黃河現(xiàn)狀不利河勢(shì)成因及對(duì)策

□杜 娟□張心娜□王躍紅□朱玉娟(河南黃河勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院;黃河小浪底水資源投資有限公司；范縣水利局)

黃河現(xiàn)狀不利河勢(shì)成因及對(duì)策

□杜 娟1□張心娜2□王躍紅3□朱玉娟3
(1河南黃河勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院;2黃河小浪底水資源投資有限公司；3范縣水利局)

小浪底水庫(kù)運(yùn)用后，進(jìn)入下游的徑流泥沙均大幅減少，河南黃河游蕩性河段中水整治工程對(duì)河勢(shì)的控制能力逐漸變化，局部河段不利河勢(shì)頻繁出現(xiàn)?；诮诔霈F(xiàn)的不利河勢(shì)類型及演變特點(diǎn)，分析了不利河勢(shì)成因，并提出治理對(duì)策：一是進(jìn)一步完善中水整治工程，并在此基礎(chǔ)上強(qiáng)化洪枯整治；二是對(duì)局部不利河勢(shì)進(jìn)行針對(duì)性的治理；三是加強(qiáng)河道管理。

不利河勢(shì)；成因；治理對(duì)策；游蕩性河段；黃河下游

1 河南黃河現(xiàn)狀不利河勢(shì)的類型及其演變特點(diǎn)

黃河下游游蕩性河段起于河南孟津白鶴，止于山東東明高村，河道全長(zhǎng)299 km。游蕩性河道整治始于上世紀(jì)70年代初，1980年以后，成為黃河下游河道治理的重點(diǎn)。小浪底水庫(kù)運(yùn)用以后，進(jìn)入下游的徑流量和徑流過程發(fā)生明顯變化，小流量過程歷時(shí)延長(zhǎng)，中常洪水量級(jí)減小，新的水沙條件下，游蕩性河道中水整治工程體系對(duì)河勢(shì)的控制作用受到影響，不利河勢(shì)時(shí)有發(fā)生。表1為2000年以后游蕩性河道出現(xiàn)的部分典型不利河勢(shì)統(tǒng)計(jì)，根據(jù)其特點(diǎn)，基本上可以概括為4種：一是規(guī)劃流路相反不受工程約束有畸形發(fā)育的河勢(shì)，如九堡至三官?gòu)R再至韋灘河段河勢(shì)；二是橫河、斜河等危害防洪安全的不利河勢(shì)，如2003年蔡集畸形河勢(shì)，2005年大宮至王庵畸形河勢(shì)；三是工程脫河或半脫河，河勢(shì)上提或下挫，造成控導(dǎo)工程間灘地坍塌嚴(yán)重，工程有被抄后路的危險(xiǎn)，威脅到防洪安全，近些年發(fā)生了一大批這種不利河勢(shì)，如2009年黑崗口工程上首、2011年武莊工程上首和東安工程河勢(shì)等；四種是河段內(nèi)工程靠河情況非常差，河勢(shì)基本不受工程控制，小水河勢(shì)處于自由演變狀態(tài)，如伊洛河口河段、京廣鐵橋～花園口河段等。具體境況見表1。

游蕩性河段不利河勢(shì)演變大多經(jīng)歷以下幾個(gè)階段：一是自小浪底水庫(kù)清水下泄以來，黃河下游主河槽發(fā)生強(qiáng)烈沖刷，隨著河床動(dòng)態(tài)調(diào)整，水流邊界條件也隨之變化，局部河段工程靠河長(zhǎng)度逐漸減少，河勢(shì)開始不受控制；二是隨著大河流量持續(xù)偏小，長(zhǎng)時(shí)間的小水流量導(dǎo)致河道整治工程送溜不力，河勢(shì)出現(xiàn)上提下錯(cuò)，險(xiǎn)情不斷，造成工程上下首灘地坍塌，甚至發(fā)生抄工程后路的現(xiàn)象；最后，河道形態(tài)愈發(fā)復(fù)雜化，出現(xiàn)“小水坐灣”的情況，而一旦坐灣，又很難靠水流自身的力量得以調(diào)整，流路越來越曲折，局部河段開始形成“橫河”、“斜河”。

表1 近期游蕩性河道典型不利河勢(shì)統(tǒng)計(jì)表

不利河勢(shì)的危害性主要表現(xiàn)在：沖擊堤防，危及防洪安全；對(duì)河道整治工程及灘區(qū)造成危害；影響沿黃兩岸供水及涉河工程安全。

2 近期不利河勢(shì)成因分析

2.1 水沙條件變化，中水整治工程體系適應(yīng)性變差

2.1.1 來水來沙減少

表2為花園口水文站不同時(shí)期來水來沙統(tǒng)計(jì)情況。小浪底水庫(kù)運(yùn)用以后，進(jìn)入黃河下游的水量和沙量有明顯的下降，花園口站來水相對(duì)多年均值減少了34.07%，其中汛期減少了53.70%；來沙量較多年均值減少了88.17%，除調(diào)水調(diào)沙期水庫(kù)排一部分泥沙外，其余時(shí)段基本為清水下泄。詳細(xì)情況見表2。

表2 花園口水文站不同時(shí)期來水來沙情況表

2.1.2 中常洪水頻次及量級(jí)減小

黃河下游近20 a來的洪水，無論洪水發(fā)生的頻次，還是洪水的峰和量，與 20世紀(jì) 50-60年代相比均明顯減小。1950-2012年，花園口站在伏秋大汛期間共發(fā)生185次洪峰流量超過4000 m3/s的洪水，年均3.20次，其中1950-1980年年均4.50次，1981-1990年年均3.60次，1991-2012年年均0.60次。＞8000 m3/s的洪水，1950-1980年，年均0.80次，而1981-1990共出現(xiàn)4次，1991年以來沒有出現(xiàn)。10000 m3/s以上的洪水均發(fā)生在1986年以前，1986年以來出現(xiàn)的最大洪水洪峰流量?jī)H為7860 m3/s，洪水量級(jí)明顯減小，小浪底水庫(kù)運(yùn)用后，洪峰流量又被進(jìn)一步限制在4000 m3/s左右。

2.1.3 水整治工程體系適應(yīng)性變差

圖1為京廣鐵橋～東壩頭河段不同時(shí)段河灣半徑統(tǒng)計(jì)情況。河灣半徑呈現(xiàn)明顯減小的趨勢(shì)，半徑＜1000 m的河灣占比，1949-1960年的不足5%，2000年以后則增加至45%以上；相反，半徑＞5000 m的河灣占比，1949-1960達(dá)到27%，2000年以后僅為1.50%。表明，在小水的長(zhǎng)期作用下，水流的慣性與動(dòng)能不足，水流在與河床相互作用的過程中所要求的流路曲率半徑也會(huì)較小，河道變得曲折。此外，根據(jù)游蕩性河道微彎型整治方案確定的河相系數(shù)，（k為系數(shù)，黃河下游采用k=7～17），整治河寬B與整治流量Q的0.50次方成正比，隨著小流量級(jí)出現(xiàn)的頻率增加，以中水整治流量確定的工程布局體系對(duì)水流的適應(yīng)性逐漸變差，削弱了工程對(duì)主流的控制作用，河勢(shì)變化的不確定性增加。詳細(xì)情況見圖1。

圖1 京廣鐵橋至東壩頭河段不同半徑河灣數(shù)量比例圖

2.2 工程配套不完善

黃河下游游蕩性河道整治始于上世紀(jì)70年代，經(jīng)過多年的微彎型河道整治實(shí)踐，制定了系統(tǒng)的整治參數(shù)、規(guī)劃治導(dǎo)線和工程平面規(guī)劃布局，白鶴～高村游蕩性河道共布置節(jié)點(diǎn)工程54處，規(guī)劃工程長(zhǎng)度約254 km，截止目前，已建工程長(zhǎng)度約為225 km，壩垛2036道，其中2000年以前修建工程長(zhǎng)度約為175 km，壩垛1816道。1999-2005年，針對(duì)小浪底水庫(kù)建成后下游游蕩性河道整治問題黃委開展了兩次大規(guī)模的研究，研究期間，河道整治曾一度停止。由于在較長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，河道工程配套不完善，部分工程長(zhǎng)度不足或布局不合理，隨著水沙條件變化，當(dāng)河勢(shì)上提下挫時(shí)，得不到工程有效控制，從而發(fā)生不利河勢(shì)，如2009年黑崗口上首河勢(shì)、2013年歐坦上首河勢(shì)等。

2.3 局部河段跨河建筑物影響

隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，黃河河道內(nèi)開發(fā)建設(shè)活動(dòng)日趨增多，這些活動(dòng)在推動(dòng)了地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展的同時(shí)也給河勢(shì)穩(wěn)定、河道管理等各方面帶來了不利影響，尤其是跨河建筑物對(duì)河勢(shì)的影響最為明顯。以京廣鐵橋～花園口河段為例，河段內(nèi)工程靠河情況非常差，河勢(shì)基本不受工程控制，河段內(nèi)現(xiàn)有跨河橋梁5座，分別為舊京廣鐵路橋、新京廣鐵路橋、鄭焦城際鐵路橋、107國(guó)道黃河公路橋及老田庵浮橋，在該河段上下游附近還有桃花峪黃河大橋、公鐵兩用橋及京珠高速黃河大橋。模擬新、舊鐵路橋?qū)佣魏觿?shì)的影響?？梢钥闯?，橋梁對(duì)水流有強(qiáng)烈的分散作用，水流過橋后，主流區(qū)由集中變?yōu)榫鶆蚧?，橋墩與水流之間的夾角造成了主流區(qū)的整體偏移，河段內(nèi)工程的著流點(diǎn)也會(huì)發(fā)生改變，從而影響到規(guī)劃的河道整治工程體系所預(yù)期的目標(biāo)。流場(chǎng)見圖2。

圖2 新舊鐵橋?qū)觿?shì)影響模擬流場(chǎng)圖

2.4 特殊的地質(zhì)條件

黃河下游河道的土質(zhì)主要由3部分組成：一是直徑＞0.05 mm的粗沙；二是直徑＞2.30×10-2＜0.05 mm的中沙；三是直徑＜2.50×10-2mm的細(xì)沙。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1950-2012年，進(jìn)入黃河下游年平均沙量為8.24億t，河道年平均淤積泥沙量為1.37億t，其中粗沙淤積量占全部淤積量的81%，粗沙是下游河道淤積的主體。

多由粗沙組成河槽兩岸的灘地抗沖刷能力弱，一旦靠河著溜，就很容易發(fā)生坍塌，周而復(fù)始，灘岸坍塌加劇，不利河勢(shì)就會(huì)迅速發(fā)展，不利河勢(shì)的發(fā)生往往都會(huì)伴隨著強(qiáng)烈的灘岸坍塌。同時(shí)，黃河下游游蕩性河段受歷史洪水沖刷淤積的影響，極個(gè)別河段局部也存在淤土層，抗沖刷能力強(qiáng)，會(huì)影響到正常河勢(shì)的發(fā)展，同樣極易形成不利河勢(shì)。

3 不利河勢(shì)治理對(duì)策

3.1 進(jìn)一步完善中水整治工程，并在此基礎(chǔ)上強(qiáng)化洪枯整治

通過開展自上而下全面的河道整治，改善和消除現(xiàn)有不利河勢(shì)，并防止新的不利河勢(shì)出現(xiàn)。針對(duì)目前游蕩性河道河勢(shì)存在的問題和來水的實(shí)際情況，應(yīng)首先按照規(guī)劃完善中水整治工程，解決工程配套不完善的問題，并在此基礎(chǔ)上，采取工程措施，強(qiáng)化中水和小水河槽邊界，較以往更多關(guān)注引水及其它要求，同時(shí)對(duì)現(xiàn)有河道排洪河寬進(jìn)行拓寬，增加排洪河槽過洪能力，保證行洪安全。首先，基于現(xiàn)有中水整治工程，在直線段布置工程以增強(qiáng)工程送流能力，避免主流在工程下首下挫后形成不利河勢(shì)；其次，沿排洪河槽邊界線修建防護(hù)工程，進(jìn)一步穩(wěn)定中水河槽，防止不利河勢(shì)發(fā)生；再次，對(duì)排洪河槽邊界線以內(nèi)中水整治工程，即現(xiàn)有的直線送流段工程進(jìn)行改造，降低其工程標(biāo)準(zhǔn)，以增加排洪河槽過洪能力，保證大洪水行洪安全。詳細(xì)情況見圖3。

圖3 工程平面布置示意圖

3.2 對(duì)局部不利河勢(shì)進(jìn)行針對(duì)性的治理

結(jié)合不利河勢(shì)的具體情況，對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性的治理。常用的措施包括修建永久性的防護(hù)工程、對(duì)河灣進(jìn)行臨時(shí)搶護(hù)、對(duì)彎道發(fā)育成熟的河灣進(jìn)行裁灣取直等。當(dāng)不利河勢(shì)發(fā)生的位置在節(jié)點(diǎn)工程范圍內(nèi)，特別是工程已經(jīng)規(guī)劃的，一般應(yīng)結(jié)合規(guī)劃修建永久性工程進(jìn)行治理。如2009年黑崗口上首不利河勢(shì)，主流上提至規(guī)劃的工程藏頭段，通過藏頭段工程的續(xù)建截?cái)喑舐匪?，較好地控制了河勢(shì)。臨時(shí)性的搶護(hù)措施投資小，見效快，黃河下游防汛搶險(xiǎn)多采用該種方式。常用的措施有拋散石、柳石枕、石籠、土工包護(hù)岸、大土工布護(hù)底等。重復(fù)組裝式導(dǎo)流樁壩的試驗(yàn)成功為黃河下游提供了一種新的不利河勢(shì)防護(hù)措施，2013年開封歐坦控導(dǎo)上首不利河勢(shì)應(yīng)急搶修中，采用了該種方式，取得了成功，作為臨時(shí)工程，可以較好地完成它的使命，且可以重復(fù)利用，是較為理想的臨時(shí)性搶護(hù)措施。

裁灣是彎道演變由漸變到突變的一種特殊形式，通過裁彎工程可以將迂回曲折的河灣改變?yōu)橛羞m度彎曲度的河灣，從而改變不利河勢(shì)。2006年，在黃河下游對(duì)大宮～王庵河段畸形河勢(shì)進(jìn)行裁彎整治，取得成功，裁彎后，消除畸形河勢(shì)，多年來河勢(shì)一直穩(wěn)定。

3.3 加強(qiáng)河道管理

隨著沿河過河建筑物的增多，相互之間距離較近，密集的建筑物將對(duì)河勢(shì)產(chǎn)生較大影響，河道主管部門今后應(yīng)嚴(yán)格此類項(xiàng)目審批，充分考慮其疊加影響。對(duì)于河道內(nèi)已建項(xiàng)目，應(yīng)加強(qiáng)上下游河段河勢(shì)觀測(cè)，每年進(jìn)行河勢(shì)評(píng)估，以現(xiàn)有浮橋?yàn)槔?，每年汛期拆除，恢?fù)時(shí)應(yīng)按照河勢(shì)評(píng)估情況調(diào)整其兩端位置，盡量減小對(duì)河勢(shì)的影響。

4 結(jié)語

河南黃河游蕩性河段河勢(shì)變化復(fù)雜，河道整治應(yīng)循序漸進(jìn)，根據(jù)不同時(shí)期的不同問題，有針對(duì)性的逐步治理，不可能一次解決所有問題，。針對(duì)目前游蕩性河段小水不利河勢(shì)問題，河道主管部門應(yīng)深入開展河勢(shì)觀測(cè)研究，并積極推進(jìn)新一輪的河道整治工程建設(shè)，加快完善河道整治工程體系，實(shí)現(xiàn)基本控制游蕩性河段河勢(shì)的目標(biāo)。

[1]河南黃河勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.小浪底水庫(kù)運(yùn)用以來河道整治工程布局（布置）適應(yīng)性及調(diào)整研究（陶城鋪以上河段）[R].鄭州：河南黃河勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2010.

（責(zé)任編輯：劉長(zhǎng)垠 邢博輝）

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