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盐东控制闸下河床冲淤方法的探讨

发布时间:2011-02-25 11:06:08更新时间:2011-02-25 11:06:08 1

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

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