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1、模块二 航道整治工程课题一 了解航道整治工程课题二 整治设计参数课题三 整治建筑物课题四 平原河流航道的整治及案例课题五 山区河流航道的整治及案例,航 道 整 治 （第2版）,主编：吴丽华,航道整治应根据河床演变的趋势，把冲淤导向有利的方向。航道整治工程应符合河床演变规律及河流动力学原理，统筹兼顾，进行科学规划，应根据不同河势及特性，采取相应的整治原则及措施。整治线的设计与整治断面设计是航道整治工程最基本也最重要的设计内容，本模块系统阐述了整治线的布置原则与各整治参数的计算方法。整治线与整治参数要通过整治建筑物实现，本模块介绍了主要整治建筑物的特性、作用与结构型式。根据平原河流、山区河流不同的
2、水流特性，分别介绍了不同河道一般存在的碍航滩险特征、相应的整治工程措施及水力计算方法。,知识点： 航道整治工程与河床演变的概念及特征 整治线设计参数 常用整治建筑物的形式、结构与作用 平原河流的航道整治及工程实例 山区河流的航道整治及工程实例,一、课题引入航道是连接港口之间的纽带，是船舶安全航行的水域。只有满足一定条件的水域才能供船舶安全航行，这就是前面讲述的规范规定的航道尺度。在内河河流中，有部分河段天然就能满足船舶的安全航行，这些河段可以称之为优良河段；但也有相当部分的河段是不能满足或不能完全满足船舶安全航行所需要的航道尺度，正是这部分不符合航道尺度要求的河段，即为需要整治的河道对象。二、
3、课题分析天然河流中满足航道尺度的稳定河段是航道整治后期望的目标，因此有必要首先讨论天然河流中优良河道的形成机制。航道整治工程的目标是为了使河流成为优良河道，也是航道整治工程的原则、任务及措施之根本。,课题一 了解航道整治工程,三、相关知识（一）航道整治工程与河床演变1.航道整治工程在河床上修筑专门的整治建筑物或其他工程措施，诱导水流、改善水流情况，集中水流利用水流本身的力量冲刷河槽，调整河槽形态，增加航道尺度，改善航行条件。2.河床冲淤变化的根本原因在于水流输沙能力与来沙量的不平衡。,3.“优良河段”特征枯水期水流集中于一个河槽而不分流； 河岸的曲度均匀而不过大，两个相邻的弯曲河段之间的直线过
4、渡段不太长，主流没有急弯； 深槽与过渡段的高程相差不大； 水面的比降沿程均匀； 枯水期过渡段的过水断面较为对称； 边滩发育完整，高程较高且相对稳定； 枯水时期深槽的宽度稍大于过渡段的宽度。,4.航道整治是根据河床演变的趋势，把冲淤导向有利的方向，使河床冲刷和淤积达到基本平衡。河床演变是水流与组成河床的泥沙相互作用的结果，水流是引起河床变形最活跃的因素，河床对水流变化也经常起作用。,（二）航道整治工程原则1.航道整治工程应符合河床演变规律及河流动力学 原理，统筹兼顾，进行科学规划；2.应根据不同河势及特性，采取相应的整治原则及 措施：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。
5、平原河流航道整治，宜采用修筑整治建筑物措施，控制中、低河势，稳定航槽，造成有利于冲深航槽的水流；必要时亦可以疏浚为主，或修筑整治建筑物与疏浚相结合。,3.应根据不同的滩势（浅、急、险）及碍航性质， 分清主次，有针对性地指定整治措施。4.应根据经济发展的轻重缓急整治长河段。5.应抓住有利时机整治年际冲淤变化较大的浅滩。6.应考虑对已建、 在建或将建的同河段的水利枢纽工程可能造成影响。,（三）航道整治工程的任务与措施1.中洪水综合整治 稳定河势 固定岸线 束水工程 上游渠化、下游河口建造导堤及疏浚2.枯水航道整治,一、课题引入航道整治的目标是使不满足航道尺度的河道成为优良河段，因此航道整治设计的内
6、容就应从优良河道的各种相关条件去考虑。如水流动力轴线与河流岸线之间的关系，航道边线与岸线之间的关系等，是航道整治设计必须考虑的问题，这些均可归纳为航道整治设计参数。二、课题分析航道整治设计是为形成优良河段而进行的一些整治措施的数据确定，由于航道尺度是一个多参数的综合指标，因此整治设计也是多方面的参数确定过程。航道整治设计参数的确定一般包括整治线布置设计和整治断面设计。,课题二 整治设计参数,三、相关知识（一）整治线规划布置1.整治线的设计整治线在整治工程设计流量下，在水面处所设计的稳定河槽的外形。,整治线与航道,整治线的设计需要完成的工作：(1)确定整治线的位置与岸线之间的关系；(2)了解整治
7、线范围内及边缘的水流泥沙特性；(3)确定整治线的水位与整治线宽度。,2.整治线布置原则（1）整治线的起点和终点应以稳定深槽的主导河为依托。,整治线过渡位置,（2）整治线一般应与枯水河槽相适应。,整治线与流向关系,（3）整治线一般应通过浅滩上的最大流速区。（4）有支流或溪沟汇入的口门不宜布置整治线。（5）全面考虑两岸工农业需要和防洪要求。,3.整治线轮廓的确定影响曲线的弯曲半径和直线段的长度的因素：该河流来水来沙及其过程、河床地质、河岸组成等。不同的水文、泥沙、地质条件形成自身稳定的河形。整治线设计时，应选择适当弯曲半径和直线长度：在一般情况下，当浅滩河段的来沙量多时，可采用R4B，反之，采用R
8、5B；特殊河形按其自身规律选取； 切除凸嘴，改善航行条件时，可采用R(2-3)B，直线段长度取L(1-3)B。,（二）整治断面参数设计1.设计水位设计水位是保证设计水深的水位，包括最低通航水位和最高通航水位，是计算标准船队（舶）正常通航天数的依据。,正常通航期示意图,基本站设计水位与该浅滩有直接关系的相邻水文站的设计水位。浅滩上的设计水位推求浅滩尾下深槽附近设临时水尺（该水尺读数将不受以后浅滩整治的影响），记录逐日水位读数，取得一个时段的资料。相关基本站设计水位 浅滩临时水尺,（1） 浅滩临时水尺设计最低通航水位推求方法 水位相关法,该方法简单、精确，但需要较多浅滩水位观测资料,比降插入法 浅
9、滩上缺乏水位观测资料，可利用上下游基本站设计水位 比降均匀插入法（河段内比降均匀）,比降均匀插入法示意图,或,比降不均匀插入法（河段内比降不均匀）,比降不均匀插入法示意图,瞬时水位法 浅滩上缺乏水位观测资料，且没有上下游两个基本站可利用,n 同步观读瞬时水位次数,（2）浅滩临时水尺设计最高通航水位推求收集和观测洪水期的水位资料（3）浅滩上各断面设计水位的推求,2、整治水位一般是指与整治建筑物头部齐平的水位。 整治水位直接关系到工程数量的大小和工程效果的好坏，是航道整治工程总体设计的重要参数之一。,确定整治水位的方法： 经验方法（1）根据各河流整治比较成功的经验数据确定。 （2）选择该河优良河段
10、的边滩高程做为滩的整治水位。 （3）采用多年平均水位或多年平均流量时的水位, 此水位接近于平滩（边滩）水位。, 造床流量法造床流量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。苏联马卡维也夫输沙率关系： G QmJ Q Q2JP曲线上有两个Q2JP峰值（P为各级流量出现的频率）最大流量第一造床流量，相当与多年平均最大洪水流量，保证率1%-6%； 次大流量第二造床流量，略大于多年平均流量，保证率24%-45%。整治流量 （其相应水位即为整治水位）,Z-P、Z - v、Z- v4 P关系曲线,第二个 v4 P 最大值的水位 整治水位 在没有比降资料的基本站上仍
11、可使用。,3.整治线宽度整治水位时的河面宽度,整治线及其宽度示意图,整治线宽度的确定了整治建筑物（丁坝）的长度，由此影响着整治工程数量和工程投资的大小。 整治线宽度大小影响束水冲刷作用的强弱。 确定整治线宽度的方法：经验法：参考优良河段法、河相关系法、实测河宽水深分析法理论计算方法：水力学方法、输沙平衡方法,（1）经验法参考优良河段法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。选取若干个具有代表性的优良断面并绘制其断面图，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。,优良河段断面图,河相关系法首先寻找优良河断面的河相关系式，
12、然后根据浅滩的整治要求，用河相关系式计算该浅滩的整治线宽度。具体做法：a.绘制各优良河段的横断面图，计算整治水位时的河宽B、断面平均水深H 、航道边缘水深H 。,优良河段断面图,b.在双对数纸上点绘B1/2/H H 的相关线，在相关线上求得截距为A，斜率为m， 则相关线的方程为河相关系式B 整治水位时的河宽H 断面平均水深,优良断面H-H 相关曲线,c.点绘优良断面在整治水位时的 H -H 相关曲线。,d.根据浅滩的整治要求，由 H 查 H - H 相关曲线得H ，再代入河相关系式，计算得到的B 就是所求得整治线宽度。,实测河宽水深法 一般在稳定的河段上，河床形态与河流动力存在一定的函数关系，
13、也就是说在一定的地质条件和来水来沙相互作用下，存在一定的宽深比关系。,代表断面宽、深示意图,对整治河流按条件相似划分成若干河段，依据枯水期的实测河道地形图，分别在深槽和浅滩河段上取若干有代表性的断面，量取不同整治超高值（ A ）时的河面宽度（ B ） 和在设计水位下的航道边缘水深（ h ）。,整治线宽度与航深相关图,将同一整治超高值（A）的（B ，h）点绘相关图，并绘制下包线，最后确定整治线宽度。不同的A可获得不同的B。 综合分析论证后，可在（A，B） 中选取一组最佳的整治水位和整治线宽度作为设计依据。,（2）理论计算方法A.水力学方法,联解：,改写成：,航道整治工程技术规范推荐的水力学计算公
14、式,水力学方法基本假定：整治水位时整治前后的Q、n、J相同，不考虑泥沙因素。,B2、H2为未知数,(Bb)相关曲线,认为整治以后的枯水断面形态和优良河段的断面形态相似,水深改正系数,H整治水位下的断面平均水深 H 整治水位下的航道边缘设计水深,B.输沙平衡方法浅滩上的输沙达到平衡状态时，整治前后浅滩断面的输沙率相等。, 底沙造床为主沙莫夫推移质输沙率公式：,止动流速，,为了计算方便，将式中 改写为：,式中指数m 值的确定：根据对数纸上的 的相关线确定。,上式就是以底沙造床为主的整治线宽度计算公式, 悬沙造床为主,上式就是以悬沙造床为主的整治线宽度计算公式应用整治线宽度计算公式时，一般在以下几种
15、情况应考虑流量的变化：在非通航汊道内建坝或在分流段建挑流坝作为分流工程后，两汊的分流比会发生变化； 在通航汊道内建整治建筑物后，改变了汊道内的阻力，也会使两汊分流比发生变化； 在山区少沙河流上，坝体渗流较大，一部分流量从坝田流出，使整治线范围内的流量有所减少。,（3）规范推荐的输沙平衡计算公式航道整治工程技术规范（JTJ312-98）推荐的输沙平衡方法计算公式的基本形式如下：, 水深改正系数，一般在0.7 - 0.9之间选取；H 整治水位下的航道边缘水深，可用式HH A 计算，其中H 为航道标准水深，A为整治超高值。,4.整治水位和整治线宽度的调整（1）调整原因a.没有正确反映在水位的降落过程
16、中水流对浅滩演变的作用。b.推导公式过程中的某些假定和简化与实际情况不符。c.按计算公式求得的整治水位和整治线宽度，它们之间的最优组合不清楚。,（2）调整方法整治水位的调整：一般参照汛后浅滩河床明显冲刷时的水位或与第二造床流量相应的水位，并与本河流的整治经验相互验证。整治线宽度的调整：先求出理论宽度，再与本河流的整治经验校核调整，或直接应用本河流的经验公式计算。,一、课题引入航道整治的目的是使碍航河段具有天然河流的特性，而要使这个目的地实现，必须有相应的整治措施，后面模块所介绍的航道疏浚工程是其中之一，而采用在碍航河段设置能改变水流动力轴线和流态的整治建筑物，是实现整治目标的常用措施。二、课题分析整治建筑物一般是指能改变水流形态的人工构筑物，最常见的是各种类型的坝体。本课题的目的是分析各种坝体的结构形式、作用和布置方式以及对水流和泥沙运动的影响。,
