山区河流急流滩险航道整治技术浅谈

(长江南京航道工程局， 江苏 南京 210011)

山区河流急流滩险航道整治技术浅谈

陈海鸥

(长江南京航道工程局， 江苏 南京 210011)

本文主要从河流航道资源的有效利用为出发点，简要地从水砂特征、泡漩水、施工中稳船施工等三个方面分析山区河流急流滩险航道的整治。

泡漩水；水砂特征；稳船技术；

1 山区河流急流滩险航道整治概述

1.1 必要性

山区河流与平原河流存在较大差异。我国河流大多起源于西部地区，而我国地势又呈阶梯状分布，西高东低，其中西部地区以落差较大的山地为主，河流水位变化较大、流速快、河道多为急流险滩，在历史上就是内河航运事故的多发地区。此外山区航道河床的组成物质与平原地区有较大差别，山区河床多为石质或砂卵石，这是由于山区河流落差较大，水流较快，轻质的砂质、土质物质无法沉积，因此山区航道的河床稳定性较差。但水陆交通较陆路交通来说有无比的优越性，运输量较大、运输成本较低，并且很多适合发展河运的山区修建陆路交通的难度也较高，因此河运是该类地区最便捷、最廉价的运输方式。因此为了推动山区河运资源的开发和利用有必要对山区河流急流滩险进行治理。

1.2 主要技术

山区河流航道整治难度较大，这是由于航道以及河床结构的复杂特征以技术上的局限性造成的结果。但我们应当在相对有限的技术经验基础之上进行最大限度的研究、开发和利用。笔者认在山区河流急流滩险航道整治中主要应用以下几方面技术：泡漩水的形成以及治理，砂卵石河床整治以及河床结构的稳定，工程船舶定位以及稳船技术。

2 水砂特征

山区河流急流滩险的水砂特征与平原地区河流的水砂特征截然不同，这是由于山区河流落差较大，水流的沉积作用较弱，治疗较小的泥沙无法沉积，沉积下来的大多是质量、体积较大的岩石。因此山区尤其是急流区河流的航道底部河床起伏较大，水流势能在河床底部巨大岩石的影响下极容易产生位能差，从而使面流情况或回流情况复杂化（主要是泡漩水的形成），这是急流险滩难以被克服与治理的一个重要自然原因。

此外由于山区急流区这一水砂特征，河床以及河岸的构成也与平原地区有较大不同。山区河流的河床以及河岸多由一些体积较大的砂质、石质构成，有这些材料构成的河床与河岸的稳定性也相对较差，因此在治理过程中施工船舶的稳船技术也是一个重要问题。

3 泡旋水的形成及治理

3.1 泡漩水概述

泡漩水是一种圆柱状或漏斗状的竖轴环流，表现为水流由下至上快速翻涌，从外观上来看如同开水沸腾一样，因此也被称作“泡喷水”。如果船舶在航行中不慎进入泡漩水发生区域，船舶的稳定性就会受到严重影响，极易发生意外事件，这一问题在历史上就是内河航运的难题之一。

3.2 泡漩水形成的条件

就目前的研究和实验，可以知道与泡漩水形成直接相关的因素有水流的湍急程度、水流深度以及水底下垫面情况。只有当水流速度快到一定程度时，经过底层河床时，如果河床崎岖不平，则容易使急流和回流产生分离，这时水流的脉动与紊动作用同时存在，急流和回流相互碰撞就很容易使局部水流上下翻滚，泡漩水也因此而形成。常见的泡漩水形成情况的另一种情况是由于河床底部有较大岩石或礁石时，急流在重力作用下以水势能的形式表现出来，强大的势能在受到竖直方向阻力时就会向位能方向改变，在重力和水的表面切力影响下水流高速旋转运动，表面水流向四周散去的同时底部水流向上补充，泡漩水也因此形成。

3.3 泡漩水的治理

笔者根据研究和实际治理经验对泡漩水的治理总结出以下几种方案：1）重新规划航线，使船舶航行路径避开泡漩水发生区域与泡漩水多发区域。这种方法虽然并不能对泡漩水形成治理，但能够避免航运过程中船舶受到泡漩水的影响。但其中存在成本问题，河运并不像陆路交通一样发达，受到河流走向和河道分布的影响，避开泡漩水发生区域进行航运可能伴随着成本过高的问题。2）通过引流压泡的方式进行泡漩水治理，在泡漩水形成条件中有作分析，急流和回流的碰撞并分离是泡漩水形成的主要形式之一。所谓引流压泡就是通过改变河流回流区的情况，例如适当降低河流回流区大小，那么回流水的规模就会降低，所导致的水位变化也适当降低，同时通过适当改善面流条件增加面流强度，通过面流水能的增加来抵消回流水能，最大限度降低水面上下翻滚情况，从而避免泡漩水的发生。这种方法是治理泡漩水的常用方法之一，但其适用条件相对有限，不适用于由于水底礁石、岩石导致水势能变化的泡漩水治理，并且改变水流面能的工程相对庞大，需要对河床、河岸进行施工作业，可能对周围环境产生影响，因此在执行前应当进行大量的模拟性实验。3）对于既不能通过改变航线避开的也不能通过引流压泡的方式解决的泡漩水区域可以通过大量的成本投入，来改变主流方向或调整河床条件，使泡漩水发生区域位于航线之外，尽可能降低泡漩水引发意外事件的可能。这就是所谓的移泡技术。这种技术虽然能够有效解决泡漩水对航运的影响，但成本相对较高，并且不能完全避免泡漩水的发生，这是由于河流具有沉积作用，河床条件并非稳定不变，因此移泡技术可以在短时间内有效，但从长远来看，研究并开发更加有效的治理手段才是最终手段。

4 航道治理中的稳船技术

4.1 稳船技术概述

航道治理过程中的稳船技术是山区河流急流滩险航道治理中的重要环节。这是由于航道治理活动发生于天然的河流或人工开凿的运河之上，必须在原有环境上进行治理，即保持正常航运的过程中进行治理。例如在治理泡漩水时就必须要深入泡漩水发生区域。因此施工中挖泥船、打桩船等常见施工船的位置相对固定，是保证施工能够顺利进行的关键所在。而山区河流由于地势落差水势能较大、水流湍急，甚至局部地区面流、回流情况复杂多变，传统的稳船技术可能存在不适用的问题，因此有必要对急流滩险航道治理中的稳船技术进行单独研究。

4.2 定位方法

施工船舶的定位是保证施工顺利进行的一个重要前提，常见的定位技术有两种，岸揽定位和抛锚定位。这两种方法各有其适用情况，其中抛锚定位适用于流速相对较缓、面流回流情况相对稳定水流区域，通过将锚固定于河床之上，通过垂直的牵引力将船体限制在相对固定的水面区域，是一种常用的定位手段，同时辅助使用GPS能够对船舶的吃水情况、绝对位置等信息进行进一步确定。岸揽定位则是通过在河岸附近确定标记物，并用钢缆将船体和标志物进行连接，从而将船体的相对位置固定化的定位手段，这种方法主要在抛锚定位不适用时使用，此外当河岸附近没有天然的定位标志物时可以通过挖设“地牛”的方式来人工制造定为标志和固定物。

4.3 支撑方法

施工船舶的相对位置固定后就需要进行支撑从而保持施工环境的稳定。常用的支撑方法有液压支腿支撑和钢桩定位支撑。在进行规模相对较大的航道施工时可以采取钢桩定位支撑，钢桩定位支撑的稳定性相对较强，但前期准备工作以及施工成本相对较高。液压支腿支撑是近几年才被应用的施工船舶支撑手段，同传统的钢桩定位相比，其重心低、操作便捷，并且设备可以回收再利用，成本也相对较低，但液压支腿的使用条件相对有限，还有许多技术难关需要攻克。

5 结语

山区河流急流滩险航道危及航行安全，为了保证航行安全，对山区河流急流滩险航道进行有效的整治，通过先进技术与方法在山区河流急流滩险航道的运用，相信山区河流航道危险发生的事件会越来越少。

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