1、I摘 要内河运输作为组成现代运输体系一部分，相较于其他运输方式，它具有运量大、占地少、低能耗等优势。加快内河运输的发展，使其与航空、铁路、公路、管道等运输方式有效地结合，发挥各种运输方式的优势和组合效益，有助于交通运输结构的优化，社会综合物流成本的降低，交通运输发展方式的转变。因此，内河运输对于我国国民经济的可持续发展有着不可替代的作用。目前，长江干线已成为世界上运量最大、运输最繁忙的通航河流，对促进长江经济带的协调发展发挥了重要作用。但近些年，由于长江航运的不断发展壮大，遇到了一些亟待解决的问题，诸如航道通航能力低下，制约了航运的发展；长江航道变得更加拥挤，致使船舶会遇、碰撞几率日趋增大，这
2、给长江航运带来了大量的安全隐患。而长江航道通航能力和通航水流条件研究，对于规避运输风险，确保航运安全，提高运输效率，建立高效的管理机制，实现长江水路交通智能化有着举足轻重的作用。本文主要论述了长江江津至重庆航段 158m、166m、172m、185m 流量级下的通航水流条件研究，基于河道水动力学模型的计算结果，分别对航深、航宽、弯道半径、桥梁净空及水流流速、流态等方面的因素进行分析，确定不同流量级下 3000t 级船舶的适航范围。通过 ArcGIS 软件，利用多点型数据生成数据栅格图，剪切出航道水深和流速的栅格图,绘制出不同流量级下的等水深和等流速线图，使其可视化，然后按照内河通航标准，划分出
3、适航区域，并求出其水面面积占比。本文的论述，对于今后该段航道的管理提供了基本的理论依据。关键词：江津至重庆航段，通航水流条件，不同流量级，适航范围IIABSTRACTAs a part of the modern transportation system, inland river transportation has the advantages of large transportation volume, less space and low energy consumption compared to other modes of transportation. Accelerati
4、ng the development of inland waterway transport, which effectively combined with aviation, railways, highways, pipelines and other modes of transport, and plays a variety of modes of transport advantages and combination of benefits. It will be good for the transportation structure optimization, soci
5、al logistics cost reduced and changes of the development mode of transportation. So, the inland transportation has the irreplaceable function to the sustainable development of our national economy. At present, the Yangtze River route has become the largest traffic and the busiest navigable river in
6、the world, which plays an important role in promoting the coordinated development of the Yangtze River economic belt. But in recent years, due to the continuous development of the Yangtze River shipping, there appear some encountered problems to be solved, such as the development of shipping is seri
7、ously hampered by the low navigable, and Yangtze River waterway becomes more crowded, which increases the probability of the collision. These problems do harm for the shipping of the Yangtze River. At the same time, our country is so weak in the channel management, navigation warning, water rescue,
8、security assurance , which brings a lot of Bring safe hidden troubles to the Yangtze River shipping. And researching navigable flow conditions of the upper reaches of the Yangtze River waterway plays a role in avoiding the risk of transportation , ensuring the navigation safe, improving the transpor
9、t efficiency and establishing an efficient management mechanism.This paper mainly discusses the navigation flow condition of different traffic level, like 158m.166m.172m and 185m in the Yangtze River from Jiangjin to Chongqing. Analyzing the waterway depth, waterway width, bend radius, bridge cleara
10、nce and flow velocity and determining the seaworthy range in the different traffic level for 3000t ship based on results of hydrodynamic model for river. And using multi-point type data to generate grid, cutting channel depth and velocity of grid and plotting the contour and velocity contour in the
11、map by ArcGIS .Finally, dividing the navigable area according to the standard of river navigation. This paper provides the basic theoretical basis for the management of the channel in the future.Key words: Jiangjin to Chongqing leg, the navigable flow condition, the different traffic levels, the sco
12、pe of the navigableIII目 录摘 要 .IABSTRACT.II第 1 章 绪论 .11.1 选题背景和意义 .11.2 国内外研究现状 .11.3 设计（论文）的主要研究内容及预期目标 .11.4 本文文章结构 .1第 2 章 内河航道船舶通航能力分析 .12.1 各国内河通航标准分析 .12.2 内河航道的通航能力和影响因素研究 .12.2.1 内河航道通航能力概念 .12.2.2 内河航道通航能力计算 .12.2.3 内河航道通航能力影响因素 .12.3 长江江津至重庆航段航道尺度 .12.3.1 航道水深 .12.3.2 航道宽度 .12.3.3 航道弯曲半径 .1
13、2.3.4 跨河建筑物的净空尺度 .1第 3 章 长江江津至重庆航段不同流量级适航范围 .13.1 通航环境 .13.1.1 地理特征 .13.1.2 水文特征 .13.1.3 通航环境分析 .13.2 数据处理方法与过程 .13.2.1 基本数据的生成 .13.2.2 数据处理过程及地形图的生成 .13.3 不同流量级下航道的适航范围 .13.3.1 158m 流量级下航道适航范围 .13.3.2 166m 流量级下航道适航范围 .13.3.3 172m 流量级下航道适航范围 .13.3.4 185m 流量级下航道适航范围 .1第 4 章 结论与展望 .14.1 结论 .14.2 展望 .1
14、参考文献 .1致谢 .1华北电力大学本科毕业设计（论文）1第 1 章 绪论1.1 选题背景和意义长江，总流域面积近 1800000km，其干流总长为 6397km，为我国第一大河，居世界第三位，其与黄河、淮河、海河、珠江、松花江、辽河通称为中国7 大河。长江发源于被誉为“世界屋脊”的青藏高原，其干流贯穿我国第一、第二和第三阶梯，共经过我国 11 个省市自治区，经上海崇明岛注入东海 1，是我国西部、中部和东部水上交通的大动脉,同时也是连接西中东部经济联动发展的黄金纽带。长江经济带作为我国覆盖范围最广、惠及人口最多的一个经济发展区域，它发展好与坏，对我国国民经济有着巨大的影响。除此之外，作为我国内
15、河货运量最大的河流，加快长江航道的标准化建设和推动长江航运的进一步发展，不但对长江经济带的发展有着巨大的推动作用，而且对协调我国区域间发展、减小各地区的发展差距有着极其重要的意义。从另一个角度来讲，长江航运的发展是确保我国社会稳定和实现共同富裕这一宏伟目标的关键因素之一。长江上游从源头到湖北宜昌，全长 4511km，流域范围面积宽广，包含青藏高原，东至湖北宜昌，北到陕西南部，南至云南以及贵州北部的广大地区。其作为我国西部大开发的重要地区，同时又是长江上游经济带，交通的发展显得尤为重要。同时由于西部地区属于我国第一和第二阶梯，大部分为高山、峡谷地区，不宜发展铁路与公路运输，而水上运输载运量和运输
16、成本方面有着巨大的天然优势。另外，长江丰富的水利条件、便捷的水上交通和其巨大的内河运输能力是其他运输方式所不能比拟的，使得长江上游航运成为发展交通的重中之重 2，它对于沿江城市的经济发展有着巨大的推动作用。长江上游主要流经我国的第一、第二级阶梯，该地区主要是高原、山区组成，因此，长江上游河段为典型的山区河流，具有“ 弯、浅、险、窄、急“ 的典型特征 3。伴随着经济的快速发展，长江航运变得愈加繁忙，船舶数量大幅度增加，危险物品的运载量持续增长，长江航道变得愈加拥堵，从而导致航运效率的低下，发生航运事故的机率也大大增加，很大程度地影响了船舶的航行安全和长江的生态环境。然而，我国在支持保障系统的设施
17、建设和装备水平仍然较为落后，大部分航段监管还以原始的现场监督为主，严重缺乏应对突发情况的处理手段。另外，在航运管理方面信息化程度不高，数字化航道的建设严重落后于航运发展的需要。除极少的一部分航段外，大部分长江干线水域还没有华北电力大学本科毕业设计（论文）2建立起水上救援打捞和防止水体污染的体系机制。为了改善和提高航道条件和航道等级，建立更加安全可靠的信息化管理平台，更好地服务于西部大开发战略的实施，进一步促进长江上游区域经济的发展，航道水流条件的研究显得尤为必要。它可以通过科学的研究方法，对原始资料的收集和处理，得出整个上游航道的适航条件，规避潜在的航运风险，减少水运事故的发生，降低水运损失，
18、提高航运效率和保障航运安全。最终达到水路交通智能化的目标。1.2 国内外研究现状通航水流条件进行研究是基于河道水动力学模型的计算结果，分别对航深、航宽、弯道半径、桥梁净空及水流流速、流态等方面的因素进行分析，确定3000t 级下的适航范围 4。在我国，内河航道通航总里程居世界内河第一位，水运对我国经济起着举足轻重的作用。长江上游主要是山区河流，河道弯曲，险滩密布，水流较为湍急，严重威胁着航运安全。航道水深是由船舶的吃水深度和富裕水深两部分共同组成,富裕水深包括了船舶的下沉量、通航建筑物营运过程中引起的水位变化、船行波以及触底安全富裕量 5；航道的有效宽度是由航迹带宽度、船舶间的富裕宽度和船体与
19、航道边缘的富裕宽度几部分共同组成。船舶在弯曲航道的安全航行需要满足一定的航行宽度和水深要求，另外，航道的弯曲半径不可以过小 6。对于急弯河段航道而言，由于弯曲半径过小，加之弯道水流流速的分布不均以及流向的不断变化，使得船舶运动状态变得非常复杂，不但需要不停地调整航行方向以使船舶顺着弯道行驶，还要绕其本身重心不停地转动，船舶的操作难度增加 7。船舶通过弯曲航道时，船舶的航迹带宽度和附加航宽会随着弯道的曲率半径和水流状态变化而变化，弯道的曲率半径愈大，水流愈平缓，船舶过弯道时的航迹带宽度和附加宽度就越小。另外，船舶尺度越大，其航迹带宽度和附加航宽也越大 8。为保证船舶安全通过弯道，需要增加航道的宽
20、度。美国在航道规划与治理方面起步较早，从上世纪三十年代初，美国的相关专家对其国家的内河航道制订了非常全面的规划 9。他们进行了很多的河道治理工程，诸如把航道裁弯取直、疏浚航道和炸沉暗礁等。另外，他们在大部分河流上通过构筑闸坝、渠化航道、壅高航道水位等手段来增加航深、航宽、减小水流流速，从而达到改善天然航道航行条件的目的。与此同时，他们还开挖了很多人工运河，耗费了近半个世纪的时间，才形成了现在比较通达的内河运输网络体系。莱茵河是欧洲西部最大的河流，其流经奥地利、法国、德国和荷兰等欧洲发达国家，在鹿特丹以西流入北海，全长共 1320km10。莱茵河因为充沛和均华北电力大学本科毕业设计（论文）3匀水
21、量，使它成为了世界上航运价值和利用率最高的河流中的一员。在整个航道开发过程中，沿途的各个国家都采取了大量的工程设施，诸如修建堤防、围堰、大坝以及河道疏浚、裁歪取直、截断小支流和建筑导流墙、冲刷回填、滩地堤等，通过这些措施来改善水流条件，壅高水位，增加航宽。各种的措施的实施对于莱茵河货运量的提升提供了巨大的帮助，也进一步推动了莱茵河航运业的蓬勃发展。在内河航运监管体系建设方面，目前我国已初步建立的有船舶交通管理系统（VIS ） ，该系统主要是为了确保船舶航行安全、提高航运效率和保护环境等，但是该系统具有一定的不足：跟踪精度较其他系统低；另外，在不利的天气条件下，系统的可靠性不高，容易遭到人为的影
22、响 11-12。船舶自动识别系统（AIS） ，该系统集合了多种技术，它通过广播的形式为附近的船舶信息，使船舶在行驶过程中不断调整航行状态，从而规避潜在的风险，确保了船舶的航行安全。闭路电视系统（CCTV） ，该系统对于海事监管部门的工作有极大的帮助，它可以对水上交通进行实时的监测，还可以保存影像，对于处理水上事故提供佐证。由于多种监管系统的共存，各系统的融合研究变得异常重要。VTS 和AIS 的融合 13-14，使它们可以形成很好的互补，将各自的优势发挥到最大。这种多维度的监管，为确保内河水运安全提供很好的系统支持。1.3 设计（论文）的主要研究内容及预期目标本文对长江江津至重庆段航道的通航水
23、流条件进行研究，收集该段航道通航水流条件基础数据和处理，利用 ArcGis 软件将已有的数据输入并进行绘图。通过不同的颜色标注，分别将通航航道对航深、航宽、弯道半径、桥梁净空及水流流速、流态用图画的方式显示出来，然后进行叠加，即可得到该段航道的适航范围。此外，利用先进的信息、空间技术实现船舶定位、通讯、查询、监控、预警、应急救援等功能，为航运管理提供全面高效、行之有效的信息化管理手段，最终达到水路交通智能化，是航运管理的目标和方向。1.4 本文文章结构本文的研究思路与文章结构如图 1-1 所示。华北电力大学本科毕业设计（论文）4图 1-1 文章结构图华北电力大学本科毕业设计（论文）5第 2 章
24、 内河航道船舶通航能力分析2.1 各国内河通航标准分析内河航道是指能够满足船舶航行并能确保其安全的，具备足够的航道水深、航道宽度、净空尺度和弯曲半径的内河水域。由于标准的不同，航道的分类也大相径庭，按照航道的管理性质可以分为专用航道、地方航道和国家航道；按照航道的成因可以分为天然航道、人工开凿航道和渠化航道；按照航道所在的位置可以分为内河航道和沿海航道；此外，按照航道所在航段处的特点不同，又可分为桥区航道、港区航道和坝区航道等 15。世界各国的内河通航标准都有着一定的不同之处，俄罗斯的内河水道等级划分与桥梁通航净空标准将该国的内河航道划分为 7 个等级，全国重要的长途水运干线定为一级航道；连接
25、各大经济区的水运干线定为二、三级航道；区内地方性航道定为四、五级航道；一般的交通直线定为六、七级航道。欧洲是按照典型的船舶吨位、船舶型号和船队尺度来划分内河通航标准的。典型的船型有两种，分别为分节驳与机动驳；有三种主要的运输方式，分别为机动驳、分节驳顶推与机动驳顶推，它的内河通航标准分为东欧和西欧两类共 7 个等级，在一、二、三级航道划分上，东西欧的典型船舶尺寸、满载重量和通航净高方面都不相同；在四、五、六、七级航道上分别通航航机动驳和顶推船队，并且主要以顶推船队来划分国际航道等级 16。美国的内河通航标准是按照航道的水深区分的，共分了 5 个等级，水深大于或等于 4.27m 的航道为一级航道
26、，水深在 3.66m 到 4.27m 为二级航道，水深在 2.74m 到 3.66m 的是三级航道，水深在1.83m 到 2.74m 的是四级航道，水深 1.83m 一下的是五级航道。此外，在天然河道上架设的桥梁，同行的宽度是标准法定航道通航宽度的 1 倍到 1.7 倍，在渠化河道架设的桥梁，通航宽度则成为标准法定航道通航宽度的 1.7 倍到 3 倍17。在通航标准的制定方面，各国都是将航道划分为不同的等级，即使在划分方法和标准存在不同，但是在基本的划分过程中所考虑的主要影响因素是相同的，即航道通航水深、航道通航宽度、通航净高净跨、航道通航曲率半径以及船型尺度等因素。因此，在通航标准的制定上，
27、各国都是将航道进行等级划分，虽然划分的方式存在不同，但在划分的过程中，主要考虑的一些影响因素是一致的，如航道水深、航道宽度、通航净高净跨、航道曲率半径以及船型尺度等因素。因此，本文通航能力分析主要基于我国内河通航标准规范，并从航深、航宽、弯道半径、桥梁净空及水流流速、流态等方面的因素进行分析。华北电力大学本科毕业设计（论文）6为进一步完善我国的内河通航体系标准，加快内河通航的系统化和现代化建设步伐，充分发挥内河运输的巨大优势，以适应我国交通运输的发展需要，2004 年我国正式颁布内河通航标准的国家标准，按照内河通航标准以我国内河航道可通航的船舶吨级来划分，共分为 7 个等级，并根据典型船舶、船
28、队尺寸和航道尺寸进行了相应的规范 18，相应规范如图表 2-1 所示；天然和渠化河流航道断面图如图 2-2 所示。2-1 天然和渠化河流航道尺度航道尺度航道等级船舶吨级t代表船型尺度m（长*宽*设计吃水）代表船舶、船队 船舶、船队尺度m（长*宽*设计吃水）水深 直线段行宽单线双线弯曲半径406.064.83.5 125 250 1200316.048.63.5 100 195 9503000 驳船90.016.23.5货船110.016.23.0223.032.43.53.54.070 135 670390.048.62.6 100 190 810186.032.42.6 70 130 560
29、 2000驳船75.016.22.6货船90.016.22.6 182.016.22.62.63.040 75 550238.021.62.0 55 110 720167.021.62.0 45 90 500 1000驳船67.510.82.0货船85.010.82.0160.010.82.02.02.430 60 480167.021.61.6 45 90 500112.021.61.6 40 80 340111.010.81.6 500驳船45.010.81.6货船67.510.81.6 67.510.81.61.61.930 50 33094.018.41.3 35 70 28091.0
30、9.21.3 300驳船35.09.21.3货船55.08.61.355.08.61.31.31.622 40 270188.07.01.0 100驳船32.07.01.0货船455.51.0 45.05.51.01.01.2 15 30 180 50 驳船24.05.50.7货船145.05.50.7 0.70.9 12 24 130华北电力大学本科毕业设计（论文）732.55.50.7 32.55.50.7图 2-2 天然和渠化河流航道横断面图江津至重庆航段位于长江上游，由于河道整治和三峡水利枢纽的修建，航道通航条件大为改善，按照上述规范要求该段航道可升级为国家一级航道，大部分时段可满足
31、3000t 级船舶通航。2.2 内河航道的通航能力和影响因素研究2.2.1 内河航道通航能力概念在传统意义的角度上讲，内河航道通航能力的概念在宏观的交通领域被定义为：在航道的控制段（如闸坝区、桥梁区、险滩狭窄航段等）上按照枯水期的航道条件，一年之中能够双向通过的货物重量或者船舶的数目，一般情况下，按照年均运输的物品总量作为计量单位（万吨/年） ，或者还可以按照航道通过的船舶数量作为计算单位（艘/年） ，是一个体现航道过货能力的标尺 19。然而在现实情况中，航道船舶的通航能力应该扩展到船舶驾驶员的行船领域，当有关专家站在船舶驾驶员的角度和立场上，通过理论分析和现场实验的方法，允许航道通过最大船舶的尺度和确保通航安全等问题进行了相关的研究，深入挖掘船舶航道的通航能力对于驾驶员的影响，该研究可以对在内河航道行驶中的船舶驾驶员起到一定的指导作用。如果将这层含义加入到航道通航能力中，其含义也将得到扩展，但是因为没有人提出一个明确的概念，使得人们将航道通航能力仅局限在宏观交通规划的意义上。2.2.2 内河航道通航能力计算在内河航道通航能力的计算方面，在近几十年里，各国专家在相关领域都做了非常多的研究，同时并获得了一系列的研究成果。尤其是国外那些内河航运发达的国家和地区，如俄罗斯和欧洲等国，他们在利用计算模型和计算机模拟等方法进行理论研究的同时，还开发出了适应于各国实际情况的计算方法，
