小清河航道防淤排淤问题研究

2013-12-03薛杰，孙冰，吴峰

山东交通学院学报 2013年2期

薛杰，孙冰，吴峰

(1.中交烟台环保疏浚有限公司，山东烟台 264000；2.山东省交通规划设计院，山东济南 250031)

山东省内河沿岸腹地要求通航的呼声越来越高，货源有充足保障，通航面临的两大难题是水源和泥沙淤积问题，水源可以通过南水北调调水、建立航运枢纽节水、加大引黄水量等措施得到解决，但泥沙淤积问题，尤其是部分入海航道河口拦门沙的碍航问题，一直是我省甚至全国的研究重点和难点。这一研究工作进展最快，效果最明显的是长江航道拦门沙的治理，但我省这方面的工作乏善可陈，至今小清河、套儿河等河道因为泥沙的原因，通航难题未能解决。

为实现我省内河航道的开发，加速内河航道与港口的建设，本文以小清河航道河口淤积现状分析为基础，展开研究与探讨，为治理整条小清河淤积提供理论依据，供管理部门及建设单位决策时参考。

1 泥沙特性与淤积分析

小清河河道内的沉积物砂质粉砂的比例最多，为50.8%，其次为细砂，为27.0%。小清河河道内粒径>0.10 mm 与<0.10 mm 的物质分布各半；小清河河口区域以粒径为0.10～0.15 mm 的物质分布为主。样品分析结果表明，本区沉积物中值粒径为0.037 8～0.378 9 mm，平均粒径为0.129 7 mm，沉积物总体上由近岸向外海逐渐变细。

小清河河口呈喇叭状向外海扩展，河道两侧为宽阔的岸滩，河口拦门沙浅段宽约3.2 km。以10#浮标至8#浮标段航槽为例进行分析。图1为2004年和2011年10#浮标至8#浮标段航槽对比图。由图1可知，相比2004年，2011年航槽深泓线南移约65 m；其中10#浮标至9#浮标段深泓线平均水深由2004年的-2.2 m增至2011年的-3.2 m，平均增深1.0 m，9#浮标至8#浮标段深泓线平均水深由2004年的-2.0 m增至2011年的-2.9 m，平均增深0.9 m[1]。

拦门沙段深槽呈现明显的逐年南移趋势，航道平面不稳定，航槽一直处于淤积的状态，海事部门需要重新往南定测下一阶段的航槽，重新设置航标。近年来在通航船舶和自然动力的联合作用下，新定测航槽水深虽有所增加，通航条件明显改观，但远远达不到通航海轮所需要8 m以上的水深。

2 航道防淤、清淤措施

2.1 航道防淤措施

小清河是冲积性河流，河道水流中夹带的泥沙是落雨形成水流冲刷地面后汇流生成的，泥沙颗粒的大小由流域的地质条件决定。要彻底防止航道淤积非常困难，因此防淤是指尽量减小淤积或减缓淤积，使淤积厚度在很长一段时间内，控制在要求范围内。

图1 小清河河口等深线平面示意图

1)港址优选。港址的优良与否，关系到设计、施工及运营工作，除考虑地形、水深、地质、水文等条件外，保持进港航道稳定畅通、港内水域平稳及避免严重淤积是焦点。小清河是平原河流，凸出的矶头附近，岸边流态变化大，附近有回流产生，易形成淤积区，因此应避免选作港址。同时宜采取防护措施，以稳定港区上下游的河槽，防止建港后河道迁徙，减轻航道的淤积压力。

2)航道截弯取直。冲积平原的河流在螺旋流的作用下，凹岸受到侵蚀，凸岸发生堆积，这是弯曲型河床发育过程中最主要的特征。当弯曲型河床发展到一定阶段，上、下两个反向河湾按某个固定点，呈S形向两侧扩张，河曲颈部愈来愈窄，水流遇到阻力，易形成漫滩，流速下降，造成新的泥沙淤积。航道截弯是将过弯的河道裁去，另开辟新的较直的河道。这样有利于河水的流动，不仅在汛期可以防止由于河道过弯水流不畅导致的河水漫滩泛滥，也可以有效避免河道凹岸冲刷、凸岸淤积。取直形成的新河道因缩短流程，比降有所增大，往往迅速拓宽，发展成为利于航行的主槽。若在实际工程实施中辅以导堤、丁坝等防护建筑物，则防止淤积和冲刷效果更加明显，更有利于减轻河道淤积。

3)植被防淤。小清河河道的显著特点之一是存在漫滩，洪水时河滩被水流淹没。由于洪水中后期水流流速快，对滩地边缘冲刷，造成滩地边缘坍塌，淤积河道。为防止滩地水土流失，减小水流中的泥沙含量，可在滩地进行植树造林，或栽植抗冲刷能力较强的植物，以增加滩地植被，减小冲刷，使滩地边缘得到巩固，使河流主槽变化保持在很小的范围内。

4)建设储水、挡水建筑物。小浪底水库每年对黄河进行的调水调沙冲淤方式，已经取得了显著的成效，已使黄河河底标高逐年下落。可以借鉴这种方式对小清河进行水量调节，起到冲刷河道的目的。小清河流洪水时期流量大，流速快，往往引起干、支流和滩地底冲刷，使河道含沙量增大，造成河道淤积。选择在港区或船闸上游河道适当较宽的位置，扩大蓄水面积，建设梯级储水、挡水建筑物或沉沙池，或者扩建支流上各水库、湖的储水面积和储水量，把洪水全部或大部分拦储，使水流中的泥沙部分或大部分沉积后，再由节制闸调节水流注入下游河道，对小清河的水量进行调节。这样，不但可以调节河流水位，也可以有效防止河道淤积。虽然一次性投资较大，但对于长期效益来说，是比较经济实用的方法，会对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，国内外的内河港口、航道的清淤，主要采用人工挖泥方式和利用自然水流条件清淤。

1)干挖清淤措施。对于内河港口、航道的干挖清淤，大都采用挖掘机。具体做法是，在河流枯水季节，在岸边使用挖掘机将淤泥挖出，然后由汽车运走。这种方式的优点是，操作简单。缺点是，清淤不彻底，弃淤场地面积大，受季节限制，受气象影响大，清淤不及时，每年都需要投资清淤，费用大，效果不明显，只适合淤积面积小的河道使用。

2)湿挖清淤措施。湿挖方式是采用挖泥船用抓斗机把河道内的淤泥抓取到另一艘船上，然后由汽车运走。这种方式的优点是除洪水期，不受季节限制，清淤及时。缺点是清淤速度慢，淤泥卸船困难，弃淤场地面积大，受气象条件影响大。

3)搅冲吸式清淤措施。泥浆船搅冲吸方式清淤是一种效果显著的湿挖方式。该种方式工作原理是：在工作船上，安装高压喷水枪和搅吸组合装置，将淤泥搅动再由高压喷水枪冲起，使局部水体的含沙量增大成稀泥浆，再由高压水泵将水体吸出，经由管道输送到距离航道较远的坝外低洼处。经过沉淀后的清水，还可以反流回上游河道。或将沉淀后的清水注入到港池码头水域，减小码头前悬浮质的含量，对防止港池淤积起到一定的作用。该种作业方式的优点是除洪水期外不受季节限制和气象影响、清淤及时、可长期连续不断的作业、人员配备少、清淤成本低、见效快。间接效益是弃淤地点是低洼地，可围垦造田，改良耕地，还可利用弃淤加固加高河道防洪堤坝。缺点是一次性投资大。

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、挟沙能力强的冲淤作业方法。在泄洪时期，随着洪峰流量的上涨，不仅水位上升，同时河床不断刷深，使得河道的过流能力迅速增加，作用在床面上的剪力增大，底沙输沙强度增强，即使部分大粒径的粗沙在洪峰期也能顺利输送。在最大洪峰时, 水深达最大，底沙输沙强度最大，在最大洪峰稍后河床高程一般到达最低。除此之外，也可以辅以人工配合作业，在洪水到达前要着重选好作业部位，集中射流船只，低航速、高强度进行射流作业，充分利用洪水涨水过程流速大、水流挟沙力强的特点，借助洪水能量，引导洪水冲刷输沙。该方法的缺点是受季节影响明显。

3 预防和消除河口拦门沙措施

拦门沙的水较浅，严重阻碍航行。为了便于航运，往往采用疏浚的方法挖深航道穿过拦门沙，或修筑导堤，利用水流力量刷深航道，或两者兼用。由于不同时期径流挟带的泥沙量不同，往往是挖了积，积了再挖，其效果不明显。

3.1 导堤

用导堤改善航道拦门沙，一般采用双突堤，用束水攻沙的道理刷深航道，同时可以阻止沿岸推移质滚入航道，引起淤浅。由岸上开始，两条导堤间距可渐趋减少，成收敛状，或保持平行状。当河流入海河口扩大为宽水面时，采用收敛式，否则采用平行式。导堤间距应与河口段河道最良好的部分宽度相同。导堤的走向既应考虑船舶进入口门时方便，也应考虑沿岸流对泥沙运动的影响。如从河口流出的水流方向与沿岸流的方向成不大的角度，两者合并后能形成较强的水流，将泥沙带到离口门较远的地点沉落，减少航道的淤积。

3.2 潮汐

利用潮汐落差改善航道拦门沙，具体方法为：在河口两侧修建潮汐蓄水库，利用涨潮时的平潮水位，把海水拦蓄在潮汐水库内。落潮后，水库拦储的潮水与海平面形成一定的水位差。利用水位差，水库拦储的潮水与航道下泄的水流混合，不但增加了河口水流的下泄流速与流量，而且潮水经过水库的沉淀，含沙量要比正常海水少50%以上。这部分水体与河流的水体混合后，改变了河流下泄水体的流量、流速和挟沙量，减少了泥沙落淤的速度，使水流将泥沙带到离口门较远的海床沉落，阻止了泥沙在河道口门形成拦门沙。河口整治措施为河口潮汐水库结合现航槽双导堤方案如图2所示，改善了水流方向，引导落潮水流和出库水流沿着设计方向行进。这样不仅挡住了北方来沙，还可以对航道口门进行冲刷。经过每日的潮水利用，不断冲刷入海口，再辅以上游的防淤、清淤措施，河口拦门沙的通航条件将会得到显著改善。