第三章整治工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)

第三章航道整治規(guī)劃與設(shè)計(jì)

第一節(jié)河道治理的理念第二節(jié)航道整治設(shè)計(jì)參數(shù)第三節(jié)整治線的平面布置第四節(jié)整治河段的水力及沖淤計(jì)算《航道整治》第一節(jié)河道治理的理念第四章航道整治規(guī)劃與設(shè)計(jì)航道治理的兩種基本思路航道整治與河床演變的關(guān)系航道的一般原則綜合治理（中、洪水綜合整治）一、航道治理的兩種基本思路單目標(biāo)治理（枯水航道整治）滿足防洪、航道、水能利用、農(nóng)業(yè)灌溉、漁業(yè)、工農(nóng)業(yè)用水、水環(huán)境治理等各方面要求。沖積平原河流中、洪水期流量大，易造成河岸坍塌或河堤漫決，水流動(dòng)力軸線擺動(dòng)的變化引起河床變形，導(dǎo)致淺灘惡化和河道變遷。（一）綜合治理（中、洪水綜合整治）陸溪口水道控制河勢(shì)的變化，才能為防洪、航道、水環(huán)境治理等提供良好基礎(chǔ)。1、穩(wěn)定河勢(shì)：采取裁彎、拓寬卡口、堵汊等工程措施，促使各級(jí)水位下的水流動(dòng)力軸線趨于一致。主要工程措施：

2、固定岸線：在險(xiǎn)工段、河彎彎頂處進(jìn)行護(hù)岸，防止護(hù)岸沖蝕后退。3、束水工程：在寬淺河段和過渡段等處，束窄河寬，達(dá)到固定航槽和增加航深的目的。4、上游渠化、下游河口建導(dǎo)堤及疏浚。黃河護(hù)岸（一）綜合治理（中、洪水綜合整治）例：采用丁壩、順壩束水導(dǎo)流整治，壩高在中水位至最低通航水位之間。實(shí)質(zhì)：在洪水降落的最后階段，提高沖刷能力，達(dá)到最低通航水位時(shí)的保證航深。

（二）單目標(biāo)治理（如：枯水航道整治整治）

赤水河某灘丁順壩枯水是影響航行的關(guān)鍵時(shí)期，針對(duì)枯水礙航特性采取相應(yīng)整治措施。

1.河床沖淤變化的根本原因，在于水流輸沙能力與來沙量的不平衡。

2.“優(yōu)良河段”：天然河流中河床形態(tài)比較歸順，來水來沙適應(yīng)情況的變化差別不大，河段出現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡，多年變化不顯著，在較長(zhǎng)時(shí)段內(nèi)航行沒有障礙的河段。

二、航道整治工程與河床演變優(yōu)良河段是航道整治工程參考的“樣板”，淺灘整治后達(dá)到上述形態(tài)，不僅可滿足航行要求，也呈相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。

利用整治建筑物調(diào)整水流結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)河段的上述能力，將多余的泥沙輸送出去或改變泥沙的輸移方向（如變縱向?yàn)闄M向運(yùn)動(dòng)），使其淤至航道以外，或使泥沙淤積到深槽中，以獲得穩(wěn)定航道。

3.航道整治是根據(jù)河床演變的趨勢(shì)，把沖淤導(dǎo)向有利的方向。

二、航道整治工程與河床演變?nèi)?、航道整治工程原則1．航道整治工程應(yīng)符合河床演變規(guī)律及河流動(dòng)力學(xué)原理，統(tǒng)籌兼顧，進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃；2．根據(jù)不同河勢(shì)及特性采取相應(yīng)的整治原則及措施：（１）山區(qū)河流航道整治

應(yīng)修整不利于航行的河槽形態(tài)，改善水流條件。巖石河床宜采用炸礁為主；沙卵石河床宜以修筑整治建筑物與疏浚相結(jié)合。山區(qū)河流巖石河床宜采用炸礁為主山區(qū)河流沙卵石河床宜以修筑整治建筑物與疏浚相結(jié)合（２）平原河流航道整治

宜采用修筑整治建筑物措施，控制中、低河勢(shì)，穩(wěn)定航槽，造成有利于沖深航槽的水流；必要時(shí)亦可以疏浚為主，或修筑整治建筑物與疏浚相結(jié)合的措施。長(zhǎng)江中游羅湖洲水道2．根據(jù)不同河勢(shì)及特性采取相應(yīng)的整治原則及措施：三、航道整治工程原則３．應(yīng)根據(jù)不同的灘勢(shì)（淺、急、險(xiǎn)）及礙航性質(zhì)，分清主次抓住病根，有針對(duì)性地指定整治措施，優(yōu)化工程方案；三、航道整治工程原則４．應(yīng)對(duì)航道造成影響的各種因素認(rèn)真分析，對(duì)航道發(fā)展趨勢(shì)作出充分的估計(jì)，采取相應(yīng)的整治措施。三、航道整治工程原則第二節(jié)航道整治設(shè)計(jì)參數(shù)整治設(shè)計(jì)參數(shù)包括：設(shè)計(jì)水位、整治水位、整治線寬度。第四章航道整治規(guī)劃與設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)水位

先推求與該淺灘有直接關(guān)系的水文站的設(shè)計(jì)水位，再相關(guān)到淺灘上。最低通航水位和最高通航水位?；菊镜倪x擇應(yīng)滿足下列條件：（1）水文站與淺灘之間無攔河閘壩，兩者水位漲落、縱比降大致相近。（2）無大的支流匯入或無大引水工程。（3）相距不能太遠(yuǎn)。（4）具有連續(xù)實(shí)測(cè)多年（15～20）水文資料和能換算為統(tǒng)一基準(zhǔn)面。2、基本水文站選擇3、天然河流最低通航水位

（1）采用保證率頻率法（1－4級(jí)航道）（2）綜合歷時(shí)曲線法（5－7級(jí)）圖2-1頻率曲線圖2-2綜合歷時(shí)曲線4、最高通航水位的確定

（1）設(shè)計(jì)最高通航水位洪水重現(xiàn)期（2）通航建筑物設(shè)計(jì)最高通航水位流量

頻率法歷時(shí)頻率法（3）最高通航水位的推求方法航道等級(jí)洪水重現(xiàn)期(年)Ⅰ～Ⅲ20Ⅳ～Ⅴ10Ⅵ～Ⅶ55、淺灘設(shè)計(jì)水位的確定方法

（1）水位相關(guān)法（2）瞬時(shí)水位法

觀測(cè)一段時(shí)間的水文算出淺灘與基本站同瞬時(shí)的落差關(guān)系，即可求出淺灘設(shè)計(jì)水位。

5、淺灘設(shè)計(jì)水位的確定方法

（3）比降插入法圖2-4比降均勻插入法示意圖圖2-5比降不均勻插入法示意圖6、特殊河道設(shè)計(jì)水位

1．排、灌、引水渠道設(shè)計(jì)水位的確定

2．運(yùn)河及河網(wǎng)航道設(shè)計(jì)水位的確定

3．通航水利樞紐的上、下游設(shè)計(jì)水位

4．潮汐河口設(shè)計(jì)高、低潮位7、設(shè)計(jì)水位的調(diào)整

須考慮工程建成前后，水文特性的突變。如：

1．工程的影響

2．上下游協(xié)調(diào)問題

二、整治水位沙、卵石淺灘多采取筑壩束水功沙，與整治建筑物頭部齊平的水位，一般稱為整治水位。二、整治水位（2）選擇該河段的優(yōu)良河段邊灘邊灘高程作為整治水位；（3）采用多年平均水位多年平均流量時(shí)的水位（接近平灘邊灘水位）。

1．經(jīng)驗(yàn)方法（1）根據(jù)各河流整治較成功的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定:常取設(shè)計(jì)水位＋超高a(m)二、整治水位2．造床流量法①Q(mào)～Q2JP關(guān)系線推求Q-PJQm曲線示意圖②輸沙能力公式推求

斷面推移質(zhì)輸沙率：

圖2-7Z-P、Z-U、Z-U4P關(guān)系曲線斷面懸移質(zhì)輸沙率：某級(jí)流量造床作用的大小與輸沙能力大小、歷時(shí)有關(guān)。多數(shù)河流選用第二造床流量相應(yīng)水位作為整治水位偏高

①第二造床整治流量是對(duì)河床塑造作用最大的流量，航道整治只要求中枯水階段的沖刷能力稍加提高；②基本站多設(shè)在設(shè)置深槽河段，比降隨水位的上漲而增大，Q2JP的峰值也隨水位的上漲而增大，作為淺灘段的造床流量必然偏高；③造床流量與各級(jí)流量的歷時(shí)有關(guān)；④研究表明，丁壩在一定淹沒深度時(shí)，輸沙率最大。二、整治水位2．造床流量法二、整治水位3．淺灘轉(zhuǎn)沖水位法

4．整治水位的調(diào)整目的：使整治流量在整治建筑物束窄的范圍內(nèi)流動(dòng)。

三、整治線寬度

概念：整治水位時(shí)的河面寬度。整治線過寬，束水作用不明顯整治線過窄，將產(chǎn)生局部的過渡沖刷，引起下游河段淤積，或流速過大使航行條件惡化。圖2-8湘江某淺灘整治線平面布置三、整治線寬度

1．經(jīng)驗(yàn)法確定整治線寬度2.理論計(jì)算方法（1）水力學(xué)計(jì)算方法（2）輸沙平衡方法3．流速控制法1．經(jīng)驗(yàn)法確定整治線寬度

尋找與被整治淺灘淺灘上下游具有相似水文、泥沙、地質(zhì)條件的優(yōu)良河段。

求整治水位時(shí)的水面寬B、平均水深Ｈ、航道邊緣水深t。

圖2-9優(yōu)良河段斷面圖圖2-10某河段H-B關(guān)系曲線2.理論計(jì)算方法

（1）水力學(xué)計(jì)算方法圖3-13相關(guān)曲線

（1）水力學(xué)計(jì)算方法（2）輸沙平衡方法

Gs1＝Gs2（2）輸沙平衡方法（2）輸沙平衡方法②懸沙造床為主計(jì)算步驟→m→y1,y2→選擇計(jì)算斷面，B1、H1、t，確定Q1、Q2，計(jì)算V1，VH1→在非通航汊道內(nèi)建壩或在分流段建挑流壩作為分流工程后，兩汊的分流比會(huì)發(fā)生變化；在通航汊道內(nèi)建整治建筑物后，改變了汊道內(nèi)的阻力，也會(huì)使兩汊分流比發(fā)生變化。（3）在以下幾種情況應(yīng)考慮流量的變化：在山區(qū)少沙河流上，壩體滲流流較大，一部分流量從壩田流出，使整治線范圍內(nèi)的流量有所減少。對(duì)于交錯(cuò)淺灘、彎道淺灘和分汊河段的分、匯流口一側(cè)有深潭的淺灘：（4）非正常過渡段淺灘整治線寬度的確定整治線寬度大于B1，不合理。在計(jì)算H1時(shí)，應(yīng)考慮真正對(duì)淺灘造床的有效流量和斷面面積。（2）控制流速整治水位：床沙VC

＜主流范圍的垂線平均流速＜航行允許流速設(shè)計(jì)水位：VH

＜主流范圍的垂線平均流速＜VC3．流速控制法（1）水流流速?zèng)Q定泥沙運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵因素，設(shè)計(jì)通過控制各級(jí)流量下的流速來實(shí)現(xiàn)整治目的。4、規(guī)范推薦的輸沙平衡計(jì)算公式

《航道整治工程技術(shù)規(guī)范（JTJ285-90）》推薦的輸沙平衡方法計(jì)算公式的基本形式如下：

η─水深改正系數(shù)，一般在0.7-0.9之間選??；

H─整治水位下的航道邊緣水深，可用式H＝H’＋A計(jì)算九、整治水位和整治線寬度的調(diào)整除了河流來水來沙條件與河床形態(tài)之間關(guān)系較復(fù)雜外，計(jì)算公式有以下不足：（一）調(diào)整原因１、沒反映水位降落過程中水流對(duì)淺灘演變的作用。２、推導(dǎo)公式過程中的某些假定和簡(jiǎn)化與實(shí)際情況不符。３、按計(jì)算公式求得的整治水位和整治線寬度，它們之間的最優(yōu)組合不清楚。九、整治水位和整治線寬度的調(diào)整整治水位參照汛后淺灘河床明顯沖刷時(shí)的水位或第二造床流量相應(yīng)的水位，并與本河流的整治經(jīng)驗(yàn)相互驗(yàn)證確定。整治線先根據(jù)理論計(jì)算方法推求，再與本河流的整治經(jīng)驗(yàn)效核。（二）調(diào)整方法習(xí)題3-1（課程設(shè)計(jì)）（1）計(jì)算基本站設(shè)計(jì)水位與對(duì)應(yīng)流量；（2）建立基本站與灘段基本水尺的關(guān)系，推求基本水尺、各水位樁斷面設(shè)計(jì)水位；（3）確定Ⅱ-Ⅱ整治水位、整治線寬度。習(xí)題3-2：某淺灘整治水位對(duì)應(yīng)流量為538m3/s，B1＝650m、H1＝1.6m，假設(shè)整治前后Q不變，要求整治后設(shè)計(jì)水位時(shí)航深1.0m，求相應(yīng)的整治線寬度B2，已知床沙平均粒徑為1mm。第三節(jié)整治線的平面布置第四章航道整治規(guī)劃與設(shè)計(jì)一、整治線的基本走向

1．整治線必須依托穩(wěn)定深槽的主導(dǎo)河岸。

一、整治線的基本走向圖a）：基本一致，整治線順?biāo)鞣较虿贾谩Db）：交角較大，整治線宜離開汛期淤積的凹岸。圖c)：交角大，整治線過渡段布置為S型。2．整治線與水流方向交角要小123洪水流向與枯水河槽走向：1．整治線平面尺寸的確定

二、整治線的平面形態(tài)彎曲半徑R：一般取R=(4~6)B2

切除凸角時(shí)取R=(2~3)B2直線段長(zhǎng)度L：一般取L=(1~3)B2沖積性河道總是彎曲，常由兩反向河彎組成，規(guī)劃布置時(shí)參照優(yōu)良河段選擇R和L。2．整治線平面設(shè)計(jì)步驟在上、下深槽確定主導(dǎo)河岸，繪枯水水流動(dòng)力軸線，越過轉(zhuǎn)向的起訖點(diǎn)，沿主導(dǎo)河岸做圓弧線，根據(jù)B2平行繪出對(duì)岸的圓弧線，在過渡段以直線聯(lián)接上、下圓弧線，檢驗(yàn)直線段長(zhǎng)度Ｌ，否則調(diào)整R使其滿足要求。3．整治線與航槽間的距離L

二、整治線的平面形態(tài)一般取L=(3~5)h+C其中：h為壩頭高度，

C為安全距離（大河取10m）

2、在兩岸有取排水口、港口等建筑物時(shí)，整治線布置是應(yīng)防止淤塞。三、整治線布置還須考慮的因素

3、考慮對(duì)防護(hù)大堤的影響，彎頂不宜太靠近提防。

1、支流入?yún)R口門不宜布置整治線，宜布置在江心或?qū)Π?。四、整治線的平面控制工程瀾滄江曼廳大沙壩航道整治工程平面布置圖常采用平面控制整治線的整治建筑物：

丁壩、順壩、鎖壩、洲頭分流壩、洲尾導(dǎo)流壩及護(hù)岸等。第四節(jié)整治河段的水力及沖淤計(jì)算第四章航道整治規(guī)劃與設(shè)計(jì)水面線計(jì)算流速平面分布簡(jiǎn)化計(jì)算丁壩水力計(jì)算整治后沖淤效果計(jì)算1．基本方程式一、水面線計(jì)算

1．基本方程式

1．基本方程式

1．基本方程式

編程計(jì)算：

3．河道分段與計(jì)算斷面選取在推算水面