航道治理 碍航险滩及其特性PPT演示课件

航道整治,第二章碍航滩险及其特性,河海学院：赵志舟,1,第一节碍航滩险的分类,第二章碍航滩险及其特性,第二节平原河段滩险的特性,第三节山区河段滩险的特性,附：浅滩的演变分析,2,第一节碍航滩险的分类,第二章碍航滩险及其特性,3,第一节碍航滩险的分类,一般碍航特征：平原河流主要为枯期航深不足；山区河流主要水浅、流急、险恶流态碍航并存，整个水文年均有可能碍航。,按碍航原因，滩险的三种基本类型：浅滩急流滩险滩,4,一、浅滩,1、定义航道水深达不到现有航道维护标准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。,（教材定义不准确）,河流纵剖面,5,一、浅滩,2、浅滩的组成,图1-1浅滩的组成a)平面图；b)沿深泓线纵断面；c)A-B断面1-上边滩；2-下边滩；3-上深槽；4-下深槽；5-沙梗；6-上深槽尖潭；7-下深槽倒套；8-上沙梗；9-下沙嘴；c-鞍凹；8c9滩脊,6,（1）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。,一、浅滩,3、浅滩的分类,7,（2）按河床组成分：石质浅滩、卵石浅滩、砂(泥)质浅滩等。,一、浅滩,3、浅滩的分类,8,（3）按浅滩淤积部位分：过渡段浅滩、放宽段浅滩、峡口浅滩、分汊河段浅滩、支流河口浅滩。,一、浅滩,3、浅滩的分类,9,一、浅滩,4、浅滩的成因,（1）冲积性河流形成浅滩的根本成因输沙不平衡而产生的局部淤积。具体成因：（1）流速的减小（2）环流的消失或减弱（3）洪枯水流向不一致（4）局部地区来沙量的加大,石质浅滩缘于地质构造因素外，其他浅滩均为河床演变的产物。,10,一、浅滩,4、浅滩的成因,（2）石质浅滩缘于地质构造（3）因人类活动使河床发生再造过程，形成新的碍航淤积体。多出现在：拦河建筑物的上下游、过河建筑物的上游、大型调（引)水过程的下游。,11,二、急流滩,定义：河床过水断面狭小，流速、比降较大，导致船舶难以自航上滩的局部河段。,1、急流滩的分类(1)按滩险成因分类基岩急滩、卵石急滩、溪口急滩、崩岩与滑坡急滩。,12,二、急流滩,13,二、急流滩,1、急流滩的分类(1)按滩险成因分类(2)按滩形态分类,突嘴型、窄槽型、横埂型、汊道型急滩。,急滩滩型示意图a)突嘴型；b)窄槽型；c)横埂型,14,二、急流滩,1、急流滩的分类(1)按滩险成因分类(2)按滩形态分类(3)按成滩水位分类：枯水滩、中水滩、洪水滩。,图a)中洪水急流滩图b)枯水急流滩,15,二、急流滩,2、急流滩的成因主要原因：过水面积减小。河床泄水面积减小的原因：,(1)地质构造,(2)溪沟冲石,(3)崩岩滑坡,(4)卵石淤积,(5)枢纽下游不均匀冲刷，导致的局部隆起形成陡坡急流。,16,二、急流滩,2、急流滩的成因,川江斗笠子枯水急流滩（卵石淤积）,17,三、险滩,定义：因航道过分弯曲、航宽不足或者存在严重的横流、滑梁水等碍航流态，致使船舶航行十分危险的局部河段。多出现在山区、丘陵河段。,1、急流滩的分类按滩险成因分类，主要有：礁石险滩、泡漩险滩、滑梁险滩、扫弯险滩等。,18,三、险滩,2、滩险成因（1）因地质构造或灾害，形成过分狭窄或曲折的石质航槽；（2）水流长期塑造形成弯曲狭窄抗冲性强的河槽弯曲半径R小、扫弯水（3）自然形成碍航流态（4）枢纽或大型调（引）水工程形成新的碍航滩险库尾：滩槽异位，新槽位于礁石区易形成险滩坝区：引航道口门区、连接段水流条件较差取水口（排水口）：碍航横流、斜流,19,第二节平原河段滩险的特性,第二章碍航滩险及其特性,20,一、平原河段滩险特性,1、径流河段（1）浅滩水深（2）急弯、斜流（3）人为因素影响：桥梁选址不当、无序采砂等（4）礁石、沉船威胁航行安全,21,一、平原河段滩险特性,2、感潮河段（1）航道水深不足（2）航道通过能力不足（3）水道互通条件不良,22,一、平原河段滩险特性,3、湖区航道（1）湖泊航道（超越湖泊的航道）近港航道水深不足（2）河湖两相航道（洪水为湖、枯水为河的航道）枯期出现浅滩、弯曲狭窄段、特殊的跌坎陡坡段。（3）滨湖航道（连接湖泊、汛期受湖泊壅水影响的入湖河段的航道）浅滩碍航,23,1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、含水量大小、粒径级配及过程线的形式。,来水来沙条件河床边界条件上下游河段演变的影响,二、影响浅滩演变的主要因素,24,演变特点：79月：冲刷；114月：淤积。,例：来水来沙条件对河床演变的影响,二、影响浅滩演变的主要因素,25,2河床边界条件河床的平面形状、纵向形态，河床的组成，边滩的尺度、部位及形状等。（1）浅滩上、下游的边滩对其冲淤有很大影响边滩的高低，标志水流归槽水位的高低及对水流导沙作用的强弱。,二、影响浅滩演变的主要因素,26,（2）过渡段的长度对过渡段浅滩的影响,过渡段适当：上下弯道的环流使浅滩对面形成两个大边滩。过渡段太长：常形成两个以上浅滩，浅滩不稳定。过渡段长、河床宽：泥沙大量在河床上淤积，形成心滩或江心洲。过渡段太短形成交错浅滩（不利航行）,二、影响浅滩演变的主要因素,2河床边界条件,27,（3）河道的放宽段（4）在束窄（峡口）上游段（5）支流河口（6）入海河口,二、影响浅滩演变的主要因素,2河床边界条件,28,（1）上游河段的影响主要表现在进入本滩段的水流动力轴线上；（2）下游河段的影响主要表现在下游河床冲淤对本河段比降的变化、引导水流走向，使浅滩的冲淤水位和输沙力受到影响。,3、上下游河段演变的影响,二、影响浅滩演变的主要因素,29,1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。,三、浅滩演变的基本规律,3浅滩演变的多年周期性以多年水文周期性变化为依据,2浅滩演变的年周期性水文条件的变化，是引起浅滩变化在直接条件，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。,30,三、浅滩演变的基本规律,3浅滩演变的多年周期性以多年水文周期性变化为依据。,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,31,1、浅滩上的比降和流速,图2-17浅滩上的水面变化,（1）滩头比降,四、浅滩上的水流和泥沙运动特点,概化情况：洛西耶夫斯基试验,32,长江东流水道1963年水位-比降关系图,1、浅滩上的比降和流速,四、浅滩上的水流和泥沙运动特点,（1）比降,天然情况：浅滩形态复杂,水面沿程变化图,33,（2）流速,水位-流速关系图,*确定临界冲淤水位,1、浅滩上的比降和流速,四、浅滩上的水流和泥沙运动特点,34,不同水位纵向流速沿程变化图,四、浅滩上的水流和泥沙运动特点,（2）流速,1、浅滩上的比降和流速,35,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.,从平面看：深槽到浅滩水面逐渐放宽，水流流线呈扩散状态。,深槽到浅滩水流流速分布沿程要发生变化，变化程度随水位而变。,图2-21浅滩段流速分布的沿程变化,四、浅滩上的水流和泥沙运动特点,（2）流速:浅滩段流速分布的沿程变化,36,(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：平缓过渡环流随Q、Z而改变,a)上深槽断面b)浅滩断面c)下深槽断面,2、浅滩上的环流,四、浅滩上的水流和泥沙运动特点,37,3、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，在水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。,四、浅滩上的水流和泥沙运动特点,（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。,38,第二章碍航滩险及其特性,第二节山区河段滩险的特性,39,2河谷地形特征：峡谷段和宽谷段相间，水深分布不均匀，沿程变化大。岸线不规则，河面突宽突窄，常有石盘、石梁或群礁林立，形成卡口、汊浩、窄槽；多急弯河道。,石质河床：河床变形主要是水流长期的下切或侧蚀，较稳定。卵石河床：河床质由卵石和砂砾组成的较厚覆盖层沙质河床：常出现在支流河口段,一、自然特征,1河床地质特征,40,一、山区河流的主要特征,第五节山区河流滩险整治,3水文特征（1）水位、流量特征：水位暴涨暴落、流量变幅大。（2）比降特征：纵坡、水面比降陡，且沿程不均匀，平均比降：0.3%1.3%。（3）流速特征：滩上流速一般大于2m/s3m/s。（4）泥沙特征：悬沙常不饱和、可视为冲泄质，卵石推移质普遍存在。,一、自然特征,41,4碍航流态,（1）回流（又叫西流水，罗盘水，例流水）。回流与主流的交界带，流速很小，机动船可利用此缓流上行。,一、自然特征,42,中心有明显凹限，每个漩水有逐渐形成加剧、消失的过程，平面位置产生移动。危害：航船卷入漩水，偏离航行，失去控制酿成海事及甚至沉船。,（2）漩水（漩涡、竖轴下漩水）,4碍航流态,43,（）泡水（鼓喷水）,产生原因:a）漩水伴生泡水；b）河底起伏,危害：使航船偏离航向或倾覆。大型船舷一般希望泡水高度小于0.40.55m。驾驶中必须迎泡、压泡，不宜随泡漂移。,4碍航流态,44,（）横流（斜流）与航线交角较大的水流均可视为横流。,4碍航流态,45,（）扫弯水：主流指向并紧贴凹岸而形成的流态，与航向始终保持很大的交角属横流。,（）滑梁水航道附近水下纵向石梁上的横溢流水（属横流）。危害：航船易被横向溢流水吸引侧移，滑出航道而出海事。,4碍航流态,46,（）剪刀水（滩舌）被两岸相对突出物挑引的两股水流，逐渐向下游收缩成一束，以剪刀状。常在卡口急流滩出现，船舶因急流失去控制碍航。,4碍航流态,47,（）跌水（门槛水）河床展宽窄与河底起伏的突然变化处，常产生较大的水位落差。船舶上行困难而碍航。,（）激浪流速大的水流冲击障碍物、礁石，或河床凹凸不平的复杂河床地形引起的波浪。航行阻力大，使船抖动或倾斜可能导致沉船。,4碍航流态,48,二、碍航特点,1、浅滩的碍航特点多为沙卵石浅滩、石质浅滩。擦浅易发生海事事故，富裕深度大于平原河流。,2、急流滩的碍航特点山区河流流急坡陡，航行阻力大，多急流滩。,山区河流流急坡陡，航行阻力大；航道弯曲狭窄，航道附近有礁石，航道尺度不足；边界不规则，产生较多不良流态碍航；设标困难或流标，不能正确引导船舶航行。,3、险滩的碍航特点,49,二、碍航滩险特性分析,1、急流滩特性分析,（1）形态特征分析,急滩滩型示意图a)突嘴型；b)窄槽型；c)横埂型,分析平面形态、溪口急流滩溪沟冲石、崩岩滑坡岸坡形态及其稳定性等。,50,二、碍航滩险特性分析,1、急流滩特性分析,（2）水力特性分析,水流、比降、流态分布碍航特征水位,缓流段,陡坡急流段,急流乱水段,（3）航行阻力特性分析,51,二、碍航滩险特性分析,3、险滩水流特性分析,（1）碍航特征水位分析,（2）碍航流态分析,52,补充内容：,第四节浅滩的演变分析,第二章碍航滩险及其特性,53,补充内容：,浅滩的演变分析,第二章碍航滩险及其特性,54,1目的掌握浅滩演变的规律，区别影响浅滩演变的主要因素和次要因素，预测浅滩的发展趋势。,2浅滩演变预测的方法（1）对天然河边的实测资料进行研究分析；（2）应用泥沙运动和河床演变的基本原理，进行变形计算，预测河床的冲淤变化；（3）运用河工模型试验进行预测,第四节浅滩的演变分析,55,3具体进行分析时，常采用从河床变形结果找原因的方法。,4即根据已有的浅滩形态及其变化规律，从水流、泥沙和河床形态的各个方面去找原因，再由这些原因去预测浅滩的发展倾向。,某滩历年枯水期水位与水深关系,第四节浅滩的演变分析,56,水深是反映浅滩冲淤变化的最基本资料，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。,1浅滩水位水深关系图（多年浅滩冲淤变化）,（1）多年水位水深关系图,图1-14浅滩水位-水深关系,一、浅滩的水深分析,57,（2）历年枯水期浅滩冲淤变化,某滩历年枯水期水位与水深关系图,1浅滩水位水深关系图（多年浅滩冲淤变化）,一、浅滩的水深分析,58,2浅滩逐日水位水深关系,浅滩逐日水深关系图a)涨淤落冲；b)涨冲落淤,一、浅滩的水深分析,59,相对水深：设计水位以下的水深。H-实测水深-实测水位与设计水位之差，,图1-17浅滩水位与相对水深关系图图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,一、浅滩的水深分析,60,1、河床平面形态演变,某河道河床平面冲淤变化图,二、河床形态分析,61,2、横断面形态变化,3、深泓线（或河床平均高程）的纵向冲淤变化,某滩横断面形态变化图,二、河床形态分析,62,影响浅滩演变的主要因素：来水、来沙、河床形态,1水力、泥沙和河床