劉楊 王建利 楊航

摘 要：近年來(lái)，黃河小北干流主流河勢(shì)游蕩多變，灘槽水沙交換不暢，灘岸坍塌及河段生態(tài)環(huán)境等問題依然突出。為了更好解決這些問題，促進(jìn)黃河小北干流河段的生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展，提出了系統(tǒng)性的黃河小北干流河道整治方法。該河道整治方法主要由河道形態(tài)變化分析、工程布局及河道整治標(biāo)準(zhǔn)研究、回淤口工程布置及優(yōu)化研究、生態(tài)補(bǔ)償研究4個(gè)部分組成;采用“就岸防護(hù)”與“平行治導(dǎo)控制線”的方式修建河道整治工程，由被動(dòng)防護(hù)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)防御，達(dá)到歸順河勢(shì)、限制主流游蕩多變的目的;通過降低河道整治工程高程和優(yōu)化回淤口布局改善灘槽水沙交換不暢的問題;最后創(chuàng)新性地提出生態(tài)鳥島的概念，為改善淺灘濕地生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)黃河小北干流生態(tài)健康發(fā)展提供新的治理思路。

關(guān)鍵詞：生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展;河道整治;水沙交換;回淤口優(yōu)化;黃河小北干流

中圖分類號(hào)：TV85;TV882.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.09.012

引用格式：劉楊，王建利，楊航.新時(shí)期黃河小北干流河道整治方法研究[J].人民黃河，2021，43（9）：64-69.

Study on River Regulation Methods of Xiaobeiganliu Reach of the Yellow River in the New Era

LIU Yang， WANG Jianli， YANG Hang

（Yellow River Engineering Consulting Co.， Ltd.， Zhengzhou 450003， China）

Abstract： In recent years， the main stream regime of the Xiaobeiganliu reach of the Yellow River is wandering and changeable， the water and sediment exchange relationship between the shoal and channel is not smooth， the bank collapse and the ecological environment of the reach are still prominent. In order to solve these problems and promote the ecological protection and keep high-quality development of Xiaobeiganliu reach of the Yellow River， this paper systematically put forward the river regulation methods of Xiaobeiganliu reach of the Yellow River. The river regulation method was mainly composed of four parts： analysis of river morphology change， research on engineering layout and river regulation standard， research on layout optimization of silting outlet project and ecological compensation measures. In the river regulation method， the way of “shore protection” and “parallel control line” was adopted to construct the river regulation project， which changed from passive protection to active defense， so as to achieve the goal of conforming to the river regime and limiting the wandering of the mainstream. By reducing the elevation of the river regulation project and optimizing the layout of the silting outlet， the problem of poor water and sediment exchange between the shoal and the channel was improved. Finally， the concept of ecological bird island was put forward innovatively， which provided a new management idea for improving the ecological environment of shoal wetland and promoting the ecological healthy development of Xiaobeiganliu reach of the Yellow River.

Key words： secological protection and high-quality development; river realignment; water-sediment exchange; optimization of siltation outlet; Xiaobeiganliu reach of Yellow River

黃河小北干流系中游禹門口至潼關(guān)河段，為晉、陜兩省的天然界河，河段全長(zhǎng)132.5 km。該段黃河河道寬淺，水流散亂，泥沙大量淤積，主流游蕩多變，歷史上素有“三十年河?xùn)|，三十年河西”之說(shuō)，屬淤積性游蕩型河道。此外，黃河小北干流北接晉陜峽谷，南臨三門峽河谷，是黃河進(jìn)入下游河段前最后一段寬河道河段，其自然滯洪沉沙作用明顯，是黃河干流利用灘區(qū)落淤處理泥沙的重要河段;同時(shí)小北干流河段涉及2處省級(jí)自然保護(hù)區(qū)、2處國(guó)家級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)以及3處國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)，生態(tài)環(huán)境地位突出。

20世紀(jì)80年代，小北干流開始進(jìn)入規(guī)范統(tǒng)一的河道治理時(shí)期，修建了大量河道整治工程[1]。近期《黃河禹門口至潼關(guān)河段近期治理工程可行性研究報(bào)告》中的治理工程實(shí)施完成后，兩岸已有河道整治工程36處，工程長(zhǎng)度166.244 km，壩垛1 066道。這些河道整治工程的實(shí)施使河勢(shì)變化趨緩，游蕩范圍得到控制，但近年來(lái)依然存在河勢(shì)游蕩多變、灘槽水沙交換不暢、灘岸坍塌及生態(tài)環(huán)境亟須修復(fù)等問題，河道整治方法需要進(jìn)一步優(yōu)化，河段治理效果需要進(jìn)一步提升。

目前對(duì)黃河小北干流治理的研究主要集中在單一的河勢(shì)演變分析[2-3]、水沙變化與沖淤分析[4-7]、河道整治措施研究 [8-9]、河流生態(tài)保護(hù)研究[10-11]等4個(gè)方面，針對(duì)系統(tǒng)性的河道整治方法研究較少。此外，黃河小北干流水少沙多，這一基本特征短期內(nèi)不會(huì)發(fā)生較大變化，預(yù)示著黃河小北干流的治理是長(zhǎng)期且系統(tǒng)性的?，F(xiàn)階段黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展上升為國(guó)家重大戰(zhàn)略，在這一背景下，系統(tǒng)地研究既能滿足防止灘岸坍塌、改善流路的工程需求，又利于灘槽水沙交換、發(fā)揮該河段滯洪沉沙的作用，同時(shí)不改變黃河與濕地水力聯(lián)系的河道整治方法，對(duì)促進(jìn)黃河小北干流的生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 黃河小北干流河道整治方法框架

通過對(duì)黃河小北干流河道治理情況的分析，考慮黃河小北干流河道整治面臨的長(zhǎng)期性與系統(tǒng)性特征，在新時(shí)期背景下提出黃河小北干流的河道整治方法，見圖1。該方法包含3個(gè)層次，分別是理論層、技術(shù)層與實(shí)踐層。理論層為該河段河道整治方法提供重要的研究基礎(chǔ)和理論支撐。技術(shù)層是該方法的核心，主要包含4個(gè)部分，分別是河道形態(tài)變化分析、工程布局及河道整治標(biāo)準(zhǔn)研究、回淤口工程布置及優(yōu)化研究和生態(tài)補(bǔ)償研究。基本思路是：首先對(duì)黃河小北干流的水沙關(guān)系與河勢(shì)演變進(jìn)行研究，并分析未來(lái)河道的沖淤及形態(tài)變化;其次對(duì)河道的整治標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，確定適應(yīng)現(xiàn)狀與未來(lái)河道變化的整治流量;然后以河道形態(tài)變化與河道整治流量為基礎(chǔ)，考慮生態(tài)保護(hù)要求，對(duì)河道整治工程布局進(jìn)行研究，并考慮河段灘槽水沙交換，采取數(shù)值模擬方法進(jìn)行回淤口優(yōu)化布置研究;最后創(chuàng)新性提出適宜小北干流的生態(tài)保護(hù)措施。實(shí)踐層是通過技術(shù)層的治理措施，使小北干流達(dá)到防止灘岸坍塌、改善河段河勢(shì)、優(yōu)化灘槽水沙交換、促進(jìn)河道生態(tài)環(huán)境健康發(fā)展的目的。

2 整治方法分析

2.1 河道形態(tài)變化分析

黃河小北干流的形態(tài)變化受上游來(lái)水來(lái)沙及河道邊界條件的影響較大[5-6]。近年來(lái)，隨著黃河小北干流水沙條件的變化及河道整治工程的實(shí)施，河道沖淤及河勢(shì)特性發(fā)生了一定變化。這些變化對(duì)黃河小北干流的河道整治思路及整治方法有較大影響，深入研究黃河小北干流的河道形態(tài)變化，對(duì)分析黃河小北干流河道整治措施具有十分重要的意義。

2.1.1 沖淤變化分析

三門峽水庫(kù)建成后經(jīng)歷了不同的運(yùn)行時(shí)期，分別為蓄水?dāng)r沙、滯洪排沙和蓄清排渾3個(gè)運(yùn)用期。受三門峽水庫(kù)不同運(yùn)行方式及河段水沙變化的影響，黃河小北干流的河道沖淤在不同時(shí)段存在一定的差異性，見圖2。

如圖2所示，本次沖淤分析研究范圍為沖淤斷面C41—C68。根據(jù)實(shí)測(cè)斷面資料統(tǒng)計(jì)，1960—1962年蓄水?dāng)r沙運(yùn)用期內(nèi)全河段淤積量為3.1億m3;1962—1973年滯洪排沙運(yùn)用期內(nèi)全河段淤積量為14.8億m3;1973—2015年采用蓄清排渾的水庫(kù)運(yùn)用方式，其中1973—1986年河段淤積量為1.1億m3，1986—2002年河段淤積量為6.8億m3，2002—2015年河段全線沖刷，沖刷總量為3.1億m3。

根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，并結(jié)合圖2分析河段沖淤情況。1960—1962年三門峽水庫(kù)蓄水?dāng)r沙運(yùn)用，這一時(shí)期水庫(kù)回水超過潼關(guān)，導(dǎo)致潼關(guān)高程淤積抬高，小北干流河段開始大量淤積。1962—1973年，為減輕水庫(kù)淤積，對(duì)水庫(kù)進(jìn)行了兩次改建，但前期淤積較多，又遇到豐水豐沙年份，加上劉家峽水庫(kù)1968年投入運(yùn)用后改變了進(jìn)入小北干流河段水量的年內(nèi)分配過程（汛期水量減少，含沙量增加），導(dǎo)致這一時(shí)期河段仍以淤積為主。1973—2015年，三門峽水庫(kù)開始以蓄清排渾方式運(yùn)行，河段淤積情況逐步得到控制，其中：1973—1986年河段淤積量明顯減少;1986—2002年龍羊峽與劉家峽水庫(kù)的聯(lián)合運(yùn)用，改變了小北干流河段來(lái)水的年內(nèi)分配過程，汛期來(lái)水量顯著減小，非汛期水量變化不大，導(dǎo)致其淤積量明顯增加;2002—2015年，受上游降雨量減少、水保措施增加、植被恢復(fù)等多方面因素的影響，進(jìn)入小北干流的水沙都減少較多，這一時(shí)期河段呈現(xiàn)沖刷特性[5]。

自三門峽水庫(kù)建成以來(lái)，黃河小北干流整體上呈淤積狀態(tài)，但隨著上游水沙關(guān)系及河道邊界條件的變化，黃河小北干流河道呈現(xiàn)一定的沖刷趨勢(shì)。

2.1.2 河勢(shì)演變分析

按照河道特性，黃河小北干流分為上、中、下三段，上段為禹門口至廟前河段，中段為廟前至夾馬口河段，下段為夾馬口至潼關(guān)河段。經(jīng)過《黃河禹門口至潼關(guān)河段近期治理可行性研究報(bào)告》和《黃河禹門口至潼關(guān)河段近期治理工程可行性研究報(bào)告》中兩期系統(tǒng)治理，中段與下段的流路整體較為穩(wěn)定，水流基本被控制在治導(dǎo)控制線內(nèi)，因此主要對(duì)河勢(shì)變化較大的禹門口至廟前河段進(jìn)行河勢(shì)分析。

河勢(shì)的演變過程主要受到上游來(lái)水來(lái)沙及河道邊界條件因素的影響。20世紀(jì)60年代，從來(lái)水條件看，汛期平均水量達(dá)到216億m3，為長(zhǎng)序列的1.7倍，水量偏豐，這一時(shí)期黃河主流出禹門口以后沿左岸天然節(jié)點(diǎn)大石嘴、小石嘴下行至汾河入?yún)R口，而后沿左岸下行至廟前;20世紀(jì)70年代初，汛期平均來(lái)水量為110億m3，水量偏枯，隨著小石嘴工程和汾河口工程相繼修建，黃河主流出禹門口后受到小石嘴工程和汾河口工程限制，導(dǎo)向右岸，自史代行河至南謝后又導(dǎo)向左岸下行至廟前;到20世紀(jì)80年代初，汛前水量平均維持在170億m3左右，行河流路基本居中偏左。而后至20世紀(jì)80年代末，汛期平均水量達(dá)到174億m3，主流出禹門口后沿橋南下行至下峪口，然后導(dǎo)向左岸，居中行河至廟前，主流基本控制在治導(dǎo)控制線內(nèi);20世紀(jì)90年代以來(lái)，小北干流整體來(lái)水偏枯，汛期平均水量?jī)H為78.2億m3，河勢(shì)整體右擺，偏離了治導(dǎo)控制線。根據(jù)上述分析，禹門口至廟前河段存在大中水時(shí)主流靠左岸、小水時(shí)主流靠右岸的特點(diǎn)，同時(shí)小石嘴工程和汾河口工程的修建有效地限制了主流的擺動(dòng)范圍。

2.2 整治工程布局方案研究

近年來(lái)，黃河小北干流河段的來(lái)水來(lái)沙量減少較多，結(jié)合禹門口至廟前河段的河勢(shì)變化規(guī)律，即大中水主流靠左岸、小水主流靠右岸的特點(diǎn)，從穩(wěn)定主流、縮小擺動(dòng)范圍的目標(biāo)出發(fā)對(duì)該河段進(jìn)行工程布局。在禹門口至廟前河段修建下峪口下延工程和西范下延工程，治理工程實(shí)施后，下峪口下延工程可將主流挑向左岸的西范下延工程，由西范下延工程導(dǎo)向南謝工程，而南謝上延及下延工程也可順利將主流過渡至對(duì)岸廟前工程。工程的實(shí)施，順應(yīng)了上游水沙變化規(guī)律，也可以使河勢(shì)得到更有效的控制，流路也更加歸順。

目前，黃河小北干流的工程布局有兩種方式，一種是平行治導(dǎo)控制線修建工程，另一種是采用就岸防護(hù)的方式。平行治導(dǎo)控制線修建工程可在防治高岸、灘地坍塌的同時(shí)有利于穩(wěn)定河勢(shì)，減緩主流游蕩多變的形勢(shì)，有利于灘區(qū)土地利用，經(jīng)濟(jì)效益明顯，但在現(xiàn)狀河勢(shì)與治導(dǎo)控制線偏離較大的河段，控制性工程的建設(shè)有可能對(duì)現(xiàn)狀河勢(shì)有較大影響。采用就岸防護(hù)的方式，工程措施目的明確，可有效防止堤防、灘地沖刷，不需進(jìn)行方案比選及論證，但是無(wú)控導(dǎo)河勢(shì)的作用，在洪水搶險(xiǎn)時(shí)沒有預(yù)見性，屬被動(dòng)搶險(xiǎn)。

根據(jù)黃河小北干流河段在黃河治理中的功能定位，從河勢(shì)控制、滯洪沉沙、生態(tài)保護(hù)、社會(huì)穩(wěn)定等方面綜合分析，結(jié)合實(shí)際采用就岸防護(hù)與沿治導(dǎo)控制線布置相結(jié)合的方式進(jìn)行工程布局。在河勢(shì)與治導(dǎo)控制線吻合較好的河段，沿治導(dǎo)控制線平行布置;若現(xiàn)狀河岸距高岸較近或緊靠高岸，亦可采取就岸防護(hù)形式。

2.3 河道整治標(biāo)準(zhǔn)研究

小北干流河段治理要處理好塌岸防治與該河段滯洪沉沙作用的關(guān)系，從利于小北干流灘槽水沙交換的角度出發(fā)，對(duì)布局的河道整治工程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，主要包含工程整治流量研究及工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)分析。

2.3.1 整治流量研究

在實(shí)際應(yīng)用中，中水整治流量常采用造床流量。本次主要研究小北干流段的造床流量，分別采用馬卡維耶夫法、經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算，并分析小北干流平灘流量變化情況后綜合確定。

（1）馬卡維耶夫法。造床流量包括造床強(qiáng)度和歷時(shí)，造床強(qiáng)度與水流輸沙率有關(guān)，而輸沙率與Qm及比降J的乘積成正比，歷時(shí)可用流量出現(xiàn)的頻率P表示。QmJP最大值對(duì)應(yīng)流量即造床流量，故此法稱為最大輸沙率法。計(jì)算公式為

Q=QmJP（1）

式中：Q為各級(jí)流量的平均值，m3/s;J為各級(jí)流量的相應(yīng)比降;P為各級(jí)流量出現(xiàn)的頻率;m由實(shí)測(cè)資料確定，本文取1.8。

龍門站為該河段的入口站，考慮支流汾河的匯入，流量數(shù)據(jù)采用龍門流量與河津流量之和。汛期多年平均流量采用兩個(gè)序列：①實(shí)測(cè)序列1986—1997年汛期的多年平均流量;②考慮龍羊峽與劉家峽等水庫(kù)的調(diào)節(jié)運(yùn)用，對(duì)1919—1988年序列進(jìn)行供需平衡計(jì)算，得出龍門及河津的汛期流量。實(shí)測(cè)序列和設(shè)計(jì)序列分析計(jì)算的造床流量均為2 000～3 000 m3/s。

（2）經(jīng)驗(yàn)公式法。黃河水利科學(xué)研究院研究認(rèn)為，平灘流量Q平與多年汛期平均流量Q汛有關(guān)，得出以下公式：

Q造=7.7 Q汛0.85+90Q汛0.33（2）

式中：Q造為造床流量，m3/s。

利用平灘流量經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算造床流量所采用的序列仍然采用馬卡維耶夫法中的序列。經(jīng)計(jì)算，實(shí)測(cè)和設(shè)計(jì)序列計(jì)算的造床流量分別為3 230 m3/s和4 090 m3/s。

（3）小北干流平灘流量變化分析。小北干流的平灘流量與河道沖淤情況和上游水沙條件密切相關(guān)，根據(jù)以上對(duì)河道形態(tài)變化的分析，結(jié)合實(shí)測(cè)流量資料對(duì)不同時(shí)期的平灘流量進(jìn)行分析。

20世紀(jì)60年代小北干流水量偏豐且汛期大流量級(jí)洪水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，平灘流量在大流量級(jí)洪水作用下維持在6 000 m3/s以上;20世紀(jì)70年代三門峽水庫(kù)采用蓄清排渾方式以來(lái)，小北干流整體上為淤積狀態(tài)，到20世紀(jì)90年代平灘流量減小為4 000 m3/s左右，到2003年平灘流量已經(jīng)減小為2 600 m3/s左右;2003年以后上游來(lái)沙量減少較為明顯，水流含沙量降低，小北干流出現(xiàn)沖刷趨勢(shì)，到2018年河段平灘流量增大至4 000 m3/s左右。

小北干流河段來(lái)水來(lái)沙變化比較大，形成的造床流量變化也比較大，按照上述分析計(jì)算的造床流量的范圍為2 000～4 000 m3/s。根據(jù)實(shí)測(cè)序列和設(shè)計(jì)序列各流量級(jí)出現(xiàn)的天數(shù)及來(lái)水來(lái)沙量綜合比較，造床流量為4 000 m3/s較為合適。

2.3.2 工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)分析

本研究的工程布局范圍為禹門口至廟前河段。通常情況下控導(dǎo)工程的壩頂高程按整治流量相應(yīng)水位或?yàn)┟娓叱碳影踩叽_定。目前，該河段控導(dǎo)工程標(biāo)準(zhǔn)較高，頂部高程明顯高于灘面，發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)難以漫頂，影響灘槽之間的水沙交換，長(zhǎng)距離工程處往往出現(xiàn)臨背懸差，工程背河側(cè)易形成鹽堿土地。為了使灘槽水沙交換過程更加順暢，保障臨、背河側(cè)的生態(tài)健康，需要在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)盡可能降低控導(dǎo)工程的堤頂高程，并合理布置長(zhǎng)距離的河道整治工程，在相鄰河道整治工程連接處設(shè)置回淤口。

2.4 回淤口工程布置優(yōu)化研究

為更好地說(shuō)明回淤口布置形式及回淤口寬度布局的合理性和科學(xué)性，基于MIKE21模型對(duì)不同回淤口的水力過程進(jìn)行數(shù)值模擬?？刂品匠滩捎糜邢摅w積法離散，空間項(xiàng)按照近似黎曼間斷問題求解，時(shí)變項(xiàng)采用顯格式求解。計(jì)算模型范圍為小北干流禹門口至黃淤C62斷面（廟前），模型計(jì)算采用三角形網(wǎng)格，對(duì)于模型范圍內(nèi)地形變化大、邊界復(fù)雜及高出地面0.5 m的線狀物沿線兩側(cè)的區(qū)域，網(wǎng)格適當(dāng)加密。

2.4.1 回淤口工程布置形式優(yōu)化

為了比較河道整治工程不同布置形式以及回淤口不同寬度對(duì)灘槽水沙交換、河勢(shì)等的影響，針對(duì)不同工程布置形式設(shè)置了3個(gè)計(jì)算方案，見表1。

方案一僅考慮現(xiàn)狀河道整治工程影響，還未規(guī)劃下峪口下延工程，見圖3。方案二在考慮現(xiàn)狀河道整治工程的同時(shí)，規(guī)劃新建的下峪口工程和西范工程沿治導(dǎo)控制線布設(shè)，見圖4。方案三在考慮現(xiàn)狀河道整治工程的同時(shí)，規(guī)劃新建的下峪口工程和西范工程按斜壩布設(shè)，見圖5。3個(gè)方案入口站為龍門站，出口為黃淤C62斷面。漫灘洪水量級(jí)選取5 000 m3/s，采用1967年實(shí)測(cè)洪水作為設(shè)計(jì)洪水，洪峰流量為5 150 m3/s。

各方案規(guī)劃的下峪口工程處的流場(chǎng)見圖3～圖5，可以看出，與無(wú)規(guī)劃工程方案（方案一）對(duì)比，下峪口工程順治導(dǎo)控制線布設(shè)方案（方案二）和斜壩方案（方案三）洪水均可以從工程空檔處漫上灘地，不影響灘

槽水沙交換。方案二下峪口工程附近流速大部分在0.3～0.4 m/s之間，最大流速達(dá)到0.6 m/s左右;方案三下峪口工程附近流速大部分在0.4～0.5 m/s之間，最大流速達(dá)到0.6 m/s左右;方案二灘地平均流速小于方案三的，更有利于滯洪沉沙。與方案二對(duì)比，方案三規(guī)劃的工程布置線與主流夾角較大，挑流作用明顯。西范工程順治導(dǎo)線布設(shè)方案與斜壩方案的水動(dòng)力模擬結(jié)果與下峪口工程相似。

綜合分析，方案二和方案三均不影響灘槽水沙交換，方案二灘地平均流速小于方案三的，更有利于滯洪沉沙，方案二順治導(dǎo)控制線布設(shè)，對(duì)河勢(shì)影響較小，因此該河段的河道整治工程順治導(dǎo)控制線布設(shè)方案更為合理。

2.4.2 回淤口寬度優(yōu)化

針對(duì)不同回淤口寬度對(duì)灘槽水沙交換、河勢(shì)等造成的影響進(jìn)行分析，設(shè)置了兩個(gè)對(duì)比方案，即下峪口工程和西范工程回淤口設(shè)置間距200 m方案（方案四）和下峪口工程和西范工程回淤口設(shè)置間距500 m方案（方案五）。不同方案的流場(chǎng)模擬結(jié)果見圖6～圖8。

圖6為下峪口工程處流場(chǎng)（第26 d）。已實(shí)施的下峪口工程回淤口寬約200 m，規(guī)劃的下峪口工程回淤口寬約500 m，從流場(chǎng)分布來(lái)看，洪水均可以從回淤口漫上灘地，不影響灘槽水沙交換。

圖7為近期已實(shí)施的下峪口工程回淤口處流場(chǎng)，回淤口處最大流速為1.1 m/s。圖8為規(guī)劃的下峪口工程回淤口處流場(chǎng)，回淤口處最大流速為0.6 m/s。可見，當(dāng)回淤口寬度達(dá)到500 m時(shí)，回淤口處流速相對(duì)較小，引起局部沖刷的可能性減小，更有利于工程的穩(wěn)定和防洪搶險(xiǎn)。西范工程回淤口的流場(chǎng)與下峪口工程相似，即200 m與500 m的回淤口均不影響水沙交換，500 m的回淤口處流速相對(duì)較小，引起局部沖刷的可能性減小。

綜合以上分析，方案二與方案五對(duì)灘槽水沙交換和工程自身安全更為有利，最終確定最優(yōu)的回淤口布設(shè)形式為順治導(dǎo)控制線布設(shè)，回淤口寬度為500 m。具體方案為防止塌灘、改善流路作用的控導(dǎo)工程采用沿治導(dǎo)控制線布設(shè)壩垛的布置形式，每1 000 m長(zhǎng)度的控導(dǎo)工程預(yù)留500 m回淤口。

2.5 生態(tài)補(bǔ)償研究

通過對(duì)禹門口至廟前河段的整治工程進(jìn)行整體布局與優(yōu)化，可以有效改善該河段的灘槽水沙交換條件與河勢(shì)條件，對(duì)保持河道生態(tài)基本功能也具有積極作用。但是部分控導(dǎo)工程背水側(cè)原本為淺灘濕地，控導(dǎo)工程建成后背水側(cè)受到洪水侵襲的機(jī)會(huì)減少，使得原洪水漫溢區(qū)內(nèi)的土地逐漸被開墾為農(nóng)田。這些淺灘濕地往往是很多水鳥的棲息和覓食地，如果被開墾為農(nóng)田，就會(huì)減少區(qū)域環(huán)境內(nèi)的種群數(shù)量，對(duì)鳥類及其他物種的影響較大，因此需要對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，使其繼續(xù)發(fā)揮鳥類棲息地的功能，避免被農(nóng)田取代。

本研究從生態(tài)角度出發(fā)，結(jié)合工程的布局優(yōu)化提出了生態(tài)鳥島概念，實(shí)施措施與工程示意見圖9、圖10。

黃河小北干流河道范圍內(nèi)主要是適宜水禽類棲息的草灘和泥灘，但適合猛禽類、鷺類、雀形目等棲息的林地較為缺乏。為此，生態(tài)鳥島給喜歡在喬木上棲息的鳥類提供了更適宜的生境，作為對(duì)鳥類的生態(tài)補(bǔ)償。

生態(tài)鳥島主要分為兩部分，分別為濕地圍封子工程和林島建設(shè)子工程。其中：濕地圍封子工程將控導(dǎo)工程背水側(cè)的淺灘濕地用圍欄圍封起來(lái)，避免被墾殖;林島建設(shè)子工程在被圍封的區(qū)域內(nèi)，選擇適當(dāng)區(qū)域培植林地。由于控導(dǎo)工程有回淤口，洪水期這些區(qū)域依然可能被水淹沒，為避免林地被淹，需要將擬建林地處用土墊高2 m以上，形成島嶼狀。

生態(tài)鳥島的建設(shè)符合新時(shí)期的治水思路與方針，是貫徹落實(shí)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的具體生態(tài)措施，對(duì)維護(hù)區(qū)域生態(tài)功能、保護(hù)物種多樣性有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3 結(jié) 語(yǔ)

（1）本研究提出了黃河小北干流河道系統(tǒng)性的整治方法。該河道整治方法將河道形態(tài)變化分析、工程布局及河道整治標(biāo)準(zhǔn)研究、回淤口工程布置及優(yōu)化研究、生態(tài)補(bǔ)償研究4個(gè)方面相結(jié)合，是解決黃河小北干流主流河勢(shì)游蕩多變、灘槽水沙交換不暢、灘岸坍塌及河段生態(tài)環(huán)境惡化等問題的重要舉措，是貫徹新時(shí)期治黃思路、落實(shí)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)踐和創(chuàng)新。

（2）黃河小北干流的河道形態(tài)變化分析結(jié)果表明，自三門峽水庫(kù)建成運(yùn)行以后的1960—2002年，黃河小北干流整體上呈淤積狀態(tài);2002—2015年，隨著上游水沙關(guān)系及河道邊界條件發(fā)生變化，黃河小北干流河道呈現(xiàn)沖刷趨勢(shì)。禹門口至廟前河段的河勢(shì)分析結(jié)果表明，該河段具有大中水時(shí)主流靠左岸、小水時(shí)主流靠右岸的河勢(shì)變化特點(diǎn)。

（3）根據(jù)河道形態(tài)變化特點(diǎn)，對(duì)工程治理方案及整治標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究，創(chuàng)新性地采用了就岸防護(hù)與沿治導(dǎo)控制線布置相結(jié)合的方式進(jìn)行河道整治，在河勢(shì)與治導(dǎo)控制線吻合較好的河段沿治導(dǎo)控制線平行布置，在現(xiàn)狀河岸距高岸較近河段采取就岸防護(hù)形式。經(jīng)多種方法計(jì)算分析比較，河道整治流量采用4 000 m3/s，并提出通過降低河道整治工程頂部高程的方法來(lái)改善灘槽水沙交換不暢的問題。

（4）基于MIKE21模型對(duì)不同回淤口布置形式及不同回淤口寬度的水力過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明，順治導(dǎo)控制線布設(shè)方案與斜壩方案均不影響灘槽水沙交換，但是順治導(dǎo)控制線布設(shè)方案的灘地洪水平均流速小于斜壩方案的，更有利于滯洪沉沙;此外，布置200 m與500 m的回淤口均不影響水沙交換，但500 m的回淤口處流速相對(duì)較小，引起局部沖刷的可能性更小。因此，回淤口采用順治導(dǎo)控制線的形式布置，回淤口寬度采用500 m。

（5）從生態(tài)角度出發(fā)，結(jié)合工程布局提出了生態(tài)鳥島的概念。生態(tài)鳥島主要由濕地圍封子工程和林島建設(shè)子工程兩部分構(gòu)成，生態(tài)鳥島的建設(shè)對(duì)維護(hù)區(qū)域生態(tài)功能、保護(hù)物種多樣性有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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