山區河流急流灘險航道整治技術淺談

(長江南京航道工程局， 江蘇 南京 210011)

山區河流急流灘險航道整治技術淺談

陳海鷗

(長江南京航道工程局， 江蘇 南京 210011)

本文主要從河流航道資源的有效利用為出發點，簡要地從水砂特征、泡漩水、施工中穩船施工等三個方面分析山區河流急流灘險航道的整治。

泡漩水；水砂特征；穩船技術；

1 山區河流急流灘險航道整治概述

1.1 必要性

山區河流與平原河流存在較大差異。我國河流大多起源于西部地區，而我國地勢又呈階梯狀分布，西高東低，其中西部地區以落差較大的山地為主，河流水位變化較大、流速快、河道多為急流險灘，在歷史上就是內河航運事故的多發地區。此外山區航道河床的組成物質與平原地區有較大差別，山區河床多為石質或砂卵石，這是由于山區河流落差較大，水流較快，輕質的砂質、土質物質無法沉積，因此山區航道的河床穩定性較差。但水陸交通較陸路交通來說有無比的優越性，運輸量較大、運輸成本較低，并且很多適合發展河運的山區修建陸路交通的難度也較高，因此河運是該類地區最便捷、最廉價的運輸方式。因此為了推動山區河運資源的開發和利用有必要對山區河流急流灘險進行治理。

1.2 主要技術

山區河流航道整治難度較大，這是由于航道以及河床結構的復雜特征以技術上的局限性造成的結果。但我們應當在相對有限的技術經驗基礎之上進行最大限度的研究、開發和利用。筆者認在山區河流急流灘險航道整治中主要應用以下幾方面技術：泡漩水的形成以及治理，砂卵石河床整治以及河床結構的穩定，工程船舶定位以及穩船技術。

2 水砂特征

山區河流急流灘險的水砂特征與平原地區河流的水砂特征截然不同，這是由于山區河流落差較大，水流的沉積作用較弱，治療較小的泥沙無法沉積，沉積下來的大多是質量、體積較大的巖石。因此山區尤其是急流區河流的航道底部河床起伏較大，水流勢能在河床底部巨大巖石的影響下極容易產生位能差，從而使面流情況或回流情況復雜化（主要是泡漩水的形成），這是急流險灘難以被克服與治理的一個重要自然原因。

此外由于山區急流區這一水砂特征，河床以及河岸的構成也與平原地區有較大不同。山區河流的河床以及河岸多由一些體積較大的砂質、石質構成，有這些材料構成的河床與河岸的穩定性也相對較差，因此在治理過程中施工船舶的穩船技術也是一個重要問題。

3 泡旋水的形成及治理

3.1 泡漩水概述

泡漩水是一種圓柱狀或漏斗狀的豎軸環流，表現為水流由下至上快速翻涌，從外觀上來看如同開水沸騰一樣，因此也被稱作“泡噴水”。如果船舶在航行中不慎進入泡漩水發生區域，船舶的穩定性就會受到嚴重影響，極易發生意外事件，這一問題在歷史上就是內河航運的難題之一。

3.2 泡漩水形成的條件

就目前的研究和實驗，可以知道與泡漩水形成直接相關的因素有水流的湍急程度、水流深度以及水底下墊面情況。只有當水流速度快到一定程度時，經過底層河床時，如果河床崎嶇不平，則容易使急流和回流產生分離，這時水流的脈動與紊動作用同時存在，急流和回流相互碰撞就很容易使局部水流上下翻滾，泡漩水也因此而形成。常見的泡漩水形成情況的另一種情況是由于河床底部有較大巖石或礁石時，急流在重力作用下以水勢能的形式表現出來，強大的勢能在受到豎直方向阻力時就會向位能方向改變，在重力和水的表面切力影響下水流高速旋轉運動，表面水流向四周散去的同時底部水流向上補充，泡漩水也因此形成。

3.3 泡漩水的治理

筆者根據研究和實際治理經驗對泡漩水的治理總結出以下幾種方案：1）重新規劃航線，使船舶航行路徑避開泡漩水發生區域與泡漩水多發區域。這種方法雖然并不能對泡漩水形成治理，但能夠避免航運過程中船舶受到泡漩水的影響。但其中存在成本問題，河運并不像陸路交通一樣發達，受到河流走向和河道分布的影響，避開泡漩水發生區域進行航運可能伴隨著成本過高的問題。2）通過引流壓泡的方式進行泡漩水治理，在泡漩水形成條件中有作分析，急流和回流的碰撞并分離是泡漩水形成的主要形式之一。所謂引流壓泡就是通過改變河流回流區的情況，例如適當降低河流回流區大小，那么回流水的規模就會降低，所導致的水位變化也適當降低，同時通過適當改善面流條件增加面流強度，通過面流水能的增加來抵消回流水能，最大限度降低水面上下翻滾情況，從而避免泡漩水的發生。這種方法是治理泡漩水的常用方法之一，但其適用條件相對有限，不適用于由于水底礁石、巖石導致水勢能變化的泡漩水治理，并且改變水流面能的工程相對龐大，需要對河床、河岸進行施工作業，可能對周圍環境產生影響，因此在執行前應當進行大量的模擬性實驗。3）對于既不能通過改變航線避開的也不能通過引流壓泡的方式解決的泡漩水區域可以通過大量的成本投入，來改變主流方向或調整河床條件，使泡漩水發生區域位于航線之外，盡可能降低泡漩水引發意外事件的可能。這就是所謂的移泡技術。這種技術雖然能夠有效解決泡漩水對航運的影響，但成本相對較高，并且不能完全避免泡漩水的發生，這是由于河流具有沉積作用，河床條件并非穩定不變，因此移泡技術可以在短時間內有效，但從長遠來看，研究并開發更加有效的治理手段才是最終手段。

4 航道治理中的穩船技術

4.1 穩船技術概述

航道治理過程中的穩船技術是山區河流急流灘險航道治理中的重要環節。這是由于航道治理活動發生于天然的河流或人工開鑿的運河之上，必須在原有環境上進行治理，即保持正常航運的過程中進行治理。例如在治理泡漩水時就必須要深入泡漩水發生區域。因此施工中挖泥船、打樁船等常見施工船的位置相對固定，是保證施工能夠順利進行的關鍵所在。而山區河流由于地勢落差水勢能較大、水流湍急，甚至局部地區面流、回流情況復雜多變，傳統的穩船技術可能存在不適用的問題，因此有必要對急流灘險航道治理中的穩船技術進行單獨研究。

4.2 定位方法

施工船舶的定位是保證施工順利進行的一個重要前提，常見的定位技術有兩種，岸攬定位和拋錨定位。這兩種方法各有其適用情況，其中拋錨定位適用于流速相對較緩、面流回流情況相對穩定水流區域，通過將錨固定于河床之上，通過垂直的牽引力將船體限制在相對固定的水面區域，是一種常用的定位手段，同時輔助使用GPS能夠對船舶的吃水情況、絕對位置等信息進行進一步確定。岸攬定位則是通過在河岸附近確定標記物，并用鋼纜將船體和標志物進行連接，從而將船體的相對位置固定化的定位手段，這種方法主要在拋錨定位不適用時使用，此外當河岸附近沒有天然的定位標志物時可以通過挖設“地牛”的方式來人工制造定為標志和固定物。

4.3 支撐方法

施工船舶的相對位置固定后就需要進行支撐從而保持施工環境的穩定。常用的支撐方法有液壓支腿支撐和鋼樁定位支撐。在進行規模相對較大的航道施工時可以采取鋼樁定位支撐，鋼樁定位支撐的穩定性相對較強，但前期準備工作以及施工成本相對較高。液壓支腿支撐是近幾年才被應用的施工船舶支撐手段，同傳統的鋼樁定位相比，其重心低、操作便捷，并且設備可以回收再利用，成本也相對較低，但液壓支腿的使用條件相對有限，還有許多技術難關需要攻克。

5 結語

山區河流急流灘險航道危及航行安全，為了保證航行安全，對山區河流急流灘險航道進行有效的整治，通過先進技術與方法在山區河流急流灘險航道的運用，相信山區河流航道危險發生的事件會越來越少。

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1007-6344（2017）08-0116-01