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1、第二章 河流与航道 本章介绍了天然河流的形态特征、河流水力特征、 河流泥沙特征。航道必须具备一定的航行条件，即航道 尺度，根据航道内通过设计船型载重吨位的大小，航道 划分为七级。航道的规划应有科学的程序，航道工程措 施可分为疏浚工程、航道整治工程、渠化工程、径流调 节和助航措施等。本章还介绍了航道内航行船舶的特征 及其编队方式、船舶航行阻力与过滩能力；为船舶航行 指示安全、经济的航道，常设置航标以标示内河航道的 方向、界限与障碍物。 第一节 天然河流的主要特征 河流陆域地表宣泄洪水的通道， 是溪、川、江、河的总称。 水流 河流 泥沙 河床边界 沿河长按不同自然特征，河流划分为五个部分： 1、河
2、源河流的起点，即河流最初具有地表水流形态的地方； 2、上游直接连接河源，位于河流的上段； 3、中游位于河流的中段； 4、下游位于河流最下一段； 5、河口河流的终点。 长江上游宜昌以上的河段； 中游宜昌至汉口的河段； 下游汉口以下的河段； 一、河流形态特征（主要指河流的几何特征和地貌特征） 、 河流平面、横断面与纵剖面： （1）河流的平面形状（与水下地形相适应） 迂回曲折，左右蛇行 原因水流的冲击作用、河岸土质不均匀等 河流的过度弯曲对航行及其不利： 大大增加了航行路程； 影响船队形式； 增加驾驶操作的困难，甚至由于弯曲过甚而发生碰岸事故 山区河流 其平面形态决定于流经地区的地貌和地质特征， 河
3、中常见巨石突起，岸线极不规则， 急弯卡口众多，开阔段与峡谷段相间出现。 平原河流 其平面形态常分为四种： 顺直型或边滩平移型； 弯曲型或蜿蜒型； 分汊型或交替消长型； 散乱型或游荡型。 每种类型的前一个命名指平面形态，后一个指演变特征而言 ，它们彼此对应。但习惯上这四种河型，常依次称为顺直型、弯 曲型、分汊型和游荡型。 顺直型河段的主流仍然是弯曲的,河槽中经常有泥沙的堆积体, 如边滩、江心滩、江心洲和沙埂等。很长的顺直河段不多。 弯曲型河段由正反相间、曲率达到一定程度的弯道和介于其间 长短不等的过渡段连接而成。河道向下游蜿蜒蛇行 美国犹他州格林河段 分汊型河段通常是宽浅水道，中间被沙洲、浅滩分
4、隔 游荡型河段，河身一般宽窄相间呈藕节状。 在窄段，水流平顺，对下游河势有一定控制作用。 在宽段，河身宽浅，河滩密布，汊道交织，河床冲淤变化迅速， 主流摆动不定。 （2）河流横断面垂直于水流动力轴线的河槽断面。 山区河流：常呈形或形断面。 平原河流: 河谷开阔，地势平坦，有深厚冲积层， 不同河段形成不同的横断面形状。 平原河流不同河段横断面 a)顺直过渡段抛物线断面；b)分汊河段马鞍形断面； c)游荡河段不规则断面； d)弯曲河段不对称的三角形断面 长江虎跳峡 赤水河某浅滩 （3）河流的纵剖面 深槽与浅段交替出现的波形线 河流的纵剖面形状 深槽位于河湾部分且接近凹岸； 形成原因河流本身具有弯曲
5、的特性，在 弯曲 河段水流对其凹岸冲刷力强。 浅段位于相邻两深槽之间； 形成原因两弯段之间比较直的河段，一般水 流冲刷力较弱，使泥沙淤积形成浅滩。 、河流阶地台阶状地貌 河流阶地按其结构可分为 以下四类： (1)侵蚀阶地IV级阶地（阶地由基岩组成） (2)堆积阶地I级、II级阶地（阶地由冲击物组成） (3)基座阶地III级阶地（上部为冲击物，下部为基岩） (4)埋藏阶地a 河流阶地结构 类型示意图 、河流节点 由抗冲性较强的突岸形成 并对河势变化起控制作用的河岸形态。 河流节点的两种类型： （1） 一种是两岸皆有依托，位置固定，长年靠流。 （2） 另一种是只有一岸依托，另一岸则是易于冲刷的滩地
6、。 河流节点的控制作用 所在河段的主流摆动； 节点上下游宽浅河段。 二、河流水力特征 河流系统中最活跃、最关键的因素， 开发河流水能资源的主要依据， 影响河床变形的主导因素 主要包括四个方面： 水位、流量特征 比降特征 流速特征影响航行的重要因素 流态特征 三、河流泥沙特征 坡地及沟被侵蚀的岩土 河流泥沙主要来自 河岸河床被冲刷的岩土 几何特性 静态特性 重力特性 级配特性 河流泥沙特性 沉降特性 动态特性 运动特性 冲淤特性 第二节 航道条件 航道为了组织水上运输所规定和设置的船舶航行的通道 。 航道必须具备必要的通航条件： 足够的航道尺度深度、宽度、曲度、净空 合适的水流条件流速、比降、流
7、态 川江某航段航道图 我国天然河流试行通航标准 航道等级I级II级III级IV级V级VI级VII级 浅滩最小 水深（m ） 3.22.53.01.82.31.51.81.21.51.01.20.81.0 通航保证 率（%） 9899939790958595809380907590 一、通航保证率 通航保证率是指在规定的航道水深下，一年内能 够通航的天数与全年天数之比，一般用百分率表示。 通航期 二、航道尺度 根据航道内通过设计船型载重吨位的大小，航道分为七级， 我国内河航道分级与航道尺度，见表2-2。 航道标准尺度在设计通航期内,航道能保证设计船型(船队) 安全航行的最小尺度。 （设计最低通航
8、水位）航道标准水深、航道标准宽度、航道最小弯曲半径 （设计最高通航水位）净空高度、净空宽度 通航净空 （一）航道尺度与水运经济效益 航道尺度的选择应综合考虑其必要性、可能性和经济合理性 航道尺度与成本关系图 最佳航道尺度 总成本最小时对应的航道尺度 （二）航道标准尺度的计算 、航道标准水深设计最低通航水位下航道宽度范围保证 的最小水深，也称设计航道水深 航道标准水深定义图 设计船型标准 吃水(m) H = t + H 富裕水深 (m) 限制性航道因水面狭窄、断面系数小而对船舶航行 有明显限制作用的航道，主要指运河、渠道和河网地区 的部分航道。 船型标准吃水设计船型在标准载重量时的吃水； 船型结
9、构吃水（最大吃水）船体结构所能承载的吃水。 最大吃水 标准吃水 富裕水深船舶标准载重时，船底龙骨下 至航道底的最小安全距离。 影响富裕水深的因素： 1、触底安全富裕量H1 2、考虑波浪影响的富裕量H2 3、船舶航行下沉量H3 4、考虑水体密度影响的富裕水深H4 5、考虑挖槽回淤影响的富裕量H5 确定富裕水深的方法： 通过计算公式 海港航道 H = H1+ H2+ H3+ H4+ H5 内河航道 H = H1+ H3 根据航道等级，按航道整治工程技术规范的规定选取 航道标准水深H (m) 3.0 富裕水深 H 0.20.30.30.40.40.5 沙、泥质河床航道富裕水深 石质、卵石质河床航道富
10、裕水深另增加0.10.2m 、航道标准宽度设计最低通航水位下具有航道标准水深 的宽度，也称设计航道宽度。 根据船舶航行密度和航道条件，设计成： 单线航道 双线航道 讨论直线航道、 弯曲航道情况 直线段双线航道标准宽度： B 2(bcosa+Lsina) b+2D 航迹带宽度B1 航道富裕宽度B2 B航道标准宽度(m) b设计船队宽度(m) L设计船队长度(m) a航行漂角 b上下行船队间 的横向舷距(m) D船舷距航槽 边线距离(m) 单线航道： B1 = bcos a +Lsina B2 = 2D 船舶航行时占用的水域宽度 航行漂角为保持航行的正确方向， 往往使船舶（队）纵轴线 与航向保持一
11、定的夹角。 航行漂角示意图 影响航行漂角a 的因素： 1、船舶吃水与航道水深的比值t/H；（ t/H a ） 2、水流流态；（流态越坏，漂角越大） 3、船队长度与航道弯曲半径比值L/R；（ L/R a ） 4、顶推船队的方形系数L/b。（ L/b a ） 确定航行漂角的方法： 通过设计船型的实船试验确定； 按航道工程技术规范规定的范围在35内选取。 航道富裕宽度保证船舶安全航行，不产生船吸和岸吸现象 的最小富裕尺度。包括船队间的富裕宽度、 船队与航槽边线间的富裕宽度。 影响航道富裕宽度的因素： 船形、队形、系结方式； 船队的航速及推轮的舵效； 水流流速、流态； 河岸的土质及坡度等。 航道富裕宽
12、度的确定方法： 通过设计船型的实船试验确定； 采用经验公式估算 我国目前的直线段航道标准宽度大致是设计船队宽度的4倍， 随着航运事业的发展，这个比值将会增大。 弯曲段航道加宽 航道整治工程技术规范规定 R6L时，不考虑弯曲加宽 3LR6L时，根据水流条件等具体情况确定 通过实船试验确定 R3L时，适当加宽 通过公式计算 采用直线段航道标准宽度的计算公式 （其中a的取值采用弯道上的航行漂角） 3、航道最小弯曲半径 航道弯曲半径弯曲航道中心线的曲率半径； 航道最小弯曲半径保证标准船队安全通过弯道的最小弯曲半径 航道最小弯曲半径的取值： 3顶推船队长度 或 4拖带船队中最大单船长度 在一定条件下，弯
13、曲半径可适当减小，但不得小于： 2顶推船队长度 或 3拖带船队中最大单船长度 4、通航净空 净空高度Hm 净空宽度Bm 上底宽 b 侧高 h 通航净空示意图 净空高度设计最高通航水位往上至跨河建筑物底部的垂直距离； 净空宽度航道底标高以上桥墩（桥柱）间的最小净空。 三、航道断面系数 航道断面系数； 设计最低通航水位时的航道过水断面； 标准船舶（队）标准吃水时的船只浸水横断面面积。 值越小，船舶航行的阻力越大。 根据国内外的研究成果，认为 是最经济合理的 航道工程技术规范规定： 一般情况， ； 流速较大的河流， 。 四、航道水流条件（包括流速、比降和流态） 航道内的表面流速、局部比降、垂直航道轴线的横向流速 不能过大 澜沧江河流急流滩船舶过滩 第三节 航道规划及航道工程措施 一、航道规划 航道规划的主要任务 研究航道开发的经济意义、社会价值及技术上的可能性； 制定近期和远景航道开发方案； 提出适应远景发展的航道措施
