航道工程学 第7章运河工程20111114[详细]

1、,航道工程学,华北水利水电学院 水力学教研室 2011.11,第6章 通航建筑物,第一节 概述 第二节 运河的选线及设计 第三节 运河的护坡,第七章 运 河 工 程,运河是人工开挖的航道，用来沟通不同水系的河流，湖泊和海洋，与天然河流共同构成一个四通八达的航道网。 运河在航道建设中占重要的地位： 一方面是运河能沟通河流、湖泊和海洋，以满足航运发展的需要； 另一方面，按照水资源综合利用的原则，运河还可以满足灌溉、防洪、排涝、发电和城镇供水等国民经济部门的需要。 我国具有代表性的京航运河总长1782km，始建于春秋末期，已有2400多年的历史，是世界上最长最古老的运河。,一、运河在航道建设中的地位

2、,图7-1 明清运河图,图7-2 京杭运河图,1、按其所处的地理位置分：海运河和内河运河。 位于近海陆地上，沟通海洋和海洋或连通港口， 在其中主要行驶海船的运河，称为海运河； 供内河船舶航行的运河，称为内陆运河，如我国的京抗运河和前苏联的莫斯科运河等。 2、按工程布置情况分：开敞运河和设闸运河。 跨越分水岭的设闸运河，又称为越岭运河。,二、运河的分类和作用,开挖运河的主要目的有： 1构通互不相通的河流，使航道连接成网。2沟通海、洋之间的地峡，避免迂回运输。3沟通通航河流或海洋与城市、工矿企业，解决直达 运输，减少货物的中途倒载和转运。4改善天然河流的航行条件如绕避水流湍急的滩险，风浪较大的湖泊

3、和弯曲迂回的河湾等航行障碍。5综合利用水资源以满足国民经济各部门的需要。6用于军事目的。,巴拿马运河,在运河选线时，应考虑以下原则： 首先，应考虑航运要求。 其次，运河选线应贯彻综合利用水资源的原则，最大限度地满足国民经济各个部门的需要，以充分发挥运河的综合效益。第三，运河选线应适应远景发展的需要。 另外，运河线路应符合全国航道网的规划布局;并力求工程技术简单，施工方便，运转和维修费用省。,第二节 运河的选线及设计,一、基本原则,运河选线：在地形平面图上选定运河轴线位置的工作；,1线路要尽可能顺直，要尽量减少弯道，这样既使运河总长度最短，又便于船舶航行。 2线路应力求避免跨越高山、避免与天然河

4、流、沟渠、铁路和公路的交叉，以减少通航建筑物(船闸、升船机)及其他交叉建筑物的数目，并提高运河的运输能力。 3线路应选在水文地质条件较好的地段通过。 4线路应选择在地形适当的地段通过，应力求避免高填方河段。,第二节 运河的选线及设计,选择运河线路的技术要求：,5线路应选择在水量充沛的地区通过。 6运河应尽可能利用现有的江、河、湖泊作为运河的一部分，以减少开挖运河的土方量，节省工程投资。 7运河的轴线方向应尽量避免和强风一致，以免发生水面的过份壅高和降落，降低风浪，便于船舶航行。,第二节 运河的选线及设计,选择运河线路的技术要求：,运河的纵断面设计，就是确定运河河底的纵坡降。 1.应保证能通过最

5、大的输水流量； 2.最大流速不超过船舶航行的容许流速和不冲流速； 3.同时还要保证运河的不淤性， 运河河底的最小可能的纵坡降 (7-1) 相应于上述纵坡降的平均流速 (7-2) 式中： c谢才系数；R运河设计断面的水力半径。,二、运河的纵断面设计,为了减小运河的纵坡降可以采取以下措施： 一是加长运河线路的长度； 二是在运河适当的位置设船闸。,运河跨越分水岭的布置,三、运河的平面设计 运河的线路应尽量顺直，但受地形和地质等条件的限制，运河线路在平面上的形状不可避免地要采用直线和曲线相间的衔接形式，曲线一般都与被连的直线相切，弯曲段弯曲半径最大的可选20003000m，最小的只有200300m。,

6、弯曲段半径的设计：,过渡段的长度：,反向曲线相连时：,1、运河的断面系数,运河的断面系数为设计最低通航水位时运河过水断面面积与船中横断面的浸水断面面积的比值，以n来表示，即：,四、运河的横断面设计,2、运河的断面形状,合理断面形状应为船舶提供良好的航行条件，使航行阻力小、航行方便，并应考虑工程费 用、营运费用以及维修费用省，施工方便等条件。 运河的断面形状一般有梯形、复式梯形、多边形、矩形、半矩形。,3、运河的断面尺度,基本尺度：航道宽度、航道水深和航道底宽。,指在最低通航水位时计算船舶标准载重状况亦即标准吃水的船底处的水面宽度。 可按下式估算：,1.运河的航道宽度,2.运河的深度,运河的航道

7、水深系指在最低通航水位时运河所应具有的最小水深，通常规定为设计最低通航水位至航道断面底部的水深：,3.运河的底宽,运河的航道底宽指运河横断面的底部宽度。,梯形断面：,4.运河的堤顶高程,挖方段：1.0-1.5 填方段：2.0-3.0,第三节 运河的护坡,一、船行波 船舶在天然河流、人工运河等水域中航行时，船体附近的水体受到行驶中船体的排挤，过水断面发生变化，引起流速、压力的变化，从而使水面上产生波动而形成波浪，这种波浪称为船行波。,运河的护坡:,一、船行波 船行波是造成运河等限制性航道岸坡破坏的主要动力因素。,第三节 运河的护坡,一、船行波 船行波对岸坡的破坏 船行波的形成原因,航速 航道断面

8、系数 船型 ,上下1m范围,第三节 运河的护坡,二、护坡的范围 为了保护运河的岸坡，需要在一定范围内护坡，护坡的范围通常是在船行波影响的区域。它一般根据运河中水位变化的幅度和船行波的上卷高度与下滚高度而确定。 护坡的上界应是在设计最高通航水位+富裕高度a1，富裕高度应大于船行波的上卷高度。,运河岸坡的防护范围,护坡的下界：?,护坡的上界应是在设计 最高通航水位+a1,第三节 运河的护坡,三、护坡的形式 护坡的要求：,1.为了保证护坡在水流及船行波作用下能保持稳定，护坡应透水，以消减护坡所承受的渗透水压力的作用。 2. 要能够防止从岸坡下流出的渗透水流将岸坡的土粒带走，一般在护坡下面均设有反滤层

9、。 3.护坡本身应能维持稳定。,第三节 运河的护坡,三、护坡的形式 护坡的形式：,在选择护坡的形式时，必须对岸坡的高度，土壤的性质，船行波的大小，水流流速，水位变幅，建筑材料及施工条件等因素进行综合考虑， 船行波的大小则是确定护坡形式的主要因素。,第三节 运河的护坡,三、护坡的型式 护坡常用的型式有： 1抛石和砌石护坡,图7-11 块石护坡,2混凝土和钢筋混凝土板护坡,3沥青和沥青混凝上护坡 4纤维模袋混凝土护坡 5. 垂直护坡,运河上的建筑物,1 通航建筑物 船闸和升船机,2 供水建筑物 供水渠道、进水闸,3 引水、泄水建筑物 引水渠道,4 靠船建筑物 港口、码头,5 交叉建筑物 立交与平交建筑物,一、实验的性质、目的及任务： 航道工程学是一门实践性很强的学科。航道工程实验教学的目的是增强对航道工程（特别是通航、整治建筑物）的感性认识，加深和巩固课堂教学的基本理论，培养实践能力，初步掌握量测技术及实验数据采集和处理等方法。 通过实验教学，对渠化枢纽工程总体布置、河流形态、滩险的成因及整治措施以及各种通航、整治建筑物的作用、特性和船闸水力学实验方法等有一个较为全面的了解，培养学生的实际操作能力及分析、解决问题的能力，提高专业技术水平，也为将来进一步从事本学科的实验研究工作奠定基础。,二、主要仪器设备： 船闸模型水槽、水位量测仪、缆