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大运河穿黄——全线通航有办法了

[日期:2026-03-19]   来源:  作者:庞双芹   阅读: 0 [字体: ]


大运河平穿黄河——恢复全线通航的历史夙愿,以前受黄河水脊和水源持续供应条件的制约,无法实现。现在终于找到了解决的办法。

平穿黄河从现有地势上看并不困难,因受南水北调工程之惠,运河二级航道现已通达黄河南岸的东平湖——到黄河岸边只剩约十公里的的距离,大概位置就在东平湖北面湖叉的庞口镇(虚线上端附近)。


因东平湖是作为黄河的滞洪区建设的,所以在湖叉与黄河交界处修建了防倒灌闸(见下图)——必要时可隔开或联接东平湖与黄河之间的水道联系。


事实上东平湖的湖底与黄河的河底,以及湖面与黄河水面的高差几乎可以忽略不计。每到大汶河汛期,湖面时有高出黄河水面的景象出现。所以,只要依通航所需疏浚好剩下的湖叉航段,运河航船平穿进入黄河,是一件自然而然并不太复杂的事——只须将防倒灌闸改造成过船闸即可。

现在的困难不是能不能平穿黄河,而是因黄河平时水流太浅(一般深1~2米),运河航船驶入黄河后,无法满足行船所需的(按二级航道标准不低于4米)水深。因此,解决2000吨级的运河航船驶入黄河后,如何保证其4米以上的通航水深,才是最大的难题。

本文对此给出的解决办法是——深槽冲淤法所谓深槽,就是在现有黄河河槽的基础上按二级航道标准再下挖3~4米,形成5~6米深的水道(窄于自然冲刷形成的主槽)。河槽下挖加深后,被收拢其中的水流速度必然减缓,以致可能形成部分淤积。因此每隔1~2年,须利用高压水泵船将河底的淤泥冲刷泛起,使之受河流裹挟进入大海,以此来保持航行所需的日常水深。

依据什么设想1~2年的时间间隔才进行冲淤复原呢?一是现有黄河水的含沙量已降到建国初期的10%左右(年均入海不足2亿吨),在深挖形成的有限航道内所能产生的淤积总量十分有限。二是水中泥沙的颗粒度也因退耕还林治水治沙等长期措施,减小到了原来的1/10(˂Ø0.03mm)。只要黄河水流速度超过0.6米/米,既少且轻的细沙根本无法形成沉淀。据此可判断1~2年的时间间隔内,即便有某种程度的淤积发生,也不会达到影响航行安全的厚层泥沙。

其实若利用每年6月份约20天的调水调沙期间,派遣冲砂船沿着航道冲刷几遍就够了。即使有再大再多的泥沙也会随着2米/秒的调沙水流带入大海。所以,丝毫用不着担心挖深主槽可能产生的轻微淤积问题。

与穿越黄河所遇到的水深难题相比,全线通航所需要的持续水源供应运才是最大的难题。对此,本文给出的解决办法是——千足管流清法

下图中名为“A栅型垂管”的即本文所称的千足管(1)。它水平漂浮于(在浮漂4的作用下)黄河主槽的水流中,并通过插入河底的挡杆(2)固定,使之无法左右晃动。在横管之下联通着若干竖管(即垂直沉沙管)深入水中,犹如横管下面长出了千条垂足(故名千足管)。


由于千足管上游端的管口被封闭(见左侧竖线),所以进入横管和竖管中的黄河水实际上处于半封闭的静止状态。经过2~3天的时间后,封闭在管内的水中泥沙会在重力作用下慢慢沉降。沉降的泥沙一旦接近竖管的下口,自然会被流动的水流带走,输往大海。这时如果打开水平管的下游端口,已沉淀成清水的黄河水会自动流出(流向蓄水池)。由于水平管内的水量减少会形成负压,无数竖管会有微量的黄河水在负压作用下微微上浮进入水平管。这样,一边水平管内的清水不断流出,一边竖管内的黄河水自动补入,形成了循环工作机制。由于竖管数量巨多,每根竖管上浮补充的水量极其微小。因此能保证在不破坏——上部(水平管)清水下部(竖管)浑水的状态下,悄无声息地运行。亦即保证进入水平管的黄河水全部已变成清水,浑水只在竖管的下端区间微微移动,整个系统始终处于微循环的工作状态。

运河全线通航所需的清水资源当然是巨大的,一根千足管所供应的清水满足不了需要。但千足管的数量可以增加,管子的直径也可以加大。可以说,大运河需要多少清水,千足管系统就能提供多少清水——只要黄河水满足供应。

那么黄河水能不能满足供应呢?据统计,黄河年均径流量为580亿立方。八七分水计划允许沿河使用消耗的水量合计为370亿立方,实际上多数年份的消耗少于这一数值。因为根据黄河利津水文站(入海前最末端的水文站)近十几年的统计数据,其入海流量基本上稳定在230亿~260亿立方区间。也就是说,大运河的消耗水量是以近240亿立方的黄河水资源为背景的。

若黄河以北的大运河段按800公里(实际780公里)计算,运河二级航道按底宽60米,水面宽按100米,水深按4米计算,需要清水(60+100)/2*4*800000=2.56亿立方才能灌满。即便考虑上工程损耗,有3亿立方的黄河水源也就足够了。运河正常通航后,按每年20%的蒸发损耗水量(0.512亿立方)计算,每年再有0.6~0.8亿立方的黄河水补充也就够了。就是说,除第一年须减少黄河水3亿立方,其他年份所消耗的黄河水资源只有区区0.8亿立方,只占其入海总量的1/30。所以完全不必为黄河的水资源潜力而担心。

甚至不妨大胆设想一下;在通航后的正常年份,除供应运河所消耗的清水补偿(0.8亿立方)以外,每年再多供应10亿立方(不到入海流量的1/20)的清水资源支援京津冀,也并非异想天开。况且在输往北京的过程中,无论其水质控制还是成本控制,都比长途跋涉而来的南水北调之水更具优势,更受欢迎。

水脊穿越和清水供应的问题解决了,运河航船进出黄河时,清水与浑水相互混淆的问题又会如何呢?请看下图:


运河航船要进出黄河,首先须选一处方便船只往返调头的二滩空间,规划建设可大量蓄水的清水池(如图中所示)。清水池左侧标示有“上游流入清水”字样的入口,即代表千足管的末端出水口。清水池上侧的长短直线表示用于驶入运河的船闸及河道。下侧则朝向黄河主航道,且完全呈开口状态。来自黄河主航道的船只可拐弯进入清水池,再继续驶入运河河道。反之亦可。

由于清水池有开口与黄河主航道水流相通,会不会发生清水与浑水大量混淆的现象呢?这里分析说明一下。由于蓄水池的清水来自黄河上游,因此清水池的水面理论上应高于流淌中的黄河主槽水面。所以,只会有少量清水缓慢流向主槽,而不可能反向流动。即便二者水面平齐,根据流体力学原理——静止流体(清水)压力大于流动水体(浑水)的压力,也不应有浑水流入清水区,只会有少量清水流入浑水区。所以,认为清水与浑水混淆,进而产生淤积的担心大可不必。

以上的计算分析表明,大运河航船理论上能够平穿进入黄河,且能够在有限的黄河主槽区间内顺利穿行。在实施工程上并不存在无法克服的障碍。其主体结构也远比许多人想象的简单。

小清河通航是山东恢复航运大省地位的重要尝试。但由于未与其他主要河流联通,孤零零的如同一段盲肠,极大地限制了小清河航运效益的发挥。如何上延联通大运河,以最大程度地发挥其工程效益?此前曾有南线、北线之争。若本文所设想的深槽冲淤之法可行,即运河航船进入黄河后,能够在有限的主槽河段内顺利航行。所谓南线、北线的困境自然也就不存在了。即既不采用南线,也不采用北线,而是采用中线。即运河航船进入黄河后,直接在黄河的主槽河道内航行。果如此,不仅整个工程系统将大大简化,成本大幅度降低,也为更长远的未来——尝试黄河下游河段的通航,提供了工程实验样本。例如,运河船舶自东平湖进入黄河河道,沿挖深达5米之余的深槽河道顺流而下,直至济南港区临近河段,再驶出黄河进入小清河,这一黄河河段内的航程当在百公里以上。在如此长的距离上沿黄河主槽挖深至5~6米,应不会产生陡坡效应,淤积亦不至于陡然增加成航行隐患。巧妙利用每年调水调沙的时间空挡,完全可以消除并不十分严重的淤积问题,足以保证在有限河段内的正常航行。

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