不同治理模式下黃河下游水沙運(yùn)行機(jī)制研究

張金良 劉繼祥 羅秋實(shí) 陳翠霞

摘要：通過建立黃河下游花園口至艾山河段二維水沙模型，采用實(shí)測(cè)資料分析和模型計(jì)算等多種手段研究黃河下游水沙運(yùn)行機(jī)制。黃河下游寬河段以艾山為卡口形成平原水庫(kù)，當(dāng)發(fā)生漫灘洪水時(shí)，水流進(jìn)入灘區(qū)，泥沙大量落淤，而后清水退入主槽，既減輕主槽淤積甚至產(chǎn)生“淤灘刷槽”效果，又減少了艾山以下窄河段的洪峰流量和泥沙淤積，是黃河下游防洪減淤體系的重要組成部分。受灘區(qū)人類活動(dòng)和來水來沙等因素影響，現(xiàn)狀河道存在漫灘水流頂沖堤防、順堤行洪以及灘槽水沙交換不暢等問題，中小洪水期間河道淤積的泥沙90%以上分布在主槽和嫩灘，即使大洪水期間灘區(qū)構(gòu)筑物影響減弱，仍有約50%淤積量分布在嫩灘；灘區(qū)防護(hù)堤方案縮窄了河道，客觀上減少下游河道淤積7%～30%，但是加大了大洪水期間嫩灘淤積量；生態(tài)治理方案實(shí)施“高灘”淤筑和“二灘”再造，消除了“二級(jí)懸河”和灘槽橫向倒比降，實(shí)現(xiàn)了洪水自然漫灘，減少下游河道淤積20%～50%，嫩灘淤積減少幅度更大，有利于遏制“二級(jí)懸河”形成。

關(guān)鍵詞：水沙演進(jìn)；治理模式；數(shù)學(xué)模型；“二級(jí)懸河”；灘區(qū)；黃河下游

中圖分類號(hào)：TV147；TV882.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi： 10.3969/j.issn.1000-1379.2018.08.001

1 概述

黃河干流河道白河南省孟津縣白鶴由山區(qū)進(jìn)入平原，于山東墾利縣注人渤海，河段全長(zhǎng)878km，平面上具有上寬下窄的特點(diǎn)（見圖1）。艾山以上寬河段河寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般河道，大部分在5km以上，最寬處達(dá)到24km，以艾山為卡口形成類似于平原水庫(kù)的滯洪沉沙場(chǎng)所。黃河下游現(xiàn)有的堤防、滯洪區(qū)等河防工程布局建立在灘區(qū)滯洪削峰、沉沙落淤的基礎(chǔ)上，灘區(qū)是黃河下游防洪減淤體系的重要組成部分，事關(guān)黃河下游整體防洪大局。黃河下游灘區(qū)現(xiàn)有豫、魯兩省15個(gè)市45個(gè)縣（區(qū)）的189.52萬人，耕地22.67萬hm2，村莊1928個(gè)，是廣大群眾賴以生存的家園，是“人水共享的空間”。受特殊地理環(huán)境等因素制約，黃河下游灘區(qū)群眾長(zhǎng)期受漫灘洪水威脅。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1949-2017年灘區(qū)遭受不同程度的洪水漫灘31次，累計(jì)受災(zāi)919.43萬人次，受淹耕地174.97萬hm2。灘區(qū)滯洪、沉沙和防洪保安需求之間長(zhǎng)期存在矛盾，這是黃河下游灘區(qū)有別于其他河流灘區(qū)的重要特點(diǎn)。

人民治黃70a來對(duì)黃河下游進(jìn)行了系統(tǒng)的治理：黃河下游臨黃堤防先后進(jìn)行了四次大規(guī)模加高培厚（包括標(biāo)準(zhǔn)化堤防建設(shè)），建成1371km黃河大提（其中標(biāo)準(zhǔn)化堤防923km）；修建了三門峽、小浪底、陸渾、故縣和河口村等干支流水庫(kù)：開展了河道整治，修建控導(dǎo)工程238處、壩垛5125道，險(xiǎn)工218處、壩垛6401道；開辟了東平湖、北金堤等分滯洪區(qū)，初步形成了“上攔下排，兩岸分滯”的下游防洪工程體系。在完善防洪工程體系的同時(shí)，還實(shí)施了灘區(qū)安全建設(shè)和“二級(jí)懸河”治理試驗(yàn)，開展了大量研究工作，取得了“寬河固堤”、“分區(qū)運(yùn)用”、“窄河固堤”和“灘區(qū)再造和生態(tài)治理”等大量研究成果，如：“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“黃河水沙調(diào)控技術(shù)研究及應(yīng)用”提出了未來保留生產(chǎn)堤，對(duì)花園口站6000m3/S以下洪水，通過生產(chǎn)堤保護(hù)灘區(qū)不受損失，對(duì)花園口站超過6000m3/s的洪水，全部破除生產(chǎn)堤，寬灘區(qū)滯洪沉沙；錢正英提出：“穩(wěn)定主槽、改造河道、完建堤防、治理懸河、灘區(qū)分類”的治理思路，并組織開展了“黃河下游河道改造與灘區(qū)治理”研究；國(guó)務(wù)院批復(fù)的《黃河流域綜合規(guī)劃（2012-2030年）》提出了寬河固堤、廢除生產(chǎn)堤、全灘區(qū)運(yùn)用的治理模式，形成了“穩(wěn)定主槽、調(diào)水調(diào)沙，寬河固堤、政策補(bǔ)償”的黃河下游河道治理戰(zhàn)略：張金良提出采用“洪水分級(jí)設(shè)防，泥沙分區(qū)落淤，灘區(qū)分區(qū)改造治理開發(fā)”的新思路，利用泥沙放淤、挖河疏浚等手段，由黃河大堤至主槽之間的灘地依次分區(qū)改造形成“高灘”“二灘”“嫩灘”，分別解決居民安置、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、行洪輸沙等問題。

目前黃河下游灘區(qū)仍存在河道行洪和灘區(qū)群眾防洪保安全矛盾突出、“二級(jí)懸河”威脅防洪安全、灘區(qū)安全建設(shè)滯后、經(jīng)濟(jì)發(fā)展明顯落后于周邊地區(qū)等諸多問題，灘區(qū)治理模式和治理方向仍存在爭(zhēng)議。不同治理模式下的黃河下游河道水沙運(yùn)行機(jī)制，尤其是寬河道滯洪沉沙是影響黃河下游防洪安全和河道治理的基本問題。20世紀(jì)50-60年代，黃河下游灘槽水沙交換順暢，灘槽同步淤高，河道形態(tài)演變良好：20世紀(jì)70年代以來，灘區(qū)居民為了防洪保安全而修建了大量的生產(chǎn)堤，阻礙了灘槽水沙交換，造成大量泥沙淤積在主槽和嫩灘，下游河道形態(tài)惡化，呈現(xiàn)“槽高、灘低、堤根洼”的“二級(jí)懸河”不利態(tài)勢(shì)，嚴(yán)重威脅黃河下游防洪安全。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人類活動(dòng)對(duì)黃河下游水沙運(yùn)行的影響將進(jìn)一步加強(qiáng)，采用實(shí)測(cè)資料分析、數(shù)學(xué)模型計(jì)算等多種手段分析黃河下游灘區(qū)滯洪沉沙作用，構(gòu)建黃河下游水沙演進(jìn)和沖淤計(jì)算模型，研究不同治理模式下的黃河下游水沙運(yùn)行機(jī)制，既能夠深化對(duì)復(fù)雜河道演變規(guī)律的認(rèn)識(shí)，又能從理論層面指導(dǎo)未來灘區(qū)治理，具有重要的科學(xué)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

2 灘區(qū)滯洪沉沙作用分析

2.1 灘區(qū)的滯洪削峰作用

實(shí)測(cè)典型洪水黃河下游主要控制斷面洪峰流量統(tǒng)計(jì)見表l。根據(jù)1954年、1958年、1977年和1982年4場(chǎng)典型洪水分析，黃河下游發(fā)生大洪水期間，下游河道尤其是艾山以上寬河道起到較大的滯洪削峰作用。1958年和1982年花園口洪峰流量分別為22300和15300m3/S，相應(yīng)的孫口洪峰流量分別為15900和10100m3/S，分別削峰29%和34%，花園口至孫口河段槽蓄量分別為25.9億、24.5億m3，相當(dāng)于洛河故縣水庫(kù)和伊河陸渾水庫(kù)的總庫(kù)容，起到了明顯的滯洪作用，大大減輕了山東窄河段的防洪壓力。

2.2 灘區(qū)的淤沙作用

落淤沉沙是黃河下游灘區(qū)有別于其他河流灘區(qū)的重要功能。當(dāng)黃河下游發(fā)生漫灘洪水時(shí)，水流進(jìn)入灘區(qū)后流速變小，其攜帶的泥沙在灘地大量落淤，而后灘地的清水再退入主河槽，減輕主槽淤積甚至產(chǎn)生“淤灘刷槽”效果，在維持寬河段主槽行洪輸沙能力的同時(shí)減少了艾山以下窄河段的淤積。據(jù)實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，1950年6月—1999年10月黃河下游河道累計(jì)淤積泥沙93億t，其中83%淤積在艾山以上寬河段：灘區(qū)落淤沉沙63.7億t，占整個(gè)下游河道淤積量的68.5%，落淤量相當(dāng)于小浪底水庫(kù)設(shè)計(jì)攔沙量的65%。

進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)不同時(shí)段黃河下游來水來沙、河道沖淤和平灘流量變化情況，見表2。20世紀(jì)50年代，人類活動(dòng)干預(yù)較少，河道總淤積量約占來沙量的20.1%，主槽淤積量約占總淤積量的22.7%，灘槽同步抬升，主槽過流能力接近6000m3/S：20世紀(jì)70年代以來，灘區(qū)居民修建了大量的生產(chǎn)堤，阻礙了灘槽水沙交換，再加上1986年龍羊峽水庫(kù)投入運(yùn)用，進(jìn)入下游的汛期來水比例由天然時(shí)期的60%減少到47%左右，有利于河道輸沙的大流量過程減少，造成河道淤積加重，同期泥沙淤積總量占來沙量的比例由天然時(shí)期的20%增加至30%左右，且70%以上的泥沙淤積在主槽和嫩灘上，主槽過流能力逐步減小到2000m3/S左右，同時(shí)造成下游河道形態(tài)嚴(yán)重惡化，呈現(xiàn)“槽高、灘低、堤根洼”的“二級(jí)懸河”不利態(tài)勢(shì)，嚴(yán)重威脅黃河下游防洪安全，對(duì)灘區(qū)群眾防洪保安全也產(chǎn)生了明顯不利影響。

2.3 未來灘區(qū)泥沙淤積變化分析

采用三門峽站（2000年以后為小浪底站）、黑石關(guān)站、武陟站（簡(jiǎn)稱“小黑武”）的實(shí)測(cè)日均資料，結(jié)合黃河上游水庫(kù)運(yùn)用情況，分時(shí)段統(tǒng)計(jì)進(jìn)入下游河道的洪水泥沙量，見表3?？梢钥闯?，2000年以來“小黑武”日均流量3000～4000m3/S和4000m3/S以上洪水發(fā)生概率相比1968年以前天然時(shí)期分別減小72%和95%，水、沙量也明顯減小。未來隨著小浪底水庫(kù)攔沙以及古賢水庫(kù)的投入運(yùn)用，下游河道平灘流量將在60a內(nèi)基本維持在4000m3/S左右。由于3000～4000m3/S和4000m3/S以上洪水發(fā)生概率減小，因此隨漫灘洪水進(jìn)入灘區(qū)的沙量將非常有限，泥沙淤積將主要發(fā)生在主槽和嫩灘。

3 數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方案

3.1 數(shù)學(xué)模型原理

采用RSS河流數(shù)值模擬系統(tǒng)建立黃河下游花園口至艾山河段平面二維水沙模型，經(jīng)“96·8”洪水驗(yàn)證后開展方案計(jì)算分析。

3.1.1 控制方程

平面二維水沙數(shù)學(xué)模型的控制方程可寫成如下通用形式：式中：χ為通用變量；Tχ為廣義擴(kuò)散系數(shù)；Sχ為源項(xiàng)；p為密度：H為水深：u、v分別為x、y方向的流速。

控制方程各變量的含義見表4。表4中：Z為水位；n為糙率；g為重力加速度；VT為水流紊動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)；VS為泥沙紊動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)；Si為第i組懸移質(zhì)泥沙含量；Si為第i組懸移質(zhì)泥沙水流挾沙力；ωi為第i組懸移質(zhì)泥沙的沉速：a為懸移質(zhì)恢復(fù)飽和系數(shù)（淤積時(shí)a=0.25，沖刷時(shí)d=1.0）。

河床變形方程為式中：gbxi、gbyi分別為x、y方向的單寬推移質(zhì)輸沙率；γ'為泥沙干容重；Zbi為第i組泥沙沖淤厚度；χi為第i組泥沙恢復(fù)飽和系數(shù)。

定解條件及相關(guān)問題處理如下。

進(jìn)口邊界給定水深、平均流速以及懸移質(zhì)含沙量的分布，出口邊界給定水位，其他變量按照充分發(fā)展流動(dòng)考慮。流速的岸壁邊界按粘附條件給出，泥沙岸壁邊界滿足泥沙不穿透條件。灘區(qū)內(nèi)片林、居民區(qū)等阻水地物通過糙率概化和地形調(diào)整實(shí)現(xiàn)：生產(chǎn)堤和輸水渠道等線狀地物均按照“DIKE”處理，考慮黃河下游生產(chǎn)堤主要為土質(zhì)材料，建設(shè)年份不一，堤身材料以及堤防質(zhì)量較差，在發(fā)生洪水時(shí)易發(fā)生沖決和漫決，綜合以往研究成果，提出：當(dāng)水流流速大于1.8m/s，且水流方向與生產(chǎn)堤附近單元網(wǎng)格夾角大于45°、水深超過1.5m時(shí)，就定性認(rèn)為該段生產(chǎn)堤可能發(fā)生潰口：若發(fā)生大洪水，當(dāng)洪水水位與生產(chǎn)堤堤頂高差小于0.2m時(shí)，即認(rèn)為生產(chǎn)堤發(fā)生漫決。

3.1.2 數(shù)值計(jì)算方法

為適應(yīng)不同復(fù)雜邊界，RSS系統(tǒng)選擇多邊形單元為控制體，對(duì)二維模型的控制方程進(jìn)行離散。離散方程不但可基于非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格進(jìn)行求解，也可基于非結(jié)構(gòu)四邊形網(wǎng)格或混合網(wǎng)格進(jìn)行求解。離散方程的通用形式為式中：Ap、AFj，為系數(shù)；b0。為常數(shù)；NEp。為控制體的邊數(shù)；χp為控制體的通用變量：χFy，為控制體相鄰單元的通用變量。

3.2 “96·8”洪水過程驗(yàn)證

3.2.1 水沙條件

采用“96·8”實(shí)測(cè)洪水過程開展模型驗(yàn)證，花園口站實(shí)測(cè)水量84.17億m3、沙量7.78億t。1996年7月花園口斷面主要為高含沙小洪水，8月花園口斷面先后出現(xiàn)兩次洪峰過程，第一次洪峰出現(xiàn)于8月5日15時(shí)30分，洪峰流量達(dá)到7860m3/S，第二次洪峰出現(xiàn)于8月13日3時(shí)30分，洪峰流量達(dá)到5560m3/s。

3.2.2 沖淤量對(duì)比

黃河下游花園口至夾河灘、夾河灘至高村、高村至孫口、孫口至艾山河段實(shí)測(cè)累計(jì)沖淤量分別為2.57億、1.73億、0.48億、0.15億t（輸沙率法計(jì)算，不考慮引水引沙），模型計(jì)算結(jié)果分別為2.31億、1.83億、0.39億、0.11億t。

3.2.3 流量過程對(duì)比

花園口、夾河灘、高村、孫口、艾山斷面實(shí)測(cè)洪峰流量分別為7860、7150、6810、5800、5030m3/S，模型計(jì)算結(jié)果分別為7860、7156、6388、5621、4841m3/S，洪峰流量計(jì)算值與實(shí)測(cè)值偏差小于10%，見表5。圖2給出了夾河灘斷面流量過程計(jì)算值和實(shí)測(cè)值的對(duì)比，兩者吻合較好。

3.2.4 最高洪水位對(duì)比

花園口、夾河灘、高村、孫口斷面洪峰水位實(shí)測(cè)值分別為95.33、76.24、63.87、49.66m，模型計(jì)算結(jié)果分別為95.42、76.18、63.97、49.49m，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值最大偏差0.17m，見表6。

3.3 計(jì)算方案設(shè)置

3.3.1 灘區(qū)治理模式

設(shè)置現(xiàn)狀方案、防護(hù)堤方案和生態(tài)治理方案3種治理模式?，F(xiàn)狀方案采用2017年河道和灘地邊界條件。防護(hù)堤方案為現(xiàn)狀治理模式的基礎(chǔ)上，在北店子以上河段修建防護(hù)堤，防護(hù)堤堤距2.1～2.5km，防洪標(biāo)準(zhǔn)采用10a一遇（長(zhǎng)垣灘和長(zhǎng)平灘縣城段分別采用20、30a一遇），防護(hù)堤上下游設(shè)置分洪口門，洪水大于設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)后防護(hù)堤口門分洪運(yùn)用，灘地參與行洪。生態(tài)治理方案為基于“洪水分級(jí)設(shè)防，泥沙分區(qū)落淤，灘區(qū)分區(qū)改造”的治理開發(fā)思路，將下游灘區(qū)由黃河大堤向主槽依次分區(qū)改造形成“高灘”“二灘”“嫩灘”，“高灘”在臨堤1～2km內(nèi)，設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為20～50a一遇，主要作為居民安置區(qū)，部分區(qū)域也可建設(shè)生態(tài)景觀：“二灘”為高灘與控導(dǎo)工程之間的區(qū)域，結(jié)合“二級(jí)懸河”治理進(jìn)行再造，主要用于發(fā)展高效生態(tài)農(nóng)業(yè)、觀光農(nóng)業(yè)等，該區(qū)域設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為5a一遇，上水概率較高，承擔(dān)一定的滯洪沉沙功能：“嫩灘”為“二灘”以內(nèi)的臨河灘地，建設(shè)濕地公園，與河槽一起承擔(dān)行洪輸沙功能。不同治理模式典型斷面見圖3。

3.3.2 典型洪水選擇

為反映不同量級(jí)洪水下游河道水沙運(yùn)行機(jī)制，分別選擇1000a一遇（“58·7”型洪水）、100a一遇（“58·7”型洪水）、10a一遇（“73·8”型洪水）、5a一遇（“96·8”實(shí)測(cè)洪水）洪水泥沙過程進(jìn)行黃河下游河道二維數(shù)學(xué)模型計(jì)算。根據(jù)潼關(guān)站設(shè)計(jì)水沙過程，考慮黃河中游三門峽、小浪底、陸渾、故縣、河口村5座水庫(kù)調(diào)節(jié)，得到進(jìn)入下游河道的水沙過程，見表7?！?8·7”型洪水1000a一遇和100a一遇洪水歷時(shí)均為13d，洪峰流量分別為18900和14335m3/S，平均含沙量略大于50kg/m3；“73·8”型10a一遇洪水歷時(shí)46d，洪峰流量為10000m3/S，平均含沙量為90.29kg/m3；“96·8”實(shí)測(cè)洪水歷時(shí)16d，洪峰流量為7860m3/s，但含沙量較大，平均含沙量為90.53kg/m3，屬于高含沙小洪水。

4 不同治理模式灘區(qū)滯洪沉沙機(jī)制

4.1 削減洪峰和滯洪效果

不同方案花園口至艾山河段洪水削峰率和滯洪量見表8。

“58·7”型1000a一遇洪水條件下，現(xiàn)狀方案、防護(hù)堤方案、生態(tài)治理方案洪水演進(jìn)至艾山，經(jīng)東平湖分洪后，對(duì)洪水的削峰率均為47%，滯洪量分別為38.2億、41.1億、37.5億m3；“58·7”型100a一遇洪水條件下，現(xiàn)狀方案、防護(hù)堤方案和生態(tài)治理方案洪水演進(jìn)至艾山，經(jīng)東平湖分洪后，對(duì)洪水的削峰率分別為30%、31%和30%，滯洪量分別為29.8億、33.4億、28.5億m3：“73·8”型10a一遇洪水條件下，洪峰近似為“平頭峰”，現(xiàn)狀方案、防護(hù)堤方案和生態(tài)治理方案艾山以上河道削峰率分別為8%、5%和6%，滯洪量分別為28.5億、21.3億、26.3億m3：“96·8”實(shí)測(cè)洪水條件下，現(xiàn)狀方案、防護(hù)堤方案和生態(tài)治理方案艾山以上河道削峰率分別為45%、32%和36%，滯洪量分別為14.0億、13.4億、2.0億m3。

綜合對(duì)比可以看出：大洪水期間，不同治理模式黃河灘區(qū)均能較好地發(fā)揮滯洪削峰作用，但是退水期間，現(xiàn)狀方案和防護(hù)堤方案因生產(chǎn)堤或防護(hù)堤的存在，洪水不易歸槽，故大量洪水將蓄滯在灘區(qū)：生態(tài)治理方案因?yàn)┎鬯辰粨Q順暢，故灘區(qū)蓄滯的洪量將隨著洪水消退，很快歸人河槽。

4.2 河道輸沙和灘區(qū)落淤效果

“58·7”型1000a一遇洪水條件下，現(xiàn)狀方案、防護(hù)堤方案和生態(tài)治理方案全河道淤積量分別為2.06億、1.45億、1.03億t，其中嫩灘淤積量分別為1.53億、1.68億、0.77億t；“58·7”型100a一遇洪水條件下，現(xiàn)狀方案、防護(hù)堤方案和生態(tài)治理方案全河道淤積量分別為2.01億、1.44億、0.98億t，其中嫩灘淤積量分別為1.42億、1.59億、0.69億t：“73·8”型10a一遇洪水條件下，現(xiàn)狀方案、防護(hù)堤方案和生態(tài)治理方案全河道淤積量分別為7.72億、6.98億、6.00億t，其中嫩灘淤積量分別為3.85億、3.76億、2.99億t；“96·8”實(shí)測(cè)洪水條件下，現(xiàn)狀方案、防護(hù)堤方案和生態(tài)治理方案全河道淤積量分別為2.45億、2.30億、1.95億t，其中嫩灘淤積量分別為0.27億、0.26億和0.00億t，具體見表9。

綜合對(duì)比可以得出：現(xiàn)狀方案河道淤積量占來沙量的30%～50%：“96·8”實(shí)測(cè)洪水期間，受生產(chǎn)堤等灘區(qū)構(gòu)筑物阻擋，河道淤積的泥沙90%以上分布在主槽和嫩灘：對(duì)10a一遇以上較大的洪水，灘區(qū)構(gòu)筑物影響減弱，但仍有約50%淤積量分布在嫩灘，這是“二級(jí)懸河”發(fā)育、河道形態(tài)惡化的重要原因。防護(hù)堤方案縮窄了河道，同現(xiàn)狀方案相比，在一定程度上減小了全河道淤積量，但是大洪水期間嫩灘泥沙淤積量較現(xiàn)狀方案略有增大。生態(tài)治理方案，通過治理，河道形態(tài)歸順，有利于行洪輸沙，全河道淤積量和嫩灘淤積量均較現(xiàn)狀方案減小，有利于遏制“二級(jí)懸河”發(fā)育和河道形態(tài)惡化。

4.3 洪水漫灘過程對(duì)比分析

表10為“二級(jí)懸河”典型斷面（禪房）灘槽關(guān)系和漫灘洪水特征值統(tǒng)計(jì)。圖4為不同治理模式洪水漫灘前河槽蓄水狀態(tài)示意?，F(xiàn)狀方案，禪房斷面灘槽高差5.5m，灘槽橫向倒比降達(dá)到0.06%，洪水漫灘后受生產(chǎn)堤阻擋，水位將逐漸壅高，若生產(chǎn)堤突然決口，則洪水居高臨下直沖大堤，流速一般能達(dá)到3.0m/s，黃河大堤偎水7.5m；防護(hù)堤方案10a一遇洪水啟用防護(hù)堤分洪，分洪后灘地橫向流速將達(dá)到3.5m/s左右：生態(tài)治理方案通過二灘再造和高灘淤筑，“二級(jí)懸河”不利局面基本消除，灘槽橫向倒比降不復(fù)存在，洪水自然漫灘，堤根偎水深度僅有0.9m。

5 結(jié)論

通過建立黃河下游花園口至艾山河段二維水沙模型，采用實(shí)測(cè)資料分析和模型計(jì)算等手段研究了不同治理模式下黃河下游水沙運(yùn)行機(jī)制，主要結(jié)論如下。

（1）黃河下游寬河段以艾山為卡口形成平原水庫(kù)，當(dāng)發(fā)生漫灘洪水時(shí)，水流進(jìn)人灘區(qū)，泥沙大量落淤，而后清水退入主槽，既減輕了主槽淤積甚至產(chǎn)生“淤灘刷槽”效果，又減少了艾山以下窄河段的洪峰流量和泥沙淤積。灘區(qū)滯洪沉沙作用顯著，是黃河下游防洪減淤體系的重要組成部分。

（2）灘區(qū)滯洪沉沙受灘區(qū)人類活動(dòng)和來水來沙等因素影響，現(xiàn)狀灘區(qū)大量修建生產(chǎn)堤以及有利于河道輸沙的大流量過程減少，導(dǎo)致下游河道淤積加重，年均淤積量占來沙量的比例由天然時(shí)期的20%增加至30%左右，中小洪水期間河槽淤積比由天然時(shí)期的20%增加至70%以上，大洪水期間仍有約50%淤積量分布在嫩灘。

（3）大洪水期間，現(xiàn)狀灘區(qū)具有明顯的滯洪作用，但是因“二級(jí)懸河”存在和生產(chǎn)堤阻礙，故洪水漫灘后蓄滯在灘區(qū)，清水不易歸槽：在“二級(jí)懸河”比較突出的河段，生產(chǎn)堤蓄滯洪水決口后，漫灘洪水頂沖堤防、順堤行洪問題更加突出，灘槽橫向流速為3.0～ 3.5m/s。

（4）灘區(qū)防護(hù)堤方案縮窄了河道，客觀上減少下游河道淤積7%～30%，但是增大了大洪水期間嫩灘淤積量，遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水則存在洪水頂沖大堤、順堤行洪、灘地退水困難等問題。

（5）生態(tài)治理方案實(shí)施“高灘”淤筑和“二灘”再造，消除“二級(jí)懸河”和灘槽橫向倒比降，實(shí)現(xiàn)洪水自然漫灘，灘槽水沙交換順暢，在維持寬河道滯洪沉沙功能的同時(shí)，減少下游河道淤積20%～ 50%，嫩灘淤積減少幅度更大，有利于遏制“二級(jí)懸河”的形成。

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