黃河下游河道整治的必要性

胡一三

(水利部黃河水利委員會 鄭州 450003)

1 概述

1.1 堤防決口類型

堤防決口大體可分為漫決、潰決、沖決3種類型:①水流漫頂或水流接近堤頂在風浪作用下爬過堤頂,使堤防發(fā)生破壞而造成的決口,稱為 “漫決”。②河流水位盡管低于設計防洪水位,但由于施工質(zhì)量不能滿足要求、堤身或堤基有隱患,水流偎堤后發(fā)生滲水、管涌、流土等險情,進而發(fā)展為漏洞,因搶護不及,漏洞擴大、堤防潰塌,水流穿堤而過造成的決口,稱為 “潰決”。③水流沖刷堤身,造成坍塌,當搶護的速度趕不上坍塌的速度時,塌斷堤身而造成的決口,稱為 “沖決”。另外,還有因戰(zhàn)爭等特定目的,人為扒開堤防造成的決口,稱為 “扒決”,如1938年鄭州花園口決口。堤防決口多為 “潰決”和 “沖決”。歷史上統(tǒng)計的漫決次數(shù)多,是因為 “漫決”屬自然因素造成,非人力搶護不力,上呈 “漫決”就可以減輕責任。

1.2 整治河道防止堤防沖決

為了保證堤防安全,通過加高加固堤防防止“漫決”和 “潰決”。黃河下游河勢變化的幅度大、速度快,不論是洪水期還是平水期都會發(fā)生大的變化,當河勢變化至危及堤防安全時,若搶護不及就會沖塌堤防,甚至河水穿堤而過。因此,需要進行河道整治,控制河勢,防止堤防 “沖決”。河道整治是確保防洪安全的一項重要措施。

1.3 下游河道概況

黃河在河南孟津縣白鶴鎮(zhèn)由峽谷進入平原地區(qū),至山東墾利縣注入渤海,長878 km,根據(jù)河床演變特點可分為4個河段 (圖1)。其中鄭州桃花峪以下至入?？诘狞S河河道稱為下游,長786km。

圖1 黃河下游河道平面示意

⑴孟津白鶴鎮(zhèn)至東明高村河段。

該段河道長299km,堤距寬一般5～l0km,寬處達20km,河道比降0.265‰～0.172‰,彎曲系數(shù)1.15。河道淤積嚴重,水面寬闊,溜勢散亂,洲灘發(fā)育,為典型的游蕩性河型。支流伊洛河、沁河在此段匯入。

⑵東明高村至陽谷陶城鋪河段。

該段河道長165km,,堤距寬1.4～8.5km,大部分在5km以上,河道平均比降0.115‰,河道彎曲系數(shù)1.33。水流經(jīng)游蕩性河段落淤后,進入該河段的泥沙顆粒變細,河岸抗沖性能較游蕩性河段強,并有膠泥嘴分布,因此盡管河勢變化仍很大,但已有明顯的主槽,屬由游蕩向彎曲轉化的過渡性河型。

⑶陽谷陶城鋪至墾利寧海河段。

該段河道長322km,堤距寬0.4～5km,一般1～2km,河道平均比降0.1‰左右。由于兩岸堤距較窄,河彎得不到充分發(fā)育,河道彎曲系數(shù)僅為1.21。河床組成粘粒含量較陶城鋪以上增加,加之兩岸整治工程的約束,河勢變化相對較小,屬彎曲性河型。支流汶河在此段匯入。

⑷寧海以下。

該段屬河口段,河道長 92km,由于泥沙淤積,河道抬升延長,至一定長度后,比降變緩,過流能力減小,尾閭段擺動,隨著河口段的淤積發(fā)展,擺動點上移,直至在河口三角洲范圍內(nèi)改道,河長縮短后,河床下切,繼而再度出現(xiàn)淤積……,即河口河段處于淤積-延伸-擺動-改道的循環(huán)變化過程中。

⑸下游河道橫斷面形態(tài)。

黃河下游的河道為復式斷面,由主槽和灘地組成。中小水時水流從主槽通過,大洪水時主槽過流一般占80%左右。蘭考東壩頭以下有二級灘地,東壩頭以上由于受1855年銅瓦廂決口改道溯源沖刷的影響,增加了一級高灘,即有三級灘地 (圖2)。一級灘地和枯水槽合稱主槽。

圖2 二級灘地和三級灘地示意

2 河道整治的必要性分析

黃河下游進行的河道整治是以防洪為主要目的,兼顧工農(nóng)業(yè)發(fā)展需要和灘區(qū)群眾生產(chǎn)、安全要求。

2.1 為確保防洪安全必須進行河道整治

⑴溜勢的大幅度提挫造成被動搶險。

在進行河道整治之前,不僅在寬河段,即使在窄河段,河勢的大幅度提挫變化也會造成被動搶險。陶城鋪以下的彎曲性河段,一般堤距僅1～2km。河床組成中粘粒含量已較以上河段增加,在突然情況下河勢變化仍是很大的,在沿堤修建一些險工后,雖有一定的御流作用,但因位于灘地的河彎無工程控制,彎道坍塌后退下延,往往改變險工的靠溜部位,甚至脫河,河勢發(fā)生大的變化,歷史上曾多次因河勢變化而造成堤防決口。

1949年汛期,彎曲性河段高水位持續(xù)時間長,河勢變化大。據(jù)當年的防汛資料,有40余處險工靠溜部位發(fā)生大幅度上提下挫,東阿李營、濟陽朝陽莊等9處老險工脫河。左岸朝陽莊險工脫河后,主流下挫2km至董家道口,右岸灘地急劇坐彎坍塌,左岸葛家店險工靠溜部位下挫并有脫河危險,以下的張辛險工、谷家險工、小街子險工等靠溜部位也相應下挫,造成跟隨河勢下挫接連不斷搶險,“攆河搶險”長達3km,歷時40多天,陷防汛于十分被動、危險的境地。

⑵“橫河”會造成堤防沖決或嚴重搶險。

“沖決”是堤防決口的常見形式,“橫河”頂沖是造成 “沖決”的主要原因。

在河勢演變尤其是游蕩性河段河勢演變的過程中,當彎道內(nèi)土質(zhì)松散,抗沖能力差,彎道出口處為抗沖性強的粘土及亞粘土時,彎道向縱深發(fā)展,迫使水流急轉彎,形成 “橫河”;在洪水急劇消落,灘區(qū)彎道靠溜部位突然上提時,流向改變,彎道深化,且在彎道以下出現(xiàn)新灘,形成 “橫河”;在水流漲落過程中,當斜向支汊發(fā)展成主溜時,也會形成 “橫河”?！皺M河”形成后,水流集中,沖刷力增強,大量塌失灘地,塌至堤防即出現(xiàn)險情。當水流沖塌堤防的速度超過搶護的速度時,就可能塌斷堤身,水流穿堤而過,造成決口。由于 “橫河”,歷史上曾多次造成堤防決口,中華人民共和國成立后也曾多次造成嚴重搶險,如:

3 清嘉慶八年(1803年)封丘大宮黃河決口前河勢示意

①清嘉慶八年 (公元l803年)陰歷九月上旬,封丘衡家樓 (即大宮)出現(xiàn) “橫河” (圖3)。據(jù)記載,該段堤防原為平工段,“外灘寬五、六十丈至一百二十丈,內(nèi)系積水深塘。因河勢忽移南岸,坐灘挺恃河心,逼溜北移,河身擠窄,更值(九月)八、九日西南風暴,塌灘甚疾。兩日內(nèi)將外灘全行塌盡,浸及堤根?！币驌屪o不及,終于九月十三日造成堤防沖決,二十世紀70年代封丘大宮一帶的所謂 “大沙河”,即是這次決口遺留的故道。

②1952年9月,黃河在鄭州保合寨險工對岸灘地坐彎,形成 “橫河”直沖保合寨險工 (圖4),致使已脫河的保合寨險工前灘地急劇坍塌后退,主流直沖保合寨險工。當時流量約2000m3/s,由于溜勢集中,淘刷力強,主槽下切,堤前水深在10m以上,水面寬由一千多米縮窄到一百多米。當時抽調(diào)4個修防段的工程隊員200余人,民工4000余人參加搶險,積極籌運柳桔料,鄭州鐵路局撥給350個車皮,由專用廣花鐵路支線星夜趕運搶險石料,一面加幫后戧,一面搶修壩垛。嚴重時,大堤被沖塌長45m,堤頂塌寬6m,險情十分危急。經(jīng)十天左右的緊張搶護方化險為夷。共搶修壩垛4道,加固壩垛4道。總計用石6000m3,柳枝60萬kg。

圖4 保合寨險工1952年9月下旬河勢示意

③1964年10月上旬,在保合寨險工以下12km處的花園口險工下首的117～127壩 (東大壩)前發(fā)生 “橫河”,主流頂沖險工。10月下旬流量為5000m3/s左右,險工前水流急轉彎,溜勢集中,水面寬縮窄到l50m左右,單寬流量達30～40m3/s,中水持續(xù)時間又較長,根石淘刷嚴重,造成連續(xù)搶險。東大壩根石深度一般達13～l6m,最深達17.8m,該壩搶險用石達11600m3。

④京廣鐵路橋以下因河勢沒得到控制,1983年又在保合寨險工對岸的北圍堤前發(fā)生 “橫河”(圖5),造成嚴重的搶險。自8月12日至10月23日除去溜勢外移的時間,搶險達53個晝夜。在搶險的1772m工段內(nèi),共搶修垛25道、護岸25段,圍長3855m,先后參加搶險的軍民6000余人,用工16萬工日,用石3萬m3,柳雜料1500萬kg。

圖5 北圍堤1983年9月4日河勢示意

⑤1982年8月2日,花園口出現(xiàn)15300m3/s的洪峰,在流量降落到3000m3/s左右時,開封黑崗口險工前出現(xiàn) “橫河” (圖6),來自對岸大張莊一帶的主流直沖黑崗口險工,壩前水面寬僅200余m,淘刷嚴重,19～29壩接連出險。經(jīng)積極搶護,險情仍不斷發(fā)展,25護岸到26垛迎水面長50m的坦石和23護岸長30m的坦石相繼墩蟄入水,7m高的壩基土完全暴露,直接危及堤身安全。經(jīng)組織軍民2000余人緊急搶護,才保證堤防安全。總計用石料6552m3,拋鉛絲石籠1084個。

圖6 1982年8月上旬黑崗口險工附近河勢示意

①中所述 “橫河”造成了堤防決口。②～④所述 “橫河”搶險發(fā)生在不到 20km的河段內(nèi)。②、③所述 “橫河”險些造成沖決,④所述 “橫河”雖發(fā)生在灘區(qū),如主溜沖開北圍堤,右岸幾處險工將失去控制溜勢的作用,左岸一百多年未靠河的大堤將會出現(xiàn)順堤行洪的局面,對堤防安全威脅很大。⑤中所述 “橫河”直接危及到堤防安全。諸例表明,為確保堤防安全,需要進行河道整治,控導河勢,防止或減少 “橫河”發(fā)生。

⑶河勢游蕩會造成堤防布滿險工。

按照黃河下游彎曲性河道整治經(jīng)驗,有計劃地進行河道整治時兩岸工程的總長度達到河道長度的80%左右時,即可基本控制河勢。而在未進行河道整治的游蕩性河段,大溜至堤防時就得被迫修建險工,一岸工程長度超過80%以上時,河勢仍然游蕩,平工堤段仍會出險。

鄭州保合寨至中牟九堡,長48km。該段河道在右岸堤防與左岸1855年高灘間寬約5km的范圍內(nèi)游蕩。為了保護堤防安全,右岸先后修建了保合寨、花園口、申莊、馬渡、三壩、楊橋、萬灘、九堡9處險工,楊橋險工已有300多年的歷史,至二十世紀60年代險工總長達43km,占河道長度的90%。二十世紀60年代前后左岸還修了十幾處護村工程和2處控導工程。由于兩岸的工程是在被動搶險的條件下修建的,兩岸工程互相不配套,不能控制河勢。1967年汛期,花園口險工不靠溜,大溜自右岸南裹頭到左岸原陽高灘,灘地經(jīng)不住水流的淘刷,1855年高灘大量塌失。先從馬莊西南的農(nóng)場一隊開始塌失高灘,經(jīng)批準新建的6個垛僅修1個因河勢下挫而停修。繼而由西向東坍塌馬莊、胡莊、劉庵、破車莊、西蘭莊村南長達5km多的高灘,南北塌寬2～3km,汛末塌至東蘭莊村南,并在灘地坐彎,流向急轉南下,方向正對右岸東大壩以下的趙蘭莊一帶 (圖7),堤前灘地坍塌迅速,為防在1.4km長沒有壩垛保護的平工堤段出險,在溜至堤根前,就在灘地上搶修了6道壩,1個垛,用石3000m3,后河勢外移,險情才緩和下來。由此看出,要防止堤防布滿險工,必須有計劃地進行河道整治。

圖7 花園口險工下段1967年汛末河勢示意

⑷畸形河彎威脅堤防安全。

在河勢未控制的河段,在枯水期形成的一些畸形河彎,有時會危及堤防等建筑物,造成被動搶險。

l993年9月,開封高朱莊搶險就是一例。在黑崗口至封丘大官河段接連出現(xiàn)2個畸形河彎 (圖8),造成多處塌灘。在黑崗口險工至柳園口險工的13km內(nèi)基本都修有工程,黑崗口及柳園口險工靠溜處因有丁壩未有出險。但在黑崗口險工與高朱莊控導工程之間850m的空襠內(nèi)沒有壩垛,在畸形河彎的演變過程中,灘地塌退,距堤僅60～70m。為保大堤安全被迫搶險修建了8個垛。

因此,為確保防洪安全必須進行河道整治。

圖8 開封黑崗口至柳園口1993年汛末河勢示意

2.2 工農(nóng)業(yè)發(fā)展需要整治河道

⑴提高引水保證率是工農(nóng)業(yè)及城市生活用水的迫切要求。

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展,黃河兩岸對引黃供水需求愈來愈高,能否及時供水在一定程度上已經(jīng)成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)及城市發(fā)展的制約因素。黃河下游已建有94座引黃閘。半個多世紀以來,常常由于河勢變化,造成引不到水或引水十分困難。

在過渡性河段,位于右岸菏澤劉莊險工上的劉莊閘門,1959年汛后建成時險工靠溜,引水十分方便。由于以上河段的河勢變化,閘門段脫河。為便于劉莊閘門引水,在上游右岸新建了長2000m的截流壩工程,后因搶護不及,壩頭端放棄,余下壩長1460m,但仍未解決閘門引水問題。后黃河下游停止引黃灌溉。1965年復灌后,為了引水不得不在灘地上新建引水渠,最長時達3.6km。引水渠經(jīng)常需要清淤,因多系流沙,每次都要耗用大量的人力。位于游蕩性河段的引水閘門,其引水保證率低于過渡性河段。原陽幸福渠灌溉面積20萬畝,為了提高引水保證率,修建了3個引水閘,增加了灌溉投資。彎曲性河段,由于二十世紀50年代已有計劃地進行了河道整治,閘門引水條件基本可靠。如引黃濟青工程的取水口博興打漁張閘,就是靠濱州韓家墩、龍王崖、王大夫等控導工程保證引水穩(wěn)定的。

為了保證工農(nóng)業(yè)及城市生活用水,必須整治河道,穩(wěn)定河勢,以提高引水的保證率。只有通過整治,才能改善和穩(wěn)定引水條件。

⑵溜勢穩(wěn)定是橋梁安全的要求。

中華人民共和國成立前僅有鄭州、濟南2處鐵路橋,現(xiàn)在黃河下游已有鐵路及公路橋30余座。因為河寬、橋梁也較長,如長東鐵路橋長達10km,主溜區(qū)及非主溜區(qū)的橋跨及基礎深度不同。如河勢巨變,主溜區(qū)與非主溜區(qū)易位,或發(fā)生橫河造成集中沖刷,均可能危及橋梁安全。

⑶一定的水深是航運的條件。

歷史上由于河勢多變,黃河航運并不發(fā)達。但水運便宜,運送防汛料物更為有利,搶險時可直接運石到用料部位。黃河河寬水淺,通過整治才能集中水流,保證通航所需要的水深。

2.3 灘區(qū)人民要求整治河道

⑴灘區(qū)居住有百萬人口。

為了防洪安全,黃河下游河道寬闊。廣大灘區(qū)是含沙水流在多次過流落淤塑造而成的。由養(yǎng)分豐富的泥沙淤出的肥沃灘區(qū),適合農(nóng)作物生長,在生產(chǎn)不發(fā)達的時代,糧食畝產(chǎn)遠高于背河耕地,盡管多數(shù)年份秋莊稼被淹僅能收獲夏糧,相對而言灘區(qū)卻往往成為沿黃縣的糧倉。20世紀60年代以前,沿黃河兩岸有300多萬畝沙荒鹽堿地,背河一帶生存條件非常差,產(chǎn)量很低。近40年來,背河地區(qū)通過引黃河水放淤改土、稻改等措施,改變了鹽堿化的面貌,加之農(nóng)田水利建設等項措施,生產(chǎn)發(fā)展很快。從古至今黃河下游灘區(qū)都居住著大量群眾。

黃河下游計有120多個自然灘,灘面寬0.5～8km不等。其中,面積大于100km2的有7個,100～50km2的有 9個,50～ 30km2的有12個,30km2以下的有90多個。據(jù)統(tǒng)計,截至2003年底,黃河下游灘區(qū)(含封丘倒灌區(qū))總面積4046.9km2,耕地375.5萬畝,村莊1924個,人口179.5萬人。耕地及人口主要集中在陽谷陶城鋪以上的寬河段。

⑵河勢變化造成大量塌灘塌村。

黃河下游河道多淤善變。黃河給灘區(qū)人民提供了生存的條件,但常常也給他們帶來深重的災難。在河勢變化尤其是劇烈演變的過程中,常常坍塌大量耕地,甚至將村莊塌入河中。據(jù)統(tǒng)計,二十世紀50年代時平均每年坍塌灘地多達10萬畝,60年代游蕩性河段坍塌灘地也非常嚴重;1949～1976年有256個村莊掉河。塌灘掉村嚴重影響灘區(qū)群眾的生產(chǎn)生活,并威脅生命安全。因此,除進行安全建設外,灘區(qū)人民還強烈要求整治河道,控制河勢,穩(wěn)灘護村,同時進行灘面治理,防止灘面串溝集中過流。

綜上所述,黃河下游必須進行河道整治,控導主溜,穩(wěn)定河槽,固定靠河險工和控導工程。

3 結語

黃河下游治理的首要任務是保證防洪安全。

在長期與洪水斗爭的過程中體會到,河勢變化尤其是主流的提挫與擺動常會造成堤防搶險,甚至造成堤防決口。溜勢的大幅度提挫會造成長期被動搶險,河勢游蕩會使堤防布滿險工,增加防洪負擔?；魏訌澯绕涫恰皺M河”又會直接危及堤防安全。黃河是河南、山東兩省沿黃地區(qū)的主要水源,工農(nóng)業(yè)及城市的發(fā)展在某種程度上受制于從黃河的引水量,引水的可靠程度直接影響發(fā)展速度。黃河堤距寬,跨河交通橋梁的安全直接與主流的位置和方向有關。居住在灘區(qū)的一百多萬居民,在河勢變化的過程中會承受塌灘塌村造成的災難。因此,不論從黃河兩岸保護區(qū)考慮,還是從灘區(qū)考慮,黃河下游均必須采取措施,控導主流,穩(wěn)定河勢,保堤護灘,有計劃地進行河道整治。