李新杰，耿明全

（1.黃河水利科學研究院黃河小浪底研究中心，450003，鄭州；2.河南黃河河務局，450003，鄭州）

灘區(qū)工程對黃河下游漫灘水流的影響分析

李新杰1，耿明全2

（1.黃河水利科學研究院黃河小浪底研究中心，450003，鄭州；2.河南黃河河務局，450003，鄭州）

黃河下游灘區(qū)工程在控導水流、保護兩岸灘區(qū)安全方面發(fā)揮了重要作用，但也對河道形態(tài)和行洪能力產(chǎn)生了重要影響。通過對歷史典型漫灘洪水分析，研究了灘區(qū)工程對黃河下游漫灘水流的沖淤變化影響，提出了加強灘區(qū)工程建設管理、減小河道行洪負面影響的建議。

黃河；灘區(qū)；防洪工程；生產(chǎn)堤

黃河下游灘區(qū)是黃河汛期行洪、泄洪、沉沙的區(qū)域，又是180萬居民生產(chǎn)生活的場所。由于上游水少沙多的徑流特點、上寬下窄的河道形態(tài)，以及下游河道長年淤積，使黃河下游逐漸成為復式河槽，造成獨特的“二級懸河”，黃河下游防洪形勢嚴峻。

在黃河下游多年的防洪減災實踐中，國家、當?shù)卣途用裥藿舜罅康臑﹨^(qū)工程（包括河道管理部門修建的河道控導工程和當?shù)卮迕褡园l(fā)修建的生產(chǎn)堤等）來控制洪水，發(fā)展生產(chǎn)，在黃河兩岸灘區(qū)防洪減災方面發(fā)揮了巨大作用。與此同時，這些灘區(qū)工程也影響到下游高含沙洪水的灘槽水沙交換，特別是灘區(qū)居民為抵御中小洪水而修建的生產(chǎn)堤，在保護灘區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的同時，也造成主槽淤積、平灘流量減少、河道輸送洪水能力降低，使河槽擺動頻率增大，增加了洪水在下游河道的傳播時間，最終加劇“二級懸河”的形成。因此，根據(jù)黃河下游防洪減災實踐和灘區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的要求，研究下游河道防洪工程措施對漫灘洪水的灘槽水沙交換的影響，對制定灘區(qū)長遠發(fā)展規(guī)劃、維護灘區(qū)穩(wěn)定和經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。

一、灘區(qū)及灘區(qū)工程

1.灘區(qū)的功能

黃河下游灘區(qū)是黃河下游河道的重要組成部分，發(fā)揮著滯洪沉沙的作用。1958年和1982年花園口洪峰流量分別為22 300 m3/s、15 300 m3/s，花園口—孫口河段的槽蓄量分別為25.89億m3、24.54億m3，灘區(qū)分洪約20%，發(fā)揮了蓄滯洪水的作用，降低了下游東平湖滯洪區(qū)的運用概率。

黃河下游灘區(qū)沉沙作用顯著，據(jù)實測資料統(tǒng)計，1950—1998年間，灘地共淤積63.69億t，占全斷面淤積量的69.2%，減緩了下游主槽的淤積速度，維持了河槽的過洪能力。特別是近十幾年運用中游水庫群調(diào)水調(diào)沙，形成了“上攔下排、兩岸分滯”的黃河下游防洪工程體系，使下游河道平灘流量穩(wěn)定，中游河槽形成，實現(xiàn)了下游河道的沖淤平衡，下游河道防洪減災能力增強。

2.灘區(qū)工程

先后在黃河中游干支流修建了小浪底、陸渾和故縣水庫等關(guān)鍵控制性工程，對黃河下游進行了河道整治和4次堤防加高培厚，并在下游開辟了北金堤與東平湖2個蓄滯洪區(qū)。目前，黃河下游發(fā)揮防洪減災功能的灘區(qū)工程體系主要有堤防工程、河道整治工程和生產(chǎn)堤。

3.河道整治工程

黃河河道整治工程主要包括險工和控導工程2類。圖1、圖2統(tǒng)計了1989—1994年、1995—1998年及1999年以后秦廠—高村段河段河槽游蕩擺動幅度。從圖中可知，1999年以后秦廠—高村段河段河槽游蕩擺動范圍逐漸縮小，其原因是堤防險工和控導工程的逐漸修建和完善，河道整治工程控制了河勢，減少了橫河、斜河等發(fā)生的概率，緩解了洪水頂沖大堤的趨勢，縮小了主流擺動范圍。

4.生產(chǎn)堤

1949年以來，黃河下游灘區(qū)被定位為行洪河道，因此一直以來，大堤以內(nèi)無防洪工程。灘區(qū)居民為了保護村莊和農(nóng)田，自行在主河道與堤防之間修建了隨河槽擺動的臨時抵御洪水漫灘的生產(chǎn)堤，但由于缺乏專業(yè)指導和長期規(guī)劃，堤防修建質(zhì)量較低，難以抵御較大洪水，影響了整個黃河下游河道防凌行洪。

現(xiàn)狀生產(chǎn)堤具有以下特點：

①堤間距、堤頂寬度、高度隨灘區(qū)地形、經(jīng)濟狀況、平灘流量大小而不同。受下游河道發(fā)展趨勢影響，夾河灘以上河段堤間距約3.0 km以上，高村至孫口河段約0.8～2.0 km，孫口以下河段約1.0 km左右，生產(chǎn)堤修建隨河槽擺動而不斷向主槽推進，生產(chǎn)堤間距隨時間有縮窄趨勢。

②生產(chǎn)堤修建標準不統(tǒng)一。生產(chǎn)堤修建無專業(yè)人員指導，缺少統(tǒng)一規(guī)劃，施工質(zhì)量低，防汛水平差，系土質(zhì)堤防，臨背邊坡標準不統(tǒng)一，抵抗洪水沖刷能力低，易潰決。

二、河道整治工程對漫灘水流沖淤的影響

1.河道整治對河勢的影響

黃河下游游蕩性河段的各類河道整治工程總長約247.85 km，占河道長度的83%。這些河道整治工程（控導工程、險工、護灘工程等）強化了河床的邊界條件，提高了河岸的抗沖能力，控制了主溜的擺動，縮小了河道的游蕩范圍，控制了河岸坍塌。

花園口以上的保合寨曾是游蕩性河道主溜擺動最大的地方，20世紀60年代初最大能達到7.5 km，隨著控導工程的修建，至80年代初擺動范圍已經(jīng)控制在5～6 km之間，近幾年，隨著控導工程的完善，擺動范圍已經(jīng)降為3.0 km左右。

同時，由于河道整治工程的修建，控制了高含沙洪水的漫灘，影響了洪水灘槽水沙交換、向灘區(qū)深處落淤的功能，造成灘唇淤積嚴重、堤根低洼，增加了灘區(qū)順堤行洪的風險。

2.河道整治對調(diào)沙、輸沙特性的影響

艾山以上河道主要發(fā)揮沉沙和調(diào)沙的作用，夾河灘以上游蕩性寬河道以調(diào)沙為主，就是將高含沙洪水期的泥沙調(diào)到平水期、枯水期、非汛期及豐水少沙年份。這種調(diào)沙作用主要是發(fā)揮減淤和沖淤作用，即在主流未受到控制的情況下，讓二灘、高灘的泥沙也能向下游沖刷。

①河道整治初期，下游河道由寬河槽向窄河槽轉(zhuǎn)變，部分寬河槽中的嫩灘轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的二灘，從而形成穩(wěn)定的滯沙，淤積集中在灘唇附近。這將在一定時期內(nèi)減少進入下游河段的沙量。

②河道整治完成后，工程對主流擺動形成限制，黃河下游游蕩性河道形成窄深的河槽形，高含沙洪水來臨時，水流在河槽內(nèi)流速較穩(wěn)定，淤積在河道內(nèi)的泥沙較整治前少，下泄沙量有所增加。低含沙水流、非汛期清水來臨時，因河床粗化，下游河道沖刷較整治前減少。

③河道整治完成后，黃河下游的窄深河槽洪水位上漲率大，下游來大洪水時，洪水漫灘概率增大，河道整治前淤積在嫩灘上的泥沙將淤積到二灘上，增大二灘沉沙量，增加了與河槽的高差，使河槽更加穩(wěn)定。

圖1 桃花峪至高村河段河槽游蕩擺動幅度（秦廠—古城）

圖2 桃花峪至高村河段河槽游蕩擺動幅度（曹崗—高村）

④游蕩性河道經(jīng)過整治后，小于平灘流量的洪水，流速和挾沙能力增強，水流向下游河道輸沙能力提高；小流量或枯水時，比起河道整治前，河槽回淤困難，增加了泥沙的輸送。

三、生產(chǎn)堤對漫灘水流沖淤的影響

1.生產(chǎn)堤對歷史漫灘洪水的影響分析

選擇1950—1998年間黃河下游河道邊界及水沙條件有顯著變化的幾個關(guān)鍵時段，結(jié)合河道大斷面觀測資料，對黃河下游淤灘刷槽、灘區(qū)滯洪沉沙作用及灘槽淤積分布的影響進行系統(tǒng)分析研究。

通過統(tǒng)計：1953、1954、1957、1958年4場汛期洪水河道沖淤情況，汛期河槽平均淤積-0.0453億m3，灘地汛期平均淤積1.808億m3，河槽沖刷灘地淤積。淤灘刷槽發(fā)生22面次（斷面次數(shù)，下同），比例占52.4%，刷槽及刷槽切灘7面次，占16.7%，單純淤槽發(fā)生6面次，占14.3%，淤灘淤槽發(fā)生7面次，占16.7%，詳見表1和表2。究其原因是1953—1958年期間下游灘區(qū)無生產(chǎn)堤，河道基本是自然行洪，灘區(qū)淤積不受生產(chǎn)堤影響，灘區(qū)行洪阻力小，行洪能力大，灘槽水沙交換和灘槽淤積分布和諧。

圖3 洪水最大漫灘水深與灘地淤積量關(guān)系圖

通過選擇一些沒有生產(chǎn)堤阻隔的斷面，點繪不同漫灘水深和灘地淤積的關(guān)系。如圖3所示，這些點大多落在以坐標原點為頂點、以y軸為一邊的V形區(qū)域內(nèi)，灘區(qū)的淤積量隨著漫灘水深的增加而增加；當漫灘水深在0.5 m以下時灘地淤積數(shù)量相對較?。辉?.5～2.0 m之間時灘地淤積量增大；超過2.0 m時，由于灘地過水流量和流速增加，淤積量增大的趨勢不明顯。由此推斷，如果灘區(qū)建有生產(chǎn)堤，在漫灘水深0.5 m以下時對灘地淤積雖有影響，但數(shù)量都比較??；0.5～2.0 m時對灘區(qū)的淤積影響最大。此時河槽、灘地流速都加大，泥沙被輸送到下游，因此在大流量高水位時，灘區(qū)生產(chǎn)堤對河道淤積形態(tài)的影響最嚴重。

但灘地淤積與河槽的沖淤變化聯(lián)系很密切，單純的大量淤灘、淤槽或刷槽，其發(fā)生概率都非常小。本文采用主槽淤積量z與灘地淤積量t的比（定義為槽灘淤積比z/t）來反映灘槽淤積之間的內(nèi)在聯(lián)系。選用花園口、夾河灘、高村、孫口、艾山5個水文站典型洪水要素和大斷面測量資料，計算典型洪水發(fā)生漫灘淤積條件下的典型觀測斷面槽灘淤積比，點繪典型洪水發(fā)生漫灘淤積條件下控制斷面最大灘地過流量與典型灘區(qū)槽灘淤積比間的關(guān)系（圖4）以及最大漫灘水深與斷面槽灘淤積比間的關(guān)系（圖5）。

表1 典型洪水汛期灘槽淤積及生產(chǎn)堤阻水漫灘概率統(tǒng)計

表2 生產(chǎn)堤影響典型洪水汛期漫水淤積灘區(qū)概率統(tǒng)計

從圖4和圖5中不難看出：槽灘淤積比絕大部分都在-1～+1間變化，槽灘淤積比大都小于1，遠遠大于1或遠遠小于-1的點子較少，即發(fā)生單純大淤灘、大淤槽或淤灘刷槽的概率很小，一般情況下灘地淤積大于河槽淤積，差值不會特別懸殊（主流改道或引洪放淤情況除外）。同時還可看出，在漫灘水深0.5～2.0 m、灘地過流量800～3 100 m3/s條件下點子較密，尤其是在漫灘水深1.5 m、灘地過流量2 500 m3/s范圍點子最密，即漫灘洪水在一定水深或流量范圍內(nèi)最易引發(fā)灘槽沖淤變化，漫灘水深、流量過小或過大，灘槽沖淤變化都不十分顯著。

通過多年河道、水文觀測資料分析，當漫灘水深、流量過小時，一般淤積都在嫩灘或灘唇上。因采取定槽方法計算斷面沖淤量，該部分淤積被計算在河槽中，而在統(tǒng)計時被扣除了，造成灘地淤積為0。至于圖中發(fā)生明顯灘槽淤積變化的數(shù)據(jù)，系生產(chǎn)堤存在缺口、灘地有串溝所致。對于中小漫灘洪水，生產(chǎn)堤存在缺口及灘地串溝越多，發(fā)生灘槽淤積變化越大。

2.生產(chǎn)堤對漫灘水流的影響分析

不同量級的洪水，生產(chǎn)堤對河道淤積產(chǎn)生的影響也不同，流量過小或過大，生產(chǎn)堤對灘槽淤積形態(tài)影響不明顯，但當漫灘水深與生產(chǎn)堤高度相當、生產(chǎn)堤擋水作用明顯時，對灘槽淤積形態(tài)影響比較明顯。

當遇到小流量高含沙洪水時，在無生產(chǎn)堤的灘面上，洪水漫灘造成泥沙淤積在灘地上，低含沙洪水回歸主槽，因此主槽淤積減少或出現(xiàn)局部沖刷，灘槽高差增大，主槽過流能力增強。而當修建生產(chǎn)堤時，其影響如下：

①生產(chǎn)堤的修建影響了下游河道的洪水演進規(guī)律，河道的縱向及橫向沖淤發(fā)生變化。一方面，生產(chǎn)堤改變了河道的邊界條件，降低了洪水的擺動，使洪水漫灘概率降低，河槽淤積增加，灘地淤積減??；另一方面，洪水漫灘概率降低造成河槽和灘地淤積速率的不同步性，灘槽高程差減小，容易產(chǎn)生橫河、斜河、順堤行洪等不利局面，造成局部“二級懸河”加劇。

②生產(chǎn)堤的修建影響了高含沙洪水中的泥沙淤積到灘槽的部位和形態(tài)。通過統(tǒng)計分析歷年洪水河道斷面觀測資料可知：在相同的河段地形（灘地植被、地形地貌等）和水沙條件（洪量、含沙量）下，灘面無生產(chǎn)堤和串溝時，漫灘洪水泥沙落淤以灘唇為主，灘區(qū)深處少；當灘面水深增大，淤積影響的范圍也愈大，靠近主槽灘唇附近的灘面淤積厚度遠大于灘區(qū)深處，灘面橫比降增大，尤其當洪量接近平灘流量（超出值較?。r，這種規(guī)律表現(xiàn)尤為突出。當灘面修建連續(xù)的生產(chǎn)堤并且能防較大洪水時，泥沙大都淤積在生產(chǎn)堤前，堤后則是低洼地帶，如果生產(chǎn)堤被部分沖毀，未被沖毀的生產(chǎn)堤割斷河槽與灘地淤積的聯(lián)系，當生產(chǎn)堤的決口與灘區(qū)的串溝相連時，會造成并灘區(qū)深處淤積，1992、1994和1996年洪水印證了這一現(xiàn)象。

圖4 洪水最大灘地過流量與槽灘淤積比關(guān)系

圖5 洪水最大漫灘水深與槽灘淤積比關(guān)系

四、結(jié)語

灘區(qū)工程的修建對黃河下游河道沖淤變化影響很大，改變了河道內(nèi)灘槽的水沙交換和灘槽淤積形態(tài)。為切實保障灘區(qū)安全，構(gòu)建灘區(qū)人水和諧新局面，提出以下建議：

①開展河道整治工程和標準化堤防建設，維持目前的寬河格局。科學改造現(xiàn)有生產(chǎn)堤為8 000 m3/s標準灘區(qū)防護堤。將灘區(qū)控導工程、防護堤及分洪、退水閘口同河道整治工程一樣納入黃河防洪工程體系中，進行相應的工程建設和安全建設。

②生產(chǎn)堤改造成防護堤，在灘區(qū)設置行洪滯洪沉沙區(qū)。在防護堤的適當位置設置引洪放淤泄洪閘及退水閘門，遇高含沙洪水時，對灘區(qū)實行人工引洪放淤，淤高灘根，同時將清水由退水閘門排入主槽，實現(xiàn)灘槽水沙交換、淤灘刷槽的效果?！?/p>

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Discussion on the influence of hydraulic projects for the floodplain flow in lower stream of Yellow River//

Li Xinjie,Geng Mingquan

The hydraulic Projects in the Lower yellow river beach area are important to water flow control and the safety of the zone,but they also have some negative impacts on the channel patterns and the flood-discharge capacity.According to the testing and analyzing of historical data,this thesis studies the influences of the flood control works,the suggestions are proposed to strengthen the management of the area and minimize the negative influence of flooding.

Yellow River;floodplain area;flood control works;production dykes

TV697.12

B

1000-1123（2017）15-0042-04

2016-09-06

2017-05-27

李新杰，高級工程師，主要從事黃河下游河道及灘區(qū)治理研究工作。

國家“十二五”科技支撐計劃“黃河下游寬灘區(qū)滯洪沉沙功能及灘區(qū)減災技術(shù)研究”（2012BAB02B01）,黃科院科技發(fā)展基金項目（201401），中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費專項資金資助項目（HKY-JBYW-2016-26）。

責任編輯 車小磊