜超過0.4ms。 如：如：泡水是一種從河底向上的上升水流。較強的泡水，在水流中形成局部隆起和向四周翻滾的流態(tài)，泡水越高，強度越大。大型船舷一般希望泡水高度小于0.40.55m。駕駛中必須迎泡、壓泡，不宜隨泡漂移。 泡水泡水漩水漩水3要有適于航行的流態(tài)。要有適于航行的流態(tài)。 復雜的水流流場 在天然山區(qū)河流，因河床地形不規(guī)則，當斷面平均流速達到3m/s以上時。各種不良水流流態(tài)露出崢嶸面貌，航行困難。駕駛人員需熟悉船舶性能和水流特性謹慎操作。 第四節(jié)第四節(jié) 船舶及其特征船舶及其特征 一、船舶與船隊一、船舶與船隊 （一

18、）船舶（一）船舶 內(nèi)河船舶分為內(nèi)河船舶分為自航船自航船和和非自航船。非自航船。 1.自航船：自航船：船舶帶有動力，可以單獨行駛， 如貨船、拖船、推輪、客輪。貨船：將載貨和動力裝置融為一體的水上載體，普遍用于沿海的遠洋水域的貨物運輸。上海港集裝箱碼頭 機動駁：簡易貨船赤水河簡易貨船 （一）船舶（一）船舶 內(nèi)河船舶分為內(nèi)河船舶分為自航船自航船和和非自航船。非自航船。 1.自航船：自航船：船舶帶有動力，可以單獨行駛， 如貨船、拖船、推輪、客輪。上海打撈局1000t勇士號浮吊 武漢港碼頭（躉船） 2.非自航船非自航船：船舶沒有動力，需由機動船帶動引駛。如駁船、躉船、部分工程船舶 2003年9月，交通部

19、上海打撈局“勇士”號1000t浮吊船將第一根高8米，重270噸的墩柱安裝在東海大橋橋墩上，從此拉開了東海大橋二標海上架梁的序幕。2003年10月6日在全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的監(jiān)控下，8臺絞錨機同時開足馬力，“站”在一個足球場大小的浮吊船上將第一根跨海箱梁架在墩柱上，東海大橋工程開始全面推進。2005年4月27日完成了第360根箱梁的吊裝任務。3. 新型船舶 4.分節(jié)駁（又稱組合駁，分節(jié)駁（又稱組合駁，integrated barge） 一端或二端線型為箱型的駁船型式，分節(jié)駁玄側均為直壁式。 一、船舶與船隊一、船舶與船隊 （一）船舶（一）船舶。半分節(jié)駁。半分節(jié)駁 。 全分節(jié)駁全分節(jié)駁分節(jié)駁和普通駁對隊

20、形式a)全分節(jié)駁隊；b）半分節(jié)駁隊；c)普通駁隊 （二）船隊（二）船隊 在內(nèi)河上常見的運輸方式為編隊航行，由多個駁船編在一起，由機動船帶動。 1編隊航行的優(yōu)點：運量大，比單船行駛運輸單價低 2編隊方式：拖帶船隊，普通駁頂推船隊，分節(jié)駁頂推船隊 （1）拖帶船隊：拖輪在前，由纜索拖帶后面的駁船隊。特點：阻力大，運價高，軟聯(lián)結，要求的航道條件低（2 2）頂推艦隊：）頂推艦隊：推輪在駁船后面，與駁船聯(lián)結成整體推輪在駁船后面，與駁船聯(lián)結成整體 普通駁頂推船隊普通駁頂推船隊 特點：特點：阻力小，增加船隊的穩(wěn)定性，船員數(shù)量大為減少，編隊解隊簡便 分節(jié)駁頂推船隊：分節(jié)駁頂推船隊：由統(tǒng)一規(guī)格的駁節(jié)，組成的龐大船

21、隊 特點：特點：改善整體線型，可提高航速；便于建造，降低造價。船型豐滿，增加運量。易于標準化和系列化，操作性能較好。長航無人駁管理公司長航無人駁管理公司 1974年，為扭轉長江運輸成本高于鐵路的局面，原長江航運管理局根據(jù)交通部指示，開始了無人駁的研制和試驗工作。1976年實船試驗，1978年開始批量建造，特別是1981年引進美國德拉孚公司的2000噸級無人駁后，長江無人駁運力得到迅猛發(fā)展。 目前，長航貨運總公司擁有無人駁343艘，運力達62萬噸，占長航貨運總運力的三分之一，在長航貨運內(nèi)河運輸中起著舉足輕重的作用。 作為長江航運先進運輸生產(chǎn)工具的無人駁，具有投入少、產(chǎn)出多、效益好的優(yōu)勢，代表當今

22、國際內(nèi)河航運的發(fā)展方向。長航無人駁管理公司長航無人駁管理公司 其特點表現(xiàn)為： （1）技術上優(yōu)在“分”字。目前無人駁大多為分節(jié)駁型，即：港內(nèi)作業(yè)分“小”，運輸組隊合“大”，故船舶周轉較快，單船載貨噸位大、方形系數(shù)大、貨倉尺寸大、船體尺寸小，單船造價與同級別有人駁相比可降低20%。組隊為矩陣，縱成列橫成排，采用短纜系結，編隊簡單。整隊載量大，線型好，水阻力減少，操作性能優(yōu)于其它隊型。 （2）生產(chǎn)上優(yōu)在“大”字。由于無人駁類型和數(shù)量較多，形成了運力大規(guī)模，駁船大噸位，推輪大功率，船舶高效率。由2000噸級分節(jié)駁與4413KW推輪組成的“中國內(nèi)河第一船隊”運量高達4萬噸，船隊面積有兩個足球場大。 （3

23、）經(jīng)濟效益優(yōu)在“省”字。無人駁整隊線型好，航行阻力可減少20%，油耗下降20%，駛航成本因省油而大為降低。使用無人駁還節(jié)省了大量的人工成本。 （4）安全上優(yōu)在“穩(wěn)”字。無人分節(jié)駁為深漕駁，貨倉重心低，穩(wěn)性好，抗風浪能力強。 三、我國內(nèi)河運輸船舶現(xiàn)狀與規(guī)劃（以長江水系為例）（以長江水系為例） 在水系運輸船舶中，駁船載重噸約占全部船舶載重噸的55，而中長輪總更為突出，約占90以上；其次為機駁船和掛槳機船，在個體聯(lián)戶中，這兩種船占了絕大比重。 由于長江水系上中下游航道條件不同，中上游船舶吃水較小，但型寬較大，下游船舶一般較深、窄，包括江南水網(wǎng)，船舶吃水也較深。 從營運組織上看，也有明顯區(qū)別，中上游300噸級以上船舶一般均采用頂推，下游江、浙、滬、皖等則以拖帶為主，長江干線則全部采用頂推方式，其中分節(jié)駁頂推已占相當比重，目前約為30多。 運輸船舶包括了中國長江輪總公司(以下簡稱中長總)和十四個省市全社會(含交通部門、非交通部門和個體聯(lián)戶)運輸舶。據(jù)不完全統(tǒng)計