胡一三

(水利部黃河水利委員會(huì) 鄭州 450003)

1 概述

1.1 堤防決口類型

堤防決口大體可分為漫決、潰決、沖決3種類型:①水流漫頂或水流接近堤頂在風(fēng)浪作用下爬過堤頂,使堤防發(fā)生破壞而造成的決口,稱為 “漫決”。②河流水位盡管低于設(shè)計(jì)防洪水位,但由于施工質(zhì)量不能滿足要求、堤身或堤基有隱患,水流偎堤后發(fā)生滲水、管涌、流土等險(xiǎn)情,進(jìn)而發(fā)展為漏洞,因搶護(hù)不及,漏洞擴(kuò)大、堤防潰塌,水流穿堤而過造成的決口,稱為 “潰決”。③水流沖刷堤身,造成坍塌,當(dāng)搶護(hù)的速度趕不上坍塌的速度時(shí),塌斷堤身而造成的決口,稱為 “沖決”。另外,還有因戰(zhàn)爭(zhēng)等特定目的,人為扒開堤防造成的決口,稱為 “扒決”,如1938年鄭州花園口決口。堤防決口多為 “潰決”和 “沖決”。歷史上統(tǒng)計(jì)的漫決次數(shù)多,是因?yàn)?“漫決”屬自然因素造成,非人力搶護(hù)不力,上呈 “漫決”就可以減輕責(zé)任。

1.2 整治河道防止堤防沖決

為了保證堤防安全,通過加高加固堤防防止“漫決”和 “潰決”。黃河下游河勢(shì)變化的幅度大、速度快,不論是洪水期還是平水期都會(huì)發(fā)生大的變化,當(dāng)河勢(shì)變化至危及堤防安全時(shí),若搶護(hù)不及就會(huì)沖塌堤防,甚至河水穿堤而過。因此,需要進(jìn)行河道整治,控制河勢(shì),防止堤防 “沖決”。河道整治是確保防洪安全的一項(xiàng)重要措施。

1.3 下游河道概況

黃河在河南孟津縣白鶴鎮(zhèn)由峽谷進(jìn)入平原地區(qū),至山東墾利縣注入渤海,長(zhǎng)878 km,根據(jù)河床演變特點(diǎn)可分為4個(gè)河段 (圖1)。其中鄭州桃花峪以下至入?？诘狞S河河道稱為下游,長(zhǎng)786km。

圖1 黃河下游河道平面示意

⑴孟津白鶴鎮(zhèn)至東明高村河段。

該段河道長(zhǎng)299km,堤距寬一般5～l0km,寬處達(dá)20km,河道比降0.265‰～0.172‰,彎曲系數(shù)1.15。河道淤積嚴(yán)重,水面寬闊,溜勢(shì)散亂,洲灘發(fā)育,為典型的游蕩性河型。支流伊洛河、沁河在此段匯入。

⑵東明高村至陽谷陶城鋪河段。

該段河道長(zhǎng)165km,,堤距寬1.4～8.5km,大部分在5km以上,河道平均比降0.115‰,河道彎曲系數(shù)1.33。水流經(jīng)游蕩性河段落淤后,進(jìn)入該河段的泥沙顆粒變細(xì),河岸抗沖性能較游蕩性河段強(qiáng),并有膠泥嘴分布,因此盡管河勢(shì)變化仍很大,但已有明顯的主槽,屬由游蕩向彎曲轉(zhuǎn)化的過渡性河型。

⑶陽谷陶城鋪至墾利寧海河段。

該段河道長(zhǎng)322km,堤距寬0.4～5km,一般1～2km,河道平均比降0.1‰左右。由于兩岸堤距較窄,河彎得不到充分發(fā)育,河道彎曲系數(shù)僅為1.21。河床組成粘粒含量較陶城鋪以上增加,加之兩岸整治工程的約束,河勢(shì)變化相對(duì)較小,屬?gòu)澢院有?。支流汶河在此段匯入。

⑷寧海以下。

該段屬河口段,河道長(zhǎng) 92km,由于泥沙淤積,河道抬升延長(zhǎng),至一定長(zhǎng)度后,比降變緩,過流能力減小,尾閭段擺動(dòng),隨著河口段的淤積發(fā)展,擺動(dòng)點(diǎn)上移,直至在河口三角洲范圍內(nèi)改道,河長(zhǎng)縮短后,河床下切,繼而再度出現(xiàn)淤積……,即河口河段處于淤積-延伸-擺動(dòng)-改道的循環(huán)變化過程中。

⑸下游河道橫斷面形態(tài)。

黃河下游的河道為復(fù)式斷面,由主槽和灘地組成。中小水時(shí)水流從主槽通過,大洪水時(shí)主槽過流一般占80%左右。蘭考東壩頭以下有二級(jí)灘地,東壩頭以上由于受1855年銅瓦廂決口改道溯源沖刷的影響,增加了一級(jí)高灘,即有三級(jí)灘地 (圖2)。一級(jí)灘地和枯水槽合稱主槽。

圖2 二級(jí)灘地和三級(jí)灘地示意

2 河道整治的必要性分析

黃河下游進(jìn)行的河道整治是以防洪為主要目的,兼顧工農(nóng)業(yè)發(fā)展需要和灘區(qū)群眾生產(chǎn)、安全要求。

2.1 為確保防洪安全必須進(jìn)行河道整治

⑴溜勢(shì)的大幅度提挫造成被動(dòng)搶險(xiǎn)。

在進(jìn)行河道整治之前,不僅在寬河段,即使在窄河段,河勢(shì)的大幅度提挫變化也會(huì)造成被動(dòng)搶險(xiǎn)。陶城鋪以下的彎曲性河段,一般堤距僅1～2km。河床組成中粘粒含量已較以上河段增加,在突然情況下河勢(shì)變化仍是很大的,在沿堤修建一些險(xiǎn)工后,雖有一定的御流作用,但因位于灘地的河彎無工程控制,彎道坍塌后退下延,往往改變險(xiǎn)工的靠溜部位,甚至脫河,河勢(shì)發(fā)生大的變化,歷史上曾多次因河勢(shì)變化而造成堤防決口。

1949年汛期,彎曲性河段高水位持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),河勢(shì)變化大。據(jù)當(dāng)年的防汛資料,有40余處險(xiǎn)工靠溜部位發(fā)生大幅度上提下挫,東阿李營(yíng)、濟(jì)陽朝陽莊等9處老險(xiǎn)工脫河。左岸朝陽莊險(xiǎn)工脫河后,主流下挫2km至董家道口,右岸灘地急劇坐彎坍塌,左岸葛家店險(xiǎn)工靠溜部位下挫并有脫河危險(xiǎn),以下的張辛險(xiǎn)工、谷家險(xiǎn)工、小街子險(xiǎn)工等靠溜部位也相應(yīng)下挫,造成跟隨河勢(shì)下挫接連不斷搶險(xiǎn),“攆河搶險(xiǎn)”長(zhǎng)達(dá)3km,歷時(shí)40多天,陷防汛于十分被動(dòng)、危險(xiǎn)的境地。

⑵“橫河”會(huì)造成堤防沖決或嚴(yán)重?fù)岆U(xiǎn)。

“沖決”是堤防決口的常見形式,“橫河”頂沖是造成 “沖決”的主要原因。

在河勢(shì)演變尤其是游蕩性河段河勢(shì)演變的過程中,當(dāng)彎道內(nèi)土質(zhì)松散,抗沖能力差,彎道出口處為抗沖性強(qiáng)的粘土及亞粘土?xí)r,彎道向縱深發(fā)展,迫使水流急轉(zhuǎn)彎,形成 “橫河”;在洪水急劇消落,灘區(qū)彎道靠溜部位突然上提時(shí),流向改變,彎道深化,且在彎道以下出現(xiàn)新灘,形成 “橫河”;在水流漲落過程中,當(dāng)斜向支汊發(fā)展成主溜時(shí),也會(huì)形成 “橫河”?！皺M河”形成后,水流集中,沖刷力增強(qiáng),大量塌失灘地,塌至堤防即出現(xiàn)險(xiǎn)情。當(dāng)水流沖塌堤防的速度超過搶護(hù)的速度時(shí),就可能塌斷堤身,水流穿堤而過,造成決口。由于 “橫河”,歷史上曾多次造成堤防決口,中華人民共和國(guó)成立后也曾多次造成嚴(yán)重?fù)岆U(xiǎn),如:

3 清嘉慶八年(1803年)封丘大宮黃河決口前河勢(shì)示意

①清嘉慶八年 (公元l803年)陰歷九月上旬,封丘衡家樓 (即大宮)出現(xiàn) “橫河” (圖3)。據(jù)記載,該段堤防原為平工段,“外灘寬五、六十丈至一百二十丈,內(nèi)系積水深塘。因河勢(shì)忽移南岸,坐灘挺恃河心,逼溜北移,河身擠窄,更值(九月)八、九日西南風(fēng)暴,塌灘甚疾。兩日內(nèi)將外灘全行塌盡,浸及堤根?！币驌屪o(hù)不及,終于九月十三日造成堤防沖決,二十世紀(jì)70年代封丘大宮一帶的所謂 “大沙河”,即是這次決口遺留的故道。

②1952年9月,黃河在鄭州保合寨險(xiǎn)工對(duì)岸灘地坐彎,形成 “橫河”直沖保合寨險(xiǎn)工 (圖4),致使已脫河的保合寨險(xiǎn)工前灘地急劇坍塌后退,主流直沖保合寨險(xiǎn)工。當(dāng)時(shí)流量約2000m3/s,由于溜勢(shì)集中,淘刷力強(qiáng),主槽下切,堤前水深在10m以上,水面寬由一千多米縮窄到一百多米。當(dāng)時(shí)抽調(diào)4個(gè)修防段的工程隊(duì)員200余人,民工4000余人參加搶險(xiǎn),積極籌運(yùn)柳桔料,鄭州鐵路局撥給350個(gè)車皮,由專用廣花鐵路支線星夜趕運(yùn)搶險(xiǎn)石料,一面加幫后戧,一面搶修壩垛。嚴(yán)重時(shí),大堤被沖塌長(zhǎng)45m,堤頂塌寬6m,險(xiǎn)情十分危急。經(jīng)十天左右的緊張搶護(hù)方化險(xiǎn)為夷。共搶修壩垛4道,加固壩垛4道?？傆?jì)用石6000m3,柳枝60萬kg。

圖4 保合寨險(xiǎn)工1952年9月下旬河勢(shì)示意

③1964年10月上旬,在保合寨險(xiǎn)工以下12km處的花園口險(xiǎn)工下首的117～127壩 (東大壩)前發(fā)生 “橫河”,主流頂沖險(xiǎn)工。10月下旬流量為5000m3/s左右,險(xiǎn)工前水流急轉(zhuǎn)彎,溜勢(shì)集中,水面寬縮窄到l50m左右,單寬流量達(dá)30～40m3/s,中水持續(xù)時(shí)間又較長(zhǎng),根石淘刷嚴(yán)重,造成連續(xù)搶險(xiǎn)。東大壩根石深度一般達(dá)13～l6m,最深達(dá)17.8m,該壩搶險(xiǎn)用石達(dá)11600m3。

④京廣鐵路橋以下因河勢(shì)沒得到控制,1983年又在保合寨險(xiǎn)工對(duì)岸的北圍堤前發(fā)生 “橫河”(圖5),造成嚴(yán)重的搶險(xiǎn)。自8月12日至10月23日除去溜勢(shì)外移的時(shí)間,搶險(xiǎn)達(dá)53個(gè)晝夜。在搶險(xiǎn)的1772m工段內(nèi),共搶修垛25道、護(hù)岸25段,圍長(zhǎng)3855m,先后參加搶險(xiǎn)的軍民6000余人,用工16萬工日,用石3萬m3,柳雜料1500萬kg。

圖5 北圍堤1983年9月4日河勢(shì)示意

⑤1982年8月2日,花園口出現(xiàn)15300m3/s的洪峰,在流量降落到3000m3/s左右時(shí),開封黑崗口險(xiǎn)工前出現(xiàn) “橫河” (圖6),來自對(duì)岸大張莊一帶的主流直沖黑崗口險(xiǎn)工,壩前水面寬僅200余m,淘刷嚴(yán)重,19～29壩接連出險(xiǎn)。經(jīng)積極搶護(hù),險(xiǎn)情仍不斷發(fā)展,25護(hù)岸到26垛迎水面長(zhǎng)50m的坦石和23護(hù)岸長(zhǎng)30m的坦石相繼墩蟄入水,7m高的壩基土完全暴露,直接危及堤身安全。經(jīng)組織軍民2000余人緊急搶護(hù),才保證堤防安全?？傆?jì)用石料6552m3,拋鉛絲石籠1084個(gè)。

圖6 1982年8月上旬黑崗口險(xiǎn)工附近河勢(shì)示意

①中所述 “橫河”造成了堤防決口。②～④所述 “橫河”搶險(xiǎn)發(fā)生在不到 20km的河段內(nèi)。②、③所述 “橫河”險(xiǎn)些造成沖決,④所述 “橫河”雖發(fā)生在灘區(qū),如主溜沖開北圍堤,右岸幾處險(xiǎn)工將失去控制溜勢(shì)的作用,左岸一百多年未靠河的大堤將會(huì)出現(xiàn)順堤行洪的局面,對(duì)堤防安全威脅很大。⑤中所述 “橫河”直接危及到堤防安全。諸例表明,為確保堤防安全,需要進(jìn)行河道整治,控導(dǎo)河勢(shì),防止或減少 “橫河”發(fā)生。

⑶河勢(shì)游蕩會(huì)造成堤防布滿險(xiǎn)工。

按照黃河下游彎曲性河道整治經(jīng)驗(yàn),有計(jì)劃地進(jìn)行河道整治時(shí)兩岸工程的總長(zhǎng)度達(dá)到河道長(zhǎng)度的80%左右時(shí),即可基本控制河勢(shì)。而在未進(jìn)行河道整治的游蕩性河段,大溜至堤防時(shí)就得被迫修建險(xiǎn)工,一岸工程長(zhǎng)度超過80%以上時(shí),河勢(shì)仍然游蕩,平工堤段仍會(huì)出險(xiǎn)。

鄭州保合寨至中牟九堡,長(zhǎng)48km。該段河道在右岸堤防與左岸1855年高灘間寬約5km的范圍內(nèi)游蕩。為了保護(hù)堤防安全,右岸先后修建了保合寨、花園口、申莊、馬渡、三壩、楊橋、萬灘、九堡9處險(xiǎn)工,楊橋險(xiǎn)工已有300多年的歷史,至二十世紀(jì)60年代險(xiǎn)工總長(zhǎng)達(dá)43km,占河道長(zhǎng)度的90%。二十世紀(jì)60年代前后左岸還修了十幾處護(hù)村工程和2處控導(dǎo)工程。由于兩岸的工程是在被動(dòng)搶險(xiǎn)的條件下修建的,兩岸工程互相不配套,不能控制河勢(shì)。1967年汛期,花園口險(xiǎn)工不靠溜,大溜自右岸南裹頭到左岸原陽高灘,灘地經(jīng)不住水流的淘刷,1855年高灘大量塌失。先從馬莊西南的農(nóng)場(chǎng)一隊(duì)開始塌失高灘,經(jīng)批準(zhǔn)新建的6個(gè)垛僅修1個(gè)因河勢(shì)下挫而停修。繼而由西向東坍塌馬莊、胡莊、劉庵、破車莊、西蘭莊村南長(zhǎng)達(dá)5km多的高灘,南北塌寬2～3km,汛末塌至東蘭莊村南,并在灘地坐彎,流向急轉(zhuǎn)南下,方向正對(duì)右岸東大壩以下的趙蘭莊一帶 (圖7),堤前灘地坍塌迅速,為防在1.4km長(zhǎng)沒有壩垛保護(hù)的平工堤段出險(xiǎn),在溜至堤根前,就在灘地上搶修了6道壩,1個(gè)垛,用石3000m3,后河勢(shì)外移,險(xiǎn)情才緩和下來。由此看出,要防止堤防布滿險(xiǎn)工,必須有計(jì)劃地進(jìn)行河道整治。

圖7 花園口險(xiǎn)工下段1967年汛末河勢(shì)示意

⑷畸形河彎威脅堤防安全。

在河勢(shì)未控制的河段,在枯水期形成的一些畸形河彎,有時(shí)會(huì)危及堤防等建筑物,造成被動(dòng)搶險(xiǎn)。

l993年9月,開封高朱莊搶險(xiǎn)就是一例。在黑崗口至封丘大官河段接連出現(xiàn)2個(gè)畸形河彎 (圖8),造成多處塌灘。在黑崗口險(xiǎn)工至柳園口險(xiǎn)工的13km內(nèi)基本都修有工程,黑崗口及柳園口險(xiǎn)工靠溜處因有丁壩未有出險(xiǎn)。但在黑崗口險(xiǎn)工與高朱莊控導(dǎo)工程之間850m的空襠內(nèi)沒有壩垛,在畸形河彎的演變過程中,灘地塌退,距堤僅60～70m。為保大堤安全被迫搶險(xiǎn)修建了8個(gè)垛。

因此,為確保防洪安全必須進(jìn)行河道整治。

圖8 開封黑崗口至柳園口1993年汛末河勢(shì)示意

2.2 工農(nóng)業(yè)發(fā)展需要整治河道

⑴提高引水保證率是工農(nóng)業(yè)及城市生活用水的迫切要求。

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,黃河兩岸對(duì)引黃供水需求愈來愈高,能否及時(shí)供水在一定程度上已經(jīng)成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)及城市發(fā)展的制約因素。黃河下游已建有94座引黃閘。半個(gè)多世紀(jì)以來,常常由于河勢(shì)變化,造成引不到水或引水十分困難。

在過渡性河段,位于右岸菏澤劉莊險(xiǎn)工上的劉莊閘門,1959年汛后建成時(shí)險(xiǎn)工靠溜,引水十分方便。由于以上河段的河勢(shì)變化,閘門段脫河。為便于劉莊閘門引水,在上游右岸新建了長(zhǎng)2000m的截流壩工程,后因搶護(hù)不及,壩頭端放棄,余下壩長(zhǎng)1460m,但仍未解決閘門引水問題。后黃河下游停止引黃灌溉。1965年復(fù)灌后,為了引水不得不在灘地上新建引水渠,最長(zhǎng)時(shí)達(dá)3.6km。引水渠經(jīng)常需要清淤,因多系流沙,每次都要耗用大量的人力。位于游蕩性河段的引水閘門,其引水保證率低于過渡性河段。原陽幸福渠灌溉面積20萬畝,為了提高引水保證率,修建了3個(gè)引水閘,增加了灌溉投資。彎曲性河段,由于二十世紀(jì)50年代已有計(jì)劃地進(jìn)行了河道整治,閘門引水條件基本可靠。如引黃濟(jì)青工程的取水口博興打漁張閘,就是靠濱州韓家墩、龍王崖、王大夫等控導(dǎo)工程保證引水穩(wěn)定的。

為了保證工農(nóng)業(yè)及城市生活用水,必須整治河道,穩(wěn)定河勢(shì),以提高引水的保證率。只有通過整治,才能改善和穩(wěn)定引水條件。

⑵溜勢(shì)穩(wěn)定是橋梁安全的要求。

中華人民共和國(guó)成立前僅有鄭州、濟(jì)南2處鐵路橋,現(xiàn)在黃河下游已有鐵路及公路橋30余座。因?yàn)楹訉?、橋梁也較長(zhǎng),如長(zhǎng)東鐵路橋長(zhǎng)達(dá)10km,主溜區(qū)及非主溜區(qū)的橋跨及基礎(chǔ)深度不同。如河勢(shì)巨變,主溜區(qū)與非主溜區(qū)易位,或發(fā)生橫河造成集中沖刷,均可能危及橋梁安全。

⑶一定的水深是航運(yùn)的條件。

歷史上由于河勢(shì)多變,黃河航運(yùn)并不發(fā)達(dá)。但水運(yùn)便宜,運(yùn)送防汛料物更為有利,搶險(xiǎn)時(shí)可直接運(yùn)石到用料部位。黃河河寬水淺,通過整治才能集中水流,保證通航所需要的水深。

2.3 灘區(qū)人民要求整治河道

⑴灘區(qū)居住有百萬人口。

為了防洪安全,黃河下游河道寬闊。廣大灘區(qū)是含沙水流在多次過流落淤塑造而成的。由養(yǎng)分豐富的泥沙淤出的肥沃灘區(qū),適合農(nóng)作物生長(zhǎng),在生產(chǎn)不發(fā)達(dá)的時(shí)代,糧食畝產(chǎn)遠(yuǎn)高于背河耕地,盡管多數(shù)年份秋莊稼被淹僅能收獲夏糧,相對(duì)而言灘區(qū)卻往往成為沿黃縣的糧倉(cāng)。20世紀(jì)60年代以前,沿黃河兩岸有300多萬畝沙荒鹽堿地,背河一帶生存條件非常差,產(chǎn)量很低。近40年來,背河地區(qū)通過引黃河水放淤改土、稻改等措施,改變了鹽堿化的面貌,加之農(nóng)田水利建設(shè)等項(xiàng)措施,生產(chǎn)發(fā)展很快。從古至今黃河下游灘區(qū)都居住著大量群眾。

黃河下游計(jì)有120多個(gè)自然灘,灘面寬0.5～8km不等。其中,面積大于100km2的有7個(gè),100～50km2的有 9個(gè),50～ 30km2的有12個(gè),30km2以下的有90多個(gè)。據(jù)統(tǒng)計(jì),截至2003年底,黃河下游灘區(qū)(含封丘倒灌區(qū))總面積4046.9km2,耕地375.5萬畝,村莊1924個(gè),人口179.5萬人。耕地及人口主要集中在陽谷陶城鋪以上的寬河段。

⑵河勢(shì)變化造成大量塌灘塌村。

黃河下游河道多淤善變。黃河給灘區(qū)人民提供了生存的條件,但常常也給他們帶來深重的災(zāi)難。在河勢(shì)變化尤其是劇烈演變的過程中,常常坍塌大量耕地,甚至將村莊塌入河中。據(jù)統(tǒng)計(jì),二十世紀(jì)50年代時(shí)平均每年坍塌灘地多達(dá)10萬畝,60年代游蕩性河段坍塌灘地也非常嚴(yán)重;1949～1976年有256個(gè)村莊掉河。塌灘掉村嚴(yán)重影響灘區(qū)群眾的生產(chǎn)生活,并威脅生命安全。因此,除進(jìn)行安全建設(shè)外,灘區(qū)人民還強(qiáng)烈要求整治河道,控制河勢(shì),穩(wěn)灘護(hù)村,同時(shí)進(jìn)行灘面治理,防止灘面串溝集中過流。

綜上所述,黃河下游必須進(jìn)行河道整治,控導(dǎo)主溜,穩(wěn)定河槽,固定靠河險(xiǎn)工和控導(dǎo)工程。

3 結(jié)語

黃河下游治理的首要任務(wù)是保證防洪安全。

在長(zhǎng)期與洪水斗爭(zhēng)的過程中體會(huì)到,河勢(shì)變化尤其是主流的提挫與擺動(dòng)常會(huì)造成堤防搶險(xiǎn),甚至造成堤防決口。溜勢(shì)的大幅度提挫會(huì)造成長(zhǎng)期被動(dòng)搶險(xiǎn),河勢(shì)游蕩會(huì)使堤防布滿險(xiǎn)工,增加防洪負(fù)擔(dān)。畸形河彎尤其是“橫河”又會(huì)直接危及堤防安全。黃河是河南、山東兩省沿黃地區(qū)的主要水源,工農(nóng)業(yè)及城市的發(fā)展在某種程度上受制于從黃河的引水量,引水的可靠程度直接影響發(fā)展速度。黃河堤距寬,跨河交通橋梁的安全直接與主流的位置和方向有關(guān)。居住在灘區(qū)的一百多萬居民,在河勢(shì)變化的過程中會(huì)承受塌灘塌村造成的災(zāi)難。因此,不論從黃河兩岸保護(hù)區(qū)考慮,還是從灘區(qū)考慮,黃河下游均必須采取措施,控導(dǎo)主流,穩(wěn)定河勢(shì),保堤護(hù)灘,有計(jì)劃地進(jìn)行河道整治。