孫志芹，李 巖

(河北省南運(yùn)河河務(wù)管理處，河北 滄州 061001)

子牙新河是1967年春開(kāi)挖的人工河道，全長(zhǎng)143.35 km。1967年7月，在河口修建了主槽閘和青靜黃閘。主槽閘下引河長(zhǎng)3.6 km，設(shè)計(jì)河底寬15 m，邊坡1∶4，起點(diǎn)河底高程為-3.34 m，終點(diǎn)高程為-2.0 m，以1/2760的倒坡通向渤海。青靜黃閘引河長(zhǎng)2.1 km，在主槽閘下游1.81 km處與主槽閘引河交匯后一起入海。河口建閘后，一年內(nèi)閉閘時(shí)間長(zhǎng)達(dá)8個(gè)月以上，加之上游無(wú)徑流下泄，在潮汐作用下，河口淤積嚴(yán)重，至2011年，累計(jì)淤積達(dá)299萬(wàn)m3，淤高4～5 m，河口泄流能力不足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的10%，河口治理勢(shì)在必行。

海河、獨(dú)流減河及子牙新河等北方泥質(zhì)河口治理主要以350 m3/h絞吸式挖泥船挖泥及機(jī)船拖淤為主。拖淤實(shí)踐及研究證明，機(jī)船拖淤是河北省泥質(zhì)河口行之有效的防淤減淤手段。針對(duì)子牙新河河口，在無(wú)下泄徑流條件下，利用潮汐水流代替下泄徑流同時(shí)輔以機(jī)械拖淤的方法也進(jìn)行了30余年的探索與實(shí)踐，同時(shí)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)、觀測(cè)積累了大量資料。文中利用水沙觀測(cè)資料分析了子牙新河河口的水沙基本特征，為進(jìn)一步研究防淤減淤措施提供理論依據(jù)。

1 水文觀測(cè)項(xiàng)目及內(nèi)容

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)包括全潮、納潮、納潮沖淤、納潮沖淤加閘下拖淤4種情況。觀測(cè)項(xiàng)目有水位、流速、流向、含沙量、風(fēng)速及風(fēng)向。流速、流向的觀測(cè)使用直讀式流速流向儀；含沙量與流速測(cè)量同步同位采樣，后用光電測(cè)沙儀測(cè)定出含沙量；風(fēng)力、風(fēng)向采用手持風(fēng)速風(fēng)向儀測(cè)量。

1.1 全潮觀測(cè)

全潮觀測(cè)是對(duì)潮汐進(jìn)行超過(guò)1個(gè)太陽(yáng)日以上時(shí)間的連續(xù)水文泥沙觀測(cè)。全潮觀測(cè)的目的，是了解和掌握河口潮汐水流泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為分析河口淤積原因和治理措施提供資料。每年，在主槽閘下引河內(nèi)閉閘進(jìn)行2次全潮觀測(cè)，其成果作為其他試驗(yàn)項(xiàng)目觀測(cè)成果分析和對(duì)比的基礎(chǔ)。觀測(cè)時(shí)沿河中泓線布置3個(gè)觀測(cè)斷面，其位置為閘下樁號(hào)0+200、0+800和1+300，每次觀測(cè)三次高潮二次低潮。

1.2 納潮觀測(cè)

納潮試驗(yàn)主要研究納潮方式和效果，怎樣納潮才能多納清水少納泥沙，減少閘上游河道的淤積；納潮量有多大，驗(yàn)證能否納到表層清水。主槽閘納潮試驗(yàn)是在對(duì)閘下引河浮泥進(jìn)行了拖淤處理后的邊界條件下進(jìn)行；青靜黃閘納潮時(shí)，對(duì)河道邊界未做處理。納潮選在平潮出現(xiàn)前后一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。按有疊梁閘門提閘納潮時(shí)閘上下游有水位差和無(wú)水位差及無(wú)疊梁閘門提閘納潮時(shí)閘上下游有水位差和無(wú)水位差等4種情況進(jìn)行。

1.3 納潮沖淤觀測(cè)

納潮沖淤是指將納入到閘上游河道的潮水相機(jī)再放下來(lái)沖刷閘下游河道，達(dá)到潮流變徑流的目的。主要試驗(yàn)有自然轉(zhuǎn)流沖淤和控制沖淤兩種沖淤方式。自然轉(zhuǎn)流沖淤是指納潮后閘門不再關(guān)閉，待潮水轉(zhuǎn)向落潮后沖刷河口。控制沖淤是指當(dāng)納潮結(jié)束時(shí)立即關(guān)閉閘門，待落潮一段時(shí)間，閘上、下游有一定水位差后再放水沖淤。

1.4 納潮沖淤加閘下拖淤觀測(cè)

納潮沖淤能對(duì)閘下游河道起到一定的減淤作用，但減淤效果并不理想，為此實(shí)施了拖淤研究，取得了成功經(jīng)驗(yàn)。如，對(duì)陡河河口擋潮閘下河道的拖淤，使該閘得以復(fù)活。子牙新河河口也進(jìn)行了30余年的拖淤研究和實(shí)踐，證明子牙新河河口拖淤是較好的防淤治理措施。拖淤工作原理是在落潮時(shí)用船或船尾拖帶的耙具，對(duì)河道內(nèi)的淤泥進(jìn)行機(jī)械攪動(dòng)，使之處于懸浮狀態(tài)后隨落潮流向下輸移。拖淤的效果主要取決于落潮流速、水量、拖淤船的功率和拖具形式。在閉閘情況下拖淤，由于閘下落潮流速較小，被拖起的泥沙向入海方向的輸移距離較短，并會(huì)隨下一個(gè)漲潮再回來(lái)。有徑流時(shí)拖淤，由于落潮和徑流疊加、落潮歷時(shí)延長(zhǎng)，泥沙輸移距離也會(huì)大幅度增加，隨下一個(gè)漲潮而來(lái)的泥沙相對(duì)減少。納潮沖淤與有徑流情況類似，因此進(jìn)行了納潮沖淤加拖淤的試驗(yàn)研究。

每年，在主槽閘閘下引河0+000～1+300共1300 m河道內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)觀測(cè)。試驗(yàn)一般在落潮開(kāi)始后2～3小時(shí)進(jìn)行，這時(shí)落潮流速較大。試驗(yàn)時(shí)間一般在1～2小時(shí)，在沖淤之前先進(jìn)行一段閉閘拖淤，沖淤時(shí)繼續(xù)拖淤。

2 河口水沙基本特征分析

2.1 全潮觀測(cè)分析

(1)潮位。子牙新河河口潮位過(guò)程線是不連續(xù)的。這是因?yàn)橐佑俜e高程較高，當(dāng)潮位較低時(shí)，河底露出，形成了不連續(xù)的潮位過(guò)程線。在高潮位實(shí)驗(yàn)時(shí)，閘下水深2.0 m左右，而閘下設(shè)計(jì)水深可達(dá)6.0 m，淤積4.0 m，說(shuō)明閘下淤積相當(dāng)嚴(yán)重。

(2)流速和含沙量。在一個(gè)全潮過(guò)程中各觀測(cè)站的流速和含沙量值，在高潮位時(shí)較小，在中潮位時(shí)較大。漲潮時(shí)垂線平均流速沿程變化呈減小的趨勢(shì)，落潮時(shí)流速沿程變化呈增大的趨勢(shì)，漲落潮流速都在閘下達(dá)到最小值，在1+300站達(dá)到較大值。漲潮時(shí)垂線平均含沙量大于落潮。流速和含沙量沿程變化還受到風(fēng)浪的影響，尤其是含沙量受到的影響較大。

(3)淤積。在一個(gè)全潮中，進(jìn)入閘下200 m以上河道范圍內(nèi)的泥沙，有75%～84%淤積下來(lái)；進(jìn)入閘下1300 m以上河道的泥沙，有40%～56%淤積下來(lái)。閘下淤積強(qiáng)度春季大于秋季，一年四季，閘下引河均呈淤積狀態(tài)。

2.2 納潮觀測(cè)分析

2.2.1 納潮方式及河道邊界條件對(duì)納潮效果的影響

主槽閘采用有水位差時(shí)納潮實(shí)驗(yàn)，青靜黃閘采用有、無(wú)水位差兩種情況進(jìn)行納潮實(shí)驗(yàn)。有水位差納潮比無(wú)水位差納潮水流過(guò)閘時(shí)的流速、含沙量都大，納潮量和納沙量也大。無(wú)水位差納潮降低了過(guò)閘水流流速，減輕了行進(jìn)流速對(duì)細(xì)顆粒泥沙的擾動(dòng)，從而使含沙量沿垂線分布的梯度比增大，從而使上層水相對(duì)較清，因而減少了納沙量。如青靜黃閘納潮流速在0.35～0.40 m/s時(shí)，含沙量在3.0 kg/m3以下。

對(duì)于兩閘還進(jìn)行了有、無(wú)疊梁閘門的納潮實(shí)驗(yàn)，設(shè)置疊梁閘門的目的是擋住底部含沙量較大的渾水，而納含沙量較小的表層潮水。對(duì)主槽閘設(shè)置疊梁閘門，青靜黃閘未設(shè)疊梁閘門的情況進(jìn)行比較。經(jīng)觀測(cè)分析，主槽閘疊梁閘門并沒(méi)有起到擋渾納清的作用。分析其原因，主要是閘下引河邊界條件不理想，過(guò)水?dāng)嗝嬲瓬\，水深1.45～2.22 m，另外，過(guò)閘流速0.67 m/s已超過(guò)泥沙起動(dòng)流速，含沙量垂線分布均勻而不再呈座椅形。青靜黃閘納潮時(shí)沒(méi)采用疊梁閘門，但青靜黃閘0+000站的納潮水流含沙量垂線分布也較均勻，這表明在主槽閘和青靜黃閘閘下引河現(xiàn)狀邊界條件下，設(shè)置疊梁閘門不能起到擋渾納清作用。

主槽閘納潮流速?gòu)?+300站到閘下在逐漸增大，但受疊梁閘門阻水的影響，在0+200～1+000區(qū)間出現(xiàn)流速較大(0.91～0.95 m/s)，0+000站比1+300站流速僅略有增加(由0.64 m/s增大到0.67 m/s)，而含沙量增加明顯，由3.73 kg/m3增大到4.61 kg/m3，增加了24.6%。這主要是受到河道邊界條件不利影響和河道內(nèi)仍存有浮泥的緣故，使得引河內(nèi)的泥沙因納潮而被沿程起動(dòng)，從而加大了納入閘上的沙量。如10月在青靜黃閘進(jìn)行的納潮試驗(yàn)，過(guò)閘流速和含沙量均低于主槽閘，其原因?yàn)椋呵囔o黃閘閘下引河邊界條件好于主槽閘，閘下水深較大；8月中旬青靜黃閘有連續(xù)數(shù)十天的排瀝，使得閘下沖刷坑較寬深，引河內(nèi)也沒(méi)有了浮泥；試驗(yàn)正值秋季，海上風(fēng)平浪靜，海水含沙量較低等原因。

納潮時(shí)段選在平潮發(fā)生前后，納潮試驗(yàn)時(shí)間一次約2.0 h 左右，主槽閘一次納潮量約9.3萬(wàn)m3，青靜黃閘約14.0萬(wàn)m3。但在10月26日～28日大潮期的3天進(jìn)行連續(xù)納潮，納潮量從18.3萬(wàn)m3遞降至10.7萬(wàn)m3，因此說(shuō)明納潮量與潮型、納潮時(shí)間長(zhǎng)短、閘門開(kāi)啟方式、河道邊界狀況和氣候等因素有密切關(guān)系。

2.2.2 對(duì)表層清水層的驗(yàn)證

納潮時(shí)主槽閘、青靜黃閘0+000站和其它各站的含沙量垂線分布均勻，沒(méi)有出現(xiàn)閉閘時(shí)觀測(cè)到的表層0.5～1.5 m厚的清水層。分析認(rèn)為，閉閘時(shí)漲潮水流因受到閘門阻擋，在閘下一定范圍內(nèi)形成一個(gè)流速為零的靜水區(qū)域，隨漲潮水流而帶到閘下的懸移質(zhì)泥沙很快地沉積下來(lái)，在經(jīng)過(guò)了一段時(shí)間后，該區(qū)域內(nèi)水體含沙量在垂線上的分布曲線便呈座椅形；而納潮時(shí)水流有了行進(jìn)流速，并超過(guò)了泥沙的起動(dòng)流速，含沙量在垂線上的分布就趨于均勻，所以也就不存在表層清水了。

2.3 納潮沖淤觀測(cè)分析

以樁號(hào)0+200和1+300站分析，主槽閘無(wú)論是采用控制沖淤還是采用自然轉(zhuǎn)流沖淤，水流流速都比閉閘自然落潮時(shí)的流速大，說(shuō)明控制沖淤和自然轉(zhuǎn)流沖淤都比閉閘自然落潮時(shí)水流對(duì)河床的沖刷力強(qiáng)。就控制沖淤與自然轉(zhuǎn)流沖淤相比較，控制沖淤又比自然轉(zhuǎn)流沖淤流速大，因此控制沖淤比自然轉(zhuǎn)流沖淤對(duì)河床沖刷力更強(qiáng)。但控制沖淤延長(zhǎng)了閘上滯流時(shí)間，造成閘上淤積，根據(jù)潮汐、風(fēng)力及方向等條件的變化，實(shí)施控制閘門，給管理帶來(lái)了難度。另外，在沖淤的早期控制沖淤比自然轉(zhuǎn)流沖淤對(duì)河床沖刷力強(qiáng)，待水流平穩(wěn)后，效果不顯著。

主槽閘沖淤與納潮時(shí)含沙量相比較，沖淤開(kāi)始0.5 h時(shí)間內(nèi)，水流含沙量較高，以后水流含沙量逐漸減小接近清水。說(shuō)明閘上河道過(guò)水?dāng)嗝嬖龃?，流速減小，泥沙沉降速度加快，納入到閘上游河道的泥沙向上輸移距離不遠(yuǎn)。在過(guò)閘斷面沖、納流速相差不多時(shí)，沖略小于納。但含沙量則相差較大，沖淤水流含沙量?jī)H是納潮的33%，有2/3的泥沙留在了閘上河道，造成淤積。在1+300斷面沖、納流速相差較大，沖納流速比為1.29/0.57，含沙量比是5.44/3.13?？梢?jiàn)1+300斷面的沖淤水流含沙量高于納潮含沙量，河道處于沖刷狀態(tài)。

青靜黃閘沖淤與納潮時(shí)含沙量的比較情況好一些，沖納流速比是1，含沙量比是2.24/3.63。沖淤過(guò)閘水流含沙量可達(dá)到納潮時(shí)的61.7%。雖仍使閘上游河道淤積，但有所減輕。

2.4 納潮沖淤加閘下拖淤觀測(cè)分析

納潮沖淤加閘下拖淤時(shí)，1+300站平均含沙量為34.33 kg/m3，而納潮平均含沙量為3.73 kg/m3，約大10倍；沖淤平均含沙量為5.44 kg/m3，約大6倍。沖淤加拖淤效果顯著。

3 結(jié)論

(1)從全潮觀測(cè)結(jié)果看，子牙新河河口的潮汐特征、水流泥沙運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和閘下淤積嚴(yán)重程度，在泥質(zhì)河口中具有代表性。流速和含沙量的值在高潮位時(shí)較小，在中潮位時(shí)最大；漲潮流速沿程減小、落潮流速沿程增大，漲落潮流速都在閘下達(dá)到最小值；漲潮含沙量大于落潮含沙量，每個(gè)潮期都有一半以上的泥沙淤積在主槽閘下1.3 km以內(nèi)的引河內(nèi)，而距閘越近淤積越嚴(yán)重，淤積是河口發(fā)展的必然趨勢(shì)。

(2)潮汐、風(fēng)浪和河道邊界條件，直接影響納潮和納沙量。納潮宜在平潮前后一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，一次納潮時(shí)間在2～4 h；窄淺河道在納潮時(shí)水流行進(jìn)流速過(guò)大，含沙量沿垂線分布均勻，不存在表層清水層；惡劣氣候下不宜納潮。如邊界條件達(dá)到要求，可采用雙層閘門?，F(xiàn)已修建的閘門大多為單層閘門，改造成雙層閘門投資大，技術(shù)難度大，但應(yīng)進(jìn)行論證。

(3)納潮沖淤比閉閘自然落潮時(shí)，水流對(duì)閘下河床沖刷力強(qiáng)；控制沖淤比自然轉(zhuǎn)流沖淤對(duì)河床沖刷能力強(qiáng)?？刂茮_淤運(yùn)行方式好，沖淤與納潮相比，納入的泥沙不能僅靠納入的水全部沖走，河道仍呈淤積發(fā)展趨勢(shì)；河道邊界條件對(duì)沖淤效果的影響明顯；勤納勤沖比多次納一次沖的方式?jīng)_淤效果好。

(4)納潮沖淤加閘下拖淤效果顯著，漲潮至高潮位時(shí)即可拖淤，沖淤可選擇在落潮適當(dāng)潮位時(shí)開(kāi)始。

[1]王英偉，等.潮汐水流對(duì)漳衛(wèi)新河泥沙淤積的影響[J].水利水電工程設(shè)計(jì)，2004，23(1)：26-27.

[2]顧瑞賢.海河流域河口防淤減淤對(duì)策研究[J].水利水電工程技術(shù)，2000，19(2)：10-12.

[3]竇國(guó)仁，等.河口海岸泥沙數(shù)學(xué)模型研究[J].中國(guó)科學(xué)，1995，25(9)：99-101.

[4]王宏江.泥質(zhì)河口閘下沖淤特性及沖淤量的分析預(yù)報(bào)[J].海洋工程，2002，20(4)：78-84.

[5]孫東坡，等.子牙新河尾閭段河流特性分析[J].泥沙研究，2002(2)：59-64.