第4章 碍航浅滩[详细]

1、第四章 碍航浅滩,航道整治,第一节 浅滩及其成因,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,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 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,容易形成浅滩的地方 1比降丁突然的地方：干支流交汇口，束狭口上游 2单宽流量明

2、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,一、浅滩上的比降和流速,2.HJ关系,图1-6 浅滩上水流和水面的变化,1滩头比降,图1-7 水位-比降关系,3J沿程变化,4.H、V沿程变化,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,一、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,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。 （1）过长：环流减弱或消失 （2）过短：急剧转变 （3

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,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，呈收敛状态。,2、从平面看：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。,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,4、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。,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

4、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,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。,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,（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 冲刷。,第三节浅滩演变及演变分析方法,浅滩演变：浅滩随水流运动和来水

5、来沙条件而发生的变化。 演变原因：输沙不平衡。 演变形式：纵向变形与横向变形、 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。 （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,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。,一、影响浅滩演变的主要因素,2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

6、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,3上下游河段演变的影响 （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，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 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。,二、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

7、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。,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。,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。,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,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。,水深是反映浅滩冲淤变化的最基本资料，也是航道维护、疏浚和整

8、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,（2）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）,（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,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,图1-16 浅滩逐日水深关系 a)涨淤落冲； b) 涨冲落淤,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,退水时浅滩冲刷 ，退水时浅滩

9、不冲不淤 ，退水时浅滩淤积,（1）河床平面形态演变,（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,（2）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,1水力、泥沙和河床形态沿程变化分析,图1-21 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,2水力、泥沙和河床形态沿平面变化的分析,图1-22 水流、泥沙和形态因素平面分布,影响浅滩