成 建,劉德榮
(1.鹽城市四港港道監(jiān)測(cè)管理所,江蘇 鹽城 224333;2.鹽城市水利設(shè)計(jì)研究院,江蘇 鹽城 224333)
多年來,為了保障國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和改變鹵水倒灌的歷史,我國沿海各中小港口興建了許多大、中、小型擋潮閘,這些擋潮閘在發(fā)揮擋潮御鹵、蓄淡灌溉、排洪除澇以及防臺(tái)抗暴等重大作用的同時(shí),也使河道本身發(fā)生了很大的變化,由于建閘改變了河道的邊界條件和水流動(dòng)力條件,直接造成了閘下港道不同程度的淤積,一方面反過來影響擋潮閘工程效益的發(fā)揮,另一方面給上游的排澇以及船只正常通行等也帶來影響。因此對(duì)其進(jìn)行清淤,改善河道的淤積情況,是十分必要的。
首先,近海海底沉積物質(zhì)被推向岸邊,為淤積泥沙的來源之一;其次,建閘河口口外大部分有攔門沙,攔門沙附近經(jīng)常保持較高的含沙量,特別是風(fēng)天,波浪掀沙,含沙量更高;第三,??诟浇膬砂稙┑馗叱梯^低,較高潮位時(shí)過水,灘面沒有植物覆蓋,泥沙容易被潮流沖動(dòng),??诟浇鼮┑仄鹬嗌车闹修D(zhuǎn)作用,部分灘地還有刷低的傾向,在閘下港道泥沙淤積過程中起著直接供沙的作用,海域泥沙是閘下淤積的主要來源。另外由于各個(gè)河道港口所處的地理位置差異也造成了淤積泥沙來源的不同。
1)潮波變形。雖然建閘前河口水流受河床阻力的影響,潮流有些變形,但仍屬于前進(jìn)波性質(zhì)。建閘后,潮波在閘前全部反射,反射波與??趥魅氲那斑M(jìn)波相遇形成了駐波。潮波變形后,漲潮歷時(shí)縮短,落潮歷時(shí)加長。漲潮流平均水位降低,落潮流平均水位抬高。建閘前漲潮流期間平均水位大于落潮流期間平均水位,建閘后兩者的平均水位接近。上述兩因素使?jié)q潮流速大幅度增加,落潮流速明顯減小。
漲潮流速增大,落潮流速減小,使?jié)q潮流挾沙能力遠(yuǎn)大于落潮流的挾沙能力。射陽河的實(shí)測(cè)資料表明,閉閘期間元寶港漲潮流平均含沙量比落潮流平均含沙量大5~6倍,因而漲潮流帶進(jìn)的泥沙數(shù)量比落潮流帶出泥沙數(shù)量大4~6倍。而建閘前上游沒有流量下泄時(shí),漲潮流帶進(jìn)的泥沙數(shù)量一般僅比落潮流帶出的泥沙數(shù)量多10%~20%;由此可見,建閘后閉閘期間的回淤率比建閘前枯水季節(jié)的回淤率大5~8倍,潮波變形引起的閘下淤積是相當(dāng)可觀的。
2)潮流量減小。建閘前漲潮水一直上溯到潮區(qū)界,并有大量的支流,港叉和大面積潮灘蓄潮。建閘后漲潮水流只能流至閘身,削弱了原有潮水庫容和潮流量,導(dǎo)致落潮輸沙能力明顯降低。表1為江蘇射陽河閘建閘前、建閘初期和淤積發(fā)生后進(jìn)潮量沿程變化情況。由表1可見,建閘后特別是閘下附近元寶港進(jìn)潮量的減少較明顯。由于潮流量減少,港道缺乏動(dòng)力維持原來的寬深斷面而發(fā)生淤積。
3)下泄逕流量減少。下泄逕流量減少反映在3個(gè)方面,即總逕流量減少,枯水期逕流量減少以及改變逕流的年內(nèi)分配。河口建閘的目的是御咸蓄淡,非汛期由于灌溉用水的需求,下泄水量必然減少,枯水期甚至長期關(guān)閘,造成閘下嚴(yán)重淤積。
4)人力因素。隨著灘面不斷向外淤長,為發(fā)展沿海經(jīng)濟(jì),擴(kuò)大土地資源,沿海灘地不斷地被圍墾。灘地被圍墾后,灘面逕流必然減少,加劇閘下淤積;隨著地方經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展,大量船舶涌入港口,強(qiáng)行違章??浚瑖?yán)重影響開閘放水,人為地加大了泥沙的沉淀淤積。閘門無法打開,給工程設(shè)施及運(yùn)行管理帶來許多不利因素。
表1 射陽河閘進(jìn)潮量沿程變化統(tǒng)計(jì)表 萬m3
沿海港道淤積原因除上述4方面因素外,還與上游河道斷面大小、灘面植被、風(fēng)向和風(fēng)浪、上下水系是否暢通,控制運(yùn)用是否合理等因素有關(guān)。
1)調(diào)度水源,集中沖淤。根據(jù)年際分布豐水年沖,枯水年淤;年內(nèi)分布汛期沖、枯期淤的規(guī)律,統(tǒng)一調(diào)度水源。在汛期,水源充足時(shí),對(duì)各港口盡量多沖淤;水源不足時(shí),集中水源讓淤積嚴(yán)重的港口多沖,突擊清淤。非汛期,針對(duì)下泄流量減少的特點(diǎn),可利用閘上正??刂频挠嗨?,集中較大流量,實(shí)行統(tǒng)一調(diào)度,輪流開閘放水,有計(jì)劃地集中沖淤、輪流沖淤。
淮陰市鹽東控制工程管理處充分利用洪澤湖、駱馬湖的棄水沖淤。沿海獨(dú)立排水區(qū)為集中水源沖淤,總結(jié)了開閘時(shí)間相互錯(cuò)開的經(jīng)驗(yàn),使出閘水流達(dá)到最大流崐速,充分發(fā)揮全部水量的沖刷作用。四大港實(shí)行統(tǒng)一調(diào)度,輪流開閘放水,有計(jì)劃地集中沖,輪流沖,集中水源讓淤積嚴(yán)重的港口多沖,取得較好的沖淤效果。
2)調(diào)節(jié)水位,高速?zèng)_淤。在確保閘身安全的前提下,利用閘上下游允許的最大水位差,產(chǎn)生高速水流開閘沖淤。由于淤積在河床底部的泥沙,只有在外力作用下才會(huì)失去穩(wěn)定而產(chǎn)生移動(dòng)。流速越大、水深愈小,水流對(duì)泥沙的上舉力、推動(dòng)力越大,水流的輸沙能力越強(qiáng)。這種清淤措施可加大過水流速和流量,改善近閘段港槽的斷面形狀,節(jié)省沖淤水量。
3)掌握潮汐,適時(shí)沖淤。充分利用潮汐提供的自然水能,是減少港道淤積的一種有效措施。
利用潮汐動(dòng)力沖淤。根據(jù)沿海的潮汐特點(diǎn),選擇大汛期的低高潮后開閘放水,可獲得較大的落潮潮差和較小的河道水深,造成較大的瞬時(shí)流速和輸沙量,沖淤效果顯著。此外,根據(jù)大潮大淤、小潮小淤的規(guī)律,在大汛期的潮峰到來之前,提前放水,以清頂渾。一般在漲潮前2~3 h開閘放水,可取得較好的清淤效果。
根據(jù)風(fēng)向風(fēng)力沖淤。沿海涵閘地處黃海海岸,港口朝向?yàn)闁|北向,東風(fēng)潮漲得快且高,由于風(fēng)力頂托,退潮慢,低潮位高。西風(fēng)潮正好相反,漲潮慢且快,退潮快,低潮位低。因此應(yīng)充分利用西風(fēng)潮潮位落得低的有利條件,開閘放水沖淤。
機(jī)船拖耙清淤,是以機(jī)動(dòng)船拖動(dòng)耙具耙起淤泥,利用推進(jìn)器(或加高壓氣體),攪動(dòng)水體,使部分耙起的淤泥變成懸沙、隨水流流走,達(dá)到清淤目的。
水力挖塘機(jī)組、抓斗式或鏈斗式挖泥船亦可用于港道清淤,另外,在少數(shù)地區(qū)還采用絞吸式、抓斗式或鏈斗式挖泥船清淤。目前江蘇省沿海港道主要采用的是效率較高,成本較低的機(jī)船拖耙清淤和水力挖塘機(jī)組清淤。
納潮沖淤目前仍處于試驗(yàn)探索階段。主要存在問題有:閘上河道淤積無法避免,鹽水上溯不利農(nóng)業(yè)墾植,納潮閘須建反沖設(shè)施、上游須建控制鹽水上溯建筑物等。宜以試驗(yàn)完善為主,暫不適合推廣。
1)整治河港,疏通閘下港道,擴(kuò)大排泄量。整治閘上河道和閘下引河是提高排澇標(biāo)準(zhǔn)的根本措施。擋潮閘建成后排水能力普遍減弱,有的不足原設(shè)計(jì)流量的1/3,主要原因:一是閘下引河長,淤積嚴(yán)重,有的過水?dāng)嗝鎯H為原設(shè)計(jì)的15%左右,淤積幅度達(dá)70%左右,需工程措施清淤。有的因引河彎曲蜿蜒,嚴(yán)重影響泄水,如射陽河閘、新洋港閘等,需工程措施裁彎取直。二是存在閘大河小不配套的問題,造成上游河道來水不暢,排水潛力未能發(fā)揮,需工程措施疏浚。
據(jù)調(diào)查,現(xiàn)有50%的河道排澇標(biāo)準(zhǔn)不足3年一遇,經(jīng)疏浚后排澇標(biāo)準(zhǔn)要達(dá)到5-10年一遇。
2)閘下裁彎、切灘。長而彎曲的港道,增加水流阻力,行水不暢,大大降低了泄流能力,因此,對(duì)發(fā)育成熟的彎道,應(yīng)適時(shí)進(jìn)行裁彎。彎曲段的凸起淤灘,應(yīng)進(jìn)行人工切灘。裁彎切灘后,港道縮短,加大了水面坡降和流速,從而減輕港道淤積。
3)選好閘址。沿海新建擋潮閘,閘址選擇尤為重要。一般應(yīng)考慮沖淤水源、港口的穩(wěn)定性、閘下引河的長短等條件。例如三侖河閘建成6年就已淤死,其原因之一就是閘址選擇不當(dāng),該海域處于幅射沙洲中心區(qū),對(duì)特殊的海洋動(dòng)力情況及港槽變化趨勢(shì)分析了解不夠。實(shí)踐證明短引河(潮流型河口是以潮流為主要?jiǎng)恿Φ模┖涌谟俜e就較輕微。擋潮閘距離??谝丝刂圃? km以內(nèi),可較好地解決閘下淤積。
4)圍墾時(shí)保留沖港灘面水。圍墾灘涂對(duì)擋潮閘的影響是不容忽視的。沿海灘面分布大量自然港槽,潮溝交錯(cuò)縱橫,保持港口的穩(wěn)定,主要依靠大面積的灘面水,落潮時(shí)匯入閘下港槽,而灘面水又是維持閘下港槽的主要因素,盲目圍墾勢(shì)必會(huì)減少或切斷灘面水加速擋潮閘的淤積,甚至淤死。因此,灘涂圍墾規(guī)劃時(shí),應(yīng)把圍墾減少灘面水引起的擋潮閘淤積作為重要內(nèi)容加以論證,對(duì)淤積程度加以預(yù)測(cè)分析,對(duì)影響較大的應(yīng)考慮重建新閘,納入工程項(xiàng)目計(jì)劃,對(duì)影響較小的也應(yīng)同時(shí)考慮采取補(bǔ)救措施方案。
5)植物攔沙減淤。由于廢黃河口外以及淺海灘涂大量泥沙在風(fēng)浪和潮流作用下的再分配,因而防淤措施一是防止海灘產(chǎn)沙,二是切斷漲潮流挾帶泥沙進(jìn)入河口。因此在淺海灘涂種植圍灘促淤植物是一種有效的方法。根據(jù)1986年新洋港閘下南側(cè)大米草灘觀測(cè)資料表明,1980—1986年大米草灘平均淤積厚度為7.32 cm/a,比光灘多5.76 cm/a。平均每畝大米草每年多攔截泥沙38.33 m3。僅1986年大米草減少回歸新洋港道的泥沙量就達(dá)27.6萬m3。大米草灘上的潮水溝作為閘下港道的支港,漲潮時(shí)滯蓄潮水,落潮時(shí)匯集灘面水,流入閘下港道,可以減少港道淤積和沖深港道的作用。但大米草帶來的副作用是導(dǎo)致港道的延長。
目前閘下港道清淤工作已開展較長時(shí)間,并已取得了一些成果,本文著重介紹了目前工程上可行的和常用的幾種清淤方法,并列出了某些江蘇沿海擋潮閘的成功案例,旨在促進(jìn)清淤保港工作,進(jìn)一步提高港道管理水平。
[1] 付桂,李九發(fā),朱鋼,等.河口閘下淤積和清淤措施研究綜述.海洋湖沼通告.2007
[2] 陸體成,李云飛,樊寶康,等.機(jī)械清淤在擋潮閘下港道中的應(yīng)用[J].江蘇水利,2007(6).