董耀華，徐海濤，周銀軍

（水利部長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院，430010，武漢）

應(yīng)韓國(guó)水資源公社（K-Water）邀請(qǐng)與資助，依據(jù)《長(zhǎng)江水利委員會(huì)與韓國(guó)水資源公社水資源和流域管理技術(shù)合作備忘錄》，水利部長(zhǎng)江水利委員會(huì)派遣泥沙技術(shù)人員，赴韓國(guó)執(zhí)行“韓國(guó)人工渠道工程技術(shù)咨詢”任務(wù)，為韓國(guó)京仁阿拉航道 （Korea Gyeong-in Ara Waterway）提供泥沙技術(shù)咨詢。

一、航道泥沙基本情況

1.韓國(guó)京仁阿拉航道

韓國(guó)京仁阿拉航道東起漢江、西達(dá)西海，總長(zhǎng)為18 km（含堀浦川分洪道14.2 km）。航道建設(shè)的主要目的是：①改善堀浦川流域防洪減災(zāi)能力；②形成韓國(guó)內(nèi)河通海物流通道；③帶動(dòng)旅游文化休閑，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。該航道工程由韓國(guó)水資源公社主持修建，已于2009年1月開工。

京仁阿拉航道漢江側(cè)金浦港口建一座人字形閘門與漢江相通，西海側(cè)仁川港口建兩座滑動(dòng)閘門和一座防洪閘與西海連通；堀浦川與航道之間建有一座控制堰閘，非汛期堀浦川經(jīng)地下涵洞匯入漢江，汛期大流量時(shí)由航道泄洪至西海。

航道設(shè)計(jì)寬度80 m、水深6.3 m（超挖1.6 m），建成后可供4 000 t級(jí)船舶通行；設(shè)計(jì)代表船舶尺寸為135 m（長(zhǎng)）×16 m（寬）×4.5 m（深），平均載160標(biāo)準(zhǔn)箱，最大載250標(biāo)準(zhǔn)箱。

2.航道泥沙基本情況

京仁阿拉航道水體中的泥沙主要來(lái)源于西海、漢江和堀浦川。其中，西海近海水域懸移質(zhì)平均含沙量為209.7 mg/L，泥沙中值粒徑為 0.01～0.05 mm，鹽度為29.6psu；漢江近期平均含沙量為26.1 mg/L（歷史為35.6 mg/L）， 泥沙中值粒徑為 0.03～0.04mm，鹽度為0.12psu；堀浦川缺乏系列水文泥沙數(shù)據(jù)，根據(jù)韓方最新實(shí)測(cè)資料，當(dāng)流量 10～100 m3/s時(shí)，其含沙量為 120～325 mg/L，泥沙中值粒徑為0.01～0.03 mm；堀浦川分洪道內(nèi)泥沙中值粒徑為0.02～0.04 mm，泥沙成分主要為淤泥質(zhì)，含粉沙和黏土，鹽度為0。

3.韓方泥沙咨詢要求

韓國(guó)水資源公社邀請(qǐng)長(zhǎng)委進(jìn)行泥沙技術(shù)咨詢的主要目的是：①了解中國(guó)泥沙調(diào)控技術(shù)；②復(fù)核京仁阿拉航道泥沙治理。具體的泥沙技術(shù)咨詢內(nèi)容包括三個(gè)方面：①閘室、口門及航道泥沙淤積預(yù)測(cè)；②航道泥沙疏浚；③河流泥沙綜合治理建議。

二、航道泥沙技術(shù)咨詢

1.航道泥沙淤積原因

航道泥沙淤積可分為通航航道整體泥沙淤積和渠首、船閘及引航道等局部泥沙淤積，水流流速減緩、挾沙能力降低是造成通航航道整體泥沙淤積的主要原因，而造成渠首、船閘及引航道等局部泥沙淤積的原因則十分復(fù)雜，可以歸納為以下5個(gè)方面。

（1）回流淤積

主流與回流交界面因主流水位漲落等因素的影響而不穩(wěn)定，交界面兩側(cè)因主流與回流的含沙量不同而形成橫向含沙量梯度，水流挾帶的泥沙通過(guò)水流的紊動(dòng)擴(kuò)散作用，由主流區(qū)進(jìn)入回流區(qū)不斷落淤，形成引航道口門的淤積體（與岸線斜交的邊灘）。回流范圍愈大，淤積范圍愈大，淤積量愈多；水流含沙量愈大，淤積愈快，愈嚴(yán)重。除口門區(qū)外，在引航道內(nèi)和上下閘首外，凡是有形成回流邊界條件的部位都將出現(xiàn)回流淤積。

回流淤積是對(duì)通航影響最大、最主要、最普遍、又難以避免的淤積。即使在引航道內(nèi)設(shè)有沖沙閘，其沖沙效果也?。惶貏e是由局部邊界條件形成的回流淤積，其沖沙效果更小，主要靠機(jī)械清淤。因此，縮小回流范圍，減小回流淤積，是船閘泥沙防治的主要環(huán)節(jié)。

（2）異重流淤積

異重流系從引航道口門回流區(qū)向引航道內(nèi)靜水區(qū)縱深沿底層潛入的渾水水流，是由于口門回流區(qū)渾水與引航道內(nèi)靜水區(qū)清水存在密度差異而形成的。渾水潛入引航道落淤后頂層清水向引航道外流出，構(gòu)成一種平軸環(huán)流，維持引航道內(nèi)的水量平衡。

由于異重流淤積分布在規(guī)則邊界引航道底層，當(dāng)引航道內(nèi)設(shè)有沖沙閘時(shí)，其沖沙效果很好；如果航道內(nèi)沒有沖沙閘，異重流淤積對(duì)通航的影響甚大，機(jī)械清淤量很大。

（3）船閘灌水產(chǎn)生的淤積

船舶通過(guò)船閘需要灌泄水，引航道內(nèi)含沙量很小的水體灌入閘室，河流中含沙量較大的渾水補(bǔ)充流入引航道內(nèi)，灌水間隔期流入引航道的渾水由動(dòng)水轉(zhuǎn)為相對(duì)靜水，渾水中部分懸移質(zhì)泥沙隨即落淤，顆粒更細(xì)部分泥沙隨船閘灌水閘室落淤，引航道猶如第一沉沙池，閘室成為第二沉沙池。隨著灌水次數(shù)增多，引航道和閘室淤積累積增加。

即使含沙量很小河流上的船閘，這種淤積也難以避免，只是淤積速度減緩；對(duì)于含沙量較大河流運(yùn)用頻繁的船閘，其淤積量不能忽視，應(yīng)充分考慮清淤措施。

（4）泄洪沖沙產(chǎn)生的淤積

如果引航道內(nèi)船閘旁設(shè)有沖沙閘，當(dāng)河道洪水流量高于最高通航流量時(shí)，需要利用沖沙閘分泄洪水，此時(shí)容易在引航道回流和緩流區(qū)產(chǎn)生淤積；大洪水時(shí)，引航道下游水位較高而下泄洪水流速較小，含沙量較高，下泄高含沙渾水迅速落淤且淤積速度快。沖沙閘泄洪淤積對(duì)通航影響很大，應(yīng)盡量不用或少用引航道泄洪。

沖沙能有效地沖刷引航道淤沙，是有效、經(jīng)濟(jì)的清淤措施，但也會(huì)在引航道內(nèi)回流和緩流區(qū)產(chǎn)生局部礙航淤積，特別是當(dāng)沖沙渾水濃度很大時(shí)，這些部位的泥沙淤積速度很快，是一種次生淤積（派生淤積），是引航道內(nèi)淤沙的再次搬移。只要引航道內(nèi)存在產(chǎn)生回流和緩流的邊界條件，這種淤積就難以避免，而且要靠機(jī)械清淤。但這種次生淤積與沖沙量相比是很小的。

（5）洪水倒灌產(chǎn)生的淤積

當(dāng)船閘位于兩河交匯口時(shí)，船閘下游引航道往往受洪水倒灌影響。倒灌洪水在引航道流速減緩，形成往復(fù)流，高含沙渾水在引航道內(nèi)不斷落淤，這種淤積呈累積性增加。

2.減少航道淤積的措施

（1）選好壩線

首先應(yīng)充分考慮通航條件對(duì)壩線的要求，根據(jù)引航道的尺度和流速、流態(tài)，分析水流泥沙規(guī)律及建壩后的可能變化，對(duì)可能的壩線進(jìn)行全面比選。應(yīng)遵循以下原則：

①宜將壩線選在適合船閘布置的較順直穩(wěn)定優(yōu)良河段，通航水流條件好，淤積少；

②切忌將壩線選在彎道不穩(wěn)定河段；

③對(duì)于交匯河口或支流河口，閘壩應(yīng)遠(yuǎn)離交匯河口，減少因洪水倒灌等原因產(chǎn)生的淤積。

（2）做好船閘布置

應(yīng)全面分析壩區(qū)河段水流泥沙特征、河床演變規(guī)律以及建壩后壩上下游河勢(shì)可能發(fā)生的變化，選擇好船閘位置，處理好樞紐各建筑物相互關(guān)系。

①船閘宜布置在順直穩(wěn)定河段，引航道口門應(yīng)盡量靠近主流，使得引航道與原天然航道平順地連接，枯水河槽與航線一致，減小主流與引航道口門中心線交角，壓縮出現(xiàn)回流的范圍，避免口門區(qū)橫向流速和水流條件惡化。

②避免將船閘引航道口門布置在建壩后新淤積區(qū)。

③不允許樞紐其他過(guò)流建筑物泄水時(shí)增加引航道的口門淤積，船閘與其他泄水建筑物之間布置足夠長(zhǎng)的導(dǎo)航、隔流分水、防淤堤（墻），以縮小引航道口門回流，減小回流淤積，隔流分水。防淤堤頂應(yīng)高于洪水位，避免高含沙渾水漫頂溢入引航道造成引航道淤積。

④緊靠船閘引航道一側(cè)布置閘檻與天然河床相平的深孔泄水閘，深孔泄水閘泄量要能促使主流靠近引航道，以利于刷深引航道口門外河床，減少淤積。

⑤處理好水流條件與泥沙淤積之間的矛盾，船舶航行要求流速小甚至靜水，而泥沙不淤需有較大的流速。在許多情況下往往是水流條件良好，泥沙淤積增多，或者相反。

⑥船閘引航道應(yīng)盡可能順直地布置，引航道內(nèi)部輪廓應(yīng)盡量避免產(chǎn)生回流。

⑦副導(dǎo)航墻長(zhǎng)度與布置應(yīng)避免造成上下閘首外淤積，并起到防淤、減淤作用。

⑧對(duì)于裁彎取直引水式樞紐船閘，由于引水可能導(dǎo)致原河道發(fā)生淤積，因此，船閘不宜布置在原河道上而應(yīng)布置在引水渠道內(nèi)或另辟渠道。

（3）航道防沙技術(shù)

①?gòu)澋婪郎常汉侠砝脧澋篮头帚夂拥?，因?shì)利導(dǎo)，減少泥沙淤積。如廣西靈渠，2000多年運(yùn)行依舊。

②攔沙坎和沉沙池：人工渠道一般均在進(jìn)口設(shè)攔沙坎和沉沙池。如南水北調(diào)引江（長(zhǎng)江）濟(jì)漢（漢江）工程。

③靜水通航，動(dòng)水沖沙：可防止泥沙過(guò)多進(jìn)入引航道，盡量利用水力沖沙。如長(zhǎng)江葛洲壩船閘及引航道。

④固灘護(hù)岸：固灘與護(hù)岸結(jié)合，一方面防止岸坡沖刷、崩塌帶入泥沙，另一方面可以束窄河道，加大水流挾沙力。如長(zhǎng)江口深水航道整治工程。

（4）航道沖沙技術(shù)

①引航道船閘旁建有沖沙閘。當(dāng)引航道內(nèi)和口門淤積接近礙航高程時(shí)，及時(shí)進(jìn)行定期或不定期沖沙。每次沖沙歷時(shí)一般1天左右，10～12小時(shí)效果最好。沖沙時(shí)要采取措施防止和減少由于沖沙帶來(lái)的個(gè)別部位淤積（如下閘門外局部淤積，這種淤積影響閘門啟閉，需要停航清淤）；此外沖沙流速應(yīng)依淤沙粒徑而定（如葛洲壩三江航道沖沙流速為3.5 m/s左右，四女寺船閘引航道沖沙流速約為

2.5～3.0m/s）。

②船閘沖沙采用閘室或輸水廊道放水沖沙。因引進(jìn)流量小，沖沙效果不明顯，能沖出的引航道寬度受到限制，且開閘門放水沖沙需要有上下游水位齊平條件，或者需要采取修圍堰等措施，工程復(fù)雜，閘門安全運(yùn)用問(wèn)題也較多，因此要慎重采用。

③臨近船閘設(shè)有泄水閘?？梢越?jīng)常開泄水閘敞泄沖沙，以減少上游引航道口門外的淤積，降低引航道口門外的河底高程。

④進(jìn)口設(shè)置閘門或其他擋水建筑物。一般可利用水頭差和攔沙工程作用（攔沙坎+沉沙池），制造出含沙量非飽和的洪峰，進(jìn)行沖沙。水沙調(diào)度類似于黃河調(diào)水調(diào)沙，實(shí)際應(yīng)用時(shí)需進(jìn)行流量設(shè)計(jì)和下游航道 （河道）人工擾動(dòng)。

⑤沖沙時(shí)機(jī)。洪水期航道沖沙一般選擇汛后退水期，利用含沙量較低的特點(diǎn)，降低水位，加大水流挾沙力；對(duì)于上游建庫(kù)情況下，可應(yīng)用汛期沖沙。

（5）航道疏浚技術(shù)

機(jī)械清淤是不可缺少的輔助清淤措施，即使有沖沙設(shè)施的船閘，沖沙后引航道口門邊灘仍會(huì)有相當(dāng)數(shù)量的礙航淤積，需采用機(jī)械清淤（如葛洲壩三江航道每年沖沙后需要進(jìn)行挖泥）。在沒有沖沙閘條件下，主要靠機(jī)械清淤。

①挖槽設(shè)計(jì)：挖槽與主流線盡量一致，挖槽后水流流速不能減小。

②挖泥船：分水力式和機(jī)械式，根據(jù)泥沙特性和施工條件選取。

③拋泥區(qū)：選擇要求是不礙航，可利用，滿足施工要求。

④環(huán)境影響：源自泥沙吸附的疏浚污染可采取工程措施進(jìn)行控制，避免噪聲、異味擴(kuò)散，優(yōu)化施工時(shí)間和地點(diǎn)。

⑤爆破：固結(jié)沉積區(qū)可選擇必要的水下爆破。

3.泥沙原型觀測(cè)方法

河流與航道等泥沙觀測(cè)方法可分為四類專題觀測(cè)。

（1）基本觀測(cè)

包括河道（航道）地形觀測(cè)，固定斷面測(cè)量，水文泥沙資料收集，河道邊界條件調(diào)查等。

（2）重點(diǎn)河段河床演變觀測(cè)

包括河段水道地形觀測(cè)，固定斷面測(cè)量，代表性斷面的泥沙因子觀測(cè)，水位比降觀測(cè)和水面流向測(cè)驗(yàn)等。

（3）專題研究觀測(cè)

包括水流結(jié)構(gòu)對(duì)河床演變的影響——彎道環(huán)流結(jié)構(gòu)，分汊河段水流動(dòng)力軸線變化對(duì)河床演變的影響等；泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律的觀測(cè)研究——泥沙起動(dòng)、輸移、水流挾沙能力、不平衡輸沙、沙波運(yùn)動(dòng)規(guī)律的觀測(cè)等。

（4）工程泥沙測(cè)驗(yàn)

對(duì)已建水工建筑物附近河床沖淤進(jìn)行觀測(cè)，可分為護(hù)岸、橋渡、港埠、取水建筑物、壩下局部沖刷、沉沙池泥沙沉積、渠道沖淤、引洪放淤、水力沖沙等多種；觀測(cè)內(nèi)容和方法參考重點(diǎn)河段觀測(cè)，但應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要作具體布置。

4.流域泥沙疏導(dǎo)措施

流域泥沙的疏導(dǎo)與治理一方面應(yīng)有利于減少流域泥沙的侵蝕與災(zāi)害，另一方面應(yīng)有利于減少河道（航道）的泥沙來(lái)源。在小流域侵蝕產(chǎn)沙疏導(dǎo)與控制方面，總結(jié)歸納了以下兩類措施：

①流域水土保持措施，如植被保護(hù)，減少可致覆蓋層松動(dòng)的人類活動(dòng)，以及滑坡體加固等。

②河道攔沙防沙措施，可在大型沖溝處設(shè)立排導(dǎo)槽結(jié)合攔擋壩，以阻止突發(fā)性泥沙災(zāi)害所產(chǎn)生的大顆粒泥沙進(jìn)入河流；在產(chǎn)沙量較大地帶修建淤地壩，阻止泥沙無(wú)序輸運(yùn)等。

5.三峽工程泥沙研究

作為中國(guó)樞紐工程泥沙治理技術(shù)、研究與實(shí)踐的成功范例，三峽工程泥沙問(wèn)題研究具有借鑒意義。三峽工程泥沙研究經(jīng)歷了可行性研究、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)蓄水運(yùn)用等階段。

①可行性研究階段。長(zhǎng)委及有關(guān)單位系統(tǒng)地開展了原型觀測(cè)調(diào)查、泥沙數(shù)學(xué)模型計(jì)算和泥沙實(shí)體模型試驗(yàn)研究，認(rèn)為三峽工程泥沙問(wèn)題已基本清楚，是可以解決的。

②設(shè)計(jì)階段。長(zhǎng)委及有關(guān)單位配合工程設(shè)計(jì)對(duì)解決三峽工程泥沙問(wèn)題的工程措施進(jìn)行了深入研究，特別是有關(guān)樞紐通航建筑物布置與防淤清淤方案，水庫(kù)變動(dòng)回水區(qū)航道與港口整治方案，以及壩下游河道演變與治理等問(wèn)題，提出的研究成果為工程設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù)。

③試驗(yàn)蓄水運(yùn)用階段。繼續(xù)開展了系統(tǒng)原型觀測(cè)、泥沙數(shù)學(xué)模型計(jì)算和泥沙實(shí)體模型試驗(yàn)研究，通過(guò)三峽工程初期蓄水運(yùn)用原型觀測(cè)資料分析，與已往研究成果作了初步對(duì)比，水庫(kù)淤積和壩下游沖刷實(shí)測(cè)值總體上尚在預(yù)測(cè)值范圍內(nèi)，樞紐建筑物運(yùn)行正常。

④下階段應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)原型觀測(cè)和各項(xiàng)研究工作，深入研究近期三峽水庫(kù)來(lái)水來(lái)沙變化，水庫(kù)淤積及壩下游沖刷變化，研究三峽水庫(kù)與上游新建水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用后的三峽工程泥沙問(wèn)題。

三、航道泥沙技術(shù)建議

經(jīng)過(guò)泥沙技術(shù)咨詢與交流，對(duì)于京仁阿拉航道關(guān)鍵泥沙問(wèn)題有了深入認(rèn)識(shí)，建議韓國(guó)水資源公社重視航道泥沙問(wèn)題，加強(qiáng)流域、河道（航道）、海域水文泥沙基礎(chǔ)資料觀測(cè)與收集，尋求航道泥沙工程與非工程措施研究，開展航道泥沙問(wèn)題研究工作。

1.航道關(guān)鍵泥沙問(wèn)題

韓國(guó)京仁阿拉航道泥沙治理過(guò)程的關(guān)鍵問(wèn)題是：

①流域（西海、漢江、堀浦川）產(chǎn)沙輸沙估算與觀測(cè)，②航道輸沙能力復(fù)核與泥沙監(jiān)測(cè)，③渠首防沙工程與非工程措施，④航道泥沙疏浚與回淤評(píng)估。

2.航道泥沙觀測(cè)建議

（1）河流、西海泥沙觀測(cè)

進(jìn)一步收集漢江、堀浦川、西海水沙實(shí)測(cè)資料，在有條件和必要時(shí)布設(shè)水位、水文、泥沙觀測(cè)站，為控制和估算航道泥沙淤積量提供依據(jù)。

（2）航道泥沙觀測(cè)

航道內(nèi)設(shè)置水位、水文站和固定斷面，開始觀測(cè)和積累水位、水文、泥沙等資料，為監(jiān)測(cè)航道水沙變化提供依據(jù)。

3.航道泥沙治理建議

（1）漢江渠首防沙減沙措施

金浦渠首預(yù)留沖沙閘，船閘漢江側(cè)引水口設(shè)置防沙坎、導(dǎo)沙坎、沉沙池，金浦港設(shè)置隔流防波導(dǎo)沙措施。

（2）西海出海航道疏浚與維護(hù)措施

優(yōu)化西海出海航道設(shè)計(jì)開挖方案，計(jì)算及校核出海航道回淤率，擬定出海航道疏浚與維護(hù)方案。

（3）航道優(yōu)化運(yùn)行

研究與優(yōu)化航道充放水方案，減少航道向漢江放水時(shí)間與次數(shù)，保護(hù)漢江水質(zhì)。

4.航道泥沙研究建議

（1）航道水力學(xué)泥沙復(fù)核與優(yōu)化研究

研究?jī)?nèi)容包括：①?gòu)?fù)核航道泥沙年來(lái)水來(lái)沙量；②復(fù)核航道輸沙能力；③優(yōu)化渠道水力學(xué)參數(shù)與設(shè)計(jì)；④優(yōu)化渠道泥沙參數(shù)與設(shè)計(jì)；⑤渠道防沙、攔沙、沉沙等措施專項(xiàng)設(shè)計(jì)。

（2）漢江渠首防沙模型試驗(yàn)

選取渠首附近的漢江及運(yùn)河航道段，開展泥沙實(shí)體模型試驗(yàn)，開展設(shè)計(jì)方案的泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究，必要時(shí)提出設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，如閘首布置優(yōu)化，增設(shè)防沙、減沙建筑物等。研究推薦設(shè)計(jì)方案條件下航道運(yùn)用的泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律及防沙減沙試驗(yàn)研究，提出淤積泥沙的處理措施。

（3）西海渠首防沙與出海航道模型試驗(yàn)

選取河口附近的運(yùn)河河道及開邊界的部分海域，開展河工實(shí)體模型試驗(yàn)研究，開展設(shè)計(jì)方案的泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究，必要時(shí)提出設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，如節(jié)制閘布置優(yōu)化，增設(shè)防沙、減沙建筑物等，并研究推薦設(shè)計(jì)方案條件下的運(yùn)用期泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律及防沙減沙試驗(yàn)研究，提出淤積泥沙的處理措施。

（4）船閘輸水系統(tǒng)優(yōu)化水力學(xué)試驗(yàn)

試驗(yàn)的目的是通過(guò)物理模型試驗(yàn)研究，對(duì)上下閘首輸水系統(tǒng)閥門運(yùn)行方式和進(jìn)出水口型式進(jìn)行優(yōu)化，以消除進(jìn)水口的立軸吸氣漩渦，并了解消渦優(yōu)化推薦方案，最大工作水頭和常遇水頭條件下船閘充泄水、引航道和閘室水流流態(tài)，船舶停泊條件、閘室充泄水水力特征值以及輸水閥門的工作條件等。

試驗(yàn)內(nèi)容包括：常遇水頭條件下船閘充泄水試驗(yàn)，上下閘首輸水系統(tǒng)進(jìn)水口消渦設(shè)施優(yōu)化試驗(yàn)，上下閘首輸水系統(tǒng)進(jìn)出水口體型優(yōu)化試驗(yàn)。

[1]長(zhǎng)江科學(xué)院.韓國(guó)“京仁阿拉航道”技術(shù)咨詢報(bào)告[R].2010.

[2]中國(guó)水利學(xué)會(huì)泥沙專業(yè)委員會(huì).泥沙手冊(cè)[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1989.

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