第4章 碍航浅滩

1、第四章 碍航浅滩 航道整治航道整治 第一节第一节 浅滩及其成因浅滩及其成因一、概念：一、概念： 浅滩：河床凸起处枯水期航深不足而碍航，水流散乱或横流很强，船舶航行困难。二、组成二、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滩脊三、浅滩成因三、浅滩成因 根本成因根本成因：输沙不平衡而产生的局部淤积具体成因具体成因：（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 容易形成浅滩的地方1比降丁突然

2、的地方：干支流交汇口，束狭口上游2单宽流量明显的地方：河床突然展宽处、分汊处3局部壅水地区4弯道过渡段5洪枯水流向不一致四、浅滩的类型第二节浅滩上的水流和泥沙运动特点第二节浅滩上的水流和泥沙运动特点 一、浅滩上的比降和流速一、浅滩上的比降和流速 2.HJ关系关系 rrHagvhr:22:2rrgHVtgJr22图1-6 浅滩上水流和水面的变化 1滩头比降滩头比降 图1-7 水位-比降关系 3J沿程变化沿程变化 4.H、V沿程变化沿程变化一、浅滩上的比降和流速一、浅滩上的比降和流速 图1-8 水面沿程变化 图1-9 不同水位纵向流速沿程变化图 5HV 关系曲线关系曲线 一、浅滩上的比降和流速一、

3、浅滩上的比降和流速 图1-10 水位-流速关系 确定临界冲淤水位 二、环流二、环流1上、下深槽具有一个单向环流，过渡段环流复杂上、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。过渡段长短对环流有着较大影响。（1）过长：环流减弱或消失（2）过短：急剧转变（3）适宜：平缓过渡（4）环流随Q、Z而改变图1-11 环流分布图a)上深槽断面 b)浅滩断面 c)下深槽断面三、浅滩的纵向流速分布及切力三、浅滩的纵向流速分布及切力 1、从纵剖面看：深槽到浅滩河底逐渐升高，水流流线逐渐束窄，呈收从纵剖面看：深槽到浅滩河底逐渐升高，水流流线逐渐束窄，呈收敛状态。敛状态。2、从平面看：

4、深槽到浅滩水面逐渐放宽，水流流线逐渐分开，呈扩散状态。 3、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。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1-12 浅滩段流速分布的沿程变化 三、浅滩的纵向流速分布及切力三、浅滩的纵向流速分布及切力 4、尼古拉兹实验表明：扩散角越大，垂线尼古拉兹实验表明：扩散角越大，垂线分布越不均匀，流速符合指数分布。分布越不均匀，流速符合指数分布。5、河底切应力沿程分布 图1-13 不同扩散角时切应力沿程分布 图1-13 不同收缩角和扩散角 固定断面的垂线流速分布 同一扩散角时，距离滩脊越近，河底切应力越大 扩散角为负，表示水面收缩

5、mhhYuu四、泥沙运动四、泥沙运动 1多数浅滩在整个中水年及落水过程中，主要以沙波形式作推移质运动。多数浅滩在整个中水年及落水过程中，主要以沙波形式作推移质运动。 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，推移至浅滩脊是，浅滩就淤高。涨水期泥沙移动较慢，落水期泥沙移动较快。 浅滩脊作为沙波的一个部分，其变化与河流的来水来沙条件密切相关。 推移质运动特点推移质运动特点 （1）推移质运动沿横向分布呈带状；（2）同岸输移的规模超过异岸输移的规模 。2、悬移质泥沙运动，汛期和来沙量大的年份悬移质泥沙淤积，退水一般、悬移质泥沙运动，汛期和来沙量大的年份悬移质泥沙淤积，

6、退水一般 冲刷。冲刷。 第三节浅滩演变及演变分析方法第三节浅滩演变及演变分析方法 浅滩演变：浅滩演变：浅滩随水流运动和来水来沙条件而发生的变化。演变原因：演变原因：输沙不平衡。演变形式：演变形式：纵向变形与横向变形纵向变形与横向变形、 单向变形与周期性变形单向变形与周期性变形。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、部位级形状等。河床的平面形状、纵向形态，河床的组成，边滩的尺度、部位级形状等。（1）浅滩上、下游的边滩对其冲淤有很大影响）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边滩的高低，标志水流归槽水位的高低及对水

7、流导沙作用的强弱1来水来沙条件来水条件来水条件：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。来沙条件来沙条件：来沙总量、含水量大小、粒径级配及过程线的形式。一、影响浅滩演变的主要因素一、影响浅滩演变的主要因素2河床边界条件河床边界条件（2） 过渡段的长度对过渡段浅滩的影响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（受上、下弯道水流影响），这样的浅滩不稳定。 过渡段长、河床宽：泥沙大量在河床上淤积，形成心滩的江心洲。 过渡段太短：形成交错浅滩（不利航行） 一、影响浅滩演变的主要因素一、影响浅滩演变的主要因

8、素3上下游河段演变的影响上下游河段演变的影响 （1）上游河段的影响：）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）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，使浅滩的冲淤水位和输沙力受到影响。 1浅滩的稳定性与活动性浅滩的稳定性与活动性 稳定性稳定性：河床形态没有根本性变化，浅滩不会自行消失。 活动性活动性：体现在滩脊高程和位置的变化。 二、浅滩演变的基本规律二、浅滩演变的基本规律 3浅滩演变的多年周期性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

9、周期的变化，浅滩也有汛期淤、枯期冲刷的年周期变化。 1目的：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。 三、浅滩演变分析三、浅滩演变分析 3具体进行分析时，常采用从河床变形结果找原因的方法具体进行分析时，常采用从河床变形结果找原因的方法。2浅滩演变预测的方法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 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，找到原因后，再由这些原因去预测浅滩的发展倾向。 水深是

10、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。 （一）浅滩的水深分析（一）浅滩的水深分析 （2）历年枯水期浅滩冲淤变化）历年枯水期浅滩冲淤变化 1浅滩水位水深关系图（多年浅滩冲淤变化）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 测点较集中，浅滩较稳定；测点分散，浅滩不稳定。 图1-14 浅滩水位-水深关系 图1-15 某滩历年枯水期水位与水深关系 2浅滩逐日水位水深关系浅滩逐日水位水深关系 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，3浅滩水位与相对水深关系图浅滩水位与相

11、对水深关系图 图1-16 浅滩逐日水深关系 a)涨淤落冲； b) 涨冲落淤090090090Z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 ZHH 退水时浅滩冲刷退水时浅滩冲刷，退水时浅滩不冲不淤，退水时浅滩不冲不淤，退水时浅滩淤积，退水时浅滩淤积（1）河床平面形态演变）河床平面形态演变 （二）河床形态分析（二）河床形态分析（3）深泓线（或河床平均高程）的纵向冲淤变化）深泓线（或河床平均高程）的纵向冲淤变化 （2）横断面形态变化）横断面形态变化 图1-19 河床平面冲淤变化图 图1-20 某滩横断面形态变化 影响浅滩演变的主要因素：来水、来沙、河床形态 （三）浅滩演变的综合分析（三）浅滩演变的综合分析 1水力、泥沙和河床形态沿程变化分析水力、泥沙和河床形态沿程变化分析图图1-21 水流、泥沙和形态因素沿程分布水流、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-挟沙力沿程分布影响浅滩演变的主要因素：来水、来沙、河床形态 （三）浅滩演变的综合分析（三）浅滩演变的综合分析 2水力、泥沙和河床形态沿平面变化的分析水力、泥沙和河床形态沿平面变化的分析 图图1-22 水流、泥沙和形态因素平面分布水流、泥沙和形态因素平面分布 影响浅