小清河航道防淤排淤問題研究

薛 杰，孫 冰 ，吳 峰

(1.中交煙臺環保疏浚有限公司，山東煙臺 264000；2.山東省交通規劃設計院，山東濟南 250031)

山東省內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調水、建立航運樞紐節水、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和難點。這一研究工作進展最快，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。

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

1 泥沙特性與淤積分析

小清河河道內的沉積物砂質粉砂的比例最多，為50.8%，其次為細砂，為27.0%。小清河河道內粒徑>0.10 mm 與<0.10 mm 的物質分布各半；小清河河口區域以粒徑為0.10～0.15 mm 的物質分布為主。樣品分析結果表明，本區沉積物中值粒徑為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。

小清河河口呈喇叭狀向外海擴展，河道兩側為寬闊的岸灘，河口攔門沙淺段寬約3.2 km。以10#浮標至8#浮標段航槽為例進行分析。圖1為2004年和2011年10#浮標至8#浮標段航槽對比圖。由圖1可知，相比2004年，2011年航槽深泓線南移約65 m；其中10#浮標至9#浮標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#浮標至8#浮標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]。

攔門沙段深槽呈現明顯的逐年南移趨勢，航道平面不穩定，航槽一直處于淤積的狀態，海事部門需要重新往南定測下一階段的航槽，重新設置航標。近年來在通航船舶和自然動力的聯合作用下，新定測航槽水深雖有所增加，通航條件明顯改觀，但遠遠達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，控制在要求范圍內。

圖1 小清河河口等深線平面示意圖

1)港址優選。港址的優良與否，關系到設計、施工及運營工作，除考慮地形、水深、地質、水文等條件外，保持進港航道穩定暢通、港內水域平穩及避免嚴重淤積是焦點。小清河是平原河流，凸出的磯頭附近，岸邊流態變化大，附近有回流產生，易形成淤積區，因此應避免選作港址。同時宜采取防護措施，以穩定港區上下游的河槽，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，凸岸發生堆積，這是彎曲型河床發育過程中最主要的特征。當彎曲型河床發展到一定階段，上、下兩個反向河灣按某個固定點，呈S形向兩側擴張，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，發展成為利于航行的主槽。若在實際工程實施中輔以導堤、丁壩等防護建筑物，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，可在灘地進行植樹造林，或栽植抗沖刷能力較強的植物，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。

4)建設儲水、擋水建筑物。小浪底水庫每年對黃河進行的調水調沙沖淤方式，已經取得了顯著的成效，已使黃河河底標高逐年下落。可以借鑒這種方式對小清河進行水量調節，起到沖刷河道的目的。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。選擇在港區或船閘上游河道適當較寬的位置，擴大蓄水面積，建設梯級儲水、擋水建筑物或沉沙池，或者擴建支流上各水庫、湖的儲水面積和儲水量，把洪水全部或大部分攔儲，使水流中的泥沙部分或大部分沉積后，再由節制閘調節水流注入下游河道，對小清河的水量進行調節。這樣，不但可以調節河流水位，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，是比較經濟實用的方法，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，國內外的內河港口、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。對于內河港口、航道的干挖清淤，大都采用挖掘機。具體做法是，在河流枯水季節，在岸邊使用挖掘機將淤泥挖出，然后由汽車運走。這種方式的優點是，操作簡單。缺點是，清淤不徹底，棄淤場地面積大，受季節限制，受氣象影響大，清淤不及時，每年都需要投資清淤，費用大，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把河道內的淤泥抓取到另一艘船上，然后由汽車運走。這種方式的優點是除洪水期，不受季節限制，清淤及時。缺點是清淤速度慢，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，經由管道輸送到距離航道較遠的壩外低洼處。經過沉淀后的清水，還可以反流回上游河道。或將沉淀后的清水注入到港池碼頭水域，減小碼頭前懸浮質的含量，對防止港池淤積起到一定的作用。該種作業方式的優點是除洪水期外不受季節限制和氣象影響、清淤及時、可長期連續不斷的作業、人員配備少、清淤成本低、見效快。間接效益是棄淤地點是低洼地，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、挾沙能力強的沖淤作業方法。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，底沙輸沙強度增強，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, 水深達最大，底沙輸沙強度最大，在最大洪峰稍后河床高程一般到達最低。除此之外，也可以輔以人工配合作業，在洪水到達前要著重選好作業部位，集中射流船只，低航速、高強度進行射流作業，充分利用洪水漲水過程流速大、水流挾沙力強的特點，借助洪水能量，引導洪水沖刷輸沙。該方法的缺點是受季節影響明顯。

3 預防和消除河口攔門沙措施

攔門沙的水較淺，嚴重阻礙航行。為了便于航運，往往采用疏浚的方法挖深航道穿過攔門沙，或修筑導堤，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 導堤

用導堤改善航道攔門沙，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滾入航道，引起淤淺。由岸上開始，兩條導堤間距可漸趨減少，成收斂狀，或保持平行狀。當河流入海河口擴大為寬水面時，采用收斂式，否則采用平行式。導堤間距應與河口段河道最良好的部分寬度相同。導堤的走向既應考慮船舶進入口門時方便，也應考慮沿岸流對泥沙運動的影響。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的水流，將泥沙帶到離口門較遠的地點沉落，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：在河口兩側修建潮汐蓄水庫，利用漲潮時的平潮水位，把海水攔蓄在潮汐水庫內。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合現航槽雙導堤方案如圖2所示，改善了水流方向，引導落潮水流和出庫水流沿著設計方向行進。這樣不僅擋住了北方來沙，還可以對航道口門進行沖刷。經過每日的潮水利用，不斷沖刷入海口，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流堤示意圖

4 結語

本文針對小清河航道、河口的具體情況進行理論分析研究，如要實際應用，還應進行模擬試驗。

參考文獻：

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