蘇北沿海擋潮閘下淤積的原因及其對(duì)策

蘇北沿海擋潮閘下淤積的原因及其對(duì)策1、 前言江蘇省國(guó)營(yíng)淮海農(nóng)場(chǎng)位于淮河下游，蘇北灌溉總渠尾閘兩岸，東臨黃海。淡水源主要依靠電力抽水站提引五岸干渠、通濟(jì)干渠和里下河水，排水主要依靠已建成的10座擋潮閘。由于沿岸土壤成土母質(zhì)系由長(zhǎng)江、淮河、黃河沖積物宣泄入海，在沿海沉積成陸，其中粉砂泥質(zhì)海岸占90%以上。由于沿岸淤積細(xì)粒泥沙具有較強(qiáng)的流動(dòng)性，在風(fēng)浪和潮流的作用下，造成沿海擋潮閘下淤積嚴(yán)重，大部分擋潮閘閘下河床淤積1.0m以上，河床斷面較建閘初期縮小了20%?30%以上。如東灘中心河閘下游引河長(zhǎng)1.5km，河床底普遍淤積至1.0m以上，河床斷面較建閘初期縮小20%以上；夸套河閘下游引河長(zhǎng)3.5km，河床底普遍淤積至1.2m以上，河床斷面較建閘初期縮小了30%以上。由于閘下淤積影響了工程效益的充分發(fā)揮，隨著淤積量的逐年增加，清淤保港工作始終十分重要。在工程逐漸老化、存在問(wèn)題增多的情況下，如何進(jìn)一步總結(jié)過(guò)去的工作，吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，進(jìn)行試驗(yàn)研究，深入開展減淤防淤工作，以充分發(fā)揮工程效益，具有十分重要的意義。2、 閘下淤積的原因2.1自然原因潮流的漲落運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生強(qiáng)大的輸沙能量，并將大量泥沙帶入閘下河道。如東灘中心河閘于1996年7月20日?21日、25日?26日在夸套港的周日水文泥沙觀測(cè)表明：落潮歷時(shí)大于漲潮歷時(shí)，閘下漲落歷時(shí)差達(dá)4.06h，漲潮歷時(shí)3h16min，落潮歷時(shí)8h51min，漲潮流速大于落潮流速，漲潮含沙量大于落潮含沙量，漲=1.41m/s，落=0.62m/s，漲=2.03g/L，落=0.84g/L.落潮是一個(gè)沿程沖刷的過(guò)程，但對(duì)于細(xì)粒泥沙而言，起動(dòng)流速大于落潮流速，落潮含沙量明顯小于漲潮含沙量，泥沙逐漸淤積。2.2歷史原因黃河奪淮后在江蘇省海岸留下大量細(xì)粒泥沙，自黃河北徙，淮河、里下河等地沿海沖淤水源不足，80年代中期以來(lái)，國(guó)家實(shí)施南水北調(diào)計(jì)劃，淮水和長(zhǎng)江的水資源大量調(diào)入淮北地區(qū)，進(jìn)入淮河和里下河下游的水量?jī)H為60年代的20%，用于沿海擋潮閘沖淤水源更是奇缺。2.3工程原因沿海河口興建擋潮閘后，加快了閘下引河的淤積，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。2.3.1建閘后河流徑流量減小及徑流分配過(guò)程改變建閘前由于上游有水必排，能隨時(shí)沖淤，建閘后控制了上游水源，排水量減少，汛期將多余的澇水排放，非汛期則蓄水灌溉，這樣難以有足夠的水量保證“沖淤量年平衡”。2.3.2潮流速的變化建閘前漲潮流速過(guò)程相對(duì)勻稱，同時(shí)上游河道有部分徑流加入，落潮流速還略大于漲潮流速；建閘后漲潮流前峰突出，流速大，落潮歷時(shí)延長(zhǎng)，流速減弱，平均流速比漲潮流速減懸一半。如中八灘河閘建閘前實(shí)測(cè)平均漲潮流速為0.62m/s，平均落潮流速為0.73m/s，平均落潮歷時(shí)3h30min；建閘后實(shí)測(cè)平均漲潮流速為0.58m/s，平均落潮流速為0.33m/s，平均落潮歷時(shí)7h45min.2.3.3潮流量減少由于閘身截?cái)嗔松纤莸匠眳^(qū)界的潮流量，潮棱柱體相應(yīng)減少，納潮容量相對(duì)變小，造成落潮平均流量（包括上游下泄徑流量）也隨之相應(yīng)減少。2.3.4潮波變形建閘后，擋潮閘下近閘河段的潮流由推進(jìn)波變?yōu)轳v波，改變了水力條件，是導(dǎo)致閘下泥沙進(jìn)一步淤積的重要原因。2.4潮汐水道變化當(dāng)潮汐水道發(fā)育穩(wěn)定時(shí)，閘下淤積就較輕微，當(dāng)潮汐水道萎縮改道時(shí)，閘下淤積就嚴(yán)重。如中八灘河閘的排水口門只經(jīng)歷了4年時(shí)間就已萎縮。因此，擋潮閘的興建一般都選擇較穩(wěn)定的潮汐水道作為排水通道。2.5圍墾減少灘面水隨著灘面的不斷淤高向海推進(jìn)，為適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，圍墾擴(kuò)大土地資源是必然趨勢(shì)，但大面積圍墾而減少甚至截?cái)酁┟鏆w槽水，則加劇了閘下淤積的發(fā)展。3、減淤措施建閘后，由于灌溉面積的增加，內(nèi)河水源相對(duì)減少。因此要充分利用水源，抓住有利的時(shí)機(jī)沖淤排沙，我們通過(guò)長(zhǎng)期研究和實(shí)踐，得出了如下實(shí)用性較強(qiáng)的水力沖淤方法。3.1.1逢大潮開閘沖淤根據(jù)大潮大淤，小潮小淤的特點(diǎn)，放水沖淤采用大潮大放、小潮小放的方法，尤其是大潮大放，沖淤效果極為顯著。如1997年8月25日?9月2日東灘中心河閘關(guān)閘淤積試驗(yàn)表明：大汛關(guān)閘7d，閘下低潮位增加0.59m，閘下港槽淤積量1.5萬(wàn)m3,而小汛關(guān)閘7d，閘下港槽淤積量0.3?0.4萬(wàn)m3,淤積量大汛關(guān)閘是小汛關(guān)閘的4?5倍。而大潮放同樣的水，前者的效率是后者的10余倍。3.1.2漲潮時(shí)清頂渾根據(jù)一般潮水前峰挾沙量大的特點(diǎn)，漲潮前（特別是大潮汛前）開閘放水，頂住渾水，使清水先沖滿閘下引河，一般在漲潮前2?3h開閘放水，取得了較好的效果，大大減少了淤積量。3.1.3低高潮時(shí)開閘沖淤在一般情況下低高潮與高高潮相比，低高潮后落潮潮差較大，水位落到最低，落潮流速較大，選擇大潮汛的低高潮后開閘，可以獲得相對(duì)較小的河道水深和較大的勢(shì)能，從而增加沖淤效果。同時(shí)，還可以頂住下一個(gè)潮差較大的漲潮，起到清頂渾的作用。3.1.4利用水頭差開閘沖淤利用水頭差開閘，由于勢(shì)能的作用，可增加瞬時(shí)流速，加大瞬時(shí)流量。1998年6月?9月，東灘中心河閘進(jìn)行了不同水位差沖淤試驗(yàn)，共分3組，水頭差分別為0.5m、1.0m和1.5m，試驗(yàn)結(jié)果見表1.試驗(yàn)結(jié)果表明：小水位差沖刷范圍較近，中、大水位差沖刷范圍較遠(yuǎn)，最大影響范圍為2500m.結(jié)合其它擋潮閘放水沖淤的試驗(yàn)資料可知：最佳沖淤水位差在0.8?1.0m左右，每次沖淤2?3h，連續(xù)沖淤效果差，間隔時(shí)間至少2?3d.3.1.5納潮沖淤納潮沖淤是解決河口水力沖淤水源不足的有效方法。1998年2月26日至4月3日，中心河閘進(jìn)行過(guò)一次納潮沖淤試驗(yàn)，先后納潮5次，其中大潮3次，平常潮2次，納潮總歷時(shí)9h55min.納潮水量154萬(wàn)m3，沖淤14h45min，沖淤水量205萬(wàn)m3.閘下沖刷土方2.32萬(wàn)m3,上淤河道沖刷土方0.61萬(wàn)m3,沉積土方1.35萬(wàn)m3,實(shí)際納潮帶進(jìn)泥沙0.74萬(wàn)m3.試驗(yàn)結(jié)果表明，納潮沖淤水源充沛，成本低，不與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)爭(zhēng)水，但上游淤積無(wú)法避免。納潮沖淤必須具備一些條件：一是在農(nóng)田不用水的時(shí)候；二是在鹽水可能回溯的河段，各引水口建封閉閘，阻止鹽水進(jìn)入農(nóng)田；三是納潮閘須有反沖設(shè)施，上游需建控制潮水上溯的工程。另外，抓調(diào)度集中沖，大洪水連續(xù)沖，落潮順風(fēng)多沖，逆風(fēng)少?zèng)_，大開（堰流）沖遠(yuǎn)、小開（孔流）沖近，雨后多沖、無(wú)雨少?zèng)_和沖淤量保平衡等，都是沖淤中應(yīng)掌握的方法。3.2機(jī)械清淤一般講在上游水源有限，閘下河床比較堅(jiān)硬，靠水流難以沖動(dòng)的情況下，或者是在上游水源緊缺順流攪動(dòng)以增加落潮或上游來(lái)水帶去沙量的情況下，用機(jī)械清淤能得到最佳效果。3.2.1機(jī)船拖淤閘下引河落潮含沙量明顯小于漲潮含沙量，落潮時(shí)借助于機(jī)械的攪動(dòng)，在同樣的水流條件下，原來(lái)未能起動(dòng)的床面泥沙便能起動(dòng)和懸浮，使落潮或下泄徑流挾帶更多的沙量向下輸送，這對(duì)于解決泥質(zhì)河口淤積問(wèn)題是一種經(jīng)濟(jì)而可行的清淤措施，對(duì)引河短、水深小的河道效果更為顯著。江蘇省自60年代中期以來(lái)就推廣了此法，影響拖淤效率的拖具經(jīng)不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，經(jīng)歷了拖動(dòng)型、驅(qū)動(dòng)型、摻氣型三個(gè)階段，其中以摻氣型工效最高。其它如利用機(jī)船推進(jìn)器攪動(dòng)沖淤、高壓水槍沖淤等都是行之有效的方法。如1994年9月，夸套河閘下游引河3.15km范圍內(nèi)，河床底普遍淤積1.2m以上，僅放水沖淤難以奏效，后用8臺(tái)11KW柴油機(jī)，8臺(tái)20.32cm混流泵裝配成8條抽水沖淤機(jī)船，以出水管的出口處裝束節(jié)進(jìn)行抽水射流沖淤作業(yè)，10月1日至11月30日共30潮次，沖刷河床板結(jié)土1.1萬(wàn)m3，河底高程降低0.5m，效果明顯。3.2.2機(jī)船挖淤機(jī)船挖淤是一種經(jīng)常性措施，簡(jiǎn)易絞吸式挖泥船清淤，早在1990年就已使用，它利用刀軸帶動(dòng)主附刀片旋轉(zhuǎn)，切割水下泥層，使之絞成泥漿狀態(tài)，通過(guò)泥漿泵將泥漿送至岸上，最大泥水輸送距離可達(dá)100m，揚(yáng)程可達(dá)5m，這種挖泥船體積小，造價(jià)低，工效高，操作方便，正常1h可挖30?40m3泥土，水下作業(yè)可深達(dá)2.2m，連續(xù)工效每晝夜可挖泥600?800m3.它適用于清除閘下附近河段淤積，切灘及汛前開槽保港等方面。3.2.3水力沖塘1994年淮海農(nóng)場(chǎng)把水力沖挖機(jī)組開挖魚塘技術(shù)應(yīng)用到河道清淤疏浚工程中，實(shí)行機(jī)械與人工相結(jié)合的辦法，具有節(jié)省勞力、提高工效的優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)在江蘇省得到廣泛推廣應(yīng)用?；春＾r(nóng)場(chǎng)已成功地應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行港道的裁彎取直、河道開挖、灘涂圍墾和低灘吹填筑堤等。如1995年?yáng)|灘中心河閘下游1.5km長(zhǎng)的彎曲淤積港道，行水不暢，后組織2臺(tái)機(jī)泵直靠型水力挖塘機(jī)組利用小潮汛突擊施工，7月6日?12日，共作業(yè)250臺(tái)時(shí)，施工長(zhǎng)度175m，口寬8?10m，共挖土方0.25萬(wàn)m3,完工第2天已成行水主道，縮短下游引河港道流程1.1km，提高了沖淤效果和排澇能力。4、防淤措施4.1工程措施4.1.1修筑導(dǎo)堤依據(jù)河口特性，因勢(shì)利導(dǎo)地?cái)M定合理的工程措施，才能取得好的效果。在河口一側(cè)或兩側(cè)修筑導(dǎo)堤，一是改變水流條件，切斷由風(fēng)浪掀起的海灘泥沙補(bǔ)給源，減少漲潮流挾帶進(jìn)入引河的沙量；二是約束和穩(wěn)定下泄徑流，束水攻沙，改善并穩(wěn)定出口水深，從而達(dá)到減少引河淤積的目的。4.1.2正確確定閘下引河長(zhǎng)度閘下引河類型可分為兩類，一類是長(zhǎng)引河——徑流型，一類是短引河——潮流型。一般而言，長(zhǎng)引河——徑流型河口是以徑流為主要?jiǎng)恿Φ?，?dāng)徑流來(lái)量不足，極易導(dǎo)致水文泥沙的不平衡，造成嚴(yán)重淤積。短引河——潮流型河口則是以潮流為主要?jiǎng)恿Φ?，?shí)踐證明這種河口淤積就較輕微，如東灘中心河閘引河長(zhǎng)度僅0.35km，閘下淤積相對(duì)較輕，港槽狀況良好，而夸套河閘引河長(zhǎng)達(dá)3.15km，由于淤積嚴(yán)重，工程效益衰減約為原設(shè)計(jì)的50%以上。因此，擋潮閘距離海口宜控制在0.8?1.0km以內(nèi)，可較好地解決閘下淤積。4.2植物措施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，因而最好的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。如南八灘河閘、北八灘河閘下游淺海灘涂上長(zhǎng)有大片的大米草和至花米草等，閘下淤積就較輕。因此，在淺海灘涂大量種植