3. 航道整治工程

第三章航道整治工程WaterwayTrainingEngineering航道工程学工程学院航道整治工程整治依据：航道整治应根据河床演变的趋势，把冲淤导向有利的方向。航道整治工程应符合河床演变规律及河流动力学原理，统筹兼顾，进行科学规划，应根据不同河势及特性，采取相应的整治原则及措施。设计内容：整治线的设计与整治断面设计是航道整治工程最基本也重要的设计内容，本章系统阐述了整治线的布置原则与各整治参数的计算方法。工程措施：整治线与整治参数要通过整治建筑物实现，本章介绍了主要整治建筑物的特性、作用与结构型式。根据平原河流、山区河流不同的水流特性，分别介绍了不同河道一般存在的碍航滩险特征、相应的整治工程措施及水力计算方法。例:第一节概述1.河床冲淤变化的根本原因，在于水流输沙能力与来沙量的不平衡。2.“优良河段”（模范河段）特征：枯水期水流集中于一个河槽而不分流；河岸的曲度均匀而不过大，两个相邻的弯曲河段之间的直线过渡段不太长，主流没有急弯；深槽与过渡段的高程相差不大；水面的比降沿程均匀；枯水期过渡段的过水断面较为对称；边滩发育完整，高程较高且相对稳定；枯水时期深槽的宽度稍大于过渡段的宽度。第一节概述3.航道整治是根据河床演变的趋势，把冲淤导向有利的方向。１）掌握规律：航道整治工程应符合河床演变规律及河流动力学原理，统筹兼顾，进行科学规划；２）因地制宜：应根据不同河势及特性，采取相应的整治原则及措施：山区河流航道整治；平原河流航道整治。(不同)３）分清主次：依据滩势（浅、急、险）及碍航性质，有针对性地指定整治措施。４）全面考虑：应考虑对已建、在建或将建的同河段的水利枢纽工程可能造成影响。如取水口第二节整治线设计与布置1．整治线：是指在整治工程设计流量下，在水面处所设计的稳定河槽的外形。图3-1整治线与航道第二节整治线设计与布置2.整治线的设计(1)确定整治线的位置与岸线之间的关系；(2)了解整治线范围内及边缘的水流泥沙特性；(3)确定整治线的水位与整治线宽度。第二节整治线设计与布置3整治线布置原则：1）整治线的起点和终点应以稳定深槽的主导河岸为依托。图3-2整治线过渡位置第二节整治线设计与布置3整治线布置原则：2）整治线一般应与枯水河槽相适应图3-3整治线与流向关系第二节整治线设计与布置3整治线布置原则：3）整治线一般应通过浅滩上的最大流速区4）有支流或溪沟汇入的口门不宜布置整治线。5）全面考虑两岸工农业需要和防洪要求。第二节整治线设计与布置4整治线轮廓的确定整治线的轴线应当做成平缓相连的曲线。曲线的弯曲半径和直线段的长度与该河流来水来沙及其过程、河床地质、河岸组成有关。不同的水文、泥沙、地质条件形成自身稳定的河形。在一般情况下，当浅滩河段的来沙量多时，可采用R＝4B，反之采用R＝5B；第二节整治线设计与布置4整治线轮廓的确定对特殊河形按其自身规律选取；当切除凸嘴，改善航行条件时，可采用R＝(2-3)B，直线段长度取L＝(1-3)B。澜沧江阿达箐滩mnJKQR15.073.0330QR-弯道中心角可由模范河段河相关系定之第三节整治断面设计一设计水位(通航最高与最低水位)1.设计水位包括最低通航水位和最高通航水位，是计算标准船队（舶）正常通航天数的依据。图3-4正常通航期示意图内河通航标准(GB50139-2004)例：第三节整治断面设计2.浅滩上的设计水位推求：先推求与该滩有直接关系的水文站的设计水位，再相关到浅滩上。3.浅滩上的设计水位推求方法１）浅滩临时水尺设计最低通航水位推求方法水位相关法图3-5水位相关图第三节整治断面设计比降插入法比降均匀插入法图3-6比降均匀插入法示意图图3-7比降不均匀插入法示意图比降不均匀插入法∆z第三节整治断面设计瞬时水位法：观测一段时间的水位，算出浅滩与基本站同时的落差关系，即可求出浅滩设计水位Zs。niilislsZZnZZ1)(1slZliZ-基本站设计水位-基本站和临时站第i次观测水位;i=1、2、3..........niZ第三节整治断面设计２）浅滩临时水尺设计最高通航水位推求洪水期水位资料(利用观测洪水资料分析计算确立--“工程水文学”)３）浅滩上各断面设计水位的推求基准：临时水尺断面设计水位(基准面统一)方法：相关方法；瞬时水面法第三节整治断面设计二整治水位1.定义：指与整治建筑物头部齐平的水位。2.经验方法根据各河流整治比较成功的经验数据确定，通常是设计最低通航水位Hmin＋1m＝整治水位。介于最高与最低通航水位间。选择该河优良河段的边滩高程作为整治水位。采用多年平均水位或多年平均流量时的水位,此水位接近于平滩（边滩）水位（造床流量对应水位）。第三节整治断面设计3.造床流量法造床流量：造床作用与多年流量过程的综合造床作用相当的流量。与造床强度（输沙率）和历时相关。第三节整治断面设计Z-P、Z-V、Z-v4P关系曲线Q－PJQm关系曲线苏联马卡维也夫床沙输沙率关系：G≈QmJ第三节整治断面设计第一造床流量：多年平均最大洪水流量，保证率为1％～6％。第二造床流量：略大于多年平均流量，保证率为24％～45％，对于束水归槽、冲刷浅滩，应取第二造床流量作为整治流量，其相应水位为整治水位。第三节整治断面设计三整治线宽度定义：指整治水位时的河面宽度。图3-9整治线及其宽度示意图高出通航最低水位1米第三节整治断面设计整治线宽度过宽，束水作用不明显；整治线宽度过窄，将产生局部的过度冲刷，引起下游河段的淤积，或流速过大使航行条件恶化。整治线宽度确定了整治建筑物（丁坝）的长度，由此影响着整治工程数量和工程投资的大小。第三节整治断面设计（一）经验方法寻找与被整治浅滩具有相似的水文、泥沙及河床地质条件的优良河段（在浅滩上、下游寻找）。优良河段断面图某优良河段B-H关系图航道宽平均水深tH边缘水深第三节整治断面设计（二）理论计算方法１.水力学方法（3－13）（3－14）联解：（3－15）此法认为：整治水位时整治前后的Q、n、J相同（3－17）2/13/2)/1(JHnVBHVQ2/13/5JHnQB3/52112HHBB第三节整治断面设计一般H2不知道，可根据航道要求水深t（边缘水深）乘以改正系数1tH值的变化不大以后，当4/bB还小一些山区河流：平原河流：9.0~8.067.1112tHBB第三节整治断面设计图3-14η~(B／b)相关曲线第三节整治断面设计2.输沙平衡方法整治前后(3-19)(1)底沙造床为主沙莫夫推移质输沙率公式（全断面）：（3-20）21ssGG6/13/183.3HdVVHH止动流速，用BHdVVVVVkdGHHH4/13321第三节整治断面设计为了计算方便，(3-21)式中指数m的值可以由对数纸上的的相关曲线确定(3-22)（2)悬沙造床为主mHHVVVV12111212YYtHQQBBHHVVVV~13/411213/4211212tQHQBHQHQBB(3-25)QgHVKGs)(3第三节整治断面设计（3）应用(3-22)和(3-25)式时，一般在以下几种情况应考虑流量的变化：在非通航汊道内建坝或在分流段建挑流坝作为分流工程后，两汊的分流比会发生变化；在通航汊道内建整治建筑物后，改变了汊道内的阻力，也会使两汊分流比发生变化；在山区少沙河流上，坝体渗流较大，一部分流量从坝田流出，使整治线范围内的流量有所减少。第三节整治断面设计(三)、规范推荐的输沙平衡计算公式《航道整治工程技术规范（JTJ312-98）》推荐的输沙平衡方法计算公式的基本形式如下：(3-26)η─水深改正系数，一般在0.7-0.9之间选取；t─整治水位下的航道边缘水深，t=航道标准水深+整治超高K－系数，一般取K＝1，在河床演变剧烈的复杂情况下，取K＝0.8～0.9Y－指数，稳定河床取Y＝1.67；以悬沙造床为主取Y＝1.33；以底沙造床为主取Y＝1.2～1.4YtHKBB112第三节整治断面设计四整治水位和整治线宽度的调整（一）调整原因１、没有正确反映在水位的降落过程中水流对浅滩演变的作用。２、推导公式过程中的某些假定和简化与实际情况不符。３、按计算公式求得的整治水位和整治线宽度，它们之间的最优组合不清楚。第三节整治断面设计（二）调整方法1滩形复杂、受壅水影响、汛后浅滩冲刷缓慢且枯水历时较短时，可适当提高整治水位或缩窄整治线宽度。2浅滩群的纵向流速沿程减小时，经验算后，可适当束窄出口段的整治线宽度。3浅滩主要采用基建性疏浚提高航道水深，整治建筑物只起稳定挖槽的作用时，其整治水位可适当降低或将整治线宽度适当加大。4堵塞较长的下深槽沱口(停船的小湾&江水支流)用以减弱横流的丁坝群，其末座丁坝可减低高度。小结航道整治工程与河床演变整治线布置原则整治断面设计设计水位通航最高设计水位&通航最低设计水位整治水位经验法、造床流量法整治线宽度经验法、理论计算方法及规范推荐的计算公式整治水位和整治线宽度的调整习题1某河段Q2JP～流量关系曲线见下图，请说明该图所表达的含义，如对该河段浅滩进行航道整治，整治水位如何选取。1Q：流量；J：比降；P：频率；对应两个峰值为第一、第二造床流量第一造床流量：多年平均最大洪水流量，保证率为1％～6％。第二造床流量：略大于多年平均流量，保证率为24％～45％2对于束水归槽、冲刷浅滩，应取第二造床流量作为整治流量，其相应水位为整治水位。(Q=2200m3/s,水位？？)习题2某浅滩整治水位对应流量为538m3/s（整治流量），B1＝650m、H1＝1.6m，假设整治前后Q不变，要求整治后整治水位时航深ｔ=2m（技术要求，可依据最大船队吃水要求确定之）。已知床沙平均粒径为1mm。求相应的整治线宽度B2，smHdVH/414.0081.1*1.0*83.36.1*001.0*83.383.36/13/16/13/1smHBQV/517.06.1*6505381136.5m2325.1414.0517.0＝得－查表由HVV336.132.8804.118)36.52(*1236.5*1443)2(*12)1443(2mmYmtHQQBBYY9.776195.1*6500.2*7.06.1*0.1*650336.11211221mtHQQBBYY36.555854.0*6500.2*9.06.1*0.1*650336.11211221第四节主要整治建筑物的特性与作用整治建筑物作用：束水、导流、导沙、固滩、护岸形式：丁坝、顺坝、琐坝、洲头分流坝、洲尾导流坝及护岸等第四节主要整治建筑物的特性与作用丁坝：最常用的整治建筑物形式：与河岸构成丁字形作用：横向阻水第四节主要整治建筑物的特性与作用（一）丁坝对河道水流和泥沙的影响1.非淹没丁坝和水流现象收缩断面扩散断面回流区图3-16丁坝前后水流现象第四节主要整治建筑物的特性与作用2.淹没丁坝的水流泥沙现象束水作用大大降低，坝下回流区逐步消失，丁坝相当于堰流，水流漫过坝顶，形成跌水，在坝后产生横轴螺旋流。造成环流，横向导沙，导沙部位与丁坝的方向密切相关；调整分汊河道的分流比，控制分流，淤高河滩，保护河岸或海塘(?)；挑出主流以防顶冲河岸和堤防。第四节主要整治建筑物的特性与作用3.丁坝的方向上挑下坝下挑丁坝正挑下坝图3-19丁坝轴线与水流交角上挑丁坝：丁坝方向指向上游坝头水流较紊乱，坝头冲刷坑较大漫坝水流垂直漫过坝顶后偏向河心，以一定角度与航道中的水流汇合形成挤压水流，冲刷航道，而含沙量较多的底层水流，自河心向岸边运动，将泥沙导入