盐东控制闸下河床冲淤方法的探讨

副标题#e#一、概况
　　我国东南沿海地区，气候温和湿润，雨量丰沛，土壤肥沃，地势低平，汛期洪水下泄，受海潮顶托，洪涝灾害比较频繁；枯季径流减少，咸潮上涌，对农业生产极为不利。
　　建国以来，在党和政府的关怀下，沿海河口先后兴建了不少挡潮闸，发挥挡潮排涝，蓄淡灌溉等效益，对促进农业增产起到重要的作用。但是，建闸后由于改变了原来的潮汐水流条件，加上工农业用水增加，上游来水减少，闸下河床普遍发生淤积，降低了排涝能力。采用什么样的减淤措施，做到花钱少、能解决问题，是当前水利管理中急待研究解决的课题。盐东控制工程由武障河闸（14孔，净宽88米）、北六塘河闸（9孔，净宽54米）、龙沟河闸（17孔，净宽102米）、义泽河闸（4孔，净宽32米）及盐河南、北套闸（均为单孔，净宽8米）等六座闸坝组成，总流域面积4160平方公里。除二座套闸外，四座挡潮闸均建于盐河东侧一条线上，距离海口约七十五公里。北六塘河闸与龙沟河闸的下游河道在盐河以东二公里处会合后，在盐河以东约五公里处汇入义泽河，义泽河在盐河以东约十二公里处的东三贫与武障河会合，下接灌河经燕尾港出海。自一九八O年六月成立统一的管理机构后，除贯彻执行“蓄泄兼筹，适时予降，合理控制，调度排灌，安全通航，以主带付”的管理方针外，对闸下游河床淤积成因和泥沙搬运等问题，进行必要的水沙观测研究，从中摸索泥沙淤积和水力冲淤的规律，初步总结了一套冲淤方法，但由于河口水流动力条件和河床演变较为复杂，观测资料尚不完整，这些粗浅的看法，仅供探讨冲淤保港的参考。
　　二、闸下河床淤积成因的分析
　　沿海河口建闸以后，关闸期间涨潮输沙大于落潮输沙，以致闸下泥沙极易淤积，分析其原因，主要是出现“两少、一变”：
　　（1）径流量减少。由于蓄淡灌溉，使下泄径流总量减少（本工程1978年减少3.8亿立米），径流量在年内分配上也有所改变，特别是冬春枯水季节径流减少更多，增加了涨潮输沙，减少了落潮输沙。
　　（2）潮流量减少。由于建闸截断了上溯至潮流界的潮流量，潮库容有明显削减，这不仅使涨潮潮量减少（本工程东三岔少32%），而且更大幅度地减少落潮潮量与降低落潮流速的绝对值，必然引起河床断面的重新调整。
　　（3）潮波变形。由于建闸后潮流速过程和潮水位过程的相位差增大，潮波由原来的推进波变为立波，涨潮流期平均水深变小，涨潮历时缩短，平均流速增大；落潮流期平均水深变大，落潮历时延长，平均流速增大；落潮流期平均水深变大，落潮历时延长，平均流速减小。因水流挟沙力与流速高次方成正比，使涨潮、落潮挟沙力之比以更大幅度变大，涨潮流带入的泥沙不能为落潮流带走，破坏了原有河床泥沙进出的相对比例，因而必然导致闸下河床严重淤积。群众说：“十闸九淤”，就是这个道理。
　　三、闸下河床减淤措施的探讨
　　外海潮波进入河口以后，受河岸影响而呈往复水流。闸下河段运行的泥沙以海域来沙为主，呈悬浮形式运动，在一个潮周期内也具有往复搬移性质，但比往复搬运的水体更为复杂，因为它还牵涉到河床变化。因此在分析研究闸下泥沙运行和冲淤保港时，必须对其工程的不同客观情况作具体的科学分析。
　　盐东控制四座挡潮闸的主要特点是“一多、二大、一好”：①冲淤水量多。正常年景可下泄盐西4160平方公里的地面径流、灌溉回归水和通航余水13.7—20亿立米，汛期下泄径流常使落潮流量超过冲刷河槽所需。必要时，还可引用淮、沂余水冲淤。②冲淤水头大。闸址距海口远（75公里），为江苏其它沿海挡潮闸的2—4倍，正常排水水头差比其他闸大一米多；闸下河床比降大（1/8千-1/1万，而射阳河为1/20万），因而落潮流速较大，挟沙能力较强，为冲淤提供较大的动力因素。③河床边界条件好：灌河潮汐吞吐量大，建闸后河口进出潮量变化不大，同时闸下河床具有大部顺直（弯道半径二百米以下的占总长度不到10%）等较优越自然特性。所以在研究河床演变因素，探讨泥沙运动时，必须因地制宜，发挥优势，搞好冲淤。
　　根据闸下河段淤积成因分析以及本工程的特点，结合多年来的实践，我们初步总结出：“以清顶浑、量入定泄，高水增速，集多补少，年内平衡，辅以机械”的减淤措施，从实践看，可以得到较好的冲淤效果。
　　（一）以清顶浑：就是在大潮汛到达前抢先放水，用清水顶住大潮水前锋带来的浑水。由于潮汛流速大，挟沙能力强，进行净的冲刷，带进泥沙数量大，应尽可能抢先放清水冲淤顶浑。一般要求闸上出现平潮开始落潮一、二小时后开闸放水，使河床断面平均流速不小于0.6米/秒，可使下泄清水与下一次涨潮出现的平均最大流速在东三岔以下相迂。因为只有当潮流的上流速度与河水下泄的流速相抵时，潮水才停止倒灌。所以，这样调度不仅可使下移的潮流界至闸下河段大大减少淤积量，还可起到制约上游武障、义泽两河涌潮（群众叫虎头潮）的发生。六塘河闸建成后的头两年，因经常有较多清水下泄，涨潮浑水很少进入闸下河床，因而闸下没有出现淤积现象。武障河闸今年1月9日1—12时开闸，仅放水82流量，其涨潮平均输沙率（东三岔断面）与相邻潮比较减少84%，足以说明以清顶浑的效果。
　　（二）量入定泄：就是按涨潮输沙量多少确定下泄水量多少。根据大潮大淤（如武障河三岔断面1月8日输沙量涨潮为10421吨，落潮为673吨，淤积9748吨）、小潮小淤（1月3日输沙量涨潮为911吨，落潮为81吨，淤积830吨）的规律，在水源较丰富的情况下，可采取大潮后大放水，小潮后小放水，以达到大潮大冲，小潮小冲的效果。特别是利用大潮汛潮流紊动强度强，挟带浮泥多，浑水密度大，水的动力粘滞系数增大，使泥沙沉降阻力加大及其沉速小的有利条件，进行大水冲淤，可充分发挥每方水的冲淤作用。如武障河闸一月三日中潮（大潮资料正在整理）落潮时放水120流量（包括落潮流为205流量），历时6小时，东三贫断面输沙率达701kg/s，比涨潮时输沙率43kg/s大得多，使河床呈现冲刷状态。还可按照潮汐河水含沙量与前期含沙量成正比的水沙关系，采取大潮后连续放水冲淤的办法，可发挥冲淤的双重作用，同样的过闸流量，减淤效果更加显著。
　　（三）高水增速：就是在确保闸下消力设施和启闭机械运行安全的前提下，尽量运用落潮时上下游出现高水头、大流速冲淤。因为停止在河床底部的泥沙，只有在外力即水流的作用力的影响下，才会失去稳定而产生起动条件。
　　（四）集多补少(盐河从南至北贯穿各闸上游河道，在枯水年份可以集高水供四节制闸轮番冲淤)：就是在水源不足的情况下，通过调度，集中较多流量超补落潮的减少流量，使下泄径流大于平衡流量。实践证明，调度较大流量进行集中冲淤很有必要。如武障河闸枯季落潮放水流量82秒立米，东三岔断面平均含沙量为1.2kg/M3，下泄三百流量每方水的冲淤量比放二百流量的约大2.3倍。这是因为：①小流量形成河口环流强度弱，不易出现较大起动流速，不能促使淤积泥沙较多悬浮起来；②流量大，比降大，比降与水流推移力Px成正比，有利于高含沙浓度的形成；③流量大，流速大，挟少力强，紊动作用能促使陈淤浮悬带走。因此，相应于一定的潮汐条例，必须有一定的落潮流量，才能形成高含沙浓度。对于集多补少的水源除适时调度淮、沂水外，主要是利用闸上正常控制的水量，有计划的集冲、重点冲和轮流冲，以取得较高的冲淤效率。
　　（五）年内平衡：根据闸下河床具有防汛季上冲下淤、枯季下冲上淤年周期泥沙搬运基本平衡的规律，必须对有限水源，采取科学运用，及时冲走回淤，力争年内平衡。因为位于河床上的泥沙，其保持稳定（即抗拒起动）的条件主要有重力和粘结#p#副标题#e#力。灌河搬运的泥沙颗粒较细（0.02—0.04毫米），如淤积过久，深度愈厚，其下层发生压缩，蜂窝结构会逐步向单位结构过渡，不仅干容重增大，而且要考虑成片、成团的起动，特别是沙粒间薄膜水的分子吸力也增强，据南科所窦国仁工程师的试验成果认为薄膜水厚度愈小，所需起动流速愈大。老淤土与新淤土相比，所需起动力可能相差几倍甚至几十倍，所以最好千方百计把当年的回淤冲走，以减轻次年的冲淤难度。如淤积三年的武障河与新淤的义泽河比较，1980年冲淤每方用水率武障河比义泽河闸大2.4倍,武障河冲淤水量1980年虽然比1979年多，但80年冲淤量反比79年减少30%，这说明力争年内搬运泥沙基本平衡的必要性。
　　（六）辅以机械：如连续二、三年大旱，闸下河床泥沙严重淤积且较板结的情况下，在用水力冲淤或落潮清淤时，最好辅以机械搅动或以机船掺气耙拖淤等方法，促使悬浮较多的泥沙为落潮流带走。机船拖淤配合开闸放水则效果更好。并应按照河床和潮型的具体情况，选择最优拖速和最优拖淤时间，注意机械辅助悬扬泥沙量与落潮流速形成的挟沙力相适应，以充分发挥清淤设备的作用，尽快恢复河床排洪通航能力。必要时，也可引潮冲淤，但会使上游淤积，一般不宜采用。
　　四、结语
　　（一）从实绩看，上述水力冲淤措施是行之有效的。根据实测资料，1980年7月—9月份，四闸下泄总水量14亿立米，水力冲淤234.64万立米，平均每方淤用水597立米，连同1979年汛期水力冲淤227.8万立米，汛后闸下河段基本恢复到建闸前标准。{初步验证原规划对盐东控制工程冲淤的讨论和闸址位置的选择是正确的1、有利于冲淤保港；2、保存了一个完整的天然港口；3、保护了原有生态资源；4、方便了工农业生产。}
　　（二）上述减淤措施应有机地结合使用。在水源比较丰富时，要尽量利用水力冲淤，几项措施应尽量有机地结合起来，以获取最大减淤效果；在水源不足时，应辅以机船落潮拖淤或放较少水量辅以机械搅动，并注意机械悬扬淤泥量与落潮流速挟沙力相适应，讲究清淤的科学性。
　　（三）要进一步探索闸下河床泥沙运行规律。目前我们对水力冲淤规律的认识还是比较粗浅的，特别是还没有能从理论上得出研究成果，充分掌握闸下河床淤积规律，最优调水冲淤方案和今后的发展趋势，有待于今后持续的试验观测研究，进一步探索其客观规律，以逐步取得对工程控制运用和冲淤保港的自由。