劉燕 李軍華 張向

摘 要：目前黃河下游的“二級懸河”形勢依然嚴峻，尤其在東壩頭以下河段，堤根低洼，橫比降均值為縱比降的8倍左右，黃河下游一旦發(fā)生較大洪水，漫灘水流極易在灘區(qū)串溝和堤溝河低洼地帶形成集中過流，堤溝河流速和水深較大，易造成重大的河勢變化，形成橫河、斜河，特別是滾河的可能性增大，水流頂沖堤防、順堤行洪都將嚴重威脅下游堤防的安全，甚至造成黃河大堤的沖決。為此，開展“二級懸河”形勢嚴重河段堤溝河的治理模型試驗，與堤溝河現(xiàn)狀進行對比，結果顯示：堤溝河治理后堤根流速減小，橫比降減小，可緩解“二級懸河”的不利態(tài)勢，減輕對大堤的威脅。

關鍵詞：二級懸河;順堤行洪;橫比降;黃河下游

中圖分類號：TV85;TV882.1

文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2022.02.009

引用格式：劉燕，李軍華，張向.黃河下游“二級懸河”河段堤溝河治理試驗研究[J].人民黃河，2022，44（2）：41-44.

Abstract： At present， the situation of “secondary suspended river” in the lower Yellow River is still grim. Especially in the lower reaches of Dongbatou， the dike heel is low and the mean value of the transverse slope is about 8 times of the longitudinal slope. Once a major flood occurs in the lower Yellow River， the overbank flows are very easy to form a concentrated overflow in the series of gullies and low-lying areas of low land area in the beach area. Because of the large velocity and depth of low land area， it is easy to cause significant changes in the river regime and increase the possibility of forming “crossing and oblique river”， especially rolling river. The flow rushing dike and flood transporting along the dike will seriously threaten the safety of dikes in the lower reaches， and even cause the breakdown of the Yellow River dyke. For this reason， the model test of low land area control was carried out in the sections where the situation of “secondary suspended river” was serious. Comparing with the current situation of low land area， the results show that the velocity in the dike heel decreases and the transverse slope decreases after regulation， which can alleviate the disadvantageous situation of “secondary suspended river” and reduce the threat to the dike.

Key words： secondary suspended river;flood transporting along the dike;transverse slope;Lower Yellow River

1 研究背景

目前黃河下游的“二級懸河”形勢依然嚴峻，尤其在東壩頭以下河段，堤根低洼，橫比降均值為縱比降的8倍左右，黃河下游一旦發(fā)生較大洪水，漫灘水流極易在灘區(qū)串溝和堤溝河低洼地帶形成集中過流，堤溝河流速和水深較大，易造成重大的河勢變化，形成橫河、斜河，特別是滾河的可能性增大，水流頂沖堤防、順堤行洪都將嚴重威脅下游堤防的安全，甚至造成黃河大堤的沖決。為此，開展了“二級懸河”堤溝河的治理模型試驗，以期為“二級懸河”治理可行性研究提供科學依據。

2 黃河下游“二級懸河”形勢

表1為黃河下游各河段2017年平均唇灘高差和橫比降情況，可看出，2017年唇灘高差最大的是高村至陶城鋪河段，最大超過1.4 m;其次是花園口至高村河段，唇灘高差右岸大于左岸。臨河灘面平均高程的變化相對較小，唇灘高差的變化主要反映了灘唇高程的變化。高村至陶城鋪河段橫比降較大，左右側平均值達0.093%;花園口至高村河段次之，右側橫比降大于左側。

從各河段唇灘高差和橫比降情況可以得出，“二級懸河”較為嚴重的河段在高村至陶城鋪之間，且主要分布在左岸習城灘、陸集灘、清河灘和右岸左營灘;花園口至高村“二級懸河”嚴重河段主要分布在左岸長垣灘和右岸蘭東灘。

3 模型試驗邊界及水沙條件

3.1 邊界條件

模型模擬范圍自小浪底至陶城鋪河段（見圖1，圖中粗線框內為模型模擬河段），原型河道總長476 km。模型水平比尺λL= 600，垂直比尺λH= 60。該模型是依據黃科院多年動床模型試驗經驗和遵循黃河泥沙模型相似律[1]設計的，選取鄭州熱電廠粉煤灰作為模型沙。該模型先后用于小浪底水庫運用方式研究[2]、黃河下游防洪規(guī)劃治導線檢驗與修訂[3]、小浪底至蘇泗莊河段模型試驗研究[4]、小浪底至蘇泗莊河道模型2000年汛期洪水預報模型試驗[5]、2016年黃河下游小浪底至陶城鋪河段洪水預演實體模型試驗研究[6]、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研究[7]、2018年黃河下游小浪底至陶城鋪河段洪水預演實體模型試驗研究[8]、黃河下游游蕩性河道河勢演變規(guī)律及整治方案研究[9]等，模型試驗是黃河下游治理最有效的研究手段之一。

模型初始地形采用2017年汛后地形。為提高制模精度，模型初始地形制作時除了根據白鶴至陶城鋪河段實測的206個黃河大斷面外，還專門布置、內插了370個小斷面。在小斷面的內插和模型制作過程中，結合現(xiàn)場查勘資料，并特別關注了沿程各斷面兩岸灘唇的模擬和制作，灘唇的位置與高程均根據實測大斷面并結合河勢圖進行內插。

對于2017年以后新修的工程，通過收集各地河務局工程施工資料并結合衛(wèi)星遙感影像、現(xiàn)場查勘時無人機拍攝的工程現(xiàn)狀照片，對工程和橋梁模型進行完善。

生產堤、渠堤、路堤、村莊、片林等均按1999年航攝和2000年調繪的1∶10 000黃河下游河道地形圖塑制，并結合最新的衛(wèi)星地圖和現(xiàn)場查勘情況進行了修正。此外，對河勢影響較大的浮橋、路堤，在模型中也進行了體現(xiàn)。

3.2 堤溝河治理工程布設概況

《黃河下游河道綜合治理工程可行性研究》報告中提出加強重要堤段堤河整治，消除堤防沖決隱患，河南黃河河務局該期治理“二級懸河”項目采用堤溝河治理工程。堤溝河治理工程位于東壩頭至陶城鋪堤段，主要建筑物為淤填土體。本次試驗就是為了檢驗堤溝河治理工程的效果。由于僅靠近大堤對堤溝河進行土體淤填，因此漫灘范圍大小與現(xiàn)狀試驗僅限堤溝河范圍的區(qū)別，整體灘區(qū)漫灘范圍相差不大，且水位、含沙量與現(xiàn)狀相比沒有明顯變化，此次研究僅從堤溝河處順堤行洪流速和灘地橫比降反映“二級懸河”的調整狀況。

堤溝河治理工程總長126.3 km，涉及河南、山東兩省[10] （見表2），左岸布設在習城灘下部、辛莊灘、陸集灘和清河灘，右岸布設在蘭東灘和左營灘，工程設計高程為當地灘地平均高程+1 m。

3.3 水沙條件

根據黃河下游大洪水特性，“上大型”洪水通過三門峽、小浪底水庫的聯(lián)合調度，已逐步得到控制;“上下較大型”洪水的發(fā)生概率較小;“下大型”洪水隨著中游水庫群及支流水庫相繼投入防洪運用，三門峽至小浪底區(qū)間以及伊洛河、沁河洪水得到有效控制，但小浪底至花園口區(qū)間（簡稱“小花間”）尚有1.8萬km2的無水庫工程控制區(qū)，該類型洪水洪峰高、漲勢猛、洪量集中且預見期很短，對黃河下游威脅非常嚴重。

根據黃委有關專家咨詢意見，選用《2016年黃河中下游洪水調度方案》[11]中設計的“下大型”洪水——1982年典型100 a一遇設計洪水。該設計洪水過程結束時流量為10 000 m3/s左右，考慮到洪水過程的完整性和模型測驗需求，在設計流量過程結束后，本次試驗又增加了4 d的4 000 m3/s和1 000 m3/s流量過程，相應的含沙量分別為30、0 kg/m3。模型各進口最終采用的水沙過程見圖2。模型試驗采用水沙過程總水量為123.05億m3，總沙量為8.04億t;其中小浪底、黑石關、武陟水量分別為83.38億、29.47億、10.20億m3，沙量分別為6.41億、1.38億、0.25億t。

4 試驗成果

4.1 灘區(qū)漫灘情況

圖3～圖7為“二級懸河”嚴重河段灘區(qū)漫灘情況，可以看出，蘭東灘漫灘水量不大，習城灘、陸集灘、左營灘和清河灘基本全部漫灘。

4.2 順堤行洪流速及水深變化情況

由于堤溝河被填埋，因此洪水漫灘后，堤根流速減小，堤溝河邊緣串溝行洪流速較大（見表3）?，F(xiàn)狀方案測得蘭東灘、習城灘、辛莊灘、陸集灘、左營灘和清河灘順堤行洪最大流速分別為1.60、1.50、1.50、2.50、2.10、3.00 m/s;堤河治理方案蘭東灘、習城灘、辛莊灘、陸集灘、左營灘和清河灘順堤行洪最大流速分別為0.48、1.32、1.16、1.75、1.16、1.93 m/s，治理方案遠小于現(xiàn)狀方案;治理方案蘭東灘、習城灘、陸集灘、左營灘和清河灘堤溝河邊緣串溝行洪最大流速分別為0.61、2.25、2.02、0.39、2.40 m/s，也明顯小于現(xiàn)狀方案順堤行洪流速（習城灘除外，習城灘僅蘇泗莊以下進行堤河治理），可見堤溝河治理后能減輕對大堤的威脅[12]。

4.3 灘地橫比降變化

本次堤溝河治理安排了習城灘三合斷面至彭樓斷面一部分堤段，陸集灘、左營灘和清河灘全部堤段。通過計算習城灘、陸集灘、左營灘、清河灘的初始狀態(tài)、堤河治理及現(xiàn)狀方案試驗后的灘地平均橫比降的變化（見表4），可以發(fā)現(xiàn)，總的來說堤溝河治理后灘區(qū)橫比降較初始狀態(tài)明顯變小，較現(xiàn)狀方案試驗后橫比降有所減小。習城灘由于僅對三合至彭樓一段堤段治理，且彭樓是習城灘的出口，此次拉溝成槽，計算的橫比降較大，直接影響了整個灘區(qū)橫比降的變化，因此出現(xiàn)試驗后橫比降較初始狀態(tài)大的情況。

5 結 論

通過對黃河下游“二級懸河”形勢、100 a一遇洪水條件下灘區(qū)漫灘情況、順堤行洪流速以及對灘區(qū)橫比降的分析，得出以下結論。

（1）目前黃河下游“二級懸河”形勢仍然嚴峻，“二級懸河”較為嚴重的河段為高村至陶城鋪河段。

（2）由于堤溝河被填埋，因此洪水漫灘后，堤根流速減小，堤溝河邊緣串溝行洪流速較大。

（3）堤溝河治理后灘區(qū)橫比降較初始狀態(tài)明顯變小，較現(xiàn)狀方案試驗后橫比降有所減小。

由此可知，堤溝河治理可使堤根流速減小、橫比降減小，緩解“二級懸河”的不利態(tài)勢，減輕對大堤的威脅，但需注意堤溝河填埋后邊緣處行洪的狀況，提前做好應對措施。

參考文獻：

[1] 張紅武，江恩惠，白詠梅，等.黃河高含沙洪水模型的相似律[M].鄭州：河南科學技術出版社，1994：115-137.

[2] 江恩惠，曹永濤，劉燕，等.小浪底水庫攔沙后期下游河道響應態(tài)勢預測及對策[M].鄭州：黃河水利出版社，2014：280-281.

[3] 江恩惠，劉海凌，董年虎，等.黃河流域（片）防洪規(guī)劃項目：黃河下游河道整治規(guī)劃治導線檢驗與修訂試驗初步報告[R].鄭州：黃河水利科學研究院，1999：2-3.

[4] 張紅武，劉海凌，董年虎，等.黃河小浪底至蘇泗莊河段模型試驗研究[R].鄭州：黃河水利科學研究院，2000：2-3.

[5] 張紅武，劉海凌，董年虎，等.小浪底至蘇泗莊河段2000年汛期洪水預報[R].鄭州：黃河水利科學研究院，2000：2-3.

[6] 曹永濤，夏修杰，萬強，等.2016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，2016：3-5.

[7] 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，2017：3-5.

[8] 夏修杰，李軍華，萬強，等.2018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，2018：3-5.

[9] 江恩惠，曹永濤，李軍華，等.黃河下游游蕩性河段河勢演變機理及河道整治若干關鍵技術研究總報告[R].鄭州：黃河水利科學研究院，2005：149.

[10] 黃河勘測規(guī)劃設計研究院有限公司.黃河下游河道綜合治理工程可行性研究[R].鄭州：黃河勘測規(guī)劃設計研究院有限公司，2019：24-26.

[11] 黃河防汛抗旱總指揮部辦公室.2016年黃河中下游洪水調度方案[R].鄭州：黃河防汛抗旱總指揮部辦公室，2016：2-3.

[12] 劉燕，夏修杰，李軍華，等.黃河下游河道綜合治理工程效果檢驗模型試驗研究報告[R].鄭州：黃河水利科學研究院，2019：120-124.

【責任編輯 許立新】