水域救援激流水道技术要求与实践

戴晓兵 王立杰 周望武

在全球气候变暖、极端天气频发的大背景下，国家应急管理部消防救援局组建了8 支水域救援大队，各省市根据洪涝灾害特点成立了专业水域救援队伍，并引进国外水域救援技术和装备，开展水域救援专业技能培训，提升了水域救援能力。总体而言，面对水域事故突发性、环境危险性和时间紧迫性等复杂多变的特点，水域救援人员普遍存在理论知识不足、培训场地匮乏、实操训练偏少的问题，导致救援能力不足且救援技术相对薄弱。据统计2018年12月至2021年9月，消防救援队伍在水域救援行动中有15 名救援队员伤亡[1][2]。结合实际情况，国务院对“十四五”时期安全生产、防灾减灾救灾等工作进行全面部署，2021年12月印发《“十四五”国家应急体系规划》，明确提出建设国家级水域救援专业训练基地的要求。

1 水域救援流态特性

水域救援过程中，水域灾害场景常见复杂且非常危险的水流流态主要包括：沸腾线、翻滚流、微笑流、皱眉流、覆盖流、漩涡流、回流区及V 字流等。

1.1 沸腾线

沸腾线通常发生在滚水坝、拦水闸、低水头溢流堰等泄水建筑物的下游水域处，主要流态特征表现为：水流以跌流或挑流的形式射入下游水体中，在水流剪切与拖曳作用下，下游水体形成快速运动的表面横轴漩滚（见图1），同时水流挟带大量空气，使得水体内部大量掺气，含气量可达到40%～50%，水体密度降低，浮力显著减小，遇险人员极易因水流拖曳和浮力不足而被闭锁在漩滚区内难以自行脱困，是最常遇见的极度危险水流。

投资开发前期应充分了解拟投资东道国国家电力公司(购电方)资金实力，其是否具备足够的资金支付相关电费，同时应了解国家电力公司终端用户电价情况，若该国为了保障终端用户电力需求，实行大额电费补贴，则很可能出现电费倒挂情况，一旦政府补贴不到位，该国电力公司资金状况将面临较大问题。

图1 沸腾线立面流态

1.2 翻滚流

在天然河道中，水流经过斜坡段时获得落差，势能转化动能，速度急剧增大，并呈现为急流流态。当水流流经河床变坡处或沟槽处、并以水跃形式从急流过渡到缓流时，水跃跃首的表面横轴漩滚区即为翻滚流（见图2）。当遇险人员被卷入表面漩滚时难以自行脱困。

图2 翻滚流立面流态

1.3 微笑流

在天然河道中，水流常常遇到高出水面的桥墩、孤石等障碍物阻挡，在障碍物迎水面形成滞点且水面壅高；壅高水流在重力作用下沿着障碍物两侧边壁产生侧向绕流，并且在脱离边壁后形成分离漩涡。微笑流流态特征主要表现为：障碍物迎水面水面壅高，压力增大，流线侧向弯曲；障碍物两侧水面凹陷形成分离漩涡，边壁压力降低（见图3）。遇险人员被水流挤压在障碍物迎水面，或卷入分离漩涡后吸贴在障碍物壁面或底部，难以自然流出。

图3 微笑流平面流态

水域救援训练设施主要由游泳池（蓄水池）、激流水道、水泵及供配电系统、训练配套用房及水域救援器材装备等部分构成，激流水道是最重要的组成部分，也是关键所在。激流水道是用于模拟天然河道中水域灾害场景的水流流态、为水域救援人员提供专业技能培训的特殊人工水渠。激流水道为救援人员提供安全、便利的实操训练场地，避免在复杂多变的天然河道训练时发生不必要的人身伤亡事故[3][4]。

当水流受到岩壁、直立河岸等障碍物的正面阻挡，水流向上爬高形成涌浪，障碍物壁面压力增大。一方面涌浪在最高处产生翻转，翻转水流跌落时与底部水流发生碰撞形成激溅水流，另一方面水面壅高后沿着障碍物壁面侧向流动，形成侧向回流区。尤其当河床局部向下凹陷或障碍物壁面倒悬，水流具有向下运动的空间时，一部分水流向上运动形成涌浪，另一部分水流向下运动形成螺旋流（见图4）。遇险人员被水流挤压在障碍物壁面，或被螺旋流卷入后吸贴在侧壁或底部，难以自行脱困。

1.4 皱眉流

后来，袁绍攻打曹操。为了报答曹操的照顾，关羽便杀了袁绍的两位大将颜良和文丑，帮助曹操取得了胜利。这时，刘备给关羽写了一封书信，告诉他自己现在身在袁绍营中。关羽接到书信后，非常欣喜，立刻就向曹操告辞。可是曹操不愿关羽离开，就故意避而不见。关羽就把曹操以前送给他的美女和财物全部留下，又将自己的“汉寿亭侯”大印挂在营中，留给曹操一封信，单人匹马护送着两位嫂嫂找刘备去了。

图4 皱眉流立面流态

1.5 覆盖流

在天然河道中，平缓水流经过斜坡段时获得落差，流速增大；或者，湍急水流经过平坡或逆坡段时，流速减小，水流呈现为波状水跃流态即为覆盖流（见图5）。覆盖流流态特征主要表现为：流速较高的底部水流间歇性地向上跃起形成涌浪，水流表面无显著漩滚，或表面漩滚呈现翻转停滞状态，水流以类似于驻波的形式向下游推进，直至表面波动能量衰减完成。覆盖流主要用于舟艇操控训练。

图5 覆盖流立面流态

1.6 漩涡流

在河岸转弯处、凹陷区域或凸出障碍物的下游区域，由于外侧湍急水流强烈的剪切作用，内侧水体被卷吸和拖曳进入下游河道，内侧水体流失、水位降低，当外侧水位高于内侧水位时，在重力作用下产生由外而内的运动水流，即漩涡流（见图6）。漩涡流的流动特征主要表现为水流沿着壁面作相对封闭的运动，与外侧运动水流的交换量较小，漩涡中心区水面凹陷，遇险人员难以自然流出。

图6 漩涡流平面流态

1.7 回流

沸腾线训练时，救援人员采用的入水方式主要有跨步式入水、鱼跃浅跳式入水、团身式入水和探滑式入水，为确保入水时救援人员不冲撞水道底板，训练区域最小水深不应小于2m。沸腾线壅水结构可采用滚水坝型式，上下游水面总落差宜控制在0.8m～1.5m 之间，挑射水流入水速度4m/s～5m/s，入水角不宜大于60 °；训练区域水面宽度不宜小于8m，长度不宜小于10m。

图7 回流平面流态图

1.8 V 字流

智慧城市的发展其实经历了多个阶段，而每一轮发展都是伴随着IT及信息技术的重大突破而产生。上世纪90年代以信息化和全球化为核心的美国新经济时代，美国副总统戈尔提出了数字城市的概念，这是智慧城市最早的雏形和发展基础。而在2000年Wi-Fi技术被提出，并得到快速发展的阶段，无线城市随之应运而生。在之后的几年中物联网、大数据概念诞生，将数据、网络、设备连接起来，进行智能分析，由此智慧城市得以取得快速的发展。未来也许在城市互联、国家互联、能源互联领域将可能取得重大突破的时候，智慧地球也将由概念走向现实。

图8 倒V 字流平面流态图

2 激流水道技术要求

在障碍物下游面，水流脱离边壁后产生旋转方向相反、周期性左右摆动、并且向下游流动的漩涡（亦称回流区/卡门涡街）。在回流区内，水流流态平缓，流速显著小于外侧，可作为救援人员休息、观察或等待救援的区域。

新中国成立后，党和政府十分重视农业科技推广工作。首先，搭建起农业技术推广服务部门。在各省市农业厅、局设立了推广处、科，指导农业生产；其次，制定农业技术推广相关法律。在此期间，《农业科技推广方案》《关于农业科技推广站工作的指示》《1956—1967年全国农业发展纲要(修正草案)》等法律法规为农业技术推广指明了方向，界定了农业技术推广的职能部门及各部门工作职责。

激流水道一般应设置沸腾线、翻滚流、微笑流、皱眉流、覆盖流、漩涡流、回流和V 字流等主要水域灾害场景救援训练功能区，具备舟艇操控、车船覆没救援和水面障碍物翻越等训练条件，同时满足理论知识教学、水流形态识别、基础体能训练、救援技术和自救方法、救援组织与指挥等功能要求[5]。

2.1 沸腾线

在河岸转弯处、凹陷区域、凸出于岸边或高于水面的障碍物下游区域，由于外侧湍急水流的剪切和拖曳作用，带动内侧水体形成多个相对封闭的环向流动，即回流区。该区域内的水流大多呈现为缓流流态（见图7）；对于位于河道中间的桥墩、孤石等障碍物而言，水流从障碍物两侧经过后，在障碍物下游面形成流速相对缓慢的回流区。回流区可作为救援人员休息、观察或遇险人员等待救援的区域。

2.2 翻滚流

翻滚流宜设置在平直段，翻滚流应符合稳定水跃标准，前缘收缩断面流速宜大于4m/s，沿程水深不宜小于0.2m，通常可利用一段1∶5～1∶10 的斜坡获得1.0m 左右的落差。训练区域最小水深不应小于0.8m，水面宽度不宜小于4m，长度不宜小于10m。

当水流遭遇两侧障碍物阻滞时，在障碍物下游区域形成尖端朝向下游的倒“V”字流，V 字外侧水流流速变缓，或呈现为回流流态（见图8）；当水流遭遇到孤立于水中的障碍物时，在障碍物下游区域形成尖端朝向上游的正“V”字流，V 字内侧水流流速变缓，或呈现为回流流态。

2.3 覆盖流

覆盖流宜设置在平直段，覆盖流应符合波状水跃标准，前缘收缩断面流速宜大于3m/s，水深宜大于0.8m，通常可利用一段1∶5～1∶10 的斜坡获得0.5m左右的落差。训练区域最小水深不应小于0.8m，水面宽度不宜小于4m，长度不宜小于10m。

中国的丧葬文化中一直存在着简丧薄葬与隆丧厚葬的对立，这既与社会经济状况相关联，更与文化风俗信仰密不可分。笼统地说来，原始先民限于经济条件实行最原始意义上的简丧薄葬，殷商重鬼神而实行隆丧厚葬；西周用礼制文化弱化与约束殷商旧制，春秋战国礼崩乐坏厚葬之风又有所抬头，至秦代达到一个厚葬高峰；汉代儒学推崇孝文化，隆丧厚葬之风兴盛；魏晋南北朝时代战乱形势促使简丧薄葬盛行，至唐代经济发达厚葬之风再盛；宋元明清时代由于封建制度定型、朝廷等级制度森严，从而进入丧葬相对守制的常态阶段。因此，丧葬主张因时代不同、经济状况不同和文化习俗不同而呈现出各自特点。

2.4 微笑流

微笑流宜设置在平直段，障碍物迎水面应为连续光滑曲面，宜采用圆弧曲面或椭圆曲面，倾角宜为60 °～90 °，与水流运动方向垂直，宽度不宜小于2m，长度宜大于0.5m。障碍物上游水流呈缓流流态，行近流速不宜小于2m/s，最小水深不宜小于0.5m。障碍物下游回流区水深不应小于0.8m。下游训练区域水面宽度不宜小于6m，长度不宜小于10m。

2.5 皱眉流

皱眉流障碍物迎水面应为连续光滑曲面，宜为直立面或倒悬面。障碍物上游水流呈缓流流态，行近流速不宜小于2m/s，最小水深不宜小于0.5m。训练区域最小水深不宜小于1.5m，水面宽度不宜小于4m，长度不宜小于10m。

2.6 漩涡流

漩涡流可设置在封闭的凹型区域内，缺口开口长度和宽度不宜小于2m，边侧流速可取2m/s～4m/s。训练区域水深可取0.5m～1.5m，水面宽度不宜小于4m，长度不宜小于5m。

2.7 回流

在微笑流障碍物背水面、皱眉流障碍物边侧或水道边墙折转角等区域，通常会形成流速缓慢的回流，水流呈缓流流态。训练区域水深可取0.5m～1.5m，水面宽度不宜小于2m，长度不宜小于4m。

2）为整个课程完成后的教学反思。通过整个课程的教学实践，考察课程目标的完成效果，即将理论知识与工程实践相结合的教学方式是否达到预期的目的，效果如何，课程计划的执行情况，等等。总结其中的不足之处与可取之处，积累教学经验，为后续的课程教学提供指导。

2.8 夹角流（V 字流）

V 字流宜设置成尖端朝向下游的倒“V”字流，夹角流内侧水流呈急流流态，外侧水流呈缓流流态。夹角流夹角宜小于90 °，斜长宜大于4m；训练区域水深可取0.5m～1.5m。

2.9 舟艇操控

冲锋舟/摩托艇在水域救援中是必不可少的重要交通工具，发挥着不可替代的作用，舟艇操控是应急救援人员必备的基本技能之一。舟艇操控训练区段应设置有弯道和直道，最小水面宽度不应小于3m，训练长度不宜小于50m，应设置回旋区和停泊休整区，最小水域面积不宜小于6m ×6m。水道最大流速3m/s～5m/s，最小水深不宜小于0.8m，最大涌浪高度不宜大于1.5m。

以前，在医院的门诊预约系统中，按照每位患者4分钟就诊时间来笼统分配号源。但是，不同专科特点不同，不同医生看病习惯不同，接诊的规律和速度都会不一样，医院管理层也希望进一步优化预约管理，更加精细化控制医院人流。

2.10 车船覆没救援

车船覆没救援训练区域可设置在回流区、舟艇操控回旋区或停泊休整区。水深可取0.5m～1.5m，水面宽度不宜小于2m，长度不宜小于5m。

2.11 水面障碍物翻越

水面障碍物翻越可设置在微笑流两侧过水通道内，宜利用预留卡槽固定水面障碍物，并便于拆装。水面障碍物应漂浮于水面，宽度不宜小于2m，长度宜大于0.5m；水流呈缓流流态，流速可取2m/s，最小水深不宜小于0.5m。

3 应用实例

为了常态化开展救援人员水域救援能力专业训练，更好地履行起应急救援的社会责任，湖南省消防救援总队在国内率先启动水域救援训练设施建设，技术人员对激流水道体型进行了水力学物理模型试验[6][7]及数值模拟的论证工作，项目于2021年9月启动建设，2022年5月建成投入运行，是国内第一座规模最大、训练科目最全、完全依托自有技术设计的水域救援训练设施项目。项目经过水域救援专家及救援人员的实训体验，水道流态设计满足实操训练要求。

利用激流水道形成的水域灾害场景，对救援人员开展实景式的理论知识教学、水流形态识别和基础体能训练，尤其针对沸腾线等凶险场景开展救援和脱困训练，显著提高水域救援人员的专业技术能力，提高激流水域救援的成功率和救援人员的安全保障系数；通过递进式调控水道流量，有利于救援指挥人员对灾害场景进行安全风险等级评价，有利于救援和训练方案的制定与实施，有效地避免人身伤亡事故的发生。

项目总占地面积5000m2，其中水道水域面积1400m2，水道长153m，宽4.5m～10m，深2m，总水面落差5m，最大水深2.5m，设计流速0.5m/s～3.5m/s，设计总供水流量14m3/s。激流水道总体布局见图9，水流流态包括沸腾线、微笑流、V 字流、翻滚流、皱眉流、覆盖流、漩涡流和回流8 种流态，并设置了车船覆没救援和舟艇训练区，以及设计深度12m 的潜水救援训练区（见图10～图17），主要水流流态训练区水力条件见表1[8]。

综上所述，对复发性分泌性中耳炎患者采用咽鼓管吹张注入地塞米松结合口服药物进行治疗的临床方法能显著提高患者的临床治疗效果，并降低患者治疗后的复发率，尤其适合有全身使用激素禁忌证的患者及不接受鼓膜切开鼓室置管的患者，值得临床广泛推广应用。同时咽鼓管吹张技术亦是近年来国内新开展咽鼓管球囊扩张技术治疗分泌性中耳炎的基础原理，操作简单，损伤小，不需住院，医疗费用相对较低，可减轻患者的经济负担，非常适合基层医院的推广。但该研究方法样本不大，以及远期效果还需更多临床样本观察。

表1 水流流态训练区水力条件

图9 激流水道总体布局

图10 沸腾线流态

图11 微笑流流态

图12 V 字流流态

图13 翻滚流流态

图14 皱眉流流态

图15 覆盖流流态

图16 回流区流态

图17 舟艇操控训练区流态

4 结语

我国水域救援训练设施建设尚处在起步阶段，激流水道体型设计时可供参考的资料较少，水流流态水力指标与进阶式考核训练要求之间的匹配关系有待进一步深化研究。通过本项目的实践与探索，为水域救援训练设施建设、进阶式训练标准与方法、考核评价体系、安全风险评估以及激流水道水力设计方法等标准化建设提供全面系统的宝贵技术参数，同时为后续水域救援训练设施建设提供技术支撑。