黃河下游畸形河勢(shì)現(xiàn)狀及對(duì)策

萬(wàn)強(qiáng)　李軍華　夏修杰　董其華　張向萍

摘要：黃河下游在長(zhǎng)期小水作用下產(chǎn)生一些畸形河勢(shì)，通過(guò)分析原型以及黃河下游2017年洪水預(yù)報(bào)模型試驗(yàn)畸形河勢(shì)演化發(fā)展情況，系統(tǒng)研究黃河下游游蕩型河段4處畸形河段不同流量條件下河勢(shì)變化特點(diǎn)及規(guī)律。結(jié)果表明：目前形成的4處典型畸形河勢(shì)發(fā)育尚不充分，在中常洪水下發(fā)生自然裁彎的概率較小;開(kāi)儀、裴峪河段4 000 m3/s流量釋放2d左右可以使該河段畸形河勢(shì)得到初步改善，但畸形河勢(shì)完全消除需要的洪水量級(jí)較大，依靠目前小浪底水庫(kù)泄放中常洪水的水動(dòng)力改善畸形河勢(shì)并不現(xiàn)實(shí)，可采用挖河疏浚一泥沙資源利用一河道整治工程有機(jī)結(jié)合的方法歸順河勢(shì)。

關(guān)鍵詞：畸形河勢(shì);實(shí)體模型：洪水;黃河下游

中圖分類(lèi)號(hào)：TV852;TV882.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j .issn.1000- 1379.2019.04. 003

1 近期黃河下游河道的典型畸形河勢(shì)

對(duì)近期黃河下游河勢(shì)持續(xù)跟蹤發(fā)現(xiàn)，有一部分工程對(duì)近些年的小流量過(guò)程不太適應(yīng)。黃河下游河道整治工程是按照設(shè)防4 000 m/S流量設(shè)計(jì)的，但是黃河下游大部分時(shí)間流量只有1000 m/s左右的小水過(guò)程，小水游蕩沖擊灘區(qū)，產(chǎn)生諸多畸形河勢(shì)，進(jìn)而影響兩岸灘區(qū)居民生產(chǎn)生活安全。

目前黃河下游游蕩型河段有開(kāi)儀一趙溝、裴峪一大玉蘭、東安一桃花峪、三官?gòu)R一韋灘4處較為典型的畸形河勢(shì)。①開(kāi)儀一趙溝畸形河勢(shì)產(chǎn)生的原因主要為上游工程對(duì)持續(xù)多年小水送流不力，造成小水在工程前坐彎，凸岸不斷前進(jìn)，凹岸不斷后退;②裴峪工程基本脫河，河槽在下首下敗坐彎，形成正在發(fā)展中的畸形河灣，目前不斷有右岸大片灘地被切人河道，下游大玉蘭工程頂沖迎流位置不斷下移，大玉蘭工程的人流角幾乎達(dá)到90°，形成頂沖：③東安工程送流不力，使水流未能送達(dá)桃花峪工程，在送流半程改向東北，受北岸灘地阻擋，大河主流沿桃花峪大橋軸線(xiàn)折回右岸，水流呈90°直沖桃花峪工程，形成了S形的畸形河灣，并對(duì)桃花峪工程下游的河勢(shì)造成影響：④九堡以下河段，由于三官?gòu)R工程送流較弱，不能使韋灘工程有效著流，因此工程難以發(fā)揮控導(dǎo)作用，使主流在韋灘前向左岸坐彎，現(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)三官?gòu)R工程前灘地的黏性土層抗沖刷能力較強(qiáng)，該河段流路的自然調(diào)整還需較長(zhǎng)時(shí)日。

2 畸形河勢(shì)調(diào)整對(duì)水沙過(guò)程的要求

2.1 原型畸形河灣調(diào)整情況

畸形河勢(shì)發(fā)生調(diào)整裁彎，需要有利的來(lái)水來(lái)沙條件。根據(jù)歷年黃河下游畸形河勢(shì)自然裁彎的統(tǒng)計(jì)，黃河下游畸型河勢(shì)自然裁彎、歸順流路基本發(fā)生在洪水期，流量范圍為2 250-8 480 m/s.發(fā)生自然調(diào)整的畸形河灣彎曲系數(shù)一般為1.6-7.1。2000年以后發(fā)生的自然裁彎現(xiàn)象均在黃河調(diào)水調(diào)沙期間。一般情況下，彎曲系數(shù)越大，發(fā)生自然裁彎的概率越大。目前的幾個(gè)典型畸形河灣彎曲系數(shù)見(jiàn)表1，河灣發(fā)育尚不充分，在中常洪水下發(fā)生自然裁彎的概率較小。

2.2 模型試驗(yàn)中畸形河勢(shì)調(diào)整情況

根據(jù)2017年黃河下游洪水演進(jìn)預(yù)報(bào)模型試驗(yàn)‘1]，對(duì)開(kāi)儀、裴峪、桃花峪、韋灘4處畸形河勢(shì)演變情況進(jìn)行分析。

（1）開(kāi)儀一趙溝河段（見(jiàn)表2）。初期（15 h）的3 000 m/s左右流量持續(xù)時(shí)間較短，對(duì)該河段畸形河勢(shì)改善不明顯：持續(xù)52 h的4 000 -4 500 m/s流量后，畸形河勢(shì)有所改善;對(duì)畸形河勢(shì)改善作用最為明顯時(shí)段為持續(xù)96 h約8 000 m/s的流量過(guò)程。

（2）裴峪河段（見(jiàn)表3）。初期直至漲峰過(guò)程中，當(dāng)流量達(dá)到3 882 m/s后，在該流量級(jí)下持續(xù)時(shí)間達(dá)37 h后，畸形河勢(shì)依然沒(méi)有明顯變化：當(dāng)流量達(dá)到4 576 m/s時(shí)，畸形河勢(shì)開(kāi)始調(diào)整，水面寬度擴(kuò)大;流量漲到8 313 m/s，持續(xù)時(shí)間達(dá)到96 h以上時(shí)，河槽形態(tài)發(fā)生較大調(diào)整，畸形河勢(shì)明顯改善。

（3）東安一桃花峪河段（見(jiàn)表4）?；魏觿?shì)改善作用最為明顯的時(shí)段為10 000 m/S以上流量過(guò)程：畸形河勢(shì)發(fā)生、發(fā)展、消失的影響因素眾多，該河段受桃花峪黃河大橋橋下地質(zhì)條件的影響較大。

（4）三官?gòu)R一韋灘河段（見(jiàn)表5）。同上游3處畸形河勢(shì)類(lèi)似，對(duì)畸形河勢(shì)改善作用比較明顯的時(shí)段為10 000 m/s以上流量過(guò)程，洪水持續(xù)時(shí)間約100 h后，畸形河灣得以消除：能夠使河勢(shì)完全歸順，需要8 000m3/s以上洪水持續(xù)沖刷約90 h，韋灘工程才可發(fā)揮控導(dǎo)作用，4 000 m/s以下水流對(duì)改善河勢(shì)意義不大;原型河段三官?gòu)R以下河段灘地存在大量膠泥層沉積，河勢(shì)演化存在諸多不確定性。

綜上所述，黃河下游典型畸形河勢(shì)在2017年洪水預(yù)演試驗(yàn)中所反映出的演化特征，開(kāi)儀、裴峪河段4 000 m/s流量釋放2d左右可以使畸形河勢(shì)得到初步改善：桃花峪和韋灘河段洪水量級(jí)應(yīng)達(dá)到6 000 m/s.連續(xù)沖刷2d，畸形河勢(shì)可得到初步改善（見(jiàn)表6）。

3 挖河疏浚、泥沙資源利用、河道整治工程有機(jī)結(jié)合對(duì)理順河勢(shì)的作用

目前條件下小浪底水庫(kù)釋放的洪水量級(jí)一般屬中常洪水，完全靠水動(dòng)力改善黃河下游的畸型河勢(shì)，一是水量不允許，二是即使水量滿(mǎn)足，也不符合水資源高效利用的要求。

為了疏導(dǎo)穩(wěn)定河槽、規(guī)順河勢(shì)、加固堤防，黃委于1997年、1999年分別選擇黑崗口至柳園口河段、王庵至古城河段作為游蕩型河段挖河固堤試驗(yàn)河段進(jìn)行了規(guī)劃設(shè)計(jì)。借助實(shí)測(cè)資料分析，黃科院系統(tǒng)研究了黃河下游畸形河灣的形態(tài)、成因以及危害，先后開(kāi)展了“黃河下游大張莊至柳園口河段挖河固堤模型試驗(yàn)”[2]、“2000年河南王庵至古城河段挖河模型試驗(yàn)”[3]和“黃河下游寬河道挖河機(jī)理及方案研究”[4]：2005年進(jìn)一步開(kāi)展了黃河下游寬河道挖河機(jī)理及方案研究，利用概化模型對(duì)裁彎比3-7、開(kāi)挖斷面比1/10 -1/30、人流角度0° -25°及不同水沙條件下的人工挖河效果進(jìn)行了系統(tǒng)的定量研究，認(rèn)為科學(xué)利用河流動(dòng)力學(xué)原理、采用人工挖河裁彎來(lái)調(diào)整畸形河勢(shì)十分必要，且成效顯著。2005年通過(guò)人工裁彎解決大宮一王庵畸形河勢(shì)的過(guò)程，就全面印證了上述結(jié)論。

黃科院曾經(jīng)開(kāi)展了“黃河下游畸形河勢(shì)形成機(jī)理研究”，認(rèn)為：黃河特殊的來(lái)水來(lái)沙特性、典型的泥沙沉積規(guī)律，決定了河道內(nèi)膠泥層的存在是不可避免的：長(zhǎng)期的小水過(guò)程不僅會(huì)造成畸形河勢(shì)的出現(xiàn)，還會(huì)進(jìn)一步加劇畸形河勢(shì)的發(fā)展。然而，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，黃河水資源緊缺的形勢(shì)會(huì)更加嚴(yán)峻，單純依靠水庫(kù)調(diào)節(jié)、依賴(lài)水動(dòng)力作用來(lái)治理、歸順畸形河勢(shì)是不現(xiàn)實(shí)的，因此當(dāng)時(shí)提出“小浪底水庫(kù)運(yùn)用初期游蕩型河道整治應(yīng)與挖河固堤相結(jié)合”。目前，隨著國(guó)家生態(tài)戰(zhàn)略的深入推進(jìn)，更應(yīng)強(qiáng)化挖河疏浚、泥沙資源利用、河道整治工程有機(jī)結(jié)合對(duì)理順河勢(shì)的作用，既可以疏浚河道，又能實(shí)現(xiàn)泥沙的資源利用，充分利用小浪底水庫(kù)下泄水流含沙量較小、河床發(fā)生沖刷這一有利時(shí)機(jī)，高效理順畸形河灣，促進(jìn)河勢(shì)的穩(wěn)定。黃河下游游蕩段這4處畸形河勢(shì)均可以采用類(lèi)似的方法改善河勢(shì)，而且將這一工程措施常態(tài)化，可以收到事半功倍的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）近期黃河下游河勢(shì)有相當(dāng)一部分工程對(duì)近些年的小流量過(guò)程不太適應(yīng)，河道工程對(duì)水流的控導(dǎo)效果減弱。在長(zhǎng)期小水作用下，產(chǎn)生一些畸形河勢(shì)，影響兩岸穩(wěn)定供水，危害灌區(qū)糧食安全。

（2）根據(jù)黃河下游典型畸形河勢(shì)河段2017年洪水預(yù)演試驗(yàn)資料分析，開(kāi)儀、裴峪河段4 000 m/s流量釋放2d左右可以使畸形河勢(shì)得到初步改善，畸形河灣惡性發(fā)展趨勢(shì)得以扭轉(zhuǎn)：桃花峪和韋灘河段洪水量級(jí)應(yīng)達(dá)到6 000 m/s.連續(xù)沖刷2d.畸形河勢(shì)可得到初步改善。但是，完全消除畸形河勢(shì)需要的洪水量級(jí)較大，目前條件下小浪底水庫(kù)泄放的洪水量級(jí)一般屬中常洪水，完全靠水動(dòng)力改善黃河下游的畸形河勢(shì)，一是水量不允許，二是即使水量滿(mǎn)足，也不符合水資源高效利用的要求。目前形成的4處畸形河勢(shì)發(fā)育尚不充分，在中常洪水下發(fā)生自然裁彎的概率較小。

（3）黃河下游游蕩型河道整治應(yīng)與挖河疏浚、泥沙資源利用有機(jī)結(jié)合，既可以疏浚河道，又能實(shí)現(xiàn)泥沙的資源利用，充分利用小浪底水庫(kù)下泄水流含沙量較小、河床發(fā)生沖刷這一有利時(shí)機(jī)，高效理順畸形河灣，促進(jìn)河勢(shì)的穩(wěn)定。目前的4處畸形河勢(shì)均可以采用類(lèi)似的治理措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹永濤，夏修杰，萬(wàn)強(qiáng)，等.2017年黃河下游小浪底至陶城鋪河段洪水預(yù)演實(shí)體模型試驗(yàn)[R].鄭州：黃河水利科學(xué)研究院，2017：31-32.

[2] 江恩慧，張紅武，張林忠，等，黃河下游大張莊至柳園口河段挖河固堤模型試驗(yàn)報(bào)告[R].鄭州：黃河水利科學(xué)研究院，1998：15-16.

[3] 江恩慧，陳書(shū)奎，張林忠，等.2000年河南王庵至古城河段挖河模型試驗(yàn)報(bào)告[R].鄭州：黃河水利科學(xué)研究院，2000：18.

[4]江恩慧，張林忠，符建銘，等，黃河下游寬河道挖河機(jī)理及方案研究報(bào)告[R].鄭州：黃河水利科學(xué)研究院，2004：36-37.

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