航道处教材之航道概论.doc

P1第一章航道概述第一节航道概念与分类 一、航道有关概念 (一)航道定义 关于航道的定义，不同的国家、地区和技术文件的解释不完全相同。比如，美国新哥伦比亚百科全书将“航道”的定义为：用于运输的天然或人工的内陆可航行水体，或它所联结成的网系。中华人民共和国航道管理条例(以下简称航道管理条例)根据我国的情况，给航道下的定义是：航道是指中华人民共和国沿海、江河、湖泊、运河内船舶、排筏可以通航的水域。可从以下3个方面理解这定义： 1、航道是一个在一定范围内变化的水域。由于“可以通航的水域”是随水位变化而变化的，高水位时可以通航的水域在低水位时则可能不能通航，而低水位时不可通航的地方在高水位时则可能可以通航。因此，就这个角度而言，应对航道作广义的理解。 2、航道是经有权的交通行政主管部门确认的可通航水域。所谓“可以通航”，是指经有权的交通行政主管部门确认的可以通航，换言之，不是所有已具备通航技术条件或已有船舶正常通行的水域都是“航道”。从这个角度，应对航道定义作狭义的理解。 一杭道水深；B一航道宽度；-航道底宽m-边坡系数;DLNWL一设计最低通航水位标准载重设计船舶中横剖面浸水面积设计最低通航水位时航道过水断面积图1-1限制性航道横断面图 3、分清“航道”与“河道”实质意义上的区别。一般而言，河道是航道的基础没有河道则没有航道。但是，“河道”是指两侧河岸之间可供水流通行的通道，其空间范围通常被局限于两侧堤岸之间、堤顶以下；而“航道”的空间范围则不仅包括两侧P2河岸之间水下一定深度的空间，还包括水上一定高度的空间。水上空间范围的管理也因此成为航道行政管理极为重要的管理内容。 (二)航道尺度 航道尺度是航道水深、航道宽度和弯曲半径的总称。 1、航道水深 航道水深是指航道范围内从水面到河床底部的垂直距离，通常指航道内最浅处水面到河底的垂直距离。 航道水深是航道建设与维护的重要指标，一般又分为航道维护水深和航道标准水深。航道维护水深是根据水位、航道变迁和维护能力，确定的水深维护指标。航道标准水深是指设计最低通航航水位时，代表船舶或船队安全通航必须保证的航道最小深度。 2、航道宽度 航道宽度是指航道两侧界限之间，垂直于航道中心线的水平距离。航道宽度也分为航道维护宽度和航道标准宽度。前者是根据航道实际情况结合航道维护能力制订的维护计划值；后者是设计最低通航水位时，代表船舶或船队正常通航所必须的水域宽度. 限制性航道和天然航道的航道标准宽度是不样的。对于限制性航道，航道宽度 是指没计最低通航水位时船舶在设计吃水时船底处的断面水平宽度，见图11；对于 天然、渠化河流航道，航道宽度是指设计最低通航水位时，具备航道标准水深而为船 舶航行所必需的宽度，见图1-2。航道宽度原则上应为船舶(队)航行占据的宽度(也 称航迹带宽度)与一定的安全富裕宽度之和。为便于设计工作，内河通航标准 (GB501392004)取消了对限制性航道航道宽度的规定，直接对航道底宽作了具体规 定。这样的调整是合理的，但要注意到，这并不意味着航道宽度”与“航道底宽” 具有相同的意义，它们仍是两个截然不同的概念。3、航道弯曲半径P3 航道弯曲半径是指航道中心钱的曲率半径，某航段的弯曲半径通常指该航段航道中心线上曲率最大处的圆弧半径。在进行航道建设时，应当尽能使航道弯曲半径大些，以方便于船舶快速、安全通行。为适应我国船舶的操纵性能，我国内河航道的最小弯曲半径般要求为顶推船队长度的3倍，或货船长度、拖带船队最大单船长度的4倍。 (三)航道水流条件 水流条件是航道通航条件的个重要方面，因为即使航道尺度符合要求，但如没有良好的水流条件，船舶安全航行也是无法得到保证的。通常从流速、流向、流态三个方面分析航道水流条件。 1、流速 流速是指水质点在单位时间内沿某特定的方向移动的距离，常用单位是米/秒。根据水流流动的方向，可分为纵向流速、横向流速；根据测量范围，可分为测点流速、垂线平均流速、断面平均流速、近底流速、表面流速等。流速对船舶航行速度影响很大，当船舶顺流而下时，流速可显著提高航速；船舶逆流而行驶时，流速则有明显阻碍作用，在急滩处有时需要绞滩等设施才能通过。 2、流向 流向是指水流流动的方向。般而言，河流总是从上游流向下游；通常航道的左岸、右岸，就是根据航道水流的总体流向来确定的：面向下游，右手侧就是航道的右岸，左手侧就是航道的左岸。在潮流河口、湖区、河网地带，另有具体规定，可参见航道图标示。对水流流向不明显或各河段流向不同的河流，内河助航标志(GB5863-93)规定： (1)通往海口的端为下游； (2)通往主要干流的一端为下游： (3)河流偏南或偏东的一端为下游； (4)以航线两端主要港埠间的主要水流方向确定上下游。 从航道分析的角度，流向并不仅仅指整条河流的水流总趋向，也包括局部水流流向，因为，局部水流流向对船舶航行和航道维护的影响更为直接。三峡大坝截流时，大坝上游出现了表层江水向上逆流的情况。 3、流态 流态是指局部水流呈现的状态。 流态对船舶航行的影响艮大，某些恶劣的流态甚至危及船舶的航行安全。不正常流态是河床局部形态与水流相互作用的结果。内河航道中有如下几种主要流态：回流、泡水、漩水、剪刀水、扫弯水、往复流、滑梁水、横流等。 回流是指位于主流区外侧，在平面上作回转运动的水流。P4 泡水是指河道内有较强的上升水流涌向水面，导致流动中的水体局部隆起和翻滚的水流流态。 漩水是指河道内有较强的竖轴环流，导致流动中水体局部旋转、漩心凹陷的水流流态。 剪刀水是指急滩段以下，滩舌处中泓水面隆起、前锋在平面上呈剪刀状的水流流态。 扫弯水是指弯曲河道内斜向顶冲凹岸的面层水流。 往复流是指周期性地由个方向变为相反方向的水流。 滑梁水是指在山区河道内，漫过河心石梁并具有较大横向流速和比降的碍航水流。 横流是指流向与航道纵轴线垂直或角度较大的水流。 (四)通航标准与设通航水位 通航标准和设计通航水位是对紧密联系的概念。 通航水位包括设计最高通航水位和设计最低通航水位。通航标准越高，要求设计最高通航水位越高，设计最低通航水位越低。 要保证船舶正常通航，航道水位H应在上限水位及下限水位之间，即 H。一年中航道保持正常通航水位的历时，称为正常通航历时 (以日计)；其余时间，水位不能保证正常通航，其历时为365-t*。当设计通航水位确定后,可通航的历时也就基本确定了，通常采用通航保证率来表示： 通航保证率=正常通航日数全年总日数 但是，河川径流是不断变化的，不仅年内水位变化剧烈，而且不同年份水位也有较大变化。如果要求在任何特别丰水年时，航道均能保证在高水位安全通航，在任何特别枯水年时，航道也能保证在低水位通航，航道建设的工程就很大，不仅技术上很难实现，而且在经济上也必然不合算。因此，航道工程设计需要个能够反映一定时期内保证正常通航慨率的指标，这个指标也同时反映航道工程设计标准的高低，这就是设计通航保证率。设计通航保证率高，河流利用率就高，工程投资也相应较大；反之，设计通航保证率低，河流的利用率就低，工程投资也相对较小。因此，设计通航保证率非常重要，应根据河流的特性、航运要求、技术经济的可能，结合实际经验，依据技术规范来确定。 通航保证率应该分别考虑高、低水位的通航要求，分别确定设计最高通航水位和设计最低通航水位。设计最高通航水位是通航建筑物正常营运的上限水位和跨河建筑物净高的起算水位；设计最低通航水位是航道与通航建筑物标准水深和水下过河建筑物标高的起算水位。例如，通航桥梁净高，船闸闸门、闸墙、导航墙等顶高程的确定，均应以设计最高通航水位为依据；而船闸闸首门槛、引航道底高程，以及整治工程中水下过河建筑物高程及航道底高程等，都需根据设计最低通航水位来确定。由此可见，P5设计通航水位是航运工程规划设计施工的重要依据。 一般情况下，设计最高通航水位以“频率”作为设计指标，设计最低通航水位以“保证率”或“保证频率”作为没计指标。内河通航标难对设计最高通航水位的 洪水重现期和设计最低通航水位的多年历时保证率都作了规定，洪水重现期(单位： 年/次)指某一洪水位多少年出现一次，与通常所说的频率”(单位：次/年)是倒数 关系。 简单地说，对较高等级的航道，其设计最高通航水位则较高，设计最低通航水位 则较低，保障船舶在较高和较低的水位时均能通航，即通航保证率较高。对于较低等 级的航道，则反之。 二、航道分类 我国海岸线漫长，内陆江河、湖泊、运河众多，航道所流经地域的地质、水量补 给等因素差异很大，航道分类方法众多。下面介绍些常用的航道种类。 (一)国家航道、地方航道和专用航道 根据航道管理属性，可以把航道分为国家航道、地方航道和专用航道。 国家航道包括以下5类航道： 1、构成国家航道网，可通航500吨级以上船舶的内河干线航道； 2、跨省、自治区、直辖市可常年通航300吨级以上(含300吨级)船舶的内河干 线航道； 3、可通航3000吨级以上(含：3000吨级)海船的沿海干线航道； 4、对外开放的海港航道； 5、国家指定的重要航道。 地方航道包括以下4类航道： 可常年通航300吨级以下(含不跨省的可通航300吨级)船舶的内河航道； 可通航：3000吨级以下海船的沿海航道和地方沿海中小港口间的短程航道； 非对外开放的海港航道； 其他属于地方航道主管部门管理的航道。 专用航道是指由军事、水利电力、林业、水产等部门以及其他企事业单位自行建 设，使用的航道。 (二)内河航道和沿海航道 根据航道所处的区域，将航道分为内河航道和沿海航道。内河航道是位于河流、 湖泊、水库内的航道，以及运河和通航渠道的总称。沿海航道是位于海岸线附近、具有一定边界、可供海船航行的航道。 根据航道所处的地域和水文特征，内河航道又可以分为山区航道、平原航道、湖 区航道、库区航道。P6 山区航道是指位于山区或丘陵地区，具有山区水文特征的航道。山区航道基本上 沿山谷流动，纵剖面一般较陡峻，形态不规则，比降大，流速大，急滩深潭交错。 平原航道是指位于平原地区的航道，两侧约束较弱，易发生演变。平原航道流经 地势平坦的平原地区，水位变幅较小，比降、流速较小。 湖区航道是指在湖区内开辟的航道。高水位时水面宽广，航道宽畅短捷；枯水位 时洲滩显露，航道曲折窄浅；水流流向顺逆不定，常出现壅水、滞流现象。湖区航道 又可分为湖泊航道、河湖两相航道和浜湖航道。湖泊航道是指位于湖泊内、穿过湖泊 的航道；河湖两相航道是指高水位时为湖泊、低水位时为河流的水域内的航道；浜湖 航道是指靠近湖泊、在湖水顶托影响范围内的航道。 库区航道是指位于水库库区的航道。 (三)常年通航航道和季节性通航航道 按通航时间的长短，航道可分为常年通航航道和季节性通航航道。常年通航航道 是指可供船舶常年通航的航道，又称常年航道。季节性通航航道是指只能在一定季节 或水位期内通航的航道，又称季节性航道。季节性航道主要由于冰冻或枯水等原因， 在段时间内不可通航。 (四)限制性航道非限制性航道 根据航道断面尺度对航行有无明显限制作用，可以将航道分为限制性航道和非限 制性航道。所谓限制性航道，是指因水面狭窄、航道断面系数小而对船舶航行有明显 限制作用的航道，包括运河、通航渠道、狭窄的设闸航道、水网地区航道，以及具有前述特征的滩险航道。为便于船舶航行，内河通航标准规定，限制性航道的断面系数不宜小于6。江苏大部分航道比较狭窄，限制性航道居多。 (五)天然航道和运河 根据航道是人工开挖的还是天然的，可以将航道分为天然航道和运河。运河就是 指在陆地上人工开挖的、主要供船舶通航的水道，又称人工运河。京杭大运河就是最 为著名的人工运河。运河在航道中数量很少，大多数航道是天然形成的或者是在天然 河流的基础上进行人工整治形成的、供船舶通航的水道。 (六)渠化航道和非渠化航道 根据航道是否经过渠化，可以将航道分为渠化航道和非渠化航道。渠化航道是指 天然河流经剃级开发而形成的水深显著加大、流速明显减缓的航道。第二节国内外航道发展概况 一、水运在综合运输体系中的作用与地位 (一)综合运输体系 众所周知，现代运输业是由铁路、公路、水路、航空和管道五种主要运输力式组P7 成的每一种运输方式有其特定的运输线路和运输工具，形成了各自的技术特点、经 济性能和合理使用范围。所谓综合运输体系，是各种运输方式在社会化的运输范围内 和统一的运输过程中，按其技术经济特点组成的，分工协作、有机结合、连接贯通、 布局合理的交通运输综合体。 (二)水运的特点 1、优点 水运具有综合效益高、载重量大、运力大、成本低、能耗低、占地少、建设及维护费用低等很多的优点。 内河航道建设的综合效益高。综合开发综合利用水利资源是我国水资源开发利用的基本原则，内河航道建设兼顾了灌溉、防洪、供水、发电、渔业等方面的要求，并且，航道建设项目生命期长，可维持千百年，收益时间长。 在高速公路面临超载问题困扰的时候，航道在单个运输工具载重量方面的优势明显，船舶的载重量大而自重所占的比例却很小。目前，江苏境内营运的代表船型吨位已在300-2000吨之间(长江除外)，而通常的载重卡车的吨位不会超过100吨。国外大型船舶的载重量一般为4-5万吨，最高可达40万吨，这相当于几列火车或数千辆汽车的载重量。在整个载重量中，船舶自重仅占7.5-28，而铁路车辆的自重却相当于它的载重量的40-60。 在运力方面，通常条单线铁路的年运量约为3000万吨左右，而条通航河流的运输能力远远超过这个数量，可以说几乎是不受限制的，如德国莱茵河1970年年运量就相当于20条铁路。2003年长江三峡航道的货运量超过1亿吨，客运量突破600万人，相当于4条铁路的运量。 在成本方面，目前我国三峡库区水运每吨公里运价为00 6元左右，而公路和铁路每吨公里运价分别达到了0.3元和0.2元，运费之比为5：3.3：l，远远高于水运。可见，水运是种十分经济的运输方式。在国外，水运的运输成本一般为铁路的l312，为公路的11015。 航道建设投资和维护管理费用较铁路或公路小。建设同等运输能力的航道，其投资仅相当于铁路的110，公路的1413。航道的日常维护费用也比其它运输方式省得 多。 在运输：工具制造方面，水运也比较经济，每一载重吨船的造价一般为铁路车辆的1615，而且每一载重吨铁路车辆所需的钢材超出船舶1倍以上。 在能耗方面，我国1992年统计的水运与铁路运输每千吨公里油耗比例是1：265。可见，水运是一种节能、环保的运输方式。 在建设用地方面，水运多以天然河流为载体，所需建设占地极少，而公路和铁路的建没需要占用大量的土地。P8 水运还有利于国防，在战争中，铁路、公路、航空通道都极易受破坏，内河航道却是条炸不断的通道。 2、缺点水运的主要缺点，一是速度漫。船舶必须在水中运行，航速受到多种因素的制约，长期以来未能有大的突破，通常仅为汽车速度的110到15，不能适应客运和时间要求严格的货运的要求。二是方便程度不够。船舶必须在现有的航道中航行，不能象公路运输样实现“门到门”运输。 应当指出，因为技术上的局限性、受自然条件影响较大、航道网络化程度低等原因，水运目前一般适用于运量大而对运期要求不高的货物运输。在有些地区不像汽车、火车那样，船舶不可以长年不分昼夜进行不问断地运输。在建成四通达的航道网之前，水系各成体系，互不沟通，运输的连续性差，有时需转驳倒载，一定程度上提高了运费甚至造成货损货差等。但是，随着科学技术的发展和现代化内河航道网的建设，水运的连续性将不断提高，运输速度将不断加快，船舶营运管理水平将越来越高，水运的缺点会逐渐被克服，其优越性会更充分显示出来。 改革开放后，我国国民经济迅速发展，人民生活水平迅速提高，国内外经贸往来频繁，旅游业蓬勃发展，水上客流成倍增长，人们对交通运输提出了“安全、舒适、快速”的要求，低速水上客运已不能满足形势发展的需要，因此，在我国港澳地区、珠江三角洲、长江水域、黄河水域、黑龙江水域等都先后发展了高速航运。据不完全统计，在全国各水域已开辟的高速船运输航线已有79条，从事高速客运的公司有68家。今后，随着我国国民经济的更大发展，人民生活水平的更大提高，旅游业的更加兴旺，我国高速水运事业必将更大发展。 (三)水运的作用水路运输是增进人类全球性经济联系的纽带。自从人类通过越洋通海联河的运输，将世界各地联成了一片，各国家和地区摆脱了孤立和封闭，水运在全球性的社会、经济、贸易联系中取得自己的地位。在人类历史走向21世纪的今天，在航空仍不能解决大批量货物运输的现实情况下，量大价廉和较为便捷的海上运输扔将是联系全球经济贸易的主要方式，承担着全球性、区域间的货物运输，成为为世界经济全球体化和区域化服务的主要运输纽带。 水上运输对国民经济发展起着重要的促进作用。水上运输在运作过程中，不仅与造船业、建筑业、制造业及其他产业部门密切相关，更与金融业、保险业密切相连。它的发展为经济贸易起服务保障作用，促进了国民经济的发展；它的发展同样为国民经济有关行业创造了就业机会，对国民经济积累具有重要的价值。1825年，美国开挖了条运河一一伊利(Erie)运河，将北方最重要的工业港口纽约城和中西部5大湖区的连接起来。这条运河打开了美国通往内陆的航道，此后几十年，5大湖区逐步发P9展成为美国工业的圣地。芝加哥、匹兹堡、克利夫兰和底特律等美国最重要的工业城 市，围绕在这一地区发育起来。直到今天，这里仍是美国的制造业中心。伊利(Erie) 运河造就了个工业中心，使美国在19世纪末逐步超过英国，成为世界上最强大的工 业国家。 水上运输通过国际航运，对发展中国家外向型经济发挥了基础性作用。水上运输 系统中良好的港口基础设施和航运服务质量是吸引国际资本的重要条件，对国家经济 的发展具有重要的门户作用。 (四)水运在国民经济中的地位 水上输业与国民经济中的其他产业不同，它本身具有的基础设施并不生产有形 的产品，而是为产品在商业流通中提供运输服务。这个特殊性使水上运输业不仅是服 务部门，而且又是国民经济的基础产业，如航道、堤坝、港池、锚地及港口设施等都 表明了水路运输是国民经济的基础产业部门。这个基础产业具有资本密集、技术密集、 劳动密集、信息密集的特征。 经济要发展，交通必先行。国际贸易要发展，水上运输必先行。这是因为国民经 济贸易发展必然需要运输大量的原材料、成品和半成品。70年代初，水上运输曾是 我国对外开放和经济发展的瓶颈，由于港口设施的不足和落后，使大量外轮在港外排 队待泊，使我国蒙受了大量的经济损失，并影响了我国的国际声誉。日本是个资源较 为缺乏的国家，在它经济腾飞的前期，它首先发展水水上运输业，以优惠的政策鼓励发 展造船业，以保护政策扶持本国船队的发展，使它在经济腾飞之时有充足的运力从世 界各地进口优质的原材料，从而制造优质的产品，进人世界市场。历史的经验和教训 使我们深刻认识到，必须确保水路运输的先行地位。根据国际实证分析，水上运输能 力的发展的先行期一般为35年。 我国和许多发达国家都将航道建设列入国土开发总体规划，努力逐步将境内的河 系串连起来，组成四通八达的水运网。当今，虽然公路、铁路、航空等运输方式发展 迅速，但由于水运的不可替代行和特有的优势，航道仍在交通基础设施体系中保持着 量要的地位。随着航道现代化程度的不断提高，水运的优势将进一步凸现，水运仍将 是大宗物资运输的主要方式之一。 二、国外航道发展概况 国际上大多数国家都非常重视水运的作用，航道在综合运输体系中占有重要地位。 世界上已基本形成三个现代化的内河航道网：是以密西西比河为主干的美国航 道网。二是以莱茵河和伏尔加河为主干的欧洲航道网，三是以长江和京杭大运河为主 干的中国航道网。 “水利王国”荷兰的运河密度居世界第一，全国4350公里航道中， 运河占80，长度超过铁路，担负全国货运量的29。美国运河总长2.56万公里，约 占航道总里程的60以上，长度居世界第一，境内主要河流、湖泊都能互通。俄罗斯P10 欧洲部分各河系都被运河贯通，船舶可从北冰洋通过内陆入大西洋，自由航行于五 海（波罗的海、白海、亚速海、黑海、里海)之间。以下着重介绍一直美国和德国水 水运及航道发展的情况。 ( 一)美国航道 美国目前已经形成了以五大湖、伊利运河、密西西比河及其支流、田纳西汤 比格比运河、墨西哥湾岸内水道和东部圣劳伦斯河为骨架的，规模宏大的北美内河航 道网。二十一世纪以来，虽然内河航运在综合运输体系中地位有所下降，但是它在美 国经济发展中仍发挥着十分重要的作用。 密西西比河源于美国北部的明尼苏达州，沿途流经十个州，全长2552英里(4000 公里左右)，是北美地区最长的河流。19世纪上半期，内河是美国内陆交通的动脉， 密西西比河上的蒸汽船是当时美国南北交通运输的重要工具。这个时期被称为“密西西 比河的蒸汽船时代。此后，随着交通运输业的不断发展，虽然运输方式不断多样化， 但是密西西比河一直发挥着重要的作用。据美国国家密西西比河博物馆和水族馆统计， 这条大河每年的货运量都超过472亿吨，美国半左右的谷物出口是通过密西西比河 运输的。密西西比河沿途有圣路易斯、孟菲斯和新奥尔良等重要港口城市，其中新奥 尔良直通南部的墨西哥湾，是美国对外贸易的重要通道。为此，美国政府非常重视密 西西比河的开发与建设。为了实现促进航运和防止洪涝灾害等目标，美国历史上多次 在密西西比河上兴修水利，其航运能力的不断提高。目前，在明尼阿波利斯和圣路易 斯之间的河段已建有29座船闸和大坝，航道能够始终保持理想的通航水深，航运条件 优良。 (二)德国航道 早在1871年，俾斯麦统德国后，为加强全国经济联系，加速推进工业化进程， 就展开了浩大的交通运输系统工程建设。在内河航道网建没方面，从1895年到1938 年，前后历时40余年，天然河流基本实现渠化，基尔、吕卑克和中德三大人工运河沟 通了易北河、威悉河和埃姆斯河，哈弗尔运河连接了中德运河与柏林水网，脉络遍布 全德国的内河航运网已经初具规模，把各大工业区域与出海门户汉堡港连接了起来。 德国通过莱茵河干支全水系渠化工程、易北河支运河(南北运河)工程、美茵河 多瑙河工程等，通过升船机和船闸解决了50米落差问题，完善了国内航道网络。 经过治理建设，统一和提高了全国航道标准，使内河航道网的4大牛易北河片、 中德运河片、西德运河片和莱茵河片之间的互连互通更加便捷，达到欧共体级标 准的航道有480公里，可通行3000吨级以上内河船舶，改善了汉堡港与莱菌河最大的 工业区鲁尔区的水路联系。德国所有航道都装备雷达导航系统，保证夜航和雾航安全。 莱茵河是德国最重要的航道，她在德国境内通航里程719公里(其中包括德国 法国边境185公里，德国瑞士边境17公里)。德国莱茵河治理与开发方略为兴利P11 除弊、航运为先、因段制宜、多方兼顾，河流整治与流域经济开发、港口城市建设与 产业布局紧密结合、融为体。整治开发中从宏观规划到具体项目实施，处处体现着 日耳曼民族的严谨、极致，寓高雅于质朴，寄精微于粗放的传统。“欧洲工业心脏”鲁 尔区是莱茵河沿河工业带的典范。鲁尔区的发展一方面得益于资源，另一方面得益于 莱茵河与鲁尔河。莱茵河是鲁尔区外联南北向和西部的出海水运大动脉，也是区内的 主航道。 三、国内航道发展概况及前景 (一)我国内河航道建设的概况 我国是世界上最早利用水运的国家。 早在4000年前，先民就临河聚居，制造木舟，发展水上运输。大禹时代“导四 渎而为贡道”，使当时中原地区的江、河、淮、济四条大河都能航。春秋时期(公元 506年)我国首开的胥溪运河，是世界上最早的运河，较欧洲最早的瑞典果达河早 2300多年。胥溪运河由胥口入太湖，经宜兴、溧阳、高淳等地，通过固城、石臼、丹 阳几个湖泊，在安徽芜湖连接长江，全长450多公里。 春秋末年，吴王夫差为北上争霸，筑邗城(今扬州市)，开通邗沟。邗沟自长江引 水北流，向北绕经一系列湖泊，以较短的人工渠道相连接，沟通长江和淮河，成为凿 通南北大运河的先声。自隋朝至元朝，工程浩大，贯通南北，联贯海河、黄河、淮河、 长江和钱塘江五大水系的京杭大运河完全打通。 公元前214年，灵渠建成，沟通了湘江和漓江。它体现了非常精湛的水利技术， 我国著名诗人、历史学家郭沫若在1963年就在这里写下这样的评价：“2000”余年前有 此，诚足与长城南北相响应，同为世界之奇观。”灵渠也因此得以与陕西郑国渠、四川 都姜堰并称为“中国古代三大水利工程”。为了克服两江水位落差，唐朗宝历年间，李 渤监修灵渠，创设陡门(即闸门)18座，船闸的雏形从此出现，这比欧洲公元1375 年在荷兰出现的“半船闸”约早400年。到了宋朝，乔维岳在灵渠创设的二陡门，“二 门相距五十步，复以夏屋，设悬门，积水俟平及泄之，而舟运往来无滞”，成为世界上 最早的船闸。 著名的古代水利工程工程都江堰，位于四川都江堰市城西，被誉为“独奇千古”的“镇川 之宝”。建于公元前三世纪，是中国战国时期秦国蜀郡太守李冰及其子率众修建的一 座大型水利工程，是全世界至今为止，年代最久、唯一留存、以无坝引水为特征的宏 大水利工程。2000多年来，至今仍发挥巨大效益，是我国科技史上的一座丰碑。2000 年11月青城山都江堰联合国教科文组织遗产委员会列入世界遗产名录。 这些成就都是我们祖先勤劳智慧的结晶，也为现代内河航运建设积累了丰富的经 验。但是，尽管我国水运事业发展得很早，有过伟大的创造和光辉的成就，由于长期 的封建统治和帝国主义的侵略，水运事业发展速度极其缓熳。解放前夕，内河航道大P12 都处于天然状态，通航里程只有73000km，其中能通轮船的仅仅24000km。内河港口布局凌乱，多半为斜坡式码头，装卸都是肩挑人抬，效率很低。解放初期至党的十一界三中全会之间，我国航道事业经历了一个曲折的历程，发展速度仍然较慢。1979年统计资料表明，全国内河航道通航里程为107800km。党的十一届三中全会以后，由于家重视、措施得力，内河航道建设出现了可喜的发展局面。“六五”期间(1981年1985年)国家将一批内河航道建设工程列为国家重点工程。1985年，全国内河航道通航里程达109300km；内河货运量达303830万吨，货运周转量达77009亿吨公里，分别比解放初期增长121倍和112倍。“七五”期间(1986-1990年)全国以长江、西江、松花江、京杭运河、淮河这三江两河为重点，相应改善一部分支流的通航条件，如湘江、汉江、漓江、嘉陵江等，逐步建成一个四通八达、干支协调的内河航道体系。建成三级和三级以上航道5400km，四级和五级航道 8500km，内河货运量达56亿吨，货运周转量达1100亿吨公里。2003年我国进行了第二次全国内河航道普查。普查资料显示，到2002年底，全国内河航道总里程达到1351万公里，其中等级航道629万公里，占总里程的4656。长江水系航道里程为664万公里，占全国总量的4913，其中长江干流航道里程为2807公里；淮河水系航道里程为188万公里，占全国总量的1389；珠江水系航道里程为182万公里，占全国总量的1349；黑龙江水系航道里程为085万公里，占全国总量的626。全国内河航道通航里程数为1231万公里，占全国总量的9113。P13水路货运总量持续增长。2002年全社会完成水路货运量142亿吨，货物周转量275106亿吨公里，分别比上年增长68和59。2002年全社会完成水路客运量19亿人，比上年增长O5，旅客周转量818亿人公里，比上年下降9O。水路客运量、旅客周转量在综合运输体系中所占比重分别为12和06；水路货运量、货物周转量在综合运输中所占比重分别为96和545。 在全社会水路货运中，内河运输完成货运量76亿吨、货物周转量15087亿吨，分别占全社会水路货运量、货物周转量的53.3和55；沿海运输完成货运量36亿吨、货物周转量42692亿吨公里，分别占256和155；远洋运输完成货运量3O亿吨、货物周转量217327亿吨公里，分别占211和790。 在内河货物运输中，长江水系完成货运量30亿吨，货物周转量795.3亿吨公里，分别占全国内河货运量和货物周转量的399和527；京杭运河完成货运量15亿吨，货物周转量2797亿公里，分别占197和185；珠江水系完成货运量09亿吨，货物转量1505亿吨公里，分别占121和100；黑龙江水系完成货运量O07亿 吨，货物周转量86亿吨公里，分别占O9和0.6。 总之，建国以来，我国的内河航运得到了较快发展，但与其他运输方式的发展速度相比仍显缓慢，与世界上内河航运发达国家相比十分落后。P14 (二)主要水系航道情况 1、长江水系 长江是世界第三大可流，我国第一大河，发源于青藏高原的唐古拉山脉，流经青 海、西藏、四川、云南、重庆、湖北、湖南、江西、安徽、江苏、上海等十个省(市、 自治区)，全长6300多公里，主要支流有岷江、嘉陵江、乌江、洞庭湖水系、汉江、 鄱阳湖水系、长江三角洲水网等。长江是我国最重要的水运大动脉，水系通航里程约 664万公里。长江干线航道，上起云南水富，下至上海长江口，全长2807公里，其中 3级以上航道2688公里，占95。长江干线港口，已形成以重庆、宜昌、岳阳、武汉、 九江、芜湖、南京、镇江、南通等大中城市为依托的港口群，并有19个港口对外轮开 放。 2002年，长江干线主要港口货物吞吐量达到259亿吨。其中，外贸货物吞吐量达 到3795万吨，集装箱吞吐量达到109万TEU。长江干线航运企业发展到2000多家， 船舶159余万艘，运力达到1943.8万载重吨，货运量达到305亿吨。 长江海事、航道、公安、通信及通航等支持保障系统健全配套，密切配合，并创 办了长江水上110报警服务联动系统。保证了长江航运畅通安全。长江航运以其江海联 运、铁水联运、干支直达和江海直达形成的区位优势成为全国综合运输体系的重要组 成部分。 2、珠江水系 珠江水系由西江、北江、东江和珠江三角洲水网组成，地跨云南、贵州、广西、 广东、湖南、江西6省(区)及越南部分地区，西江为其主干，全长2214公里。珠江 是华南地区的水运主通道，现有通航河流905条，通航总里程12988公里，其中 级及级以上航道里程1224公里(不含广州港辖航道。103公里)，级航道里程396 公里，V级航道里程8086公里。至2000年底，珠江水系船舶运力达250万载重吨， 完成货运量2亿吨，内河港口吞吐量11亿吨，集装箱运量已达200万TEU。 3、黑龙江水系 黑龙江水系是包括黑龙江、松花江、乌苏里江、嫩江四大主要河流。黑龙江是我 国与俄罗斯的界河，全长2865公里。松花江是黑龙江水系在我国境内的最长支流，全 长928公里。黑龙江水系的河流一般在每年10月中旬到11月下旬封冻，次年4月中 旬到5月中旬解冻。全水系通航里程6449公里，其中4000吨级海轮航道275公里， 级航道里程996公里，级航道里程903公里，级航道里程1983公里。至2000 年底，全水系船舶运力3126万载重吨，年货运量完成1300万吨。 4、京杭运河 京杭运河北起北京，南迄杭州，全长1747公里，流经北京、天津、河北、山东、 江苏、浙江6省(市)，沟通海河、黄河、淮河、长江、钱塘江五大水系，是纵贯我国P15 东部地区的南北水运主通道。京杭运河始凿于公元前486年，公元1292年元朝都北 京后形成北京到杭州的大运河，是世界最早最长的条工工运河，与万里长城齐名。 京杭运河通航总里程1027公里，其中级航道里程343.2公里，级航道里程2578 公里，级航道里程2937公里。作为“两横一纵两网”组成部分的京杭运河，一直 是国家内河建设的重点。经过近年来的整治，运河的通航条件大大改善，江浙两省境 内的京抗运河运量已达26亿吨。京杭运河苏南段和浙江段已被授予“文明样板航道” 称号。 (三)江苏航道发展情况江苏是水网地区，水资源较为丰富，水域面积占全省总面积的17，拥有天然湖 泊 290多个，大小河流约17万公里。长江及京杭运河贯穿全省，构成了江苏内河运输 的主通道。苏北有沂沭泗和淮河水系，构成里下河水网地区；苏南有太湖水系，形成 密如蛛网的江南水乡。 (四)我国航道事业发展前景 建国以来，我国先后整治了批具有重大经济意义的内河航道，改善了内河航运 条件，促进了内河水运事业的发展。但从总体上看，由于航道建设规模小、投入少， 我国内河航道大多扔处于自然状态，严重制约着我国内河运输的发展。从横向比较上 看，我国内河航道总里程世界第一，但航道等级低，航道总里程中千吨级以上航 道仅占7，而美国高达61，欧洲干线航道及其主要支流均已实现千吨级船舶畅通 无阻，差距悬殊。 发达国家成功的经验表明，水运对于经济娃康发展具有重要促进作用。发达国家 航道发展的现状，在一定程度上代表着我国航道事业发展的未来。随着国家对航道的 日益重视，航道事业在雄厚的资金和科学的管理的推动下，必将快速地向现代化、标 准化、网络化发展。江苏省对于航道在经济发展中的重要性的认识进一步深入， 2003年提出了大力发展沿江经济带的宏伟构想，努力充分发挥长江黄金水道的潜力， 促进经济的发展。这一科学决策定能够使江苏经济进入一个新的快速发展阶段。P16 第二章河流特性与演变第一节有关常识 一、水文 (一)常用术语 1、水位 自由水面离某一基准面的垂直高度为水位。由于江河、湖泊的水面始终处于不断的涨落状态，所以，水位是一个变化的值。 当自由水面与基准面重合时，水位值为零；在基准面之上时，水位为正值；在基准面之下时，水位为负值(如图21所示)。水位的上升和下降对航道及水利设施的影响很大。根据水位的变化对航道及有关设施的影响程度，可将河流水位变化期分为洪水位、中水位、枯水位。洪水位时期，河道中水流速度大，航道尺度变大，船舶水面高度受跨河建筑物的净空高度影响。枯水位时，航道尺度变小，跨河、临河建筑物及其他与通航有关活动对航道的影响尤为明显、突出。中水位期一般航道较为稳定，河道中的有关设施对船舶限制较小。 水位的基准面，常见的有黄海平均海水面，基于此基准面的高程系称为“1985年国家高程系”。国家在青岛观象山建立的水准原点，其高程为72.260米，称为“1985年国家高程基准”。我国从1987年开始启用这个基准。在局部地区特殊条件下，不需要和国家高程系联系时，也可以采用一个假设水准面为高程起算面，这样所得到的高程称为假设高程或相对高程。江苏省里下河地区航道建设中常用的高程系是废黄河高程系统，苏南地区常用的高程系统是吴淞高程系统。 2、水深 水深是指自由水面距离河床底部表面的垂直高度。水位上升，水深增大；水位下降，水深减小。与水位不同的是，水深永远都是个大于等于零的数值，而水位则可能为负值。P17 水位与水深的概念在日常工作中经常用到。例如，在疏浚工程中，绘制航道断面 图时需要对航道水深进行测量，在工程验收时也要进行水深测量以确定浚后河床线。 在进行这两项工作时，都必须首先读取当时的水位值。水位值的读取是一项非常重要 的工作，有时事关工程质量是否达标。为此，应当弄清水位值偏高或偏低对工程的 影响。断面设计时，若水位值读高，则使得原始河床线向上漂移，使工程量增多，工 投资虚高；反之，则原始河床线向下漂移，使工程量减少，工程投资不足。竣工验 收时，若水位值读高，则使得浚后河床线向上漂移，使本来已经达标的工程被判定为 不达标；反之，则浚后河床线向下漂移，使本来未达标的工程被判定为达标。因此， 对于管理者而言，在进行疏浚工程管理时，审查设计图纸时应注意测时水位是否偏高， 审查竣工图时应当注意测时水位是否偏低。 3、比降 比降是指水面两点间高程差与其距离之比值。它分为纵比降、横比降和反比降。 (1)纵比降 河流水面沿流程方向两点间高程差与其两测点间纵向长度之比值，称为纵比降。 这里所指的长度是两测点的流程长度，既可能是直线长度，也可能是曲线长度(当河 道弯曲时)。 纵比降可用下式表示： = h/L式中：h水面两测点间高程差；L水面两测点间纵向长度。 (2)横比降 横比降是指河流断面上两点间水面高程差与其水平距离之比值。如图2-2所示。 横比降可用下式来表示： =h/B 式中： h水面两测点问高程差； B水面两测点间横向长度。 (3)反比降 反比降是局部河面下游水面高于上游水面、计算值为负数时的水面比降。它是纵 之降的种特殊情况，计算方法同纵比降。 比降是个重要的水文要素，比降与流速、流态有直接的联系，比降越大，流速 越大流态越复杂，当航道内有较大的横比降时，容易产生环流、横流。P18 4、流量 流量是指单位时间内通过某一断面的水量，常用单位为立方米每秒(s)。流量 的大小是由河道过水断面和断面平均流速决定的，理论上是二者的乘积。但是，实际 上，缩小河床断面，并不能等比例地减少流量。当河流过水断面缩小时，水流速度会 一定程度的加大，同时造成上游河道壅水，从而对航道维护和船舶航行产生不利影响。 这就是在审批跨河、拦河建筑物时应当避免缩小航道过水断面的原因。 (二)其它术语 1、泥沙 (1)泥沙：指松散颗粒(由矿物颗粒或有机质组成)的集合体，包括石、沙、泥 三大类。 (2)泥：指粒径小于O075mm的泥沙。 (3)沙：指粒径为00752mm的泥沙。 (4)砾石：指粒径为2-60mm的泥沙。 (5)卵石：指粒径为60200mm的泥沙。 (6)巨砾：指平均粒径大于200mm的泥沙。 (7)水流挟沙力：指在定的河床边界和水流、泥沙条件下，能够通过河流断面 下泄的泥沙数量，可用单位宽度上的饱和输沙率表示，也可用饱和含沙量表示。 (8)悬移质：指悬浮于水中并随水流运动的泥沙。包括床沙质和冲泻质，床沙质 指参与造床作用的较粗的泥沙，又称造床泥沙；冲泻质指一般不参与造床的较细泥沙 (9)推移质：指在水流作用下，沿河床表面以滑动、滚动、跳跃等方式运动的泥 沙。 (10)含沙量：是指单位体积浑水中所含悬移质干泥沙质量。 (11)输沙量：是指一定时段内通过河流某一断面的干泥沙的质量。 2、水位及水流 (1)洪水位：指河流因降雨、融雪等，流量增大，边滩全部淹没时的水位。 (2)枯水位：指河流主要靠地下水补给，流量减小，边滩绝大部分出露时段的水 位。 (3)中水位：指介于洪水位与枯水位之间的水位。 (4)回流：位于主流区外侧，在平面上作回转运动的水流。 (5)弯道环流：弯道上水质点顺着主流方向呈螺旋形运动，其流线在横断面上的 投影呈封闭环形有水流。 (6)往复流：周期性陆地由个方面变为