山區(qū)河流急流灘險(xiǎn)航道整治技術(shù)淺談

(長江南京航道工程局， 江蘇 南京 210011)

山區(qū)河流急流灘險(xiǎn)航道整治技術(shù)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(fā)點(diǎn)，簡要地從水砂特征、泡漩水、施工中穩(wěn)船施工等三個(gè)方面分析山區(qū)河流急流灘險(xiǎn)航道的整治。

泡漩水；水砂特征；穩(wěn)船技術(shù)；

1 山區(qū)河流急流灘險(xiǎn)航道整治概述

1.1 必要性

山區(qū)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(qū)，而我國地勢(shì)又呈階梯狀分布，西高東低，其中西部地區(qū)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(xiǎn)灘，在歷史上就是內(nèi)河航運(yùn)事故的多發(fā)地區(qū)。此外山區(qū)航道河床的組成物質(zhì)與平原地區(qū)有較大差別，山區(qū)河床多為石質(zhì)或砂卵石，這是由于山區(qū)河流落差較大，水流較快，輕質(zhì)的砂質(zhì)、土質(zhì)物質(zhì)無法沉積，因此山區(qū)航道的河床穩(wěn)定性較差。但水陸交通較陸路交通來說有無比的優(yōu)越性，運(yùn)輸量較大、運(yùn)輸成本較低，并且很多適合發(fā)展河運(yùn)的山區(qū)修建陸路交通的難度也較高，因此河運(yùn)是該類地區(qū)最便捷、最廉價(jià)的運(yùn)輸方式。因此為了推動(dòng)山區(qū)河運(yùn)資源的開發(fā)和利用有必要對(duì)山區(qū)河流急流灘險(xiǎn)進(jìn)行治理。

1.2 主要技術(shù)

山區(qū)河流航道整治難度較大，這是由于航道以及河床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜特征以技術(shù)上的局限性造成的結(jié)果。但我們應(yīng)當(dāng)在相對(duì)有限的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上進(jìn)行最大限度的研究、開發(fā)和利用。筆者認(rèn)在山區(qū)河流急流灘險(xiǎn)航道整治中主要應(yīng)用以下幾方面技術(shù)：泡漩水的形成以及治理，砂卵石河床整治以及河床結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，工程船舶定位以及穩(wěn)船技術(shù)。

2 水砂特征

山區(qū)河流急流灘險(xiǎn)的水砂特征與平原地區(qū)河流的水砂特征截然不同，這是由于山區(qū)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(zhì)量、體積較大的巖石。因此山區(qū)尤其是急流區(qū)河流的航道底部河床起伏較大，水流勢(shì)能在河床底部巨大巖石的影響下極容易產(chǎn)生位能差，從而使面流情況或回流情況復(fù)雜化（主要是泡漩水的形成），這是急流險(xiǎn)灘難以被克服與治理的一個(gè)重要自然原因。

此外由于山區(qū)急流區(qū)這一水砂特征，河床以及河岸的構(gòu)成也與平原地區(qū)有較大不同。山區(qū)河流的河床以及河岸多由一些體積較大的砂質(zhì)、石質(zhì)構(gòu)成，有這些材料構(gòu)成的河床與河岸的穩(wěn)定性也相對(duì)較差，因此在治理過程中施工船舶的穩(wěn)船技術(shù)也是一個(gè)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(huán)流，表現(xiàn)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(jìn)入泡漩水發(fā)生區(qū)域，船舶的穩(wěn)定性就會(huì)受到嚴(yán)重影響，極易發(fā)生意外事件，這一問題在歷史上就是內(nèi)河航運(yùn)的難題之一。

3.2 泡漩水形成的條件

就目前的研究和實(shí)驗(yàn)，可以知道與泡漩水形成直接相關(guān)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(dāng)水流速度快到一定程度時(shí)，經(jīng)過底層河床時(shí)，如果河床崎嶇不平，則容易使急流和回流產(chǎn)生分離，這時(shí)水流的脈動(dòng)與紊動(dòng)作用同時(shí)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(shí)，急流在重力作用下以水勢(shì)能的形式表現(xiàn)出來，強(qiáng)大的勢(shì)能在受到豎直方向阻力時(shí)就會(huì)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(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，表面水流向四周散去的同時(shí)底部水流向上補(bǔ)充，泡漩水也因此形成。

3.3 泡漩水的治理

筆者根據(jù)研究和實(shí)際治理經(jīng)驗(yàn)對(duì)泡漩水的治理總結(jié)出以下幾種方案：1）重新規(guī)劃航線，使船舶航行路徑避開泡漩水發(fā)生區(qū)域與泡漩水多發(fā)區(qū)域。這種方法雖然并不能對(duì)泡漩水形成治理，但能夠避免航運(yùn)過程中船舶受到泡漩水的影響。但其中存在成本問題，河運(yùn)并不像陸路交通一樣發(fā)達(dá)，受到河流走向和河道分布的影響，避開泡漩水發(fā)生區(qū)域進(jìn)行航運(yùn)可能伴隨著成本過高的問題。2）通過引流壓泡的方式進(jìn)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(qū)的情況，例如適當(dāng)降低河流回流區(qū)大小，那么回流水的規(guī)模就會(huì)降低，所導(dǎo)致的水位變化也適當(dāng)降低，同時(shí)通過適當(dāng)改善面流條件增加面流強(qiáng)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(fā)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(duì)有限，不適用于由于水底礁石、巖石導(dǎo)致水勢(shì)能變化的泡漩水治理，并且改變水流面能的工程相對(duì)龐大，需要對(duì)河床、河岸進(jìn)行施工作業(yè)，可能對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生影響，因此在執(zhí)行前應(yīng)當(dāng)進(jìn)行大量的模擬性實(shí)驗(yàn)。3）對(duì)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(qū)域可以通過大量的成本投入，來改變主流方向或調(diào)整河床條件，使泡漩水發(fā)生區(qū)域位于航線之外，盡可能降低泡漩水引發(fā)意外事件的可能。這就是所謂的移泡技術(shù)。這種技術(shù)雖然能夠有效解決泡漩水對(duì)航運(yùn)的影響，但成本相對(duì)較高，并且不能完全避免泡漩水的發(fā)生，這是由于河流具有沉積作用，河床條件并非穩(wěn)定不變，因此移泡技術(shù)可以在短時(shí)間內(nèi)有效，但從長遠(yuǎn)來看，研究并開發(fā)更加有效的治理手段才是最終手段。

4 航道治理中的穩(wěn)船技術(shù)

4.1 穩(wěn)船技術(shù)概述

航道治理過程中的穩(wěn)船技術(shù)是山區(qū)河流急流灘險(xiǎn)航道治理中的重要環(huán)節(jié)。這是由于航道治理活動(dòng)發(fā)生于天然的河流或人工開鑿的運(yùn)河之上，必須在原有環(huán)境上進(jìn)行治理，即保持正常航運(yùn)的過程中進(jìn)行治理。例如在治理泡漩水時(shí)就必須要深入泡漩水發(fā)生區(qū)域。因此施工中挖泥船、打樁船等常見施工船的位置相對(duì)固定，是保證施工能夠順利進(jìn)行的關(guān)鍵所在。而山區(qū)河流由于地勢(shì)落差水勢(shì)能較大、水流湍急，甚至局部地區(qū)面流、回流情況復(fù)雜多變，傳統(tǒng)的穩(wěn)船技術(shù)可能存在不適用的問題，因此有必要對(duì)急流灘險(xiǎn)航道治理中的穩(wěn)船技術(shù)進(jìn)行單獨(dú)研究。

4.2 定位方法

施工船舶的定位是保證施工順利進(jìn)行的一個(gè)重要前提，常見的定位技術(shù)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(duì)較緩、面流回流情況相對(duì)穩(wěn)定水流區(qū)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(duì)固定的水面區(qū)域，是一種常用的定位手段，同時(shí)輔助使用GPS能夠?qū)Υ暗某运闆r、絕對(duì)位置等信息進(jìn)行進(jìn)一步確定。岸攬定位則是通過在河岸附近確定標(biāo)記物，并用鋼纜將船體和標(biāo)志物進(jìn)行連接，從而將船體的相對(duì)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(shí)使用，此外當(dāng)河岸附近沒有天然的定位標(biāo)志物時(shí)可以通過挖設(shè)“地牛”的方式來人工制造定為標(biāo)志和固定物。

4.3 支撐方法

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

5 結(jié)語

山區(qū)河流急流灘險(xiǎn)航道危及航行安全，為了保證航行安全，對(duì)山區(qū)河流急流灘險(xiǎn)航道進(jìn)行有效的整治，通過先進(jìn)技術(shù)與方法在山區(qū)河流急流灘險(xiǎn)航道的運(yùn)用，相信山區(qū)河流航道危險(xiǎn)發(fā)生的事件會(huì)越來越少。

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