萬強　李軍華　夏修杰　董其華　張向萍

摘要：黃河下游在長期小水作用下產(chǎn)生一些畸形河勢，通過分析原型以及黃河下游2017年洪水預報模型試驗畸形河勢演化發(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變化特點及規(guī)律。結果表明：目前形成的4處典型畸形河勢發(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得到初步改善，但畸形河勢完全消除需要的洪水量級較大，依靠目前小浪底水庫泄放中常洪水的水動力改善畸形河勢并不現(xiàn)實，可采用挖河疏浚一泥沙資源利用一河道整治工程有機結合的方法歸順河勢。

關鍵詞：畸形河勢;實體模型：洪水;黃河下游

中圖分類號：TV852;TV882.1

文獻標志碼：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

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

目前黃河下游游蕩型河段有開儀一趙溝、裴峪一大玉蘭、東安一桃花峪、三官廟一韋灘4處較為典型的畸形河勢。①開儀一趙溝畸形河勢產(chǎn)生的原因主要為上游工程對持續(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，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到90°，形成頂沖：③東安工程送流不力，使水流未能送達桃花峪工程，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，并對桃花峪工程下游的河勢造成影響：④九堡以下河段，由于三官廟工程送流較弱，不能使韋灘工程有效著流，因此工程難以發(fā)揮控導作用，使主流在韋灘前向左岸坐彎，現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)三官廟工程前灘地的黏性土層抗沖刷能力較強，該河段流路的自然調整還需較長時日。

2 畸形河勢調整對水沙過程的要求

2.1 原型畸形河灣調整情況

畸形河勢發(fā)生調整裁彎，需要有利的來水來沙條件。根據(jù)歷年黃河下游畸形河勢自然裁彎的統(tǒng)計，黃河下游畸型河勢自然裁彎、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)象均在黃河調水調沙期間。一般情況下，彎曲系數(shù)越大，發(fā)生自然裁彎的概率越大。目前的幾個典型畸形河灣彎曲系數(shù)見表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 模型試驗中畸形河勢調整情況

根據(jù)2017年黃河下游洪水演進預報模型試驗‘1]，對開儀、裴峪、桃花峪、韋灘4處畸形河勢演變情況進行分析。

（1）開儀一趙溝河段（見表2）。初期（15 h）的3 000 m/s左右流量持續(xù)時間較短，對該河段畸形河勢改善不明顯：持續(xù)52 h的4 000 -4 500 m/s流量后，畸形河勢有所改善;對畸形河勢改善作用最為明顯時段為持續(xù)96 h約8 000 m/s的流量過程。

（2）裴峪河段（見表3）。初期直至漲峰過程中，當流量達到3 882 m/s后，在該流量級下持續(xù)時間達37 h后，畸形河勢依然沒有明顯變化：當流量達到4 576 m/s時，畸形河勢開始調整，水面寬度擴大;流量漲到8 313 m/s，持續(xù)時間達到96 h以上時，河槽形態(tài)發(fā)生較大調整，畸形河勢明顯改善。

（3）東安一桃花峪河段（見表4）?；魏觿莞纳谱饔米顬槊黠@的時段為10 000 m/S以上流量過程：畸形河勢發(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條件的影響較大。

（4）三官廟一韋灘河段（見表5）。同上游3處畸形河勢類似，對畸形河勢改善作用比較明顯的時段為10 000 m/s以上流量過程，洪水持續(xù)時間約100 h后，畸形河灣得以消除：能夠使河勢完全歸順，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)揮控導作用，4 000 m/s以下水流對改善河勢意義不大;原型河段三官廟以下河段灘地存在大量膠泥層沉積，河勢演化存在諸多不確定性。

綜上所述，黃河下游典型畸形河勢在2017年洪水預演試驗中所反映出的演化特征，開儀、裴峪河段4 000 m/s流量釋放2d左右可以使畸形河勢得到初步改善：桃花峪和韋灘河段洪水量級應達到6 000 m/s.連續(xù)沖刷2d，畸形河勢可得到初步改善（見表6）。

3 挖河疏浚、泥沙資源利用、河道整治工程有機結合對理順河勢的作用

目前條件下小浪底水庫釋放的洪水量級一般屬中常洪水，完全靠水動力改善黃河下游的畸型河勢，一是水量不允許，二是即使水量滿足，也不符合水資源高效利用的要求。

為了疏導穩(wěn)定河槽、規(guī)順河勢、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河段進行了規(guī)劃設計。借助實測資料分析，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，先后開展了“黃河下游大張莊至柳園口河段挖河固堤模型試驗”[2]、“2000年河南王庵至古城河段挖河模型試驗”[3]和“黃河下游寬河道挖河機理及方案研究”[4]：2005年進一步開展了黃河下游寬河道挖河機理及方案研究，利用概化模型對裁彎比3-7、開挖斷面比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行了系統(tǒng)的定量研究，認為科學利用河流動力學原理、采用人工挖河裁彎來調整畸形河勢十分必要，且成效顯著。2005年通過人工裁彎解決大宮一王庵畸形河勢的過程，就全面印證了上述結論。

黃科院曾經(jīng)開展了“黃河下游畸形河勢形成機理研究”，認為：黃河特殊的來水來沙特性、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：長期的小水過程不僅會造成畸形河勢的出現(xiàn)，還會進一步加劇畸形河勢的發(fā)展。然而，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，黃河水資源緊缺的形勢會更加嚴峻，單純依靠水庫調節(jié)、依賴水動力作用來治理、歸順畸形河勢是不現(xiàn)實的，因此當時提出“小浪底水庫運用初期游蕩型河道整治應與挖河固堤相結合”。目前，隨著國家生態(tài)戰(zhàn)略的深入推進，更應強化挖河疏浚、泥沙資源利用、河道整治工程有機結合對理順河勢的作用，既可以疏浚河道，又能實現(xiàn)泥沙的資源利用，充分利用小浪底水庫下泄水流含沙量較小、河床發(fā)生沖刷這一有利時機，高效理順畸形河灣，促進河勢的穩(wěn)定。黃河下游游蕩段這4處畸形河勢均可以采用類似的方法改善河勢，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 結語

（1）近期黃河下游河勢有相當一部分工程對近些年的小流量過程不太適應，河道工程對水流的控導效果減弱。在長期小水作用下，產(chǎn)生一些畸形河勢，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河段2017年洪水預演試驗資料分析，開儀、裴峪河段4 000 m/s流量釋放2d左右可以使畸形河勢得到初步改善，畸形河灣惡性發(fā)展趨勢得以扭轉：桃花峪和韋灘河段洪水量級應達到6 000 m/s.連續(xù)沖刷2d.畸形河勢可得到初步改善。但是，完全消除畸形河勢需要的洪水量級較大，目前條件下小浪底水庫泄放的洪水量級一般屬中常洪水，完全靠水動力改善黃河下游的畸形河勢，一是水量不允許，二是即使水量滿足，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與挖河疏浚、泥沙資源利用有機結合，既可以疏浚河道，又能實現(xiàn)泥沙的資源利用，充分利用小浪底水庫下泄水流含沙量較小、河床發(fā)生沖刷這一有利時機，高效理順畸形河灣，促進河勢的穩(wěn)定。目前的4處畸形河勢均可以采用類似的治理措施。

參考文獻：

[1]曹永濤，夏修杰，萬強，等.2017年黃河下游小浪底至陶城鋪河段洪水預演實體模型試驗[R].鄭州：黃河水利科學研究院，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報告[R].鄭州：黃河水利科學研究院，1998：15-16.

[3] 江恩慧，陳書奎，張林忠，等.2000年河南王庵至古城河段挖河模型試驗報告[R].鄭州：黃河水利科學研究院，2000：18.

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

【責任編輯許立新】