《航道工程學》航道整治通航建筑物礙航淺灘的成因及演變規律整治線布置及整治建筑物各種淺灘的整治措施航道疏浚船閘船閘結構及閘、閥門船閘水力計算及結構計算升船機第一篇航道整治第一章礙航淺灘武漢航道學校：董利瑾《航道工程學》第一節淺灘及其成因第一章礙航淺灘第二節淺灘上的水流和泥沙運動第三節淺灘演變及演變分析方法主要講解內容第一節淺灘及其成因第一章礙航淺灘1、淺灘的定義一般來講，河床突起之處為淺灘，凹低之處為深槽。但從通航的角度來說，僅僅是將航道水深達不到現有航道維護標準（礙航）或確定整治目標的局部河段，包括湖泊、運河、水網和通航渠道中的淺段。河流縱剖面

第一節淺灘及其成因淺灘礙航主要分兩種情況：一是枯水期水淺，航深不足二是水流散亂或橫流很強，船舶航行困難2、淺灘的分類（1）按巖石土質組成分：石質淺灘、卵石淺灘、砂卵石淺灘、砂質淺灘、泥沙淺灘。第一節淺灘及其成因（2）按灘形特征和礙航情況分：正常淺灘、交錯淺灘、復式淺灘、散亂淺灘。第一節淺灘及其成因（3）按淺灘成因和所在地區分：彎道淺灘、分汊河道淺灘、支流河口淺灘、回水變動區段淺灘、湖泊水網區淺灘、潮汐河口淺灘。分汊河道淺灘第一節淺灘及其成因彎道淺灘第一節淺灘及其成因支流河口淺灘第一節淺灘及其成因3、淺灘的組成圖1-1淺灘的組成a)平面圖；b)沿深泓線縱斷面；c)A-B斷面第一節淺灘及其成因4、淺灘的成因

所謂淺灘整治，就是在分析淺灘形成原因的基礎上，通過采取工程措施對不良淺灘進行改善，使之達到相應航道等級的航道尺度要求。是由于河段輸沙不平衡而產生的局部淤積。造成輸沙不平衡的原因？流速減小環流的減弱或消失洪枯水流向不一致局部地區來沙量的加大第一節淺灘及其成因（1）流速的減小S——水流挾沙能力U——斷面平均流速R——水力半徑K,m——系數和指數——泥沙沉降速度淺灘常出現在：比降突然減小的地方：如山區河流進入平原的地區，支流河口處等單寬流量明顯減小的地方：如河床突然放寬處；局部壅水區：河床收縮段上游壅水區，汊道口門處的局部壅水區，干流對支流水位的頂托處，橋渡和攔河建筑物的壅水區；第一節淺灘及其成因（2）環流的減弱或消失（3）洪枯水流向不一致（4）局部地區來沙量的加大環流是泥沙橫向輸移的動力，也是砂質河床形成各種類型淤積體的一個重要因素。一般河流有高水取直低水坐彎的規律，洪、枯水流向變化大的主槽部位常形成淺灘；另外，洪水流向轉向枯水流向時，由于流量減少使河槽沖刷能力降低，洪水時淤積下的泥沙枯水時不能全部沖刷掉，也常常形成淺灘。支流山洪爆發帶來的大量泥沙，上游大量塌岸，水庫大量排沙以及不適當的裁彎。第一節淺灘及其成因習題1-1、淺灘的組成有哪些？請用示意圖指示。1-2、簡述淺灘的成因，及輸沙不平衡的原因？本節課作業第二節淺灘上的水流和泥沙運動1、淺灘上的縱向比降和流速圖2-17淺灘上的水面變化（1）縱向比降概化情況：洛西耶夫斯基試驗上下游任意兩點的高程差與其相應流程的水平距離的比值。表明：低水位時比降加大，淺灘沖刷；高水位時比降減小，淺灘淤積第二節淺灘上的水流和泥沙運動長江東流水道1963年水位-比降關系圖第二節淺灘上的水流和泥沙運動不同水位縱向流速沿程變化圖（2）流速

枯水期，從縱剖面看：深槽到淺灘河底逐漸升高，水流流線呈收斂狀態，灘脊流速最大。高水期，從平面看：深槽到淺灘水面逐漸放寬，水流流線呈擴散狀態，灘脊流速最小。 高水期深槽流速大于淺灘流速，低水期淺灘流速大于深槽流速。第二節淺灘上的水流和泥沙運動2、環流(1)上、下深槽具有一個單向環流，過渡段環流復雜。(2)過渡段長短對環流有著較大影響。 過長：環流減弱或消失 過短：急劇轉變 適宜：平緩過渡第二節淺灘上的水流和泥沙運動3、泥沙運動（1）多數沖積性淺灘，推移質主要以沙波形式運動。

淺灘可以看做一巨形沙波，在上面通常還有次級沙波。次級沙波沿大沙波向下游移動，推移至淺灘脊，淺灘就淤高，并可能引起礙航。（2）一般情況下，淺灘洪淤枯沖。（3）淺灘汛期和來沙量大的年份可能有懸移質泥沙淤積，退水一般沖刷。 第二節淺灘上的水流和泥沙運動習題1-2、淺灘的局部比降與什么因素有關？習題1-3、某河段灘槽水位～流量關系曲線見圖1-3，分析說明該河段的灘槽沖淤情況？本節課作業第三節淺灘演變及演變分析方法淺灘演變是指淺灘隨水流運動和來水來沙條件而發生的變化。根本原因是：水流與河床相互作用產生輸沙不平衡而引起的河床沖刷或淤積。1、影響淺灘演變的主要因素來水來沙條件河床邊界條件上下游河段演變的影響第三節淺灘演變及演變分析方法（1）來水來沙條件來水條件：來水總量、洪峰大小及洪峰過程線的形式、某一特定水位的持續時間。來沙條件：來沙總量、含沙量大小、粒徑級配及過程線的形式。如果來水、來沙量相近，洪峰、沙峰在數量和時間上也近似，而各級水位持續時間不同，則漲水持續時間短、退水持續時間長的年份，淺灘可能少淤、不淤，甚至沖刷；反之淤積較多。來水量相近，來沙量不同，則來沙量大的年份淺灘可能淤積；來沙量相近，來水量不同，則來水量大的年份淺灘可能沖刷；如果來水、來沙量相近，而洪峰、沙峰出現時間不同，則沙峰在前的年份，淺灘可能少淤、不淤，甚至沖刷；反之淤積較多。第三節淺灘演變及演變分析方法（2）河床邊界條件河床平面形狀的束窄、放寬，河床縱向的局部升高、降低，邊灘的尺度、部位、形狀，河床組成顆粒的粗細，沙波的尺度等。比如，汛期過后：如果邊灘灘型完整高大，則水流歸槽早，流量集中，灘脊沖刷時間長，水深較大，航道也穩定；如果邊灘高程低，則水流歸槽遲，灘脊沖刷時間短，水深較小；如果邊灘灘型散亂，水流分散，流路曲折，則淺灘沖淤變化頻繁，航道極不穩定，水深也必然很小。若在一個水文年內，來水、來沙過程為單峰型，則淺灘演變可能為單向變形，即一次沖刷或淤積；若為多峰型，則淺灘會出現多次沖淤交替。第三節淺灘演變及演變分析方法（3）上下游河段演變的影響淺灘上游水流動力軸線的變動，影響淺灘河段主流擺動；下游河段的演變只在某種程度上加強、減弱演變強度，不會使淺灘發生根本性變化。2、淺灘演變的基本規律（1）.淺灘的穩定性和活動性（2）.淺灘演變的年周期性（3）.淺灘演變的多年周期性第三節淺灘演變及演變分析方法（1）．淺灘的穩定性與活動性

穩定性：河床形態沒有根本性變化，淺灘不會自行消失。活動性：體現在灘脊高程和位置的變化。

（2）．淺灘演變的年周期性

水文條件的變化，是引起淺灘變化的直接條件，水文條件有年周期的變化，淺灘也有汛期淤、枯期沖刷的年周期變化。相對的絕對的第三節淺灘演變及演變分析方法淺灘年際周期性的表現型式：（1）邊灘反復消長，深泓線上下擺動（2）岸線不斷變化，過渡段時而延長時而縮短（3）汊道興衰交替，通航汊道易位（3）．淺灘演變的多年周期性以多年水文周期性變化為依據。第三節淺灘演變及演變分析方法3、淺灘演變的分析方法目前常用三種方法：一是實測資料法二是理論計算法三是模型試驗法淺灘的演變分析是根據河床變形的結果，從水流、泥沙和河床形態上去找河床演變的原因，再由這些原因去預報淺灘的發展趨向。地形資料，水文資料（水位、流量、流速、比降、流向、含沙量和河床質等）第三節淺灘演變及演變分析方法（1）．淺灘的水深分析

淺灘上的水深變化直接關系到船舶能否通過淺灘，也是航道維護、疏浚和整治工程規劃設計的重要依據。常利用淺灘的水位與水深關系反映淺灘沖淤變化。

圖1-7淺灘水位-水深關系沖淤變化不大，比較穩定有一定的沖淤幅度，不夠穩定第三節淺灘演變及演變分析方法b.歷年枯水期淺灘沖淤變化圖

（多年淺灘沖淤變化）某淺灘歷年枯水期水位與水深關系圖如圖，關系曲線逐年左移，說明該淺灘水深逐年減小，淺灘惡化；若關系曲線逐年右移，說明淺灘水深逐年增加，淺灘不斷改善。第三節淺灘演變及演變分析方法c.淺灘逐日水位水深關系圖（漲水期、退水期沖淤變化）淺灘逐日水深關系圖

a)漲淤落沖；b)漲沖落淤關系曲線同橫軸的交角，漲水期，大于45度，說明淺灘水位上升的數值大于水深增加的數值，淺灘淤積。退水期，水位下降的數值大于水深減小的數值，淺灘沖刷。一般沖積河流上的淺灘多屬這種情況。當交角接近45度時，沖淤強度不大；交角偏離45度越多，沖淤強度越大。第三節淺灘演變及演變分析方法圖1-17淺灘水位與相對水深關系圖圖1-18相對水深換算圖3．淺灘水位與相對水深關系相對水深:實測水位實測水位H－－水深ΔZ=實測水位－設計水位設計水位設計水位

退水時淺灘沖刷，退水時淺灘不沖不淤，退水時淺灘淤積第三節淺灘演變及演變分析方法（2）．淺灘形態的演變分析一般包括：淺灘河段的河岸、上下深槽、沙埂、鞍槽及深泓線等在不同時段內的變化。分析方法：根據各種平面圖、縱橫斷面圖進行對比分析。對比分析時主要采用套繪。平面地形圖一般采用同坐標、同比例尺套繪比較圖進行分析；橫斷面比較圖可根據淺灘平面圖選取固定斷面進行套繪比較；縱斷面比較圖可根據淺灘平面圖循深泓線轉繪而成。第三節淺灘演變及演變分析方法a.河段深泓線變化（課本圖1-12）b.淺灘平面變化（課本圖1-13）c.淺灘縱斷面變化（課本圖1-14）d.淺灘橫斷面變化河道處于不斷沖刷發展的過程中。第三節淺灘演變及演變分析方法（3）．淺灘演變的綜合分析影響淺灘演變的主要因素是來水、來沙和河床形態條件。a.水力、泥沙和河床形態的沿程變化圖1-16水流、泥沙和形態因素沿程分布1-水面寬度沿程分布；2-水面比降沿程分布；3-流速沿程分布；4-含沙量沿程分布；5-底沙粒徑沿程分布；6-挾沙力沿程分布第三節淺灘演變及演變分析方法b.水力、泥沙和河床形態的平面變化圖1-17水流、泥沙和形態因素平面分布

第三節淺灘演變及演變分析方法c.水力、泥沙和河床形態的過程變化圖1-18淺灘脊斷面水流、泥沙和形態因素過程線

1-水面比降過程線；2-水面寬度過程線；3-水位過程線；4-含沙量過程線；5-挾沙力沿程分布；