齊 璞，孫贊盈，齊宏海

（1.黃河水利委員會水利科學(xué)研究院，鄭州 450003；2.美國柏誠（PB）工程咨詢公司，新澤西勞倫斯維爾 08648）

黃河下游新情況、新問題、新的治理措施

齊 璞1，孫贊盈1，齊宏海2

（1.黃河水利委員會水利科學(xué)研究院，鄭州 450003；2.美國柏誠（PB）工程咨詢公司，新澤西勞倫斯維爾 08648）

黃河下游的堤防是按照小浪底建庫前千年洪水設(shè)防水位，加超高2.5 m或3 m設(shè)計，堤后淤背寬度百米，小浪底水庫投入運用后下游寬河道段河槽下切2米多，下游窄河段下切1米多；在洪水不斷減小的新形勢下，防洪形勢發(fā)生根本性變化，今后不存在大堤決口的可能。其合理的治理目標(biāo)是，在中游完善以小浪底水庫為中心的調(diào)水調(diào)沙體系，使更多泥沙由洪水輸送；在下游進(jìn)行雙向河槽整治，穩(wěn)定河槽，形成高效排洪輸沙通道；控制河床不發(fā)生過渡沖刷，保證兩岸引水，使洪水不漫灘；徹底解放黃河下游灘區(qū)和防洪中橫河斜河等諸多問題，使黃河徹底由害河變?yōu)槔印?/p>

小浪底水庫；河道沖刷；雙向整治；高效輸沙；完善調(diào)沙體系

1 前言

泥沙淤積是洪水在黃河下游危害的根源，千百年來人們都希望河床能不抬高。黃河中上游水利工程的大量興建，水土保持與灌溉的發(fā)展，使洪水發(fā)生的機會與洪峰流量大幅度減小，今后控制河床不再淤積成為治理成敗的關(guān)鍵。小浪底水庫投入運用13年，下游河道均發(fā)生巨大變化，下游河道水位全程降低1～2米多，平灘流量迅速增大，游蕩性河道依然寬淺散亂擺動，橫河、斜河不斷發(fā)生，灘區(qū)群眾生產(chǎn)、生活、發(fā)展問題沒有得到徹底解決。近年來研究表明，黃河窄深河槽洪水期存在巨大泄洪輸沙潛力，黃河泥沙可充分利用洪水輸沙入海[1]。

由于黃河長期多沙，且水沙組合不合理，小水挾沙過多，形成有0.02%～0.01%的較陡河道，黃河下游河道花園口站的河床高程達(dá)到90多米（93.88 m），成為華北平原上海河流域與淮河流域的分水嶺，目前河床縱坡面對利用洪水輸送泥沙入海是富富有余[2]。黃河泥沙隨洪水而來，利用洪水輸沙入海是最好的歸宿。

形成窄深穩(wěn)定的高效排洪輸沙通道后，不僅可以提高河道的輸沙能力，還可解決防洪中諸多問題。通過小浪底水庫泥沙多年調(diào)節(jié)，相機利用洪水排沙，把泥沙調(diào)節(jié)到洪水時輸送，控制主槽不抬高，甚至河床下切。為了保證小浪底水庫泥沙多年調(diào)節(jié)運用可靠性，需要在小北干流上修建樞紐，調(diào)節(jié)黃河上游來水，為完善以小浪底等水庫綜合利用適時排沙提供保證。

隨著時間的推移下游河道不斷沖刷，河槽平灘流量增大，引水困難，當(dāng)平灘流量大于8 000 m3/s以上河段，需要興建的低水頭樞紐對河道沖刷進(jìn)行控制。使河槽沖刷逐步向下游發(fā)展，如桃花峪水庫。

2 新情況

2.1 河床發(fā)生強烈沖刷

小浪底水庫投入運用以后，使得下游黃河河南河道、山東河道都發(fā)生了沖刷[3]。1999年10月—2012年10月，小浪底水庫庫區(qū)淤積量為27×108m3，水庫仍處于攔沙運用的初期。近年來流域來沙量明顯偏小，水庫淤積速度比原來預(yù)計的要慢。根據(jù)黃河下游河道大斷面的測量成果，2000—2012年運用年，利津以上河道共沖刷16.45×108m3，年平均沖刷量為1.27×108m3/a。高村以上總沖刷量為11.89×108m3，占沖刷總量的72%。其中夾河灘以上河段的沖刷量占沖刷總量的60%；夾河灘—高村河段總沖刷量為1.95×108m3，占11.87%；高村—艾山總沖刷量為2.36×108m3，占14.3%；艾山—利津河段總沖刷量為2.19×108m3，占13.3%。圖1給出了各河段過水面積的變化情況。其中黃河前9次（2002—2009年）調(diào)水調(diào)沙期共計沖刷3.4×108t，占該時段沖刷量的28.5%。

圖1 1999年10月—2012年10月各河段主槽斷面法沖淤面積Fig.1 Scour and deposition areas based on main channel cross sections methods in various reaches from October 1999 to October 2012

2.2 排洪能力顯著增大

小浪底水庫運用后，與2000年汛后相比，2012年汛后相同流量（2 000 m3/s）下游水位降低2.20～1.25 m（見表1）。水位下降幅度呈現(xiàn)出兩頭大、中間小的特點，花園口、夾河灘和高村在流量為2000 m3/s水位時分別下降1.88 m、2.20 m和2.20 m，艾山和利津下降1.25 m。經(jīng)過13年的沖刷，黃河下游河道的排洪能力顯著增大，與小浪底水庫運用前相比，平灘流量增加了1 100～3 200 m3/s。2012年汛后黃河下游各站的平灘流量分別達(dá)到4 100～6 900 m3/s，其中花園口站的平灘流量最大[3]。

表1 小浪底水庫運用以來（2000—2012年）下游河道同流量水位變化Table 1 Water surface elevation changes for the same discharge in the lower Yellow River after the operation of Xiaolangdi reservoir(2000—2012)

現(xiàn)在花園口站以上河段的平灘流量大于 7 000 m3/s，夾河灘以上河段大于6 000 m3/s，高村以上達(dá)5 400 m3/s，再加上1.2～2.5 m高的生產(chǎn)堤，可過7 000～9 000 m3/s的流量。平灘流量最小的孫口河段也有4 200 m3/s，加上1.5～2.5 m高的生產(chǎn)堤，也可過7 000 m3/s的流量。艾山—利津河段平灘流量達(dá)到了4 100～4 500 m3/s。小浪底水庫今后還要進(jìn)行泥沙多年調(diào)節(jié)，相機利用洪水排沙，河床還會向下沖刷，河段平灘流量還會增大。

2.3 洪峰、沙量均大幅度減小

黃河的來水主要在蘭州以上，占黃河總水量的58%，1968年和1986年劉家峽和龍羊峽水庫相繼投入運用，水庫對水量進(jìn)行多年調(diào)節(jié)，汛期進(jìn)入黃河下游的水量大幅減少。截至1994年黃河干支流上已修建大中小型水利樞紐600余座，總庫容達(dá)到700×108m3，超過黃河的年水量。僅小浪底、三門峽、劉家峽、龍羊峽四庫的防洪庫容就有156.2×108m3，相當(dāng)于黃河千年一遇洪水12天的來水總量。

黃河的支流上也興建了很多大型水庫，如防洪庫容分別為6.77×108m3的伊河陸渾水庫和6.98×108m3的洛河故縣水庫。使千年一遇洪水花園口站洪峰流量由42 300 m3/s降為22 500 m3/s；百年一遇洪水的洪峰流量也由29 200 m3/s降為15 700 m3/s；若發(fā)生1958年型22 300 m3/s洪水，花園口站洪峰流量將降為9 620 m3/s；自1982年發(fā)生15 300 m3/s大洪水至今，30年來花園口站的洪峰流量均沒有超過8 100 m3/s，小浪底水庫投入運用以來沒有出現(xiàn)大于5 000 m3/s。這說明大洪水發(fā)生的機會大幅度減少，洪水已經(jīng)基本上得到了有效控制?；▓@口站從1950—2012年歷年實測最大洪峰流量變化過程見圖2。

圖2 花園口站1950—2012年實測最大洪峰流量變化Fig.2 Variations of measured peak discharges at Huayuankou station(1950—2010)

近10年來，由于集中產(chǎn)沙中游地區(qū)治理與社會經(jīng)濟發(fā)展形式的變化，流域來沙量明顯銳減，年來沙量由以往10億多噸減少到3億多噸。

2.4 防洪形勢新變化

由龍羊峽、劉家峽水庫的聯(lián)合運用后花園口站各級日均流量出現(xiàn)的天數(shù)統(tǒng)計表明，自1987年龍劉水庫聯(lián)合運用以來，花園口站的日均流量沒有大于7 000 m3/s。但1986年以前則經(jīng)常發(fā)生日均流量大于7 000 m3/s的洪水。小浪底水庫投入運用的10多年來，沒有發(fā)生大于5 000 m3/s的洪水；年來沙量也大幅度減小，由以往10億多噸減少到3億多噸。近年來的變化，主要是中游集中產(chǎn)沙、中游地區(qū)治理與社會經(jīng)濟發(fā)展形式的變化，使得流域洪水、產(chǎn)沙量明顯銳減。

洪峰流量大幅減小，洪水造床作用顯著減弱，大洪水漫灘機會減少。不會經(jīng)常發(fā)生20世紀(jì)五六十年代的大洪水，利用過去的資料分析得出的“寬河滯洪堆沙作用”的結(jié)論，不能指導(dǎo)今后黃河下游河道的治理。黃河治理結(jié)果使洪峰流量的大幅度的減小是不可逆轉(zhuǎn)的變化，今后黃河下游只要河床不抬高，洪水災(zāi)害不難解決。小浪底水庫投入運用后防洪形勢發(fā)生重大變化。

黃河下游的堤防是按照小浪底水庫投入運用前千年洪水設(shè)防水位，在游蕩河段加超高2.5 m，下游窄深河段超高加3 m設(shè)計，堤后淤背寬度百米，小浪底水庫投入運用后寬河道下切大幅度下切，河槽過流能力迅速增大，在洪水不斷減小的形勢下不存在大堤決口可能。其合理的治理目標(biāo)是穩(wěn)定主槽，控制河床不淤高，解決防洪中的諸多問題。

3 新問題

3.1 河槽沖刷，橫河、斜河不斷產(chǎn)生

在小浪底水庫投入運用后，河床發(fā)生強烈沖刷，河底高程降低，發(fā)生了主流頂沖粘土淤積體，形成灘地坐灣、產(chǎn)生橫河、斜河，鉆襠，控導(dǎo)工程脫河的嚴(yán)重險情。2003年秋汛豐水，汛期主流坐灣，頂沖漢王城，王庵、貫臺、蔡集等多處出現(xiàn)畸形河灣，致使以上河段形成不利流路與險情。影響最大的蔡集出險就是這樣造成的。

2003年8月下旬，秋汛發(fā)生以后，為避免洪水大面積漫灘，小浪底水庫進(jìn)行控泄運用，將花園口站原本要達(dá)到5 000～6 000 m3/s的下泄流量控制在2 600 m3/s左右，該級流量的洪水在黃河下游持續(xù)時間長達(dá)80多天。2003年6月在蘭考段蔡集工程上游1 000多米主流遇粘土抗沖層開始坐彎，形成畸形河勢，在中水流量長時間作用下，蔡集工程上首的主河道不斷向南沖刷滾動，直至9月18日沖垮生產(chǎn)堤，引起河勢不斷下挫，導(dǎo)致直沖蔡集34、35壩，出現(xiàn)重大險情，在二級懸河最為嚴(yán)重河段生產(chǎn)堤決口，一直到10月28日口門閉氣，歷時40天?？陂T最大分流量為800 m3/s，洪水走一路淹一路，造成灘區(qū)嚴(yán)重的淹沒損失和極為不利的影響。

3.2 水位下降引水困難

由表1給出黃河下游近年來水位迅速下降情況可知，在高村以上河段中水流量水位下降2 m以上，必然造成引水困難，尤其是花園口以上河段，人民勝利渠枯水期已經(jīng)引水困難，如此發(fā)展下去今后可能更加困難。

3.3 灘區(qū)解放問題

黃河下游的治理，只有解決了河床不抬高問題，主槽過流能力增大，洪水漫灘機會減少，不僅防洪的大問題解除了，河道內(nèi)灘區(qū)的所有問題，也必將逐漸淡化。才能使黃河灘區(qū)人們與自然和諧相處，灘區(qū)189萬群眾得到解放，359萬畝耕地得到充分利用，體現(xiàn)了以人為本的科學(xué)發(fā)展觀對現(xiàn)今黃河下游河道治理的客觀要求。

4 新的治理措施

4.1 完善以小浪底水庫為中心充分利用洪水排沙調(diào)控體系

三門峽水庫的改建成功，創(chuàng)造了在多沙河流上長期保持水庫有效庫容的范例。然而三門峽水庫的“蓄清排渾”運用方式經(jīng)驗有其局限性。其一是受潼關(guān)高程的限制，調(diào)沙庫容小，不能對黃河泥沙進(jìn)行多年調(diào)節(jié)，每年汛期不得不降低水位運用，往往使小水帶大沙進(jìn)入下游；其二是水位變幅小，不能產(chǎn)生強烈的溯源沖刷，形成充分利用洪水輸沙的出庫水沙條件，因而不能充分利用下游河道的輸沙能力。

“攔、排、調(diào)、放、挖”以調(diào)為核心的治河方略，也為下游形成窄深河槽提供了技術(shù)支撐。黃河的泥沙隨中游洪水而來，輸沙入海也要利用洪水。黃河洪水多，才來沙多，水庫排沙機會多，為利用洪水處理泥沙形成良性循環(huán)。

小浪底是峽谷型水庫，具有進(jìn)行泥沙多年調(diào)節(jié)運用能力[4]，會有更多的泥沙調(diào)節(jié)到洪水期輸送，遠(yuǎn)大于三門峽水庫的調(diào)節(jié)作用，為進(jìn)一步整治游蕩性河道創(chuàng)造了條件。其調(diào)節(jié)庫容可以長期利用[4，5]。

為充分利用下游河道在洪水期的輸沙潛力，主槽過流能力要增大，洪水漫灘機會要少，盡量保持洪水的造床和輸沙入海的作用，將來的黃河下游河道一般洪水不需要寬河削峰。

經(jīng)過多年研究，當(dāng)小浪底水庫初期死庫容淤滿后，通過小浪底水庫泥沙多年調(diào)節(jié)，相機利用洪水排沙，把泥沙調(diào)節(jié)到洪水時輸送，可以控制主槽不抬高，甚至河床下切。因為底沙運功速度遠(yuǎn)比洪水波轉(zhuǎn)播的慢[6]，每當(dāng)發(fā)生高含沙量洪水時，主河槽都是沖的，洪水存在“漲沖落淤”的輸沙特性，是造成洪水長距離沖刷的根本原因。

為了保證小浪底水庫泥沙多年調(diào)節(jié)運用的主動性、靈活性，需要在小北干流上修建一處長期具有30×108m3調(diào)節(jié)庫容的樞紐，調(diào)節(jié)黃河上游來水，為小浪底等水庫綜合利用適時排沙提供可靠保證。

4.2 整治河槽，穩(wěn)定河道，提高輸沙能力

寬河是產(chǎn)生橫河、斜河的環(huán)境；從汛后蔡集等處出險發(fā)生過程可知：在游蕩河道上，普遍存在著“大水趨直，小水坐灣”的演變規(guī)律。當(dāng)洪水試圖沿著最大比降方向流動時，遇到阻水擋水物時被迫改變流向，若水下的邊界條件無法預(yù)知時，河勢變化則呈現(xiàn)隨機性，這是產(chǎn)生橫河、斜河的主要原因[7]。

游蕩河道的演變以河道來回劇烈擺動著稱。在游蕩河道的形成與演變歷史過程中可知，河床淤積物特性的分布記錄河流的演變歷史。其河床組成的特性具有隨機性，在不同時間、不同環(huán)境形成淤積物截然不同。河床淤積物粗細(xì)與當(dāng)時水流的強弱有關(guān)：如在死水河灣中淤積物均為粘土沉積體；而在水流流動區(qū)域內(nèi)的淤積物，多為啟動流速極低的細(xì)粉砂層，形成游蕩河道河床組成物質(zhì)特有的不均勻性，分布的無規(guī)律性，為橫河、斜河產(chǎn)生潛伏下隱患。由以上分析可知只有制止游蕩，形成穩(wěn)定河槽，才能從根本上消除橫河、斜河產(chǎn)生的條件。今后的首要任務(wù)是進(jìn)行雙岸整治穩(wěn)定主槽[8]，解決防洪中的諸多問題。

今后下游河道整治的主要任務(wù)是在河槽下降2～3 m，擺動范圍已經(jīng)固定情況下如何進(jìn)一步穩(wěn)定主槽。河槽整治工程環(huán)境不同以往在河槽極為寬淺的河槽上防洪搶險修建控導(dǎo)工程，在洪水期施工，在經(jīng)過小浪底水庫調(diào)節(jié)后，一年300天枯水情況下，河槽整治均在枯水期進(jìn)行，施工難度與工程造價都可大幅度節(jié)省，汛期也不需要搶險，工程設(shè)計可參考航道整治設(shè)計條件進(jìn)行。

4.3 興建桃花峪等水庫進(jìn)行縱向控制

目前黃河下游出現(xiàn)了1960年三門峽水庫投入運用初期下泄清水下游河道強烈沖刷，水位降低需要修建花園口等水利樞紐進(jìn)行縱向控制的局面。

桃花峪水庫是2009年黃河流域綜合規(guī)劃中最后一座干流梯級工程，位于鄭州市以北，花園口以上10多千米，規(guī)劃庫容17.3×108m3。

興建桃花峪水庫可以發(fā)揮以下作用：a.可進(jìn)一步控制黃河干流小浪底水庫以下干支流無控制區(qū)的洪水；b.對小浪底水庫投入運用后下泄的清水資源進(jìn)行調(diào)配，充分滿足中原經(jīng)濟區(qū)發(fā)展的需要，開發(fā)地區(qū)內(nèi)陸航運，發(fā)展旅游的需要；c.控制黃河下游河道上河段河床沖刷，保證花園口以上河段引水，使黃河下游的沖刷能充分向下游發(fā)展。

建議早日修建桃花峪水庫，或修復(fù)花園口樞紐，防御黃河水患，確保人民生命財產(chǎn)安全。興建桃花峪水庫對黃河下游治理與促進(jìn)河南經(jīng)濟區(qū)的發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。

隨著時間的推移，下游河道不斷沖刷，河槽平灘流量的增大，水位降低，引水逐漸困難，當(dāng)平灘流量大于8 000 m3/s以上河段，需要新建的低水頭樞紐對河道沖刷進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)水量。使河槽沖刷逐步向下游發(fā)展，解決下游河道的泥沙問題。

5 結(jié)語

黃河經(jīng)過未來若干年的治理開發(fā)，可以從一條災(zāi)害頻繁之河變?yōu)橐粭l效益巨大之河。黃河泥沙問題得到根本性解決，黃河將發(fā)生巨變，洪水不再泛濫，黃河的水資源也將得到充分利用。

[1]齊 璞，孫贊盈，齊宏海.黃河下游泄洪輸沙潛力和高效排洪通道構(gòu)建[M].鄭州：黃河水利出版社，2010.

[2]齊 璞，余 欣，孫贊盈，等.黃河高含沙水流的高效輸沙特性形成機理：黃河下游河道存在巨大的輸沙潛力[J].泥沙研究，2008（4）：74-81.

[3]齊 璞，齊宏海，田世民.2000年以來黃河下游河道巨變與前景展望[J].水利水電科技進(jìn)展，2013，33（6）：23-28.

[4]齊 璞，姬美秀，孫贊盈.水庫泄空沖刷高含沙水流形成機理[J].水利學(xué)報，2006，37（8）：906-912.

[5]齊 璞，曲少軍，孫贊盈.關(guān)于優(yōu)化黃河調(diào)水調(diào)沙運用方式的建議[J].人民黃河，2012（1）：6-9.

[6]齊 璞，孫贊盈，侯起秀，等.黃河洪水的非恒定性對輸沙及河床沖淤的影響[J].水利學(xué)報，2005，36（6）：637-643.

[7]齊 璞，孫贊盈，齊宏海.再論黃河下游游蕩河道雙向整治方案[J].泥沙研究，2011（3）：1-9.

[8]儲亞平等33位全國人大代表2011年建議（第6601號）.關(guān)于加快黃河下游河道雙岸整治形成窄深河槽、增大過洪輸沙能力解放灘區(qū)的建議[R].水利部水規(guī)總院水利規(guī)劃與戰(zhàn)略研究中心：中國水情分析研究報告，2011（159）.

New situations，new problems and new harnessing strategies for the lower Yellow River

Qi Pu1，Sun Zanying1，Qi Honghai2
（1.Institute of Hydraulic Research，Yellow River Conservancy Commission，Zhengzhou 450003，China；2.Parsons Brinckerhoff，Lawrenceville，New Jersey 08648，USA）

The levee system of the lower Yellow River was designed based on 1000-year flood elevation prior to the construction of Xiaolangdi Reservoir，and it was super-elevated by 2.5 to 3 m for safety reason.The embankment behind the levee due to deposition was measured to be 100 m wide.After the operation of Xiaolangdi reservoir，the channel of the wide reach was scoured around 2 m，and for the narrow reach the scoured depth was more than 1 m.Under the new condition which the flood has been reduced continuously，fundamental changes have taken placed for the flood protection situation，and there is no possibility of levee breaching in the future.The reasonable control measures for the lower Yellow River were discussed in the paper.In the middle reach，improve the flood and sediment regulation system centered on Xiaolangdi Reservoir，and manage to transport more sediment by flood.In the lower reach，carry out two banks training to stabilize the main channel，form an efficient flood discharge and sediment transport corridor，control the scour to avoid over-eroding of river bed to ensure the water diversion and non-overtopping of the flood.By using this approach，the floodplain can be reasonably utilized，and many issues like river flowing transversely and diagonally can be fully resolved.The lower Yellow River will have more beneficials uses instead of posing more hazards.

Xiaolangdi reservoir；scour channel；two banks training；efficient sediment transport；improve the sediment regulation system

TV8

A

1009-1742（2014）08-0064-05

2014-04-20

齊 璞，1942年出生，男，北京市人，教授級高級工程師，主要從事河床演變與泥沙輸移、高含沙水流輸沙、河型轉(zhuǎn)化、水庫泥沙多年調(diào)節(jié)、河道整治等方面的研究工作；E-mail：478108809@qq.com