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

黃河現(xiàn)狀不利河勢成因及對策

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

小浪底水庫運用后，進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河勢的控制能力逐漸變化，局部河段不利河勢頻繁出現(xiàn)?；诮诔霈F(xiàn)的不利河勢類型及演變特點，分析了不利河勢成因，并提出治理對策：一是進一步完善中水整治工程，并在此基礎(chǔ)上強化洪枯整治；二是對局部不利河勢進行針對性的治理；三是加強河道管理。

不利河勢；成因；治理對策；游蕩性河段；黃河下游

1 河南黃河現(xiàn)狀不利河勢的類型及其演變特點

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299 km。游蕩性河道整治始于上世紀70年代初，1980年以后，成為黃河下游河道治理的重點。小浪底水庫運用以后，進入下游的徑流量和徑流過程發(fā)生明顯變化，小流量過程歷時延長，中常洪水量級減小，新的水沙條件下，游蕩性河道中水整治工程體系對河勢的控制作用受到影響，不利河勢時有發(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統(tǒng)計，根據(jù)其特點，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，如九堡至三官廟再至韋灘河段河勢；二是橫河、斜河等危害防洪安全的不利河勢，如2003年蔡集畸形河勢，2005年大宮至王庵畸形河勢；三是工程脫河或半脫河，河勢上提或下挫，造成控導(dǎo)工程間灘地坍塌嚴重，工程有被抄后路的危險，威脅到防洪安全，近些年發(fā)生了一大批這種不利河勢，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等；四種是河段內(nèi)工程靠河情況非常差，河勢基本不受工程控制，小水河勢處于自由演變狀態(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演變大多經(jīng)歷以下幾個階段：一是自小浪底水庫清水下泄以來，黃河下游主河槽發(fā)生強烈沖刷，隨著河床動態(tài)調(diào)整，水流邊界條件也隨之變化，局部河段工程靠河長度逐漸減少，河勢開始不受控制；二是隨著大河流量持續(xù)偏小，長時間的小水流量導(dǎo)致河道整治工程送溜不力，河勢出現(xiàn)上提下錯，險情不斷，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統(tǒng)計表

不利河勢的危害性主要表現(xiàn)在：沖擊堤防，危及防洪安全；對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期來水來沙統(tǒng)計情況。小浪底水庫運用以后，進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)沙期水庫排一部分泥沙外，其余時段基本為清水下泄。詳細情況見表2。

表2 花園口水文站不同時期來水來沙情況表

2.1.2 中常洪水頻次及量級減小

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 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僅為7860 m3/s，洪水量級明顯減小，小浪底水庫運用后，洪峰流量又被進一步限制在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～東壩頭河段不同時段河灣半徑統(tǒng)計情況。河灣半徑呈現(xiàn)明顯減小的趨勢，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達到27%，2000年以后僅為1.50%。表明，在小水的長期作用下，水流的慣性與動能不足，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水流的適應(yīng)性逐漸變差，削弱了工程對主流的控制作用，河勢變化的不確定性增加。詳細情況見圖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70年代，經(jīng)過多年的微彎型河道整治實踐，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)點工程54處，規(guī)劃工程長度約254 km，截止目前，已建工程長度約為225 km，壩垛2036道，其中2000年以前修建工程長度約為175 km，壩垛1816道。1999-2005年，針對小浪底水庫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。由于在較長一段時期內(nèi)，河道工程配套不完善，部分工程長度不足或布局不合理，隨著水沙條件變化，當(dāng)河勢上提下挫時，得不到工程有效控制，從而發(fā)生不利河勢，如2009年黑崗口上首河勢、2013年歐坦上首河勢等。

2.3 局部河段跨河建筑物影響

隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，黃河河道內(nèi)開發(fā)建設(shè)活動日趨增多，這些活動在推動了地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展的同時也給河勢穩(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河勢的影響最為明顯。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)佣魏觿莸挠绊??？梢钥闯?，橋梁對水流有強烈的分散作用，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)工程的著流點也會發(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。流場見圖2。

圖2 新舊鐵橋?qū)觿萦绊懩M流場圖

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的細沙。據(jù)統(tǒng)計，1950-2012年，進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，不利河勢就會迅速發(fā)展，不利河勢的發(fā)生往往都會伴隨著強烈的灘岸坍塌。同時，黃河下游游蕩性河段受歷史洪水沖刷淤積的影響，極個別河段局部也存在淤土層，抗沖刷能力強，會影響到正常河勢的發(fā)展，同樣極易形成不利河勢。

3 不利河勢治理對策

3.1 進一步完善中水整治工程，并在此基礎(chǔ)上強化洪枯整治

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，并防止新的不利河勢出現(xiàn)。針對目前游蕩性河道河勢存在的問題和來水的實際情況，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，同時對現(xiàn)有河道排洪河寬進行拓寬，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工程送流能力，避免主流在工程下首下挫后形成不利河勢；其次，沿排洪河槽邊界線修建防護工程，進一步穩(wěn)定中水河槽，防止不利河勢發(fā)生；再次，對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行改造，降低其工程標準，以增加排洪河槽過洪能力，保證大洪水行洪安全。詳細情況見圖3。

圖3 工程平面布置示意圖

3.2 對局部不利河勢進行針對性的治理

結(jié)合不利河勢的具體情況，對其進行針對性的治理。常用的措施包括修建永久性的防護工程、對河灣進行臨時搶護、對彎道發(fā)育成熟的河灣進行裁灣取直等。當(dāng)不利河勢發(fā)生的位置在節(jié)點工程范圍內(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行治理。如2009年黑崗口上首不利河勢，主流上提至規(guī)劃的工程藏頭段，通過藏頭段工程的續(xù)建截斷抄后路水流，較好地控制了河勢。臨時性的搶護措施投資小，見效快，黃河下游防汛搶險多采用該種方式。常用的措施有拋散石、柳石枕、石籠、土工包護岸、大土工布護底等。重復(fù)組裝式導(dǎo)流樁壩的試驗成功為黃河下游提供了一種新的不利河勢防護措施，2013年開封歐坦控導(dǎo)上首不利河勢應(yīng)急搶修中，采用了該種方式，取得了成功，作為臨時工程，可以較好地完成它的使命，且可以重復(fù)利用，是較為理想的臨時性搶護措施。

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。2006年，在黃河下游對大宮～王庵河段畸形河勢進行裁彎整治，取得成功，裁彎后，消除畸形河勢，多年來河勢一直穩(wěn)定。

3.3 加強河道管理

隨著沿河過河建筑物的增多，相互之間距離較近，密集的建筑物將對河勢產(chǎn)生較大影響，河道主管部門今后應(yīng)嚴格此類項目審批，充分考慮其疊加影響。對于河道內(nèi)已建項目，應(yīng)加強上下游河段河勢觀測，每年進行河勢評估，以現(xiàn)有浮橋為例，每年汛期拆除，恢復(fù)時應(yīng)按照河勢評估情況調(diào)整其兩端位置，盡量減小對河勢的影響。

4 結(jié)語

河南黃河游蕩性河段河勢變化復(fù)雜，河道整治應(yīng)循序漸進，根據(jù)不同時期的不同問題，有針對性的逐步治理，不可能一次解決所有問題，。針對目前游蕩性河段小水不利河勢問題，河道主管部門應(yīng)深入開展河勢觀測研究，并積極推進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，實現(xiàn)基本控制游蕩性河段河勢的目標。

[1]河南黃河勘測設(shè)計研究院.小浪底水庫運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：河南黃河勘測設(shè)計研究院，2010.

（責(zé)任編輯：劉長垠 邢博輝）

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