《航道工程学第一章碍航浅滩》由会员分享，可在线阅读，更多相关《航道工程学第一章碍航浅滩（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、航道工程学,航道整治,通航建筑物,碍航浅滩的成因及演变规律,整治线布置及整治建筑物,各种浅滩的整治措施,航道疏浚,船闸,船闸结构及闸、阀门,船闸水力计算及结构计算,升船机,第一篇 航 道 整 治,第一章 碍航浅滩,武汉航道学校：董利瑾,航道工程学,第一节 浅滩及其成因,第一章 碍航浅滩,第二节 浅滩上的水流和泥沙运动,第三节 浅滩演变及演变分析方法,主要讲解内容,第一节 浅滩及其成因,第一章 碍航浅滩,1、浅滩的定义 一般来讲，河床突起之处为浅滩，凹低之处为深槽。 但从通航的角度来说，仅仅是将航道水深达不到现有航道维护标准（碍航）或确定整治目标的局部河段，包括湖泊、运河、水网和通航渠道中的浅段
2、。,河流纵剖面,第一节 浅滩及其成因,浅滩碍航主要分两种情况： 一是枯水期水浅，航深不足 二是水流散乱或横流很强，船舶航行困难,2、浅滩的分类,（1）按岩石土质组成分： 石质浅滩 、卵石浅滩、砂卵石浅滩、砂质浅滩、泥沙浅滩。,第一节 浅滩及其成因,（2）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。,第一节 浅滩及其成因,（3）按浅滩成因和所在地区分： 弯道浅滩 、分汊河道浅滩、支流河口浅滩、回水变动区段浅滩、湖泊水网区浅滩 、潮汐河口浅滩 。,分汊河道浅滩,第一节 浅滩及其成因,弯道浅滩,第一节 浅滩及其成因,支流河口浅滩,第一节 浅滩及其成因,3、浅滩的组成,图1-1
3、浅滩的组成 a)平面图； b)沿深泓线纵断面； c)A-B断面,第一节 浅滩及其成因,4、浅滩的成因,所谓浅滩整治，就是在分析浅滩形成原因的基础上，通过采取工程措施对不良浅滩进行改善，使之达到相应航道等级的航道尺度要求。,是由于河段输沙不平衡而产生的局部淤积。,造成输沙不平衡的原因？,流速减小 环流的减弱或消失 洪枯水流向不一致 局部地区来沙量的加大,第一节 浅滩及其成因,（1）流速的减小,S 水流挟沙能力 U 断面平均流速 R 水力半径 K,m 系数和指数, 泥沙沉降速度,浅滩常出现在： 比降突然减小的地方：如山区河流进入平原的地区，支流河口处等 单宽流量明显减小的地方：如河床突然放宽处；
4、局部壅水区：河床收缩段上游壅水区，汊道口门处的局部壅水区，干流对支流水位的顶托处，桥渡和拦河建筑物的壅水区；,第一节 浅滩及其成因,（2）环流的减弱或消失,（3）洪枯水流向不一致,（4）局部地区来沙量的加大,环流是泥沙横向输移的动力，也是砂质河床形成各种类型淤积体的一个重要因素。,一般河流有高水取直低水坐弯的规律，洪、枯水流向变化大的主槽部位常形成浅滩； 另外，洪水流向转向枯水流向时，由于流量减少使河槽冲刷能力降低，洪水时淤积下的泥沙枯水时不能全部冲刷掉，也常常形成浅滩。,支流山洪爆发带来的大量泥沙，上游大量塌岸，水库大量排沙以及不适当的裁弯。,第一节 浅滩及其成因,习题1-1、浅滩的组成有哪
5、些？ 请用示意图指示。 1-2、简述浅滩的成因，及输沙不平衡的原因？,本节课作业,第二节 浅滩上的水流和泥沙运动,1、浅滩上的纵向比降和流速,图2-17 浅滩上的水面变化,（1）纵向比降,概化情况：洛西耶夫斯基试验,上下游任意两点的高程差与其相应流程的水平距离的比值。,表明：低水位时比降加大，浅滩冲刷； 高水位时比降减小，浅滩淤积,第二节 浅滩上的水流和泥沙运动,长江东流水道1963年水位-比降关系图,第二节 浅滩上的水流和泥沙运动,不同水位纵向流速沿程变化图,（2）流速,枯水期，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，滩脊流速最大。,高水期，从平面看：深槽到浅滩水面逐渐放宽，
6、水流流线呈扩散状态，滩脊流速最小。,高水期深槽流速大于浅滩流速，低水期浅滩流速大于深槽流速。,第二节 浅滩上的水流和泥沙运动,2、环流,(1)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。 过长：环流减弱或消失 过短：急剧转变 适宜：平缓过渡,第二节 浅滩上的水流和泥沙运动,3、泥沙运动,（1）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，在上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，并可能引起碍航。,（2）一般情况下，浅滩洪淤枯冲。,（3）浅滩汛期和来沙量大的年份可能有悬移质泥沙淤积，退水一般 冲刷
7、。,第二节 浅滩上的水流和泥沙运动,习题1-2、浅滩的局部比降与什么因素有关？ 习题1-3、某河段滩槽水位流量关系曲线见图1-3，分析说明该河段的滩槽冲淤情况？,本节课作业,第三节 浅滩演变及演变分析方法,浅滩演变是指浅滩随水流运动和来水来沙条件而发生的变化。 根本原因是：水流与河床相互作用产生输沙不平衡而引起的河床冲刷或淤积。,1、影响浅滩演变的主要因素,来水来沙条件 河床边界条件 上下游河段演变的影响,第三节 浅滩演变及演变分析方法,（1）来水来沙条件,来水条件：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。 来沙条件：来沙总量、含沙量大小、粒径级配及过程线的形式。,如果来
8、水、来沙量相近，洪峰、沙峰在数量和时间上也近似，而各级水位持续时间不同，则涨水持续时间短、退水持续时间长的年份，浅滩可能少淤、不淤，甚至冲刷；反之淤积较多。,来水量相近，来沙量不同，则来沙量大的年份浅滩可能淤积；,来沙量相近，来水量不同，则来水量大的年份浅滩可能冲刷；,如果来水、来沙量相近，而洪峰、沙峰出现时间不同，则沙峰在前的年份，浅滩可能少淤、不淤，甚至冲刷；反之淤积较多。,第三节 浅滩演变及演变分析方法,（2）河床边界条件,河床平面形状的束窄、放宽，河床纵向的局部升高、降低，边滩的 尺度、部位、形状，河床组成颗粒的粗细，沙波的尺度等。,比如，汛期过后： 如果边滩滩型完整高大，则水流归槽早
9、，流量集中，滩脊冲刷时间长，水深较大，航道也稳定； 如果边滩高程低，则水流归槽迟，滩脊冲刷时间短，水深较小； 如果边滩滩型散乱，水流分散，流路曲折，则浅滩冲淤变化频繁，航道极不稳定，水深也必然很小。,若在一个水文年内，来水、来沙过程为单峰型，则浅滩演变可能为单向变形，即一次冲刷或淤积；若为多峰型，则浅滩会出现多次冲淤交替。,第三节 浅滩演变及演变分析方法,（3）上下游河段演变的影响,浅滩上游水流动力轴线的变动，影响浅滩河段主流摆动； 下游河段的演变只在某种程度上加强、减弱演变强度，不会使浅滩发生根本性变化。,2、浅滩演变的基本规律,（1）.浅滩的稳定性和活动性 （2）.浅滩演变的年周期性 （3
10、）.浅滩演变的多年周期性,第三节 浅滩演变及演变分析方法,（1）浅滩的稳定性与活动性 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：体现在滩脊高程和位置的变化。,（2）浅滩演变的年周期性 水文条件的变化，是引起浅滩变化的直接条件，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。,相对的,绝对的,第三节 浅滩演变及演变分析方法,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,（3）浅滩演变的多年周期性 以多年水文周期性变化为依据 。,第三节 浅滩演变及演变分析方法,3、浅滩
11、演变的分析方法,目前常用三种方法： 一是实测资料法 二是理论计算法 三是模型试验法,浅滩的演变分析是根据河床变形的结果， 从水流、泥沙和河床形态上去找河床演 变的原因，再由这些原因去预报浅滩的 发展趋向。,地形资料，水文资料（水位、流量、流速、比降、流向、含沙量和河床质等）,第三节 浅滩演变及演变分析方法,（1）浅滩的水深分析,浅滩上的水深变化直接关系到船舶能否通过浅滩，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水深关系反映浅滩冲淤变化。,图1-7 浅滩水位-水深关系,冲淤变化不大，比较稳定,有一定的冲淤幅度，不够稳定,第三节 浅滩演变及演变分析方法,某浅滩历年枯水期水
12、位与水深关系 图,如图，关系曲线逐年左移，说明该浅滩水深逐年减小，浅滩恶化； 若关系曲线逐年右移，说明浅滩水深逐年增加，浅滩不断改善。,第三节 浅滩演变及演变分析方法,c.浅滩逐日水位水深关系图（涨水期、退水期冲淤变化）,浅滩逐日水深关系图 a)涨淤落冲； b) 涨冲落淤,关系曲线同横轴的交角，涨水期，大于45度，说明浅滩水位上升的数值大于水深增加的数值，浅滩淤积。退水期，水位下降的数值大于水深减小的数值，浅滩冲刷。一般冲积河流上的浅滩多属这种情况。,当交角接近45度时，冲淤强度不大； 交角偏离45度越多，冲淤强度越大。,第三节 浅滩演变及演变分析方法,图1-17 浅滩水位与相对水深关系图 图
13、1-18 相对水深换算图,3浅滩水位与相对水深关系,相对水深:,实测水位,实测水位,H水深 Z=实测水位设计水位,设计水位,设计水位,退水时浅滩冲刷 ，退水时浅滩不冲不淤 ，退水时浅滩淤积,第三节 浅滩演变及演变分析方法,（2）浅滩形态的演变分析,一般包括：浅滩河段的河岸、上下深槽、沙埂、鞍槽及深泓线等在不同时段内的变化。 分析方法：根据各种平面图、纵横断面图进行对比分析。 对比分析时主要采用套绘。 平面地形图一般采用同坐标、同比例尺套绘比较图进行分析； 横断面比较图可根据浅滩平面图选取固定断面进行套绘比较； 纵断面比较图可根据浅滩平面图循深泓线转绘而成。,第三节 浅滩演变及演变分析方法,a.
14、河段深泓线变化（课本图1-12） b.浅滩平面变化（课本图1-13） c.浅滩纵断面变化（课本图1-14） d.浅滩横断面变化,河道处于不断 冲刷发展的过 程中。,第三节 浅滩演变及演变分析方法,（3）浅滩演变的综合分析,影响浅滩演变的主要因素是来水、来沙和河床形态条件。,a.水力、泥沙和河床形态的沿程变化,图1-16 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,第三节 浅滩演变及演变分析方法,b.水力、泥沙和河床形态的平面变化,图1-17 水流、泥沙和形态因素平面分布,第三节 浅滩
15、演变及演变分析方法,c.水力、泥沙和河床形态的过程变化,图1-18 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；,第一章 碍航浅滩,会根据一些关系图分析浅滩的冲淤变化总结其演变规律，并预测浅滩发展趋势。,本章小结,浅滩组成及成因（输沙不平衡）,来水、来沙及河床边界条件的变化对浅滩的影响,习题1-4、某浅滩退水过程 中，滩上水位与相对水深关系见右图，试说明1、2、3三条线所表示的情况，并解释相对水深的含义。,本节课作业,习题1-5 某浅滩的月平均流量、月平均含沙量过程如下图所示，试从对来水来沙条件的分析，说明该浅滩的冲淤变化。,
