黃河口西河口附近修建橡膠壩初探

陳雄波，于守兵，王開(kāi)榮

（1.黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，450003，鄭州；2.黃河水利科學(xué)研究院，450003，鄭州）

一、現(xiàn)有背景

1949年以后，隨著中華人民共和國(guó)的建立，黃河河口地區(qū)的生產(chǎn)發(fā)展對(duì)防洪要求日益提高，為使尾閭河道不再任意改道，1953年改甜水溝、宋春榮溝、神仙溝分流入海為神仙溝獨(dú)流入海。1964年1月由于河道淤積使水位抬高，凌汛期在羅家屋子爆破分洪，水由刁口河入海。1976年5月由于河道淤積延伸，汛期西河口流量為6500 m3/s時(shí)，西河口水位達(dá)到當(dāng)時(shí)計(jì)劃的改道水位10 m（大沽高程，下同），在西河口實(shí)施了有計(jì)劃的人工改道，由清水溝流路入海，至1996年西河口以下河長(zhǎng)達(dá)65 km。為有利于勝利油田石油開(kāi)采，沿東略偏北方向?qū)嵤┝饲?改汊，目前清8汊流路狀況尚好，還有較大的行河潛力。

黃河口流路運(yùn)用方式主要有3種：

①固定流路行河：該行河方式的實(shí)質(zhì)是希望通過(guò)一定的工程措施，把黃河來(lái)沙全部帶到深海，使黃河河口海岸處于動(dòng)態(tài)平衡，黃河入海流路長(zhǎng)期固定，改變黃河河口長(zhǎng)期以來(lái)淤積、延伸、擺動(dòng)、改道循環(huán)演變的局面，以利于河口地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。

②輪流行河：該行河方式的原則是以保障黃河下游防洪安全為前提，以黃河河口生態(tài)環(huán)境良性維持為基礎(chǔ)，充分考慮地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。西河口控制流量為10000 m3/s時(shí)，水位不超過(guò)12 m，保障黃河下游河道防洪安全，按一定的控制條件輪流使用各條流路。

③同時(shí)行河：基于河口岸線(xiàn)平衡概念，采用多條流路平行行河，利用海洋動(dòng)力和輸沙動(dòng)力，力爭(zhēng)通過(guò)各入海流路的同時(shí)使用，使河道泥沙輸移與海洋動(dòng)力拖曳泥沙形成相對(duì)平衡，恢復(fù)和維持各條流路的生態(tài)系統(tǒng)。

國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的《黃河流域綜合規(guī)劃（2012—2030年）》推薦近期主要使用清水溝流路，行河順序?yàn)椋含F(xiàn)行清8汊+北汊+原河道，還可以使用50年以上；同時(shí)進(jìn)行刁口河流路的生態(tài)調(diào)水，并加強(qiáng)對(duì)同時(shí)行河方式的深入研究；馬新河與十八戶(hù)是遠(yuǎn)景可能使用的備用流路。

目前刁口河已停止行河41年，流路由于缺乏有效保護(hù)，河槽萎縮，河道泄洪排沙功能逐步弱化。為了更有效地利用刁口河備用流路，給黃河三角洲北部補(bǔ)水，應(yīng)考慮在現(xiàn)行清水溝流路興建工程設(shè)施，壅高水位，同時(shí)在壅水影響范圍內(nèi)修建分水設(shè)施，將部分水量導(dǎo)入刁口河。

二、修建橡膠壩的必要性

利于引水。因此，橡膠壩的位置在擬建分洪閘下游500 m，即北大堤樁號(hào)14+000處，為減少壩袋長(zhǎng)度和工程量，利于水流順暢下泄，橡膠壩布置方向與主流垂直。橡膠壩位置見(jiàn)圖1。

橡膠壩跨度大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，和常規(guī)閘相比造價(jià)較低，壩袋材質(zhì)特殊、三材的用量少，工程施工時(shí)間較短，是一種適用性良好的河道內(nèi)擋水建筑物。

1.固定流路與同時(shí)行河均需新建工程措施才能實(shí)現(xiàn)

固定流路行河方式最具代表性的方案是“一主一輔，雙流定河，高位分洪，導(dǎo)堤入海”。該方案以現(xiàn)行清水溝流路為主河道，在其入?？诮ㄔO(shè)雙導(dǎo)堤伸至3 m水深，雙導(dǎo)堤內(nèi)行洪流量為3000 m3/s，并修建順向丁壩，使雙導(dǎo)堤中間形成復(fù)式河床；刁口河流路為輔助流路，在西河口附近修建橡膠壩抬高水位，在其回水范圍內(nèi)左岸大堤上建設(shè)最大過(guò)流量為3000 m3/s的分洪閘。同時(shí)建立疏浚船隊(duì)，及時(shí)疏浚西河口以下可能出現(xiàn)的局部淤積，保證雙導(dǎo)堤內(nèi)河勢(shì)穩(wěn)定。

同時(shí)行河方案是刁口河運(yùn)用方式之一，考慮到分流量太小時(shí)作用不顯著，刁口河過(guò)流比例不宜太?。环至髁刻髸r(shí)將影響現(xiàn)行清水溝分流口以下的用水，故分流比率也不宜太大；只有通過(guò)工程措施，才能調(diào)節(jié)進(jìn)入刁口河的水沙量。和固定流路行河運(yùn)用方式相同，也需要在西河口附近建設(shè)橡膠壩和分洪閘。

2.刁口河需要較大的過(guò)流量

目前刁口河已停止行河41年，流路由于缺乏有效保護(hù)，河槽萎縮，河道泄洪排沙功能逐步弱化。水力計(jì)算結(jié)果表明，刁口河流路河道過(guò)洪能力最小為416 m3/s，主河槽過(guò)洪能力最小僅為30 m3/s。黃河改道后，刁口河流路失去了水沙補(bǔ)充，口門(mén)附近因受海潮侵入和海水倒灌的影響，自然保護(hù)區(qū)北區(qū)陸域濕地面積逐漸萎縮，濕地質(zhì)量不斷下降，生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化，依賴(lài)濕地特別是依賴(lài)淡水濕地生存的生物物種的種類(lèi)及數(shù)量不斷減少。此外，該地區(qū)油田化工開(kāi)發(fā)為主的工業(yè)發(fā)展和三角洲農(nóng)、牧、漁業(yè)綜合開(kāi)發(fā)前景廣闊，也需要大量的淡水資源支撐。

《黃河河口管理辦法》（2005年）規(guī)定：刁口河管理范圍為河道左岸自民壩末端至挑河河口，右岸自東大堤末端至神仙溝河口，其中間的海域?yàn)辄S河容沙區(qū)。如果刁口河長(zhǎng)期不行河，當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)將占用容沙區(qū)，流路再次啟動(dòng)將困難重重。從近海海域管理的角度，也需要刁口河通過(guò)較大的流量。

綜上所述，刁口河分流較大的流量，有其必要性。

3.橡膠壩位置

根據(jù)2014年以來(lái)河口河勢(shì)變化，右岸葦改閘控導(dǎo)工程已經(jīng)靠流，按照“因勢(shì)利導(dǎo)”的原則，由葦改閘導(dǎo)流至左岸斜下游，分流至分洪閘前。分洪閘位置初定在北大堤樁號(hào)13+500處，即現(xiàn)羅家屋子引黃閘以下3.6 km處。

為了充分發(fā)揮橡膠壩壅水作用，分洪閘應(yīng)在橡膠壩稍上游的位置，以

三、橡膠壩規(guī)模分析

1.規(guī)模分析的幾個(gè)邊界條件

（1）河口地區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)

河口河段的設(shè)防流量為10000 m3/s，西河口流量為10000 m3/s時(shí)改道控制標(biāo)準(zhǔn)為水位不超過(guò)12 m。按照流量為10000 m3/s時(shí)防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行清水溝流路防洪工程建設(shè)，左岸因油田屬特大型企業(yè)，堤防工程級(jí)別為1級(jí)。右岸堤防級(jí)別按2級(jí)設(shè)計(jì)。

（2）刁口河過(guò)流能力

水利部公益性項(xiàng)目“基于河道減淤和泥沙配置的河口水沙調(diào)控技術(shù)”在分析刁口河和清水溝流路聯(lián)合運(yùn)用模式及泥沙配置效應(yīng)時(shí)，設(shè)置了兩條流路的7種聯(lián)合運(yùn)用模式，在綜合比選后，認(rèn)為刁口河作為分洪通道方案是推薦的方案，即2030年后刁口河作為分洪通道，利津流量4000 m3/s以上刁口河開(kāi)始過(guò)流，在利津流量法》，明確了刁口河流路管理范圍。

圖1　擬建橡膠壩位置

2009年7月，黃委提出了“啟用刁口河流路，實(shí)施生態(tài)調(diào)水”的戰(zhàn)略，2010—2015年每年6—7月在黃河流量較大期間通過(guò)自流引水和揚(yáng)水船提水，刁口河進(jìn)水都在1500萬(wàn)m3以上，提高了社會(huì)各界對(duì)刁口河作為備用流路的認(rèn)識(shí)。

從近期調(diào)水實(shí)踐看，刁口河羅家屋子閘引水量均在4000萬(wàn)m3以?xún)?nèi)，占利津每年100多億m3水量比例很小，并且過(guò)流期間含沙量較少，引入的沙量也極少，刁口河還遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到流路使用的程度。橡膠壩修建后，刁口河最大過(guò)流能力為3000 m3/s，兩岸大堤也趨于完善，能更好地保護(hù)流路。

3.生態(tài)

刁口河停止行水后，由于缺乏淡水補(bǔ)充，河道和海域生態(tài)惡化。在《黃河河口綜合治理規(guī)劃》中，考慮兩個(gè)方案：一期調(diào)水為現(xiàn)狀工程條件下最大過(guò)流能力方案，稱(chēng)為方案1；二期調(diào)水為滿(mǎn)足生態(tài)用水要求方案，稱(chēng)為方案2。方案1以現(xiàn)狀工程為基礎(chǔ)，最大引水規(guī)模為31.2 m3/s；方案2在充分考慮生態(tài)用水要求的前提下，綜合考慮備用流路需進(jìn)一步加大過(guò)流量的要求，滿(mǎn)足兩岸及河口區(qū)北部自然保護(hù)區(qū)生態(tài)用水要求，最大設(shè)計(jì)過(guò)流量按130 m3/s設(shè)計(jì)。

2010—2015年進(jìn)行的刁口河生態(tài)調(diào)水，最大引水規(guī)模約為30 m3/s，沒(méi)有達(dá)到適宜生態(tài)用水的要求；同時(shí)水流到達(dá)入海口門(mén)附近時(shí)，受擋潮閘限制，沒(méi)有大量進(jìn)入大海，海岸線(xiàn)周?chē)聂~(yú)類(lèi)也沒(méi)有得到急需的餌料。

若橡膠壩修建，將大大提高自然保護(hù)區(qū)北部的生態(tài)用水保證程度，并給海岸線(xiàn)周?chē)峁┏渥愕牡Y源，同時(shí)對(duì)清水溝的生態(tài)幾乎沒(méi)有影響。因此，橡膠壩修建對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和恢復(fù)是有利的。

4.國(guó)民經(jīng)濟(jì)用水

黃河來(lái)水是東營(yíng)市的重要客水資源。中國(guó)石化勝利油田在三角洲主要開(kāi)采基地在現(xiàn)黃河清水溝流路以北，20世紀(jì)90年代由于黃河經(jīng)常斷流，油田花費(fèi)大量資金自建自管了廣南水庫(kù)、純化水庫(kù)、廣北水庫(kù)等，供工業(yè)生產(chǎn)和居民生活?，F(xiàn)在東營(yíng)市、油田生產(chǎn)生活仍依賴(lài)黃河水源。

橡膠壩修建后，三角洲北部能獲取大量黃河新鮮水源，方便就近取水，能較大地促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

黃河三角洲地區(qū)中度和重度鹽堿化面積占國(guó)土面積的74%，非鹽堿化地區(qū)主要分布在黃河沿線(xiàn)淡水補(bǔ)充足量的地方。在橡膠壩修建后，刁口河流路附近地下得到淡水補(bǔ)充，能減少部分土壤鹽堿化面積。

四、需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題

1.工程本身的穩(wěn)定性

開(kāi)展擬建工程處河床土質(zhì)組成及抗沖刷力學(xué)特性研究。采用地質(zhì)資料調(diào)研分析、試驗(yàn)、數(shù)值模擬等方法，在試驗(yàn)基礎(chǔ)上分析河床土體組成及力學(xué)特性，模擬河床土體沉積形成過(guò)程，深入研究擬建壩處河床土質(zhì)沉積及力學(xué)特性變化規(guī)律，探討在水流沖擊力下橡膠壩錨固穩(wěn)定性，為河口排洪及橡膠壩施工提供技術(shù)指導(dǎo)。

2.運(yùn)用方式分析

水利部公益性項(xiàng)目“基于河道減淤和泥沙配置的河口水沙調(diào)控技術(shù)”，已經(jīng)對(duì)刁口河與清水溝聯(lián)合運(yùn)用方式進(jìn)行了分析，并推薦了具體方案。由于近年來(lái)水來(lái)沙情況發(fā)生了顯著變化，同時(shí)地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展對(duì)黃河口治理提出了更高的要求，對(duì)“橡膠壩+分洪閘”的運(yùn)用方式，應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步研究。

3.對(duì)流場(chǎng)和河道沖淤變化的影響

橡膠壩修建后，局部侵蝕基準(zhǔn)面抬高，會(huì)引起上游流場(chǎng)改變和泥沙淤積；不同運(yùn)用方式對(duì)流速、水位、淤積、生態(tài)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)用水的影響，都應(yīng)進(jìn)一步分析；配套的分洪閘能否在設(shè)防流量10000 m3/s時(shí)分流3000 m3/s也要進(jìn)一步論證。因此，應(yīng)該引入水流泥沙數(shù)學(xué)模型或者運(yùn)用黃河口已建實(shí)體模型，進(jìn)行進(jìn)一步研究。

4.綜合效益評(píng)估技術(shù)

合理選擇和科學(xué)量化區(qū)域與整體、技術(shù)與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與生態(tài)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，從黃河下游減淤、河口防洪、生態(tài)環(huán)境、區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、河口三角洲淤積延伸、行河年限、經(jīng)濟(jì)效果等方面構(gòu)建綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；建立引入專(zhuān)家評(píng)估體系，確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重或評(píng)價(jià)方法，探索建立各指標(biāo)定量與定性表達(dá)方法；針對(duì)定量的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，提出適用于評(píng)價(jià)“橡膠壩+分洪閘”效益的方法，建立綜合評(píng)價(jià)模型，為優(yōu)化河口流路方案，保證河口流路穩(wěn)定百年提供技術(shù)支撐。

五、建 議

在黃河口西河口以下建設(shè)橡膠壩工程，并配套刁口河進(jìn)水口分洪閘，可以有效使用刁口河流路，減輕防洪壓力，改善三角洲北部國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)用水也有利。但是該工程的實(shí)施除了投資費(fèi)用外，還有許多待研究的問(wèn)題。建議盡快啟動(dòng)黃河口西河口附近修建橡膠壩研究，為黃河口綜合治理服務(wù)?！?/p>

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