第章航道与航道工程

《航道整治》河海学院：赵志舟第一章航道与航道工程第一章航道与航道工程第一节航道与通航水域第二节航道标准与航道尺度第三节内河助航标志第四节航道工程第一节航道与通航水域第一章航道与航道工程一、航道的定义1．广义的航道：与河道或基本航槽同(waterway)2．狭义的航道：航槽（navigationchannel）为了组织水上运输所规定或设置的船舶航行的通道称为航道。规定:是指在图纸上画定或在现场标出；设置:是指用疏浚或建筑物导治而形成的航道。长江上游神背嘴航道湘江三汊矶航道一、航道的定义(1)足够的水深、宽度和弯曲半径；(2)足够的水上净空，包括净空高度和净空宽度；(3)合适的水流条件，包括流速、比降和流态。武汉长江二桥水域赤水河葫市滩空驳上滩二、航道必须具备的通航条件（一）按航道的级别分1．等级航道：我国划分Ⅰ～Ⅶ级航道。2．等外级航道：通航标准低于Ⅶ级的航道。1．国家航道系指构成国家航道网、可通航500吨级以上船舶的内河干线航道，跨省、自治区、直辖市可常年通航300吨级以上船舶的内河干线航道，可通航3000吨级以上海船的沿海于线航道，以及对外开放的海港航道和国家指定的重要航道。（二）按航道的管理属性分2．地方航道3．专用航道系指由军事、水利电力、林业、水产等部门以及其他企事业单位自行建设和使用的航道。三、航道分类1．内河航道是河流、湖泊、水库内的航道以及运河和通航渠道的总称。（三）按按航道所处地域划分2．沿海航道沿海航道原则上是指位于海岸线附近，具有一定边界可供海船航行的航道。（四）按航道形成的因素划分1．天然航道2．人工航道3．渠化航道三、航道分类（五）按航道的通航件件划分1．依通航时间长短分：常年通航航道、季节通航航道2.依通航限制条件有无和大小，可分为：（1）单行航道，（2）双行航道；（3）限制性航道:即由于水面狭窄、断面系数小等原因，对船舶航行有明显的限制作用的航道，包括运河、通航渠道、狭窄的设闸航道、水网地区的狭窄航道，以及具有上述特征的滩险航道等。3．依通航船舶类别，可分为：（1）内河船航道:（2）海船进江航道:是指内河航道中可供进江海船航行的航道。三、航道分类第二节航道标准与航道尺度第一章航道与航道工程一、内河船舶的航行方式（一）船舶1、内河船舶分为自航船和非自航船。自航船：如货船、拖船、推轮、客轮。非自航船：如驳船、趸船、部分工程船舶2、内河货运船舶分为：分节驳、普通驳船、机动驳船、普通货船、内河集装箱船及江海直达船等。武汉港码头（趸船）内河集装箱船上海港集装箱码头赤水河简易货船三峡船闸普通货船注：分节驳一端或二端线型为箱型的驳船型式，分节驳玄侧均为直壁式。分节驳和普通驳对队形式a)全分节驳队；b）半分节驳队；c)普通驳队编队航行的优点：运量大，比单船行驶运输单价低。一、内河船舶的航行方式（2）顶推舰队：推轮在驳船后面，与驳船联结成整体。由多个驳船编在一起，由机动船带动。（二）船队：（1）拖带船队：拖轮在前，由缆索拖带后面的驳船队。编队方式：特点：（1）阻力大，运价高，（2）软联结，要求的航道条件低，Rmin较顶推船队小。一、内河船舶的航行方式1、拖带船队逆流：多采取单排并列式顺流：多采取单排一列式2、顶推船队①普通驳顶推船队②分节驳顶推船队：由统一规格的驳节组成特点：改善整体线型，可提高航速；便于建造，降低造价。船型丰满，增加运量。易于标准化和系列化，操作性能较好。一、内河船舶的航行方式（三）我国内河运输船舶现状与规划（以长江水系为例）在水系运输船舶中，驳船载重吨约占全部船舶载重吨的55％，而中长轮总更为突出，约占90％以上；其次为机驳船和挂桨机船，在个联户中，这两种船占了绝大比重。运输船舶包括了中国长江轮总公司和十四个省市全社会(含交通部门、非交通部门和个体联户)运输舶。据不完全统计，20世纪90年代中期全水系约有各类运输船舶20余万艘，1200余万载吨，除长江干线外，其余支、小河流仅有少量300～1000吨级船舶在航行，而绝大部分为100吨级以下船舶。一、内河船舶的航行方式由于长江水系上中下游航道条件不同，中上游船舶吃水较小，但型宽较大，下游船舶一般较深、窄，包括江南水网，船舶吃水也较深。从营运组织上看，中上游300吨级以上船舶一般均采用顶推，下游江、浙、沪、皖等则以拖带为主，长江干线则全部采用顶推方式，其中分节驳顶推已占相当比重，目前约为30％多。内河运输船舶的标准化、系列化一、内河船舶的航行方式（三）我国内河运输船舶现状与规划（以长江水系为例）二、通航标准与航道等级1、通航标准《内河通航标准》（GB50139-2004）2、航道等级（1）等级航道：我国划分Ⅰ～Ⅶ级航道。（2）等外级航道：通航标准低于Ⅶ级的航道。在设计通航期内，航道能保证设计船型（船队）安全航行的最小尺度。（1）在设计最低通航水位下的航道保证水深、航道保证宽度、航道最小弯曲半径；（2）在设计最高通航水位时跨河建筑物的下的净空高度和净空宽度。三、航道尺度设计最低通航水位下的航道范围内保证的最小水深。1、航道标准水深（航道设计水深）H＝T＋ΔH式中：T─设计船型标准吃水(m)；△H─富裕水深(m)，标准载重时，船底龙骨下至河底的最小安全距离。（1）船型标准吃水与最大吃水（结构吃水）TH＝T＋ΔH（2）富裕水深ΔH1、航道标准水深②触底安全富裕量△H2:包括船舶装载不均匀、水深测量误差等的影响。①船舶航行下沉量△H1（动吃水）:23vHtmH式中：v─船舶相对于水的速度(m/s)；m─系数，见表。（2）富裕水深ΔH富裕水深ΔH也可直接按航道等级选取航道标准水深H(m)＜1.51.5～3.0＞3.0富裕水深H(m)0.2～0.30.3～0.40.4～0.5浅水吸底现象①船舶在浅水区航行时，船底下座吃水增加。②对限制性航道，要求H/T＞1.5～1.6。1、航道标准水深为了减小航道工程费用，又获得较大的营运经济效益，在航道工程、船舶设计和航运管理等方面采取：①船舶结构吃水大于标准吃水，水位高于设计最低通航水位时，船舶可加载通航；②同一航道等级的标准水深有一个幅度，下限值为船舶（队）的标准吃水，上限值为船舶标准吃水加富裕水深。凡采用小于下限值的航道，在接近或达到最低通航水位时，船舶减载通航。1、航道标准水深（3）“变吃水”的航运措施航道宽度＝航迹带宽度＋安全富裕宽度双线航道宽度：DbLbB2)sincos2（双线航道宽度（1）航迹带宽度：b─设计船队（或单船）宽度(m)；L─设计船队长度，拖带船队为最大单船长度(m)；α─航行漂角。)sincosLb（2、航道标准宽度Δb—船队间的富裕宽度D—船队与航道边缘的富裕宽度（2）航行漂角α漂角(°)的大小和船舶吃水与航道水深的比值(t/H)成正比。水流流态的好坏直接影响航行漂角，流态越坏漂角越大，流速越大漂角也越大，且下水船舶的漂角比上水船舶大。船舶(队)长度与航道弯曲半径的比值(L/R)增加，漂角亦随之增加。反之减小。顶推船队的方形系数(L/b)较小时，产生的漂角较大。2、航道标准宽度①直线段航行漂角的选取通过设计船型的实船试验确定，或按规范规定的3～5°内选取；一般情况下，航道标准高，取值较大。②弯曲段航行漂角的选取（P12表1-2）（2）航行漂角2、航道标准宽度（3）富裕宽度：①Δb：船队间的富裕宽度防止船吸②D：船队与航道边缘的富裕宽度防止岸吸富裕宽度通过设计船型的实船试验确定，或按经验估算。2、航道标准宽度定义：是指保证标准船队安全通过弯曲航道的最小中心线的曲率半径。（1）航道最小弯曲半径一般情况下，取顶推船队长度的3倍，或拖带船队中最大单船长度的4倍作为航道最小弯曲半径。3、航道最小弯曲半径特殊情况下，R可减小，但不小于顶推船队长度的2倍，或拖带船队中最大单船长度的3倍作为航道最小弯曲半径。（2）弯道加宽弯道加宽的情况有些困难弯道因受河道地形限制，不能满足要求的最小弯曲半径，则应在直线段航道宽度的基础上采取航道加宽措施。《航道整治工程技术规范》(JTJ--2003)规定：当R6L时，可不考虑弯道加宽；当R3L时，需要适当加宽；当3LR6L时，可根据水流条件等具体情况确定是否需要加宽。弯道加宽的计算宜通过实船试验确定，顶推船队可参照计算。)2/(B2BRL3、航道最小弯曲半径（3）弯道通视距离穿越广州市区的珠江通航净空示意图包括：净空高度Hm净空宽度Bm上底宽b侧高h为减小净宽，上下行船舶在桥孔内不得会船，设置通航孔不少于2个。河宽不足2通航空的，应一孔跨过，且桥墩顺水面与水流流向偏角不得超过5°。4、水上跨河建筑物的通航净空5、航道断面系数AA根据国内外的研究成果，认为ηφ=7是最经济合理的。6、航道尺度与水运经济效益航道尺度与成本关系三、航道尺度（2）横向流速不能过大，否则将船舶推离航道。三、通航水流条件（1）表面流速、局部比降不能过大，船舶推力应能克服航行阻力。（3）要有适于航行的流态。水流阻力：大小与船体形态和船舶对水航速有关，阻力与速度的平方成正比。坡降阻力：eWiR＝11、通航水流条件的要求•在天然山区河流，因河床地形不规则，当断面平均流速达到3m/s以上时。各种不良水流流态露出峥嵘面貌，航行困难。驾驶人员需熟悉船舶性能和水流特性谨慎操作。三、通航水流条件船闸上下引航道进出口、取水工程的进口及排水工程出口处，航道横向流速不宜超过0.3m／s，回流流速不宜超过0.4m／s。2、通航水流条件一般要符合以下要求山区性河流航道内的最大纵向表面流速和局部比降，应能满足标准船舶（队）自航上滩的要求。三、通航水流条件第三节内河助航标志第一章航道与航道工程一、航标的基本概作用内河航标：标示内河航道的方向、界限与碍碍物，揭示航道的有关信息，为船舶航行指示安全、经济的航道。1、按航标的作用分类视觉航标白天：用标身形状、颜色和顶标来区分或表示不同的航标功能。夜晚：以灯质（灯光颜色、节奏、周期）区分。音响航标无线电助航设施。一、航标的基本概作用（2）岸标、浮标2、按航标设置的水域分类（1）内河航标、海区航标（1）航行标志：标示航道方向、航线、航道边缘界线、礁石、沙滩或其他碍航物所在地及通航桥孔等，使船舶按照航行标志所标示出来的航道安全航行。（2）信号标志：为航行船舶提示有关航道信息的标志，采用信号控制船舶单线航行、标示控制界线、揭示航道水及航道中存在的横流等。（3）专用标志：专用标志是标示沿、跨航道的各种建筑物，或为标示特定水水域所设置的标志，不是直接为了助航而设置的标志。一、航标的基本概作用3、按内河航标的功能分类4、决定河流左、右岸的原则按水流方向确定河流的上、下游，面向河流下游，左手一侧为左岸，右手一侧为右岸。对水流流向不明显或各河段流向不同的河流，按下列顺序确定上、下游：(１)通往海口的一端为下游；(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。一、航标的基本概作用颜色：航道左侧的标志漆白色，夜间闪白灯或绿灯。航道右侧的标志漆红色，夜间闪红灯。（一）航行标志1、过河标2、沿岸标3、导标4、过渡导标5、首尾导标6、侧面标7、左右通航标8、示位标9、泛滥标10、桥涵标二、内河助航标志与布设（一）航行标志1、过河标功能：标示过河航道的起点或终点。形状：标杆上端装正方形顶标两块，分别面向上、下方航道。也可安装在具有浮力的底座上作为浮标设置。颜色：左岸——顶标和梯形牌为白色(黑色)，标杆为白、黑色相间横纹。右岸——顶标和梯形牌为红色，标杆为红、白色相间横纹。二、内河助航标志与布设2、沿岸标功能：标示沿岸航道所在的岸别，指示船舶继续沿着本岸航行。形状：标杆上端装球形顶标。颜色：左岸——顶标为白色(黑色)，标杆为白、黑色相间横纹。右岸——顶标为红色，标杆为红、白相间横纹。二、内河助航标志与布设3、导标功能：由前后两座标志所构成的导线标示航道的方向，指示船舶沿该导线标示的航道航行。形状：前后两座标志的标杆上端各装正方形