内河与引航

nullnull内河引航技术null内河引航技术内河水道 水文要素 河流演变 内河助航标志 航行图 6. 气象常识 7. 引航基本要领 8. 不同类型河段的引航技术 9. 特殊情况下的引航技术nullChapter Ⅰ 内河水道null1.河流（river） （1）河流的形成 河流是在地壳构造运动的基础上，水流与河床不断相互作用形成的。 （2）水系与流域 1）水系（water system，river system）：它是流域内的干流、支流、湖泊、运渠、沼泽等构成的脉络相通的水流系统。 2）流域（river basin）：流域是指地 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 水及地下水分水线所包围的集水区域。 专题01 天然水道 内河水道（inland waterway）是指陆地上经常性或周期性集中下泄较大地表径流及地下水补给水流的通道。null （3）河流的分段 1）根据地质地貌，水文特征和航行条件，通常将较大的河流划分为山区河流与平原河流两大类。 ① 山区河流（mountain river） ② 平原河流（plain river） 2）根据航运管理、地质研究、水文分析和防洪等不同的需要可将河流划分为河源段、上游段、中游段、下游段和河口段。 专题01 天然水道① 河源段（river head, river source） 长江发源于：青藏高原的唐古拉山主峰——各拉丹东雪山。② 上游（upper reach）段：介于河源与中游之间的河段。长江上游：各拉丹东雪山 3500km 宜宾880km重庆660km宜昌③ 中游（middle reach）段：介于上游与下游之间的河段。 长江中游，按自然地理条件划分：宜昌950km江西鄱阳湖口④ 下游（lower reach）段：介于中游与河口之间的河段。 长江下游，按自然地理条件划分：江西鄱阳湖口930km吴凇口⑤ 河口（river moueh, estuary）段：是河流流入海洋、湖泊、水库或另一河流的出口处。null专题02 河谷形态与组成河谷（river valley）是河流流经或曾经流经的长条形凹地。 1.河谷按有无阶地可分为有阶地河谷与无阶地河谷； 2.按地质地貌可分为山区河流河谷与平原河流河谷； 一般山区河流河谷狭窄、坡降大，水流急。平原河流河谷较宽阔，坡降小，流速小，形态规则。1-枯水期；2-洪水期；3-谷底（原生基岩）；4-河漫滩null专题02 河谷形态与组成河谷1）谷底：谷底是指河谷的最下部分。2）冲积层（wash over）：沉积与谷底的泥、沙、砾石、石块等物质3）河漫滩（flood plain, valley flat）：是指在洪水期被水流淹没，枯水期露出水面的冲积层部分4）河床（river bed, stream bed）：河谷中曾经被水流淹没的部分称为河床5）谷坡：河漫滩以上两侧的陆地部分称为谷坡6）阶地（river terrace, fluvial terrace）：河流下侵蚀和堆积作用交替进行，在河谷两岸形成的台阶状。null平原河流横断面示意图 a）顺直过渡段横断面；b）弯顶横断面； c）分叉河段横断面；d）散乱河段横断面山区河流横断面 示意图专题02 河谷形态与组成河床示意图null湖泊 湖泊（lake）是陆地上蓄水的天然洼地。专题02 河谷形态与组成过流湖内流湖外 流 湖内陆湖null人工水道 是指人工开挖或在天然河流上修建拦河建筑物所渠化的河道。人工水道包括运河（渠道）和水库。 1. 运河 （1）运河的分类 运河（canal）是人工开挖的渠道，满足于船舶通航要求的人工渠道称为通航运河。专题03 人工水道运河开敞式运河（open canal） 封闭式运河（closed canal）连接型运河、迂回型运河和引导型运河自给和人工补给运河。开凿运河的目的建造形式的差异补给方式null水库 1.水库的基本概念 水库或称渠化河段（canalized section of river, canalized river stretch）是在天然河流上修建拦河建筑物和闸坝等设施，提高上游水位，坝上回水范围内的河段，称为水库， 水库按水位变化可分为常年回水段和回水变动段两个区段：  1）常年回水段：指在坝前水位一定时，设计最大入库流量的回水河段，称为常年回水段。 2）回水变动段：指在坝前蓄水位一定时，设计最大入库流量与最低入库流量之间的回水河段，称为回水变动段。 2.水库的作用 1)为了达到综合利用水利资源；2）提高坝前河段的水位，增大航道尺度，减小比降和流速，改善回水段的航行条件。3）其它方面。如防洪、促进库区渔业、旅游业的发展，改善坝下枯水期的水质等。 3.拦河建筑的通航设施 有船闸、升船机等一系列的综合水利枢纽工程，如图1-9所示。 专题03 人工水道 null1-雍水建筑物；2-船闸；3-泄洪闸；4-坝岸连接建筑物 5-水力发电站；6-船闸管理处专题03 人工水道 渠化枢纽 组合 示意图null船闸（navigation lock） 船闸是拦河建筑物的重要通航设施，它能使船舶通过有集中水位差的航道，上下有闸首，中间有闸室的过船建筑物。 船闸的分类： 按照地理位置和使用性质分为：海船闸、河船闸和运河船闸； 按照闸室横向平行排列数目分为：单线船闸、双线船闸和多线船闸； 按照闸室数目纵向排列分为：单级船闸、双级船闸和多级船闸（又称为单室船闸、双室船闸和多室船闸）。 按照船闸所在地区的特殊条件或特殊要求可分为：具有中间闸首的船闸、广室船闸、井式船闸、闸梯和省水船闸等。专题03 人工水道③ 船闸设备：有系船设备、信号设备，有的船闸还设有牵引设备。②船闸的组成闸 室闸首（包括上、下闸首）引航道（包括上、下游引航道）null专题03 人工水道葛洲坝水库平面示意图null专题03 人工水道三峡大坝平面示意图null三峡大坝连续五级船闸水级划分示意图 专题03 人工水道 null水利枢纽平面布置图 1-上游引航道；2-下游引航道；3-船闸； 4-引航墙；5-导航建筑物；6-上闸首；7-下闸首专题03 人工水道 null升船机 1.升船机（ship lift）是用机械将承船厢或承船车装载的船舶升降通过航道上有集中水位落差的区段的过船建筑物。 斜面升船机（inclined ship lift）：用机械驱动承船厢（承船车）沿斜坡轨道移动的升船机。它有干运和湿运之分。干 垂直升船机（vertical ship lift）：是装载船舶的承船厢可垂直升降的升船机。如长江三峡水利枢纽升船机，采用的是平衡重垂直升船机， 2.升船机与船闸比较有以下特点：首先，在运驶时基本不耗水，因此对需要节省水量和需要咸淡、清混分离，防止咸水或浊水的地方，升船机显得更加优越。由于升船机不需要充、泄水，在与承船厢衔接的航道内，水面不致产生波动，既改善了船舶在引航道内的停泊条件，也降低了引航道的防护要求。其次，由于升降速度远较船闸灌、泄水速度快，特别是在高水头，则需建造多级船闸，而升船机只要一级，这就使船舶通过升船机所需时间较通过船闸的时间短。但升船机的建造、安装和维修复杂，技术水平要求较高。 专题03 人工水道 null航道的概念 水道中具有一定深度、宽度、弯曲半径和净空高度，能供船舶安全航行的水域称为航道（waterway, navigation channel）。 1.航道分为天然航道和人工航道； 2.按使用条件和特性的不同：沿海航道（coastal navigation）、内河航道（inland waterway）、山区航道（mountain channel）、平原航道（plain channel）、湖区航道（navigation channel in lake area）、库区航道（channel in reservoir area）、人工航道（artificial channel）、通航渠道（navigable canal）、渠化航道（canalized channel） 3.按我国航道管理的归属：国家航道（national waterway）专用航道（special-purpose waterway）地方航道（local waterway）。 4.按内河船舶驾驶员习惯：主航道（main channel, main route）和副航道（sub-channel）。 5.季节性航道（seasonal channel）：指在特定季节或特定水位，才能通航的航道 6.经济航道（economic channel）有三种：缓流航道、短捷航道、经济迂回航道。 专题04 航道概念与航道尺度null专题04 航道概念与航道尺度内河航道尺度 航道尺度（channel dimensions）是指一定水位下的航道深度、航道宽度、航道弯曲半径和通航净空高度的总称。 1. 天然河流航道标准尺度 航道标准尺度（standard dimensions of channel），又称航道维护尺度或航道保证尺度，它是指在一定保证率的设计最低通航水位下，为保证标准船舶安全通航，航道所必须维护的最小航道尺度。它包括航道标准深度、航道标准宽度和最小弯曲半径。 （1）航道标准深度（H） 航道标准深度（standard depth of channel）又称最小保证水深，它是设计代表船型在设计最低通航水位时，须保证的航道最小水深。其标准值不小于设计代表船型的最大吃水加上富裕水深。 式中：H——航道标准深度（m）；T——设计代表船型的最大吃水（m）；Δh——富裕水深（m）。 null航道标准深度示意图 H-航道标准深度；T-设计代表船型的最大吃水；Δh-富裕水深 专题04 航道概念与航道尺度null1）富裕水深（Δh）及作用 富裕水深（under-keel clearance）或称剩余水深，是指自船舶平板龙骨外缘最低点至相应河底是垂直距离。富裕水深的作用是保证船舶的航行安全。 2）确定富裕水深的依据 ① 船舶航行时，因船体下沉需增加的水深（即动吃水）。可根据霍密尔公式计算。② 保证船舶推进器的安全而增加的吃水； ③ 保证船舶舵效应，以达到操纵灵活、安全而增加的吃水； ④ 为防止船舶因波浪或其它原因偶然触及河底需增加的水深； 一般将第②项至第③项共需增加的水深用表示，其中只需某一项满足时，另一项也能满足； ⑤ 顶推船队编队后的吃水增值。 综上所述，船舶所需富裕水深为专题04 航道概念与航道尺度霍密尔公式null3）富裕水深的有关规定 我国颁布的通航标准规定船舶富裕水深为： 沙质河床：0.1~0.3m 石质河床：0.2~0.5m 交通部长江港航监督局1988年2月25日颁布的《船舶航行长江富裕水深的规定（试行）》中，对长江枯水期航行船舶富裕水深作了如下规定： 长江船舶：川江富裕水深：不小于0.3m 中、下游富裕水深：不小于0.2m 装载危险货物另加0.1m （2）航道标准宽度（B） 航道标准宽度（standard width of channel）是指在设计最低通航水位时，设计代表船型或船队满载吃水航行所需的航道最小宽度。即整个通航期内航道中应保证的最小宽度。 1）直线航道宽度计算 如图1-15所示，在内河航道中，若不计入风、流压等外界因素引起船体偏摆的影响，只考虑船舶到航道边界安全距离d，在双向航道中，考虑船与船之间的安全距离c，则有：专题04 航道概念与航道尺度null航道标准 宽度求法专题05 航道标准尺度null单线航道宽度 双线航道宽度 专题05 航道标准尺度2）弯曲航道宽度计算可以参照上面方法求。只是上行和下行的漂角不相等。单线航道双线航道 一般规定由于一般为β30~50,cosβ=0，则上述航道标准宽度计算公式可改写为：null专题05 航道标准尺度 （3）航道最小弯曲半径（R） 航道弯曲半径（curvature radius of channel, radius at bend）是指航道弯曲处,其轴线圆半径长度，又称为航道曲率半径或航道曲度半径。 弯曲系数（coefficient of curvature）是指弯曲航道的实际长度与起止点之间的直线长度之比，用K表示。从理论上讲，弯曲航道其弯曲系数往往大于1.5，若在1.0~1.5称为微弯航道，近似于1.0称为顺直航道。 1）航道最小弯曲半径：航道最小弯曲半径是指在设计最低通航水位时，应保证航区设计代表船型或船队，下行安全通过弯曲河段所必须的航道弯曲半径。航道弯曲半径， 从航行图或航道图上量取获得，其方法和步骤如下，如图1-16所示。 2）弯曲航道加宽（curve widening）：船舶在弯曲航道中航行，长直的船身与航道中心线的弯曲半径相切，首尾线偏斜，占用航道宽度较大；同时，由于水流在弯曲航道中作离心运动，漂角增大，航迹带增宽，为了保证船舶航行安全，弯曲航道需要适当加宽。其加宽值一般采用实船试验方法来确定，也可以用经验公式计算。如图1-17所示。 null专题05 航道标准尺度弯曲半径求法弯曲航道加宽null在 OBD中， 因此，弯曲航道加宽值表达为： 专题05 航道标准尺度null2. 限制性航道标准尺度 （1）运河（包括渠道）图1-18 人工渠道横断面尺度示意图——航道断面系数（cross-section factor of channel） ；图1-14 航道断面系数示意图 专题05 航道标准尺度null 3） （2）跨河建筑物 跨河建筑物（river-crossing structure）包括跨河架空建筑物和跨河水底建筑物。 1）跨河架空建筑物 ① 通航净空高度（navigation clearance height）(Hm)：是适应船舶安全通过的最低高度航道部门和桥梁工程部门通常把桥梁或架空电缆下缘最低点到设计最高通航水位（designed maximum navigable stage）面的垂直距离，称为通航净空高度；航运部门常把跨河架空建筑物的下缘最低点至当地零水位面的垂直距离，称为通航净空高度。 富裕净空高度（surplus net height）(ΔHf)是指船舶在通过跨河架空建筑物时，其最高点至跨河架空建筑物的下缘最低点之间的垂直距离，或称剩余净空高度或安全系数。 船舶安全通过跨河架空建筑物的计算方法，如图1-20所示。专题05 航道标准尺度净空高度nullHC+ΔHf+H≤Hm式中：Hc——船舶最大水上高度（m）； ΔHf——规定富裕净空高度（m）； H——水位（m）；Hm——通航净空高度（m）。 例：某轮最大高度为23.5m、首吃水为4.5m、尾吃水为5.3m，当南京水位为8.2m时，该轮能否安全通过南京长江大桥？专题05 航道标准尺度解：船舶水上最大高度HC=23.5-4.5=19(m) 南京长江大桥规定富裕净空高度ΔHf=1.2（m），大桥维修期间还应加上2.0m的脚手架高度，但此处不考虑。 南京大桥通航净空高度Hm=30.03（m） 南京当地水位 h=8.2（m） HC+ΔHf+H=19+1.2+8.2=28.4(m) HC+ΔHf+H≤Hm 因此，当日船舶能安全通过南京长江大桥。null通航净空宽度（navigable clear width）(Hm)：是指跨越航道建筑物通航孔相邻两墩内侧，可供设计船舶或船队安全航行的有效宽度。单向船舶或船队通过时所需通航净空宽度的表达式 如下： 2）跨河水底建筑物 跨河水底建筑物是指跨越河道的水下电缆、涵管、管道、隧道等建筑物。一至五级航道应不小于规划航道底标高以下2m，六至七级航道不小于1m，直径较大的须注意不使产生涡流而引起河床的变化。 （3）船闸有效尺度 1）船闸有效尺度（effective dimensions of lock）：是指船闸闸室内能够满足设计通航标准的有效尺度。该尺度包括船闸有效长度、闸室有效宽度、门槛水深和净空高度。 ① 船闸有效长度（effective length of lock）：是指闸室内允许船舶（队）安全停泊的长度。船闸有效长度按下试计算：专题05 航道标准尺度null② 闸室有效宽度（effective width of lock）：是指闸室或闸首边墩墙迎水面最突出部分之间的最小距离。为过闸设计代表船型或船队最大总宽度加富裕宽度，按下试计算：③ 门槛水深（water depth above sill, lock significant depth）是指设计最通航水位至门槛顶部的垂直距离。按下试计算： 2）船闸富裕尺度 船舶过闸时应根据闸室中的尺度来决定船舶（队）的最大或限制尺度，并考虑船舶左、右两舷与首尾的富裕距离或安全距离。其富裕尺度，见表1-8。长江上游已建葛洲坝水利枢纽和在建三峡水利枢纽船闸和升船机有效尺度，见表1-9；船舶（队）通过葛洲坝船闸限制尺度，见表1-10 专题05 航道标准尺度null三、内河航道等级 1.内河航区分级规范 （1）内河航区级别 1）根据水文和气象条件，将内河船舶航行区域划分为A、B、C三级，其中某些水域，依据水流情况，又划分为急流航段，即J级航段。 2）航区级别按A级、B级、C级高低顺序排列，不同的J级航段分别从属于所在水域的航区级别。 （2）内河航区划分标准 1）各级航区的计算波浪尺度和波高范围，见表1-11。 2）在峡谷河流中，滩上流速超过3.5m/s的航段，定为急流航段。 3）急流航段按滩上流速大小划分： J1级航段——航区内滩上流速为5m/s以上但不超过6.5m/s的航段； J2级航段——航区内滩上流速为3.5m/s以上至5m/s的航段。 4）航区级别划分未考虑局部地区出现的特殊暴风、台风、潮汐及山洪爆发的影响，船长应注意航区水文和气象的变化，谨慎驾驶。 （3）内河航区划分如书。 专题05 航道标准尺度null 2. 内河通航标准（navigation standarts of inland waterway） 《标准》将通航载重量50t级至3000t级驳船的航道依次分级为七级。每级有几种船队形式，以适应广泛的需要。具体河流的航道等级，应在近、远期规划的基础上通过技术经济论证选定。凡不易扩建或改建的永久性工程应按核定的远期航道等级执行。 （1）船型船队的确定 1）一至五级航道以分节驳顶推为代表性船型船队；六至七级航道以拖带、机动驳顶推和分节驳顶推为代表性船型船队。 2）表1-12所列船型主要尺度，在船舶设计建造时允许做少量调整。但所组成的船队须适应《标准》所规定的各项通航尺度。 3）表列吃水是标准载重量时的数值，其最大吃水和最大装载量可根据具体航道、水文及运输等条件确定。 （2）主要通航尺度标准 1）内河航道、船闸、水上过河建筑物通航孔净空的主要通航尺度按表1-12执行。 2）桥梁及其它水上过河建筑物的通航净空范围按表1-13执行。 （3）通航水位的确定 通航水位包括设计最高通航水位（designed minimum navigable stage）和设计最低通航水位（designed maximum navigable stage），它是各级航道设计代表船型或船队正常运行的航道维护管理和有关工程建筑物的水位设计依据。 专题05 航道标准尺度nullChapter two 水文要素null专题06 水位一、水位的基本概念 河道中某时某地的自由水面至某一基准面的垂直距离，称为水位（water stage,water level）。单位用“m”表示。如图2-1所示。null专题06 水位1.水位基准面(water stage plane) 用于起算水位值的基准面称为水位基准面。由于该基准面的水位值为零，故又称为水位零点。根据需要的不同，水位零点又分为基本零点和当地零点。 （1）基本零点（basic zero,fundamental zero） 以某一河口附近海域的某一较低的海平面作为零点，称为基本零点，又称绝对零点或绝对基准面。 （2）当地零点（local zero） 以当地历年来最低水位或接近于该水位的水平面作为零点，称为当地零点, 又称测站零点，或各港零点。 1）重庆—宜昌段用的当地零点叫水尺基准面”或叫“航行水尺零点(navigation water gauge zero) 。它是以当地多年平均最枯水位水面作为零点起算的。 2）宜昌—江阴段用的当地零点叫航行深度基准面”或叫“航行基准面(navigation sea level datum) 。它是以历年来大略最枯枯水面作为基点起算的，是当地设计的最低通航水位。 3）江阴—吴淞口段用的当地零点叫理论深度基准面(theoretical sea level datum) 。它是以理论上推算出该河段的最低低潮面为零时的基准面，它相当于历年来平均最低低潮面。 （3）基本零点与当地零点的关系 null专题06 水位绝对水位=当地水位+高程差 绝对高程=相对高程+高程差 〔例〕已知某日重庆的当地水位为7.20m，试求当日重庆的吴淞水位？ 解：因为重庆的吴淞高程为160.20m 所以重庆的吴淞水位为7.20+160.20=167.40m 二、水位与水深 1. 水深（water deeps） 从水表面至水底的垂直距离称水深。 某一基准面至河底的深度称为图示水深，或图注水深。该基准面称为深度基准面，又称为绘图基准面。以基准面为零值，凡在基准面以上的水深取负值，一般称为干出高度(drying height)，凡在基准面以上的水深取正值，称为深度(depth)，如图2-3所示。 当地零点与基 本零点关系null专题06 水位图2-3 水深与水位关系 1.实际水深的求法 为便于计算，我国内河的水位和水深基准面已统一。其关系式为： 实际水深=图示水深±水位值 当某些河流的水位基准面与绘图基准面不一致时，如图2-4所示，其关系式为： 实际水深=图示水深±水位值±Δh 式中Δh—水位零点与绘图基面的高程差，当绘图基面高于水位零点时为负值，反之为正值。 图2-4 实际水深求法示意图 1-水位基准面，2-图注水深，3-水位数，4-差值（∆h），5-绘图基准面null专题06 水位 〔例1〕已知长江某处礁石的图示水深为零下1.2m，当时当地水位为4.0m，求礁石上的实际水深是多少？若某轮首吃水为4.5m，尾吃水为5.0m，当地剩余水深规定为0.3m，问该轮能否从礁石上安全通过？ 解：该礁石的实际水深（H）=图注水深±水位值 =1.2 + 4.0=5.2m 船舶通过时需要最小安全水深（h）=船舶最大吃水+剩余水深=5.0+0.3=5.3m 因为H＜h，所以，该轮不能从礁石上安全通过。 〔例2〕已知某地水位基准面的黄海高程为80m，而该地的绘图基准面的黄海高程为81m，又知该地的当地水位为10m，该地图示水深为零上2m，则该地水位和绘图基准面之间的高程差和当地实际水深分别为多少？ 解：Δh=当地零点高程－绘图基准面高程=80－81=－1m 当地实际水深=当地水位±水位值±Δh=10－2－1=7m 求某处实际水深利用其航行时要注意： （1） 冲淤变化较大的河段，因图注水深仅代表航行图出版时的情况，故利用图注水深求实际水深，可能与实际情况不符仅作参考。 （2）沉船等障碍物，残存河底上时间已久，也会有变动现象。  null专题06 水位（3）暗礁一般比较稳定，但其面上与周围往往淤积一层泥沙，改变了原有的高度，航行时应放大剩余深度，以保安全。 三、水位管辖的方法 每条较长的河流，从上游至下游各地高程差异很大，常分成若干管辖段，每段用一个水位表示，这样就能较为正确地反映各段的实际水面位置和推算各段航道内的实际水深，这个水位就叫做该段的关系水位（correlated water level）。 内插法求实际水深： [例]某地航行图上水深为3．4m，求某月某日实际水深。推算前，先查得某地的上下港埠当天水位，如在汉口与黄石之间，该日汉口水位为8．99m，黄石水位为8．78m。汉口至黄石间距133km。某地至黄石间距为35km，某地至汉口间距为98km。汉口与黄石水位落差为0.21m.解：某地与黄石水位差为：( 0.21/133)×35=0.06m 某地与汉口水位差为： ( 0.21/133)×98=0.15m 用上港埠汉口求某地实际水深：8.99－0.15＋3.4=12.24m 用下埠港黄石求某地实际水深：8.78+0.06+3.4=12.24m null专题07 水位与航行关系四、水位期的划分 水位期(water level period)是指出现某一水位值这段时期，如出现、洪及中水位这段时期就叫枯、洪及中水位期。典型水位名称示意图 五、影响水位变化的因素 1．河水补给的影响 2、风的影响 3、潮汐的影响 4、冰的影响 5．河槽宽窄、深浅的影响 6．支流水位变化的影响null专题07 水位与航行关系六、水位变化与船舶航行的关系 水位期不同，航道尺度、供船舶定位的目标就发生变化，影响着船舶航行安全。 1．枯水期(low water period)，有良好的按形凭借，天然标志多；流速慢，不正常水流减少；航道尺度减少。但槽窄水浅，礁石外露，会让困难。不慎会吸浅吃沙包，搁浅触礁。 2．洪水期(flood period)，航道尺度大，但岸坪淹没，引航中失去极其重要的岸形凭借，人工标志也常漂失移位，流速大，不正常水流增多，航行操作难度大。 3．中水期(median water period)，一般来说是航道的黄金水道。 由于不同水位期，航行条件各异，引航和操作方法也不一样，驾驶人员应密切注意水位的变化情况。 七、船舶驾驶员了解水位的目的 1．水位变化直接影响航道尺度，特别是航道水深、船舶可据此决定载量和调整吃水。 2．水位变化影响着设标水深，根据水位涨落的情况还能预计航标可能产生变化和航槽是否改变。 3．根据水位变化航路选择也不同，引航操作方法也可能作相应的改变。 4．水位变化影响流速和流态，而且流速会影响航速，流压会使船位偏移，流态紊乱时会影响船舶操纵，均要采取相应的操作措施加以克服。 null专题07 水位与航行关系 5．水位变化关系到礁石，沉船障碍物等碍航程度及码头水性变化。 6．由于水位影响航速，能根据不同水位预计运行时刻和决定使用车速大小。 7．不同的水位大桥通航桥孔，通航高度及通航船队尺度的规定有所不同；架空电缆的通航高度也有所不同。 8． 选择锚地时既要考虑船舶吃水，锚地水深，也要考虑水位涨落带来的影响。 9．长期记录水位，还能分析水位涨落的趋势，航道有否淤沙或走沙的可能，以便采取相应的措施。 10．船舶在山区河流航行，上行船可根据水位确定自行通过滩糟的能力。 八、水位通电与水位观测 1．水位通电 当汛期洪峰到来，水位高涨到某一水位界限，再上涨将严重威胁沿岸堤防和建筑物以及人民生命财产的安全时，定为“警戒水位(warning water level)”。各主要城市的水利及航道、航运部门每天按规定时间将主要各港（站）的水位及涨落情况通过广播电台、电视台和电讯台发布水情预报。这种发布水位情报的形式，称为水位通电（报）。 2．水位观测null专题07 水位与航行关系3．水位资料的整理 （1）水位过程线(curve of water level) 水位过程线是水位随时间而变化的过程线。以水位为纵坐标，时间为横坐标，将逐日（时）平均水位点依次连接绘诸坐标点，即为水位过程线,如图2-7所示。 （2）水位历时曲线(stage duration curve) 水位历时曲线，是表示一年中各级水位经历时间的长短曲线。绘制方法是，先将一年（或多年）内各逐日平均水位按大小顺序分级排列，找出各级水位出现的次数，根据其次数算出相应频率，填制水位频率表。然后以纵坐标表示各级水位的平均数据，横坐标表示频率（以百分比表示，根据频率表在图上列出点子，连成曲线，即为水位历时曲线（或多年平均保证率曲线）。水位过程线 水位过程线与历时曲线图 null专题08 比降任意两端点间的高程差与两点间的水平距离之比称比降（gradient）。其值甚小，一般用千分比（‰）或万分比表示。 河流的比降：河底（或床面）比降和水面比降。 河底比降——用以表示河床纵断面地形的变化； 水面比降(surface gradient of stream)——河流中任意两端点间的瞬时水面高程差与其相应距离之比，用以表明河流全程或分段的水面坡度，故又称水力坡度，通常说的河流比降就是河流水面比降，它可分为纵比降与横比降。 一、  纵比降 1．纵比降的概念 在河流中上下游任意两点的高程差与其相应流程的水平距离的比值,称为纵比降（longtitudinal gradient）。 河流中某河段两端的水面高程差叫水面落差(stream fall)。河源和河口两处之间的水面高程差，叫水面总落差。故纵比降又定义为水面落差与河长之比。 null专题08 比降水面呈折线时的纵比降图2．影响纵比降变化的因素 （1）河槽床面纵比降的影响 （2）水位的影响 （3）河槽断面的影响（4）干支流汇合的影响（5）潮汐的影响风的影响 3．纵比降对船舶航行的影响 纵比降增大，流速增大，航行困难。水面近似于直线时的纵比降当河段纵断面上水面近似于直线时的纵比降： 当河段纵断面上水面线呈折线或曲线时，可先分若干段，再按下式计算。 null专题08 比降 二、横比降 河流中横断面两端点的水面高程差与相应河宽的比值称为横比降（traverse gradient）可用下式表示： 横比降示意图null专题08 比降1.产生横比降的原因 (1)惯性离心力的影响 在顺直河段上，作用在水质点上的重力G等于水质点的质量和重力加速度g的乘积即G = mg。如果不计算其他因素的影响，横断面的水表面处于水平状态ab,如图2-12所示。 在弯曲的河道，作用于水质点上的力除重力外，还有惯性离心力f，可用下示表达： 假定水流没有内摩擦阻力，并忽略不计水流底部的摩擦阻力，则图2-15中r为f和G的合力。在离心力的作用下，部分水质点向凹岸推移，由此产生横比降，水面成cd位置，与合力r方向垂直。横比降的大小可以由下式求得： 由图可见，三角形dob和三角形dce相似，且ce边等于河床宽度B。根据三角形相似的原理，可以得出的另一个表达式： △h=V2/Rg×B 如果河宽100m，流速2m/s，弯曲半径200m，根据上式计算，凹岸水位的升高约20cm。null专题08 比降离心力对横比降影响 （2）水位急涨急落的影响水位涨落对横比降影响 a)水位急涨时 b)水位急落时null专题08 比降（3）地球自转偏心力的影响 下面我们来研究北半球的两条河流如图2-13所示。 结论：与河流的地理走向无关，在北半球的河流中，水质点所受到的自转偏向力总是自左指向右的，造成右岸水面高于左岸水面，横比降由右岸指向左岸，水流长期冲刷右岸，故大多数右岸高陡，节点较多，左岸沉积沙滩。南半球相反。 科氏力对横比降的影响（4）风的影响 当风向与流向成一定交角时，也会产生横比降，其影响程度视交角及风力大小而定。 2.产生横比降的河段 （1）弯道凹岸弯顶附近水面高于凸岸；（2）突出的岸嘴，河心石梁等障碍物阻水挑流；（3）滑梁地段；（4）分汊河段及干支流汇合处；（5）河槽缩窄处，水流集中变形或嘴下展宽段，水流分离扩散，产生横向水流。（6）凡存在环流，产生横向水流的地段。 此外，在特殊条件下，下游水位高于上游水位，形成河水倒流现象，这时两端点间的水面高程差与相应流程水平距离之比，称反比降（reverse gradient）。 null专*题09 流速 流量 流向 一、流 速 1．流速（velocity）的基本概念水质点在单位时间内沿某一特定方向移动的距离，称流速。 河水流速单位用m/s,海水流速单位用Kn。 流速就时间和运动状态来讲，有瞬时流速u,脉动流速u′和时均流速 之分，其关系为u= u′± 。如图2-15所示。瞬时流速系指某一瞬间的流速，它时大时小很不稳定；时均流速系指在一段时间内流速的平均值；脉动流速系指瞬时流速与时均流速的差值； 流速就空间来讲有点流速、垂线流速和断面流速之分。点流速系指水流 中某一固定测点的水流速度；垂线流速系指从水面至河底沿铅垂线上各 点流速的总称。垂线流速与断面流速一般均取其平均值。 流速的大小通常用谢才公式来表示： 流速null专题09 流速 流量 流向 2．天然河流中的流速分布 （1）流速的平面分布，如图2-15所示。 1）在河底两岸附近，流速最小； 2）水面流速从两岸最小处向最大水深处 增大； 3）陡岸边或靠近凹岸边流速大，坦岸边 或靠近凸岸边流速小。 流速平面分布 a)在顺直河段中，b)在急弯河段中null专题09 流速 流量 流向（2）流速的垂直分布 流速沿深度的垂直方向上分布，叫垂线流速分布，以水流H为纵坐标，点流速V为横坐标，连接各点流速向量的末端，可得垂线流速分布图。 1）天然河流的一般河段，垂线流速分布曲线多呈抛物线或对数曲线形式，一般河底的流速近于零，垂线平均流速与离水面2/3H处的点流速相等，最大流速位于离水面1/3H深度范围内。垂线流速分布 2） 河底有隆起的障碍物时，垂线流速分布曲线在障碍物顶部附近向下开始急剧收缩，而向上急剧增大，最大流速位置较一般河槽偏深一些，河底流速可能近于零。河底有障碍物的垂线流速分布null专题09 流速 流量 流向 2）在深槽中或浅滩上，深槽比浅滩的深度愈大，则深槽中的流速分布曲线愈向下愈弯曲，最大流速接近水面，而浅滩上的最大流速则距水面较深。深槽与浅滩垂线流速分布 4）当河流封冻时，流水像被限制在水管中流动着，由于冰盖底面粗糙度影响，使最大流速从表面向深 处移动，冰盖底部愈粗糙移动的距离也愈大。 河流封冻时垂线流速分布null专题09 流速 流量 流向 4.在不同水位期的分布 （1）枯水期：深槽处过水断面大，流速小；而浅滩则相反，流速大。因为这时浅滩好似溢流坝，提高了水面比降，使流速增加。 （2）洪水期：深槽处流速大 ，浅滩上流速小。因深槽处一般常是弯窄或峡谷河段，洪水期流速激增与过水断面的增加不想适应时，水流壅阻不畅，比降与流速皆增大。而浅滩段，一般是河槽展宽段，汛期泄水断面增大，比降与流速皆减小。 当河槽宽窄不一，狭窄处流速大，宽阔处流速较小。这种情况在高水位时更为显著。 3.水流动力曲线（dynamic axis of flow） 河流中各过水断面上最大流速点的连线，称水流动力轴线，又称主流线，如图2-21所示。它溪线（河床各横断面最大水深点的连线，又称深泓线）在平面上投影基本一致，在河弯处靠近凹岸；在洪水期，河槽内障碍物相继淹没，控制水流能力减弱，水流依其运动惯性水流动力轴线取直循河心而下，故其有“枯水傍岸，洪水趋中”之说。水流动力曲线null专题09 流速 流量 流向二、流向 水流质点的运动方向，称流向（flow direction）。 下面介绍常用的几种目测方法。 1.根据水面漂浮物的运动方向，判断该处表层水流的流向。 2.根据水流流经航标时，观察标船的船向及其尾部水流迹线的方向。 3.船舶抛单锚时，观察锚链及船舶的首尾方向。 4.从河岸岸形判断，在顺直河段，流向基本与岸形平行一致；弯曲河段，一般是凸岸水势高，凹岸低，水流扫弯，水流从凸岸流向凹岸。弯顶以下，由于超高现象，水流自凹岸流向凸岸。 5.根据河岸水生植物被水流冲击的倾倒方向而判断流向。 6.在宽阔或水流较缓的河段，不易识别流向时，可根据船舶压舵的情况及偏航的程度或前船尾迹线水流的偏摆来估计流向。 三、流量 1.流量的概念 单位时间内通过河槽某过水断面的水量，称流量(discharge)。单位以m表示。按时段不同可分为瞬时流量，日平均流量、年平均流量等。 Q=V.W=V.B.h 2、流量与水位的关系 河流水位的变化主要取决于流量的增减，在同一断面上通过的流量愈大，则水位愈高，反之则变低。null专题10 流态(1)水流运动的形态称流态（flow pattern,flow state），通常所指的流态是水流的表面形态。 一、主流与副流 流态从宏观角度看，可分为主流和副流两种流态。 1．主流(mainstream,thread of channel) 河流中的水体，有部分沿河槽轴线总的方向流动，面流层流线基本平行运动，这部分水流称主流。它是在重力作用下产生的。 2 ．副流(secondary flow) 河流中除主流外，各种规模较大、范围较广、力量较强的绕竖轴或横轴或斜轴等形式旋转的水流，即内部旋转的或横向流动的或上升的水流，统称为副流。 环流大致有以下几种形式： (1)双向环流two-way circular flow 1）水面对流、水底背流 2)水面背流、水底对流 水面对流水面背流null专题10 流态(1)（3）混合环流(composite circular flow）(2)单向环流(one-way circular flow）null专题10 流态(1)二、层流与紊流 层流(laminar flow) 紊流(turbulent flow) 三、面流流态 从船舶驾驶角度出发，着重讲述对船舶运动产生作用和影响的各种表层的水流流态。 1．主流(mainstream) 河槽中表层流速较大并决定主要流向的一股水流称主流。 （2）主流对船舶航行的影响 主流是选择航路的依据，由于主流带有宽、窄、弯、直、急、缓，随河槽形态的变化而变化。在宽阔顺直河段，下行船舶应“认主流、走主流”，上行船舶应“认主流、丢主流”，利用主流以提高航速；在弯曲狭窄河段，主流带随河形弯曲，主流两侧出现横向分速水流扫弯而成强横流，同时出现了流势高低。一般指向凸岸一侧横向分速较低，为高流势侧。因此，无论上下水航行，应将航路（航迹线）选择在主流上侧航行，即稍靠凸岸一侧航行。流态从微观角度看，可分（1）主流位置判断的方法岸形陡缓河道弯直水面色泽、波纹null专题10 流态(1)2．缓流（tranquil flow） 主流两侧流速较缓的水流称缓流。 3．急流（rapid stream）与埂水(ridged flow)急流与埂水纵断面示意图 ， 急流与埂水平面示意图 1-急流段， 2-埂水段 急流和埂水对船舶航行的影响 上行船舶出角转嘴，船首到达埂水的所在处习称“抵埂(arriving at ridge shape flow)”。上行船舶抵埂后停滞不前，习称“吊埂(ship’s stagnation on ridged flow) ”。船舶出现吊埂时，将船首徐徐外扬，继而调顺船身，使船尾摆脱埂水以外习称“撂埂(stern turning outside of ridge shape flow)”。null专题10 流态(1) 4．回流(return flow) 同主流流向相反的回转倒流称回流。因长江 走向是自西向东，故长江的回流又称“西流”。 将沱区各断面流速为零的诸点连接起来 就成为顺流与逆流的分界面，称为不连续面。该面并不稳定，常分裂成连串的小形漩涡，故又称为沱楞(smooth flow beside slack stream) 。 （2） 回流出现的地段 （1）回流产生的原因 null专题10 流态(1)打张（bow outward deflection） 挖岸（bow collision against bank) （3）回流对船舶航行的影响 1） 对上行船舶航行的影响 上行对面积大而力量弱的回流，上行船可适当利用，以增大航速，提高船舶的过滩能力。对回流面积小，力量强的回流区，上行船舶应避开航行。 null专题10 流态(1)2）    对下行船舶的影响 在航道条件允许的情况下，下行船舶应避开回流区航行，以提高航速。 若在急弯河段中航行，可利用嘴下回流出水作为支撑点直外舵提尾顺向，缩小航迹带宽度，达到挂高及船向与岸形、流线顺向的目的。 “吊钩”，如图2-31a)所示。“打枪”, 如图2-31 b)所示。以上合称“吊钩打枪（broaching and rushing obliquely to shore or return flow area）”。 打 枪吊 钩null专题10 流态(1) 若下行船舶，在旋旋半径不足的狭窄水域中掉头时可采用船首插回流末端（上荡）的方法，利用回流出水，增大船舶的旋转力矩，缩小旋回圈半径，迅速完成掉头过程，如图2-32所示。 利用回流掉头横流 1-斜流 2-出水 3-扫弯水 4-背脑 5-内拖水 6-滑梁水 null专题11 流态(2) 5．横流(cross flow) 凡水流流向与河槽轴线成一交角具有横向推力的水流统称为横流。如流向与船舶航线成一交角的水流，对船舶也能起到横流的作用。 （1）横流按成因可分为三类 （2）横流按出现的地段和对船舶航行的影响，可分为以下几种，如图2-33所示。 1）斜流(oblique flow) 2）出水(floating upward to surface) 又称“护岸水”或“护岸泡”。 3）背脑水与披头水(flow rushing upward to shore indentation) 4）内拖水(strong flow rushing to shore from river center) 5）扫弯水(bend-sweeping flow) 6）滑梁水(overflow above ledge)   挑流(transverseflow beside obstruction)吸入流 suction current推压流flowrushing upwardtoshoreindentationnull专题11 流态(2)（3）横流对船舶航行的影响 横流具有较强的横推力，对航行中的船舶产生强烈的水动力作用。由于横流形成的原因及其作用于船体部位不同，因而引起船舶偏转或横移的状况也不一样。按对船舶的航行影响可将横流分为局部横流与横流场。 1) 局部横流对船舶航行的影响 局部横流多以高流束出现，使船体局部受流力而产生偏转或漂移。 措施：一舵变三舵，四舵还原，如图2-34所示。 横流场中船舶漂移局部横流对船舶影响null专题11 流态(2) 1） 横流区（场）对船舶航行的影响 当横向水流的水域大于一个大型船队的长度时，可视为横流区。如图2-35所示。 措施： 修正航向，消除流压差法。 加车迎流，达到减小流压差，增大舵效，提高船舶操纵灵活性的效果。 6、泡水(bubbling flow) 一种自水下向水面翻涌，中心隆起并向四周辐射扩散的水流称泡水或称“上升流” 。 1）泡水的成因 （2）泡水的分类 1）枕头泡（elliptical bubbling flow）2）困堂泡(bubble injection to shore)3）分界泡(boundary bubble) 4）拦马泡(strong bubble water) 5）上泡与下泡 6）分迳泡 泡 水null专题11 流态(2) 7）卧槽水（flow at sag between two bubbling currents)。 8）沙泡 9）冷泡(variable bubbling flow) （3）泡水对船舶航行的影响 泡水具有较集中的横推力，对船体一侧具有显著的水动力作用，使船舶发生横倾、偏转和横移。因此，无论上、下行船舶在遇强大泡水或泡群时，应尽量避开航行；若当泡水阻挡航路时，应以适当方式用舵乘迎，以骑泡(steaming through the boiling like water)、穿泡或旁泡而过，如图2-38所示。旁泡而过可采用一泡四舵骑泡穿 泡旁泡null专题11 流态(2)7、花水(rips) 水流受阻后降速增压所产生的上升流较弱，水面呈现紊乱或是鳞状的水纹称花水。 （1）深水花水（deep water rips) （2）浅水花水(shallow water rips)深水花水浅水花水null专题12 流态(3)8、漩水(eddy flow) 由外向内，自上而下，水面中心下陷的旋转水流称漩水。 （1）漩水的成因（2）漩水的特征 漩水及其附近的流速、压力分布存在着特殊性。流速由漩水边缘向漩涡中心逐渐加大，以涡心边缘流速最大，在涡心的水流线速度则反而减小，水流汇集作下沉运动，压力也随之降低，如图2-41所示。 漩水漩水流速流压分布null专题12 流态(3)3）漩水对船舶航行的影响 漩水对船舶的操纵性影响极大，因为漩水存在着流速压力梯度，船舶从漩水一侧驶过时会发生大角度横向倾斜；若从中心穿过，则发生较大纵摇，且船首沉入水中产生强烈的扭摆和严重的起伏，强大的漩水将使船舶失控。因此，无论上、下行船舶在驶经大的漩水时，应尽可能绕开航行，若航道条件限制，漩水阻挡航路时，必须把航路选择在顺漩水旋转方向一侧，使船位处于漩水的高水势，并在水流作旋转运动时的离心力作用下，船体不易陷入漩涡中心，此种操作方法称为“上顺漩”或称“撵漩（sailing direction with eddy edge）” 。 撵漩sailing direction with eddy edgenull专题12 流态(3)9．夹堰水（disordered current at junction of two flows of different directions） 两股不同流向的水流汇合时相互撞击，在交界面上呈现涡流浪花的带状水流称为夹堰水。微弱的夹堰水，习称“眉毛水(weak and slow oblique flow in turbulent water)”。 （1）夹堰水的形成及出现的地方 夹堰水null专题12 流态(3)（2）夹堰对船舶航行的影响 在急流滩，夹堰水内侧有较宽的缓流带时，上行船舶可循夹堰内侧缓流航行，以避开河心高速水流及陡比降，以提高航速和过滩能力；较强的夹堰水伴有泡漩乱流，流速流压梯度差大，船舶航经夹堰水时，船向极易偏摆，船身颠簸起伏，甚至出现歪船扎驳，而且在夹堰处还会激起经久不息的大浪，危及他船航行安全，船舶必要时应绕开航行或减速通过，防止浪损事故发生。