三章航道整治规划与设计

第三章第三章 航道整治规划与设计航道整治规划与设计 第一节河道治理的理念第一节河道治理的理念 第二节第二节 航道整治设计参数航道整治设计参数 第三节第三节 整治线的平面布置整治线的平面布置第四节第四节 整治河段的水力及冲淤计算整治河段的水力及冲淤计算航道整治航道整治第一节河道治理的理念第一节河道治理的理念 第四章第四章 航道整治规划与设计航道整治规划与设计航道治理的两种基本思路航道治理的两种基本思路航道整治与河床演变的关系航道整治与河床演变的关系航道的一般原则航道的一般原则综合治理（中、洪水综合整治）综合治理（中、洪水综合整治） 一、航道治理的两种基本思路一、航道治理的两种基本思路单目标治理（枯水航道整治）单目标治理（枯水航道整治） 满足防洪、航道、水能利用、农业灌溉、渔业、工农业用水、水环境治理等各方面要求。冲积平原河流中、洪水期流量大，易造成河岸坍塌或河堤漫决，水流动力轴线摆动的变化引起河床变形，导致浅滩恶化和河道变迁。（一）综合治理（中、洪水综合整治）（一）综合治理（中、洪水综合整治） 2. 本图采用1956年黄海高程系；1. 本图根据长江航道规划设计研究院勘测处2001年3月1:10000地形图绘制；3. 本图平面比尺为1:25000。25.020.0 W2 W765 W18.010.013.020.0蔡家墩25.9 W4 W5 W6H306724.8红庙说明：7169y11G3y5G2G1S2S18.010.013.024.610.0牛头埠y6y7y8y9y10N吴王庙X3y21H44y15y14y13 X1X2G6G5y20H43H42H41H40H39H38H37H36H35H34H33H31H32G426.616.016.020.013.010.03.08.010.0 W3y2y1y4y12y3y25y24y23y22H45H4622.03.0陆溪口刘家墩直港新洲y1613.03.08.010.013.010.024.320.022.03.03.0中港26.60973113.0-5.00.013.010.08.028.51513宝塔洲-5.013.029.3陆溪口水道 控制河势的变化，才能为防洪、航道、水环境治理等提供良好基础。 1、稳定河势、稳定河势：采取裁弯、拓宽卡口、堵汊等工程措施，促使各级水位下的水流动力轴线趋于一致。 主要工程措施：主要工程措施： 2、固定岸线、固定岸线： 在险工段、河弯弯顶处进行护岸，防止护岸冲蚀后退。3、束水工程、束水工程：在宽浅河段和过渡段等处，束窄河宽，达到固定航槽和增加航深的目的。 4、上游渠化、下游河口建导、上游渠化、下游河口建导堤及疏浚。堤及疏浚。黄河护岸 （一）综合治理（中、洪水综合整治）（一）综合治理（中、洪水综合整治） 例：采用丁坝、顺坝束水导流整治，坝高在中水位至最低通航水位之间。实质：在洪水降落的最后阶段，提高冲刷能力，达到最低通航水位时的保证航深。 （二）单目标治理（二）单目标治理（如：枯水航道整治整治）（如：枯水航道整治整治） 赤水河某滩丁顺坝 枯水是影响航行的关键时期，针对枯水碍航特性采枯水是影响航行的关键时期，针对枯水碍航特性采取相应整治措施。取相应整治措施。 1.河床冲淤变化的根本原因，在于水流输沙能力与来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。沙量的不平衡。 2.“优良河段优良河段”：天然河流中河床形态比较归顺，来水来沙适应情况的变化差别不大，河段出现动态平衡，多年变化不显著，在较长时段内航行没有障碍的河段。 二、航道整治工程与河床演变二、航道整治工程与河床演变 优良河段是航道整治工程参考的优良河段是航道整治工程参考的“样板样板”，浅滩整治后达到上，浅滩整治后达到上述形态，不仅可满足航行要求，也呈相对稳定状态。述形态，不仅可满足航行要求，也呈相对稳定状态。 利用整治建筑物调整水流结构，增强河段的上述能力，将多余的泥沙输送出去或改变泥沙的输移方向（如变纵向为横向运动），使其淤至航道以外，或使泥沙淤积到深槽中，以获得稳定航道。 3.航道整治是根据河床演变的趋势，把冲淤航道整治是根据河床演变的趋势，把冲淤导向有利的方向。导向有利的方向。 二、航道整治工程与河床演变二、航道整治工程与河床演变三、三、 航道整治工程原则航道整治工程原则1航道整治工程应符合河床演变规律及河流动力学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；原理，统筹兼顾，进行科学规划； 2根据不同河势及特性采取相应的整治原则及措施：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（）山区河流航道整治应修整不利于航行的河槽形态，改善水流条件。 岩石河床宜采用炸礁为主；沙卵石河床宜以修筑整治建筑物与疏浚相结合。 山区河流岩石河床宜采用炸礁为主山区河流山区河流沙卵石河床宜以修筑整治建筑物与疏浚相结合沙卵石河床宜以修筑整治建筑物与疏浚相结合（）平原河流航道整治（）平原河流航道整治宜采用修筑整治建筑物措施，控制中、低河势， 稳定航槽，造成有利于冲深航槽的水流；必要时亦可以疏浚为主，或修筑整治建筑物与疏浚相结合的措施。 长江中游罗湖洲水道2根据不同河势及特性采取相应的整治原则及措施：根据不同河势及特性采取相应的整治原则及措施：三、三、 航道整治工程原则航道整治工程原则 应根据不同的滩势（浅、急、险浅、急、险）及碍航性质，分清主次抓住病根分清主次抓住病根，有针对性地指定整治措施，优化工程方案； 三、三、 航道整治工程原则航道整治工程原则 应对航道造成影响的各种因素认真分应对航道造成影响的各种因素认真分析，析，对航道发展趋势作出充分的估计对航道发展趋势作出充分的估计，采取相，采取相应的整治措施。应的整治措施。 2. 本图采用1956年黄海高程系；1. 本图根据长江航道规划设计研究院勘测处2001年3月1:10000地形图绘制；3. 本图平面比尺为1:25000。25.020.0 W2 W765 W18.010.013.020.0蔡家墩25.9 W4 W5 W6H306724.8红庙说明：7169y11G3y5G2G1S2S18.010.013.024.610.0牛头埠y6y7y8y9y10N吴王庙X3y21H44y15y14y13 X1X2G6G5y20H43H42H41H40H39H38H37H36H35H34H33H31H32G426.616.016.020.013.010.03.08.010.0 W3y2y1y4y12y3y25y24y23y22H45H4622.03.0陆溪口刘家墩直港新洲y1613.03.08.010.013.010.024.320.022.03.03.0中港26.60973113.0-5.00.013.010.08.028.51513宝塔洲-5.013.029.3三、三、 航道整治工程原则航道整治工程原则第二节第二节 航道整治设计参数航道整治设计参数 整治设计参数包括：整治设计参数包括： 设计水位、 整治水位、 整治线宽度。 第四章第四章 航道整治规划与设计航道整治规划与设计一、设计水位一、设计水位 先推求与该浅滩有直接关系的水文站的设计水位，再相关到浅滩上。 最低通航水位和最高通航水位。大漩水滩一溜子滩景洪大沙坝流洪景洪市沙河盘河橄榄坝河拉三道拐滩河蚌南南怀河垦南阿克寨滩团山寨滩二溜子滩小翻水滩麻风寨曼厅大沙坝基本站的选择应满足下列条件基本站的选择应满足下列条件：（1）水文站与浅滩之间无拦河闸坝，两者水位涨落、纵比降大致相近。（2）无大的支流汇入或无大引水工程。（3）相距不能太远。（4）具有连续实测多年（1520）水文资料和能换算为统一基准面。 2、基本水文站选择、基本水文站选择3、天然河流最低通航水位、天然河流最低通航水位 （1）采用保证率频率法（）采用保证率频率法（14级航道）级航道） （2）综合历时曲线法（）综合历时曲线法（57级）级） 图图2-1 频率曲线频率曲线 图图2-2 综合历时曲线综合历时曲线 4、最高通航水位的确定、最高通航水位的确定 （1）设计最高通航水位洪水重现期）设计最高通航水位洪水重现期 （2）通航建筑物设计最高通航水位）通航建筑物设计最高通航水位 流量流量 频率法频率法历时频率法历时频率法 （3）最高通航水位的推求方法）最高通航水位的推求方法航道等级航道等级洪水重现期洪水重现期(年年)201055、浅滩设计水位的确定方法、浅滩设计水位的确定方法 （1）水位相关法）水位相关法 （2）瞬时水位法）瞬时水位法 观测一段时间的水文算出浅滩与基本站同瞬时的落差关系，即可求出浅滩设计水位。 5、浅滩设计水位的确定方法、浅滩设计水位的确定方法 （3）比降插入法）比降插入法 图图2-4 比降均匀插入法示意图比降均匀插入法示意图 图图2-5 比降不均匀插入法示意图比降不均匀插入法示意图 1211LLZZZZZZZZZZZZZ1211216、特殊河道设计水位、特殊河道设计水位 1排、灌、引水渠道设计水位的确定 2运河及河网航道设计水位的确定 3通航水利枢纽的上、下游设计水位 4潮汐河口设计高、低潮位 7、设计水位的调整、设计水位的调整 须考虑工程建成前后，水文特性的突变。如： 1工程的影响 2上下游协调问题 二、整治水位二、整治水位沙、卵石浅滩多采取筑坝束水功沙，与整沙、卵石浅滩多采取筑坝束水功沙，与整治建筑物头部齐平的水位，一般称为整治水位。治建筑物头部齐平的水位，一般称为整治水位。二、整治水位二、整治水位 （2）选择该河段的优良河段边滩边滩高程作为整治水位；（3）采用多年平均水位多年平均流量时的水位（接近平滩边滩水位）。 1经验方法经验方法 （1）根据各河流整治较成功的经验数据确定:常取设计水位超高常取设计水位超高a (m)二、整治水位二、整治水位 2造床流量法造床流量法 QQ2JP关系线推求 Q-PJQm曲线示意图 输沙能力公式推求 cpsQSP 断面推移质输沙率：断面推移质输沙率：bBgG 4VcpS4Vbg图2-7 Z-P、Z-U、Z-U4P关系曲线 断面悬移质输沙率：断面悬移质输沙率：某级流量造床作用的大小与输沙能力大小、历时有关。多数河流选用第二造床流量相应水位作为整治水位偏高多数河流选用第二造床流量相应水位作为整治水位偏高 第二造床整治流量是对河床塑造作用最大的流量，航道整治只要 求中枯水阶段的冲刷能力稍加提高； 基本站多设在设置深槽河段，比降随水位的上涨而增大，Q2JP的峰值也随水位的上涨而增大，作为浅滩段的造床流量必然偏高； 造床流量与各级流量的历时有关； 研究表明，丁坝在一定淹没深度时，输沙率最大。 二、整治水位二、整治水位 2造床流量法造床流量法 二、整治水位二、整治水位 3浅滩转冲水位法浅滩转冲水位法 4整治水位的调整整治水位的调整 目的：使整治流量在整治建筑物束窄的范围内流动。 三、整治线宽度三、整治线宽度 概念概念：整治水位时的河面宽度。 整治线过宽，束水作用不明显整治线过窄，将产生局部的过渡冲刷，引起下游河段淤积，或流速过大使航行 条件恶化。 图2-8 湘江某浅滩整治线平面布置 三、整治线宽度三、整治线宽度 1经验法确定整治线宽度经验法确定整治线宽度2. 理论计算方法理论计算方法（1）水力学计算方法（2） 输沙平衡方法 3流速控制法流速控制法1经验法确定整治线宽度经验法确定整治线宽度 寻找与被整治浅滩浅滩上下游具有相似水文、泥沙、地质条件的优良河段优良河段。 求整治水位时的水面宽求整治水位时的水面宽B、平均水深、航道边缘水深、平均水深、航道边缘水深t。 图2-9 优良河段断面图 图2-10 某河段H-B关系曲线 2. 理论计算方法理论计算方法（1）水力学计算方法）水力学计算方法图图3-13 bB相关曲线相关曲线 （1）水力学计算方法）水力学计算方法（2） 输沙平衡方法输沙平衡方法 Gs1Gs2（2） 输沙平衡方法输沙平衡方法 （2） 输沙平衡方法输沙平衡方法 悬沙造床为主34112134211212)()(tQHQBHQHQBBQghvKQSPscp)(321PsPs 2121,kkBHQv 计算步骤计算步骤11HVVmy1,y2 mmUUBmmBmmUUHHdd，调整，为所求，222222 ,21选择计算断面，B1、H1、t，确定Q1、Q2，计算V1，VH1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。（3）在以下几种情况应考虑流量的变化：）在以下几种情况应考虑流量的变化： 在山区少沙河流上，在山区少沙河流上，坝体渗流流较大，一部分坝体渗流流较大，一部分流量从坝田流出，使整治流量从坝田流出，使整治线范围内的流量有所减少。线范围内的流量有所减少。 对于交错浅滩、弯道浅滩和分汊河段的分、汇流口一侧有深潭的浅滩：（4）非正常过渡段浅滩整治线宽度的确定）非正常过渡段浅滩整治线宽度的确定整治线宽度大于整治线宽度大于B1，不合理。不合理。 在计算在计算H1时，应考虑真正对浅滩造床的有时，应考虑真正对浅滩造床的有效流量和断面面积。效流量和断面面积。2. 本图采用1956年黄海高程系；1. 本图根据长江航道规划设计研究院勘测处2001年3月1:10000地形图绘制；3. 本图平面比尺为1:25000。25.020.0 W2 W765 W18.010.013.020.0蔡家墩25.9 W4 W5 W6H306724.8红庙说明：7169y11G3y5G2G1S2S18.010.013.024.610.0牛头埠y6y7y8y9y10N吴王庙X3y21H44y15y14y13 X1X2G6G5y20H43H42H41H40H39H38H37H36H35H34H33H31H32G426.616.016.020.013.010.03.08.010.0 W3y2y1y4y12y3y25y24y23y22H45H4622.03.0陆溪口刘家墩直港新洲y1613.03.08.010.013.010.024.320.022.03.03.0中港26.60973113.0-5.00.013.010.08.028.51513宝塔洲-5.013.029.3 （2）控制流速）控制流速 整治水位：床沙VC 主流范围的垂线平均流速 航行允许流速 设计水位： VH 主流范围的垂线平均流速 VC3流速控制法 （1）水流流速决定泥沙运动的关键因素，设计通过控制各级流量下的流速来实现整治目的。4、规范推荐的输沙平衡计算公式 航道整治工程技术规范（JTJ285-90）推荐的输沙平衡方法计算公式的基本形式如下： ytHKBB)(112水深改正系数，一般在0.7-0.9之间选取； H整治水位下的航道边缘水深，可用式HHA计算九、整治水位和整治线宽度的调整九、整治水位和整治线宽度的调整 除了河流来水来沙条件与河床形态之间关系较复杂外，计算公式有以下不足： （一）调整原因（一）调整原因、没反映水位降落过程中水流对浅滩演变的作用。 、推导公式过程中的某些假定和简化与实际情况不符。、按计算公式求得的整治水位和整治线宽度，它们之间、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。的最优组合不清楚。 九、整治水位和整治线宽度的调整九、整治水位和整治线宽度的调整 整治水位参照汛后浅滩河床明显冲刷时的水位或第二造床流量相应的水位，并与本河流的整治经验相互验证确定。 整治线先根据理论计算方法推求，再与本河流的整治经验效核。 （二）调整方法（二）调整方法习题习题3-1（课程设计）（课程设计）（1）计算基本站设计水位与对应流量；（2）建立基本站与滩段基本水尺的关系，推求基本水尺、各水位桩断面设计水位；（3）确定-整治水位、整治线宽度。习题习题3-2：某浅滩整治水位对应流量为538m3/s，B1650m、H11.6m，假设整治前后Q不变，要求整治后设计水位时航深1.0m，求相应的整治线宽度B2，已知床沙平均粒径为1mm。第三节第三节 整治线的平面布置整治线的平面布置第四章第四章 航道整治规划与设计航道整治规划与设计一、整治线的基本走向一、整治线的基本走向 1整治线必须依托稳定深槽的主导河岸。 一、整治线的基本走向一、整治线的基本走向图a）：基本一致，整治线顺水流方向布置。图b）：交角较大，整治线宜离开汛期淤积的凹岸。图c) ：交角大，整治线过渡段布置为S型。2整治线与水流方向交角要小123洪水流向与枯水河槽走向：1整治线平面尺寸的确定整治线平面尺寸的确定 二、整治线的平面形态二、整治线的平面形态弯曲半径弯曲半径R：一般取R=(46)B2 切除凸角时取R=(23)B2直线段长度直线段长度L：一般取L=(13)B2 冲积性河道总是弯曲，常由两反向河弯组成，规冲积性河道总是弯曲，常由两反向河弯组成，规划布置时参照优良河段选择划布置时参照优良河段选择R和和L。2整治线平面设计步骤整治线平面设计步骤 在上、下深槽确定主导河岸， 绘枯水水流动力轴线，越过转向的起讫点，沿主导河岸做圆弧线，根据B2平行绘出对岸的圆弧线，在过渡段以直线联接上、下圆弧线，检验直线段长度，否则调整R使其满足要求。 3整治线与航槽间的距离整治线与航槽间的距离L 二、整治线的平面形态二、整治线的平面形态一般取一般取L=(35)h+C其中：h为坝头高度， C为安全距离（大河取10m） 2、在两岸有取排水口、港口等建筑物时，整、在两岸有取排水口、港口等建筑物时，整治线布置是应防止淤塞。治线布置是应防止淤塞。 三、整治线布置还须考虑的因素三、整治线布置还须考虑的因素 3、考虑对防护大堤的影响，弯顶不宜太靠近、考虑对防护大堤的影响，弯顶不宜太靠近提防。提防。 1、支流入汇口门不宜布置整治线，宜布置、支流入汇口门不宜布置整治线，宜布置在江心或对岸。在江心或对岸。 四、整治线的平面控制工程四、整治线的平面控制工程澜沧江曼厅大沙坝航道整治工程平面布置图 常采用平面控制整治线的整治建筑物：常采用平面控制整治线的整治建筑物： 丁坝、顺坝、锁坝、洲头分流坝、洲尾丁坝、顺坝、锁坝、洲头分流坝、洲尾导流坝及护岸等导流坝及护岸等。 第四节整治河段的水力及冲淤计算第四节整治河段的水力及冲淤计算第四章第四章 航道整治规划与设计航道整治规划与设计水面线计算水面线计算流速平面分布简化计算流速平面分布简化计算丁坝水力计算丁坝水力计算整治后冲淤效果计算整治后冲淤效果计算1基本方程式基本方程式 一、水面线计算一、水面线计算 jfhhgVZgVZ2221112222 1基本方程式基本方程式 1基本方程式基本方程式 1基本方程式基本方程式 编程计算：编程计算： 3河道分段与计算断面选取 在推算水面线时，将控制断面设在下游，把计算河段划分为若干计算段，根据控制断面的水位，从下游段向上游逐段逐段推算。二、水流平面分布简化计算二、水流平面分布简化计算21321JHnVii3521iiiiiiiiHbnJVHbq352111iiiimimiiHbnJqQ对比较顺直且过水断面沿程变化不大的河段，可采用均匀流公式描述其水流运动：bihiqi流 带 平 均 流 速biHi5 / 3Hibi HiHibiHibiHi5 / 35 / 35 / 35 / 3Hi5 / 3流 带 宽 bi（ ）流 带 深 Hi（ ）调 整 后 流 带 宽 b 调 整 后 流 带 深 H 流 速 面 积 5 / 3格 子 号 数起 点 距 （ ）格 子 宽 bi（ ）格 子 深 Hi（ ）biHi5 / 3二、水流平面分布简化计算二、水流平面分布简化计算三、丁坝与顺坝水力计算三、丁坝与顺坝水力计算建坝初期非淹没条件下壅水计算建坝初期非淹没条件下壅水计算按天然河道水面线的计算方法计算至回水末端，加丁坝壅水高度得出上游距离丁坝3倍坝头水深处的水位，再继续往上游推算。gVHBgQZ2)(2202221、单丁坝壅水计算、单丁坝壅水计算按淹没宽顶堰计算单丁坝壅水高度24. 1A8 . 2A李昌华试验： 丁坝断面筑坝前后水位近似不变建坝初期非淹没条件下壅水计算建坝初期非淹没条件下壅水计算 淹没条件下单丁坝壅水计算淹没条件下单丁坝壅水计算24. 1A8 . 2A计算与前述系统，仅局部阻力系数不同。计算与前述系统，仅局部阻力系数不同。非淹没时计算同天然河道。 淹没时参照单丁坝的计算方法，将顺坝垂直于水流方向的投影长度Lp作为等效丁坝长度。 图3-22 将淹没顺坝化为等效丁坝示意图2顺坝壅水计算顺坝壅水计算3、丁坝群壅水计算、丁坝群壅水计算 非淹没条件下壅水计算 将丁坝拦截及受其影响的坝田范围的横断面面积从河道面积中扣除，然后按天然河道水面线的计算方法进行计算。 淹没条件下壅水计算 原则上同非淹没条件下丁坝群的壅水计算，但计算断面应包括非丁坝断面，其过水面积应扣除丁坝投影于该断面的面积。四、整治后冲淤效果的验算四、整治后冲淤效果的验算1河床冲淤变形计算河床冲淤变形计算 2航道深度估算航道深度估算 21)()(11212yytHQQBBTHE END