小清河航道防淤排淤問題研究

薛 杰，孫 冰 ，吳 峰

(1.中交煙臺環(huán)保疏浚有限公司，山東煙臺 264000；2.山東省交通規(guī)劃設(shè)計院，山東濟(jì)南 250031)

山東省內(nèi)河沿岸腹地要求通航的呼聲越來越高，貨源有充足保障，通航面臨的兩大難題是水源和泥沙淤積問題，水源可以通過南水北調(diào)調(diào)水、建立航運(yùn)樞紐節(jié)水、加大引黃水量等措施得到解決，但泥沙淤積問題，尤其是部分入海航道河口攔門沙的礙航問題，一直是我省甚至全國的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。這一研究工作進(jìn)展最快，效果最明顯的是長江航道攔門沙的治理，但我省這方面的工作乏善可陳，至今小清河、套兒河等河道因為泥沙的原因，通航難題未能解決。

為實現(xiàn)我省內(nèi)河航道的開發(fā)，加速內(nèi)河航道與港口的建設(shè)，本文以小清河航道河口淤積現(xiàn)狀分析為基礎(chǔ)，展開研究與探討，為治理整條小清河淤積提供理論依據(jù)，供管理部門及建設(shè)單位決策時參考。

1 泥沙特性與淤積分析

小清河河道內(nèi)的沉積物砂質(zhì)粉砂的比例最多，為50.8%，其次為細(xì)砂，為27.0%。小清河河道內(nèi)粒徑>0.10 mm 與<0.10 mm 的物質(zhì)分布各半；小清河河口區(qū)域以粒徑為0.10～0.15 mm 的物質(zhì)分布為主。樣品分析結(jié)果表明，本區(qū)沉積物中值粒徑為0.037 8～0.378 9 mm，平均粒徑為0.129 7 mm，沉積物總體上由近岸向外海逐漸變細(xì)。

小清河河口呈喇叭狀向外海擴(kuò)展，河道兩側(cè)為寬闊的岸灘，河口攔門沙淺段寬約3.2 km。以10#浮標(biāo)至8#浮標(biāo)段航槽為例進(jìn)行分析。圖1為2004年和2011年10#浮標(biāo)至8#浮標(biāo)段航槽對比圖。由圖1可知，相比2004年，2011年航槽深泓線南移約65 m；其中10#浮標(biāo)至9#浮標(biāo)段深泓線平均水深由2004年的-2.2 m增至2011年的-3.2 m，平均增深1.0 m，9#浮標(biāo)至8#浮標(biāo)段深泓線平均水深由2004年的-2.0 m增至2011年的-2.9 m，平均增深0.9 m[1]。

攔門沙段深槽呈現(xiàn)明顯的逐年南移趨勢，航道平面不穩(wěn)定，航槽一直處于淤積的狀態(tài)，海事部門需要重新往南定測下一階段的航槽，重新設(shè)置航標(biāo)。近年來在通航船舶和自然動力的聯(lián)合作用下，新定測航槽水深雖有所增加，通航條件明顯改觀，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到通航海輪所需要8 m以上的水深。

2 航道防淤、清淤措施

2.1 航道防淤措施

小清河是沖積性河流，河道水流中夾帶的泥沙是落雨形成水流沖刷地面后匯流生成的，泥沙顆粒的大小由流域的地質(zhì)條件決定。要徹底防止航道淤積非常困難，因此防淤是指盡量減小淤積或減緩淤積，使淤積厚度在很長一段時間內(nèi)，控制在要求范圍內(nèi)。

圖1 小清河河口等深線平面示意圖

1)港址優(yōu)選。港址的優(yōu)良與否，關(guān)系到設(shè)計、施工及運(yùn)營工作，除考慮地形、水深、地質(zhì)、水文等條件外，保持進(jìn)港航道穩(wěn)定暢通、港內(nèi)水域平穩(wěn)及避免嚴(yán)重淤積是焦點(diǎn)。小清河是平原河流，凸出的磯頭附近，岸邊流態(tài)變化大，附近有回流產(chǎn)生，易形成淤積區(qū)，因此應(yīng)避免選作港址。同時宜采取防護(hù)措施，以穩(wěn)定港區(qū)上下游的河槽，防止建港后河道遷徙，減輕航道的淤積壓力。

2)航道截彎取直。沖積平原的河流在螺旋流的作用下，凹岸受到侵蝕，凸岸發(fā)生堆積，這是彎曲型河床發(fā)育過程中最主要的特征。當(dāng)彎曲型河床發(fā)展到一定階段，上、下兩個反向河灣按某個固定點(diǎn)，呈S形向兩側(cè)擴(kuò)張，河曲頸部愈來愈窄，水流遇到阻力，易形成漫灘，流速下降，造成新的泥沙淤積。航道截彎是將過彎的河道裁去，另開辟新的較直的河道。這樣有利于河水的流動，不僅在汛期可以防止由于河道過彎水流不暢導(dǎo)致的河水漫灘泛濫，也可以有效避免河道凹岸沖刷、凸岸淤積。取直形成的新河道因縮短流程，比降有所增大，往往迅速拓寬，發(fā)展成為利于航行的主槽。若在實際工程實施中輔以導(dǎo)堤、丁壩等防護(hù)建筑物，則防止淤積和沖刷效果更加明顯，更有利于減輕河道淤積。

3)植被防淤。小清河河道的顯著特點(diǎn)之一是存在漫灘，洪水時河灘被水流淹沒。由于洪水中后期水流流速快，對灘地邊緣沖刷，造成灘地邊緣坍塌，淤積河道。為防止灘地水土流失，減小水流中的泥沙含量，可在灘地進(jìn)行植樹造林，或栽植抗沖刷能力較強(qiáng)的植物，以增加灘地植被，減小沖刷，使灘地邊緣得到鞏固，使河流主槽變化保持在很小的范圍內(nèi)。

4)建設(shè)儲水、擋水建筑物。小浪底水庫每年對黃河進(jìn)行的調(diào)水調(diào)沙沖淤方式，已經(jīng)取得了顯著的成效，已使黃河河底標(biāo)高逐年下落?？梢越梃b這種方式對小清河進(jìn)行水量調(diào)節(jié)，起到?jīng)_刷河道的目的。小清河流洪水時期流量大，流速快，往往引起干、支流和灘地底沖刷，使河道含沙量增大，造成河道淤積。選擇在港區(qū)或船閘上游河道適當(dāng)較寬的位置，擴(kuò)大蓄水面積，建設(shè)梯級儲水、擋水建筑物或沉沙池，或者擴(kuò)建支流上各水庫、湖的儲水面積和儲水量，把洪水全部或大部分?jǐn)r儲，使水流中的泥沙部分或大部分沉積后，再由節(jié)制閘調(diào)節(jié)水流注入下游河道，對小清河的水量進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣，不但可以調(diào)節(jié)河流水位，也可以有效防止河道淤積。雖然一次性投資較大，但對于長期效益來說，是比較經(jīng)濟(jì)實用的方法，會對小清河航道的防淤排淤起到很好的作用。

2.2 航道清淤措施

目前，國內(nèi)外的內(nèi)河港口、航道的清淤，主要采用人工挖泥方式和利用自然水流條件清淤。

1)干挖清淤措施。對于內(nèi)河港口、航道的干挖清淤，大都采用挖掘機(jī)。具體做法是，在河流枯水季節(jié)，在岸邊使用挖掘機(jī)將淤泥挖出，然后由汽車運(yùn)走。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是，操作簡單。缺點(diǎn)是，清淤不徹底，棄淤場地面積大，受季節(jié)限制，受氣象影響大，清淤不及時，每年都需要投資清淤，費(fèi)用大，效果不明顯，只適合淤積面積小的河道使用。

2)濕挖清淤措施。濕挖方式是采用挖泥船用抓斗機(jī)把河道內(nèi)的淤泥抓取到另一艘船上，然后由汽車運(yùn)走。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是除洪水期，不受季節(jié)限制，清淤及時。缺點(diǎn)是清淤速度慢，淤泥卸船困難，棄淤場地面積大，受氣象條件影響大。

3)攪沖吸式清淤措施。泥漿船攪沖吸方式清淤是一種效果顯著的濕挖方式。該種方式工作原理是：在工作船上，安裝高壓噴水槍和攪吸組合裝置，將淤泥攪動再由高壓噴水槍沖起，使局部水體的含沙量增大成稀泥漿，再由高壓水泵將水體吸出，經(jīng)由管道輸送到距離航道較遠(yuǎn)的壩外低洼處。經(jīng)過沉淀后的清水，還可以反流回上游河道。或?qū)⒊恋砗蟮那逅⑷氲礁鄢卮a頭水域，減小碼頭前懸浮質(zhì)的含量，對防止港池淤積起到一定的作用。該種作業(yè)方式的優(yōu)點(diǎn)是除洪水期外不受季節(jié)限制和氣象影響、清淤及時、可長期連續(xù)不斷的作業(yè)、人員配備少、清淤成本低、見效快。間接效益是棄淤地點(diǎn)是低洼地，可圍墾造田，改良耕地，還可利用棄淤加固加高河道防洪堤壩。缺點(diǎn)是一次性投資大。

4)利用河道水流清淤。主要是利用河道洪水期水流流速流量大、挾沙能力強(qiáng)的沖淤作業(yè)方法。在泄洪時期，隨著洪峰流量的上漲，不僅水位上升，同時河床不斷刷深，使得河道的過流能力迅速增加，作用在床面上的剪力增大，底沙輸沙強(qiáng)度增強(qiáng)，即使部分大粒徑的粗沙在洪峰期也能順利輸送。在最大洪峰時, 水深達(dá)最大，底沙輸沙強(qiáng)度最大，在最大洪峰稍后河床高程一般到達(dá)最低。除此之外，也可以輔以人工配合作業(yè)，在洪水到達(dá)前要著重選好作業(yè)部位，集中射流船只，低航速、高強(qiáng)度進(jìn)行射流作業(yè)，充分利用洪水漲水過程流速大、水流挾沙力強(qiáng)的特點(diǎn)，借助洪水能量，引導(dǎo)洪水沖刷輸沙。該方法的缺點(diǎn)是受季節(jié)影響明顯。

3 預(yù)防和消除河口攔門沙措施

攔門沙的水較淺，嚴(yán)重阻礙航行。為了便于航運(yùn)，往往采用疏浚的方法挖深航道穿過攔門沙，或修筑導(dǎo)堤，利用水流力量刷深航道，或兩者兼用。由于不同時期徑流挾帶的泥沙量不同，往往是挖了積，積了再挖，其效果不明顯。

3.1 導(dǎo)堤

用導(dǎo)堤改善航道攔門沙，一般采用雙突堤，用束水攻沙的道理刷深航道，同時可以阻止沿岸推移質(zhì)滾入航道，引起淤淺。由岸上開始，兩條導(dǎo)堤間距可漸趨減少，成收斂狀，或保持平行狀。當(dāng)河流入海河口擴(kuò)大為寬水面時，采用收斂式，否則采用平行式。導(dǎo)堤間距應(yīng)與河口段河道最良好的部分寬度相同。導(dǎo)堤的走向既應(yīng)考慮船舶進(jìn)入口門時方便，也應(yīng)考慮沿岸流對泥沙運(yùn)動的影響。如從河口流出的水流方向與沿岸流的方向成不大的角度，兩者合并后能形成較強(qiáng)的水流，將泥沙帶到離口門較遠(yuǎn)的地點(diǎn)沉落，減少航道的淤積。

3.2 潮汐

利用潮汐落差改善航道攔門沙，具體方法為：在河口兩側(cè)修建潮汐蓄水庫，利用漲潮時的平潮水位，把海水?dāng)r蓄在潮汐水庫內(nèi)。落潮后，水庫攔儲的潮水與海平面形成一定的水位差。利用水位差，水庫攔儲的潮水與航道下泄的水流混合，不但增加了河口水流的下泄流速與流量，而且潮水經(jīng)過水庫的沉淀，含沙量要比正常海水少50%以上。這部分水體與河流的水體混合后，改變了河流下泄水體的流量、流速和挾沙量，減少了泥沙落淤的速度，使水流將泥沙帶到離口門較遠(yuǎn)的海床沉落，阻止了泥沙在河道口門形成攔門沙。河口整治措施為河口潮汐水庫結(jié)合現(xiàn)航槽雙導(dǎo)堤方案如圖2所示，改善了水流方向，引導(dǎo)落潮水流和出庫水流沿著設(shè)計方向行進(jìn)。這樣不僅擋住了北方來沙，還可以對航道口門進(jìn)行沖刷。經(jīng)過每日的潮水利用，不斷沖刷入?？?，再輔以上游的防淤、清淤措施，河口攔門沙的通航條件將會得到顯著改善。

圖2 河口潮汐蓄水庫及導(dǎo)流堤示意圖

4 結(jié)語

本文針對小清河航道、河口的具體情況進(jìn)行理論分析研究，如要實際應(yīng)用，還應(yīng)進(jìn)行模擬試驗。

參考文獻(xiàn)：

[1]交通運(yùn)輸部，天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所.濰坊港總體規(guī)劃建港條件分析及泥沙淤積研究報告[R].天津，2011.