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1、黄河挖河清淤输浚综述（黄河水利科学研究院，河南郑州，450003）摘要：关键词：前言清淤输峻技术在生产实践中国内外有着广泛的应用。在国外，挖河疏浚多被用于航道治理，并且取得了不少的研究成果，技术也相对成熟。如早在20世纪60年代，国外主要河口拦门沙航道疏浚就已经取得了一定成功，吸扬式、耙吸式和绞吸式等类型的挖泥船均有广泛的应用。各国学者先后也开展了系统的研究，较有影响的如美国的欧文（Owen，M.W）、法国的里奥（Mignion，C），均取得了不少的研究成果。Scheuerlein，H.曾在阿尔卑斯山某水库采用水流冲沙的方法清除水库淤积的泥沙，取得了一定效果。但这些多属于在含沙量较低的河流或河
2、口区域，或者有可大幅度降低相对侵蚀基准面的库区，疏浚范围较小，且多限于航道和库区治理。对于在类似黄河水沙特性的河流上疏浚拖淤的研究和应用则未见有报道。在国内，采用拖淤疏浚河道已有几千年的历史，相传自大禹治水开始，即一直把疏浚作为一项重要措施而广为采用。黄河使用水力机械拖淤的记载始见于北宋神宗熙宁六年（公元1073年），王安石设置浚河司前后，明清时期曾屡经使用，有代表性的拖淤成功的事例有：宋神宗熙宁六年（1073年），李公义认识到利用水力，经过搅荡，可以加大输沙能力，创造了铁龙爪扬泥车拖淤之法，这是利用水力机械拖淤的开始。明嘉靖十四年（1535年）总河刘天和博采群议，创平底舟长柄铁耙拖淤法，清乾
3、隆八年（1743年），总河白钟山在塔决石林漫口旧河中，调用船一百九十只，“常川浚扒，收到明效”。清乾隆三十六年（1771年），河臣高晋在清黄汇口一带，以木龙挑水，收束口门节和在汇口以下利用铁扫帚乘船分段拖淤“使河底积淤松动，河道日见通深”。清乾隆四十五年（1781年），河臣李奉翰、国太杨一魁等在张家油房漫口旧河中，于正河水浅处带上混江龙、铁扫帚上下往来，逐日浚扒，收到“通流深畅，未见淤阻”的效果。清嘉庆十年（1806年），徐端“趁黄河落水一尺，清水出口有力，乃多累大船，用铁扫帚、扬泥车彻夜乘势疏导，使浅处渐深至二尺以上，江境邦船陆续通行”。清嘉庆十五年（1810年），松筠利用自制的混江龙，于清
4、口一淤浅河段疏浚得力。“由仅有的一尺多深，浚深到三、四尺以上，中泓宽达七八丈，愈浚愈深”。清道光十三年（1833年），河臣张井在海防厅属之童营汛的七湖工，下河汛之单家港、周门等处，“因河道分歧，滩而辽阔，河道平衍，遂调齐各厅拉沙船，苇荡浚、柳各船及被剥漕粮船只，配备以翻泥车、铁扫帚等器具，自上年九月至下年正月，于工放拥河之前，逐日上下拉涝，据各该员汇报，各拉深数尺，已有一定中泓水势，实比照上年志桩水深尺寸和现在河势情形，确切丈量比较，有所加深”。在1886年，已改道30多年的黄河山东河段，淤积极为严重，连年漫口，时任山东巡抚的张曜利用平头圆船结合挖沟切滩的措施疏浚河道，在惠民、滨州、利津等河段
5、近岸平滩，逐段挑挖，在浅水淤泥滩地不能立足之处，用平头圆船以铁铣淘挖，这种疏挖河道的方法，在短时间内对归顺河流起到了一定效果。鉴于当时的社会经济条件和技术水平，人们没有也不可能对黄河拖淤疏浚进行系统深入的研究，但从长期的拖淤实践中得出一个基本的结论，即拖淤对于解决河道局部浅滩河段的淤积是有功效的。新中国成立之后，黄河的拖淤输峻始于二十世纪七十年代，河道清淤主要靠拖淤和自制简易吸泥船进行。前者利用船后安装的拖具翻起泥沙，利用天然水流将翻起的泥沙带走；后者则利用高速射流冲击河床，制造高含沙浑水，由水泵将其抽出，排往沉沙区。“八五”期间，黄河口为了输通清水沟流路，开展了从1988年到1992年历史5
6、年的输浚试验工程。进入二十世纪九十年代，国家对江河治理日益重视，作为治理的重要措施之一，河道清淤倍受关注。例如，提出了在大江大河中清淤的“百船计划”，大力发展挖泥船清淤。“黄河中下游水资源开发利用及河道减淤清淤关键技术研究”项目也被列入“九五”国家重点科技攻关计划。“九五”期间黄委对挖河清淤输浚进行了较为深入的试验研究，在之后的治黄工作中清淤输浚技术得到不断完善和应用推广。1.黄河口输峻为了疏通清水沟流路，黄河口从1988年到1992年，开展了历史5年的输浚试验工程。 为确保试验工程的顺利进行，组建了由东营市、胜利油田和黄河河口管理局负责人参加的输浚试验工程领导小组，并设置了施工指挥部。198
7、8年4月14日，黄河口管理局完成了首期输浚试验工程设计和实施措施，报经黄河山东局审定，并经黄委会同意后，正式拉开了输浚试验工程的序幕。黄河口输浚试验工程中采取的措施有：截支堵汊，强化主干；束水导流，定向入海；清障拖淤，输浚河门；巧用潮汐，以潮输沙；护滩保槽，稳定河势等。该试验工程除采用机械开挖引河外，每年都组织进行群船拖淤，利用船刺、耙拖、射流冲沙、推进器搅动等方法在清七断面以下河段往返拖淤达5000余台班。同时用定向爆破、机械开挖等方法削掉红泥嘴1250m、鸡心滩3处，面积3.4km2。黄河口输浚试验工程采用的拖淤机具开始时比较简易，之后逐步改进。首先采用了船只推进器冲淤的方法，即利用船只行
8、进推进器推动水流的反作用力，冲起河底泥沙，借水流挟至深海。试验船采取随冲随进的方式。试验表明，船只推进器对于打通河道中的局部地区有十分明显的功效，但由于推进器的安装角度时按行船考虑，基本是水平向后的，所以其下冲的能量是有限的，冲刷深度只能在推进器以下0.5m左右，推进器冲淤加速了推进器的磨损。因此，此种拖淤方法只能小范围使用，不可大面积推广。第二代拖淤机具为传统的耙具，例如混江龙、铁扫 和铁龙爪等。这些耙具在历次河道拖淤中曾发挥了很大的作用。1988年汛后，利用该耙具在河口进行了拖淤试验期间，由于尾闾河道及拦门沙上的淤积物已形成铁板沙，在顺水拖淤时，耙具过后，只能把拦门沙上划上几道痕迹，经取样
9、试验，拖淤前后含沙量变化不明显；而逆水拖淤时一旦着底，如同下锚，船根本拖不动。实践证明，传统的耙具在河口拖淤中作用不大。以传统的耙具为基础，在每只耙齿中间安设一只喷水嘴，设计出一种新型喷水拖淤耙。该机具的特点是在船上安装柴油机带动水泵提供高压水，使拖淤耙具有松动泥沙、冲深液化和扬起泥沙的功能。经过试验发现，该拖淤耙的悬挂装置，供水管道及提升装置比较复杂，耙具距船尾推进器仅8.2m，推进器的反作用力使拖在船后的耙具很不稳定，处于时沉时浮的状态，如耙具上浮对拖淤不起作用，而一旦着底，船就拖不动，再加上动力及管路设计方面的问题，使喷水拖淤耙具仍满足不了河口拖淤的需要。为了克服耙具拖不动的缺点，进行了
10、第四代高压水枪射流试验。该装置是在拖船两侧各布置5台17kw电动高压水泵，以柴油发电机组作为动力，每台泵供2只口径25mm水枪由人工操作伸向河底，水枪的出口流速17m/s，射程20m。该装置的出水压力大，冲沙效果好，又不增加拖船行进的负担；其缺点是水枪不固定，人工操作困难，占用劳动力多。为此，曾进行过改进，在船后安装了喷水枪架，并在喷枪架上设置了悬挂升降装置，便于提升，经试验该装置虽然克服了水枪不固定、人工操作困难的缺点，但也暴露了新的问题，如能量损耗问题，水泵出力不足问题，使水枪压力达不到设计要求，起不到射流冲沙的作用。通过吸取以上各种耙具试验的经验，研制了第五代新型射流冲沙船，在该船上安装
11、了新型射流冲沙装置，由高压水泵提供水流，再由干管输送至各组水枪，在拖船两侧和船头各布置了口径为30mm的水枪10只，船尾布置水枪8只，每组水枪都在设悬挂提升装置，设计每只水枪的出水流量为0.008m3/s，出口流速为11.3m/s，工作宽度为5.0m。黄河口通过5年的输浚整治，拖淤输浚取得了一定的效果，河口地区防洪压力有所减轻。同时，拖淤机具在河口输浚试验中得到不断改进，也积累了一定的拖淤输浚经验。2.黄河潼关清淤 (1) 清淤的缘由潼关位于黄河三门峡大坝上游113.5km处，渭河、北洛河在其上游附近汇入黄河，潼关河床是渭河及黄河小北干流的局部侵蚀基准面，直接影响潼关以上黄、渭、洛河的河道冲淤
12、变化, 特别对渭河下游的防洪影响极大，因此潼关高程引起水利界的广泛关注。历史上潼关高程（1000m3/s流量相应水位）是微升的；三门峡水库建成运用初期，由于水库蓄水高，加之上游来沙量大，库区淤积严重，潼关高程大幅度抬升，由1960年汛后的323.4m上升到1969年汛后的328.65m。随着水库运用方式的调整和两次改建的投入运用，潼关以下库区发生大量冲刷，到1973年汛后潼关高程下降到326.64m。自1973年水库采用蓄清排浑运用以来，至1985年汛后，潼关高程基本保持相对稳定。1986年以后，由于上游来水特别是汛期来水大幅度减少，潼关高程出现了快速上升的局面，为改变潼关高程不断升高的局面，
13、于1996年开始在潼关河段进行了射流清淤试验。(2) 清淤概况潼关河段射流清淤工程从1996年开始，到2003年已开展了8年，8年来清淤规模不断扩大，内容不断增加，管理不断完善，研究也在不断深入。射流清淤的基本原理是利用射流船上喷嘴喷出的高速水流将河底泥沙冲起，借助大河水流增大输沙量，改善河床边界条件，提高河道的水流输沙能力。从而达到减少潼关河段淤积，抑制潼关高程抬升的目的。清淤遵守的基本原则是“因势利导，疏通流路，理顺河势，集中水流，调整局部比降，提高水流挟沙能力”。1996年开始清淤试验时，主要清淤设备只有2条自制的简易射流船，到1999年共设计制造了4条不同型号的专业射流船，2002年以
14、后达到9条专业射流船。1996至1999年，每年只在汛期清淤，从2000年开始，增加桃汛清淤，适宜清淤作业的大河水沙条件为流量2503500m3/s,含沙量小于150kg/m3。清淤河段基本选在主要影响潼关高程升降的潼关至古夺21km的河段内，实际操作过程中，根据河势变化随时调整重点作业河段（见表2-1）。清淤船操作指标：喷嘴提升高度（即离河床高度）为0.30.7m, 喷嘴与床面夹角为6090度，作业航速：0#船为0.21.5km/h，其余的8条船为0.53.0km/h；清淤作业以逆流順冲和順流順冲为主，前后船距一般保持200300m。表2-1 历年清淤基本情况一览表2345年份清淤时间清淤河
15、段清淤设备19965.209.20黄淤41382条射流船，3条扰流船19975.209.20黄淤3741同上19986.110.15黄淤4037同上19998.19.30黄淤37+3394条专业射流船，1条扰流船，2000桃汛：3.234.15汛期：6.2310.15黄淤37+541黄淤37+439+44条专业射流船，2001桃汛：3.154.15汛期：7.2810.20黄淤37+439+4黄淤36+139+46条专业射流船2002桃汛：3.104.20汛期：6.2410.1537+139+436+239+79条专业射流船2003桃汛：3.154. 15汛期：9.410.10394139+24
16、19条专业射流船在河道中开展射流清淤，由于河段太长，不可能将射流装置固定在某一位置连续工作，一般是将射流系统安装在船上，在船的行进中射流冲沙，依靠河道水流将泥沙输往下游。这种方法曾于二十世纪九十年代初期在黄河河口清淤中使用过。为减缓潼关高程的上升速度，1996年开始在潼关河段开展清淤试验。根据潼关河段的具体情况，从一开始就采用了射流清淤这一新兴方法。实施清淤的同时，在室内和现场进行了一系列的试验研究，对射流冲刷能力等多方面问题进行了比较系统的探讨。这项试验已进行了五年，是目前国内规模最大、设备最专业化、试验资料最全的清淤试验项目之一。从多年的清淤效果分析，射流清淤对理顺河势，改变河床形态，调整局部比降，增大水流流速，提高
