張楊，陳融旭，潘麗

（黃河水利委員會黃河水利科學(xué)研究院，河南 鄭州 450003）

0 引言

黃河治理已取得了一定的成就，促進了整個流域經(jīng)濟的發(fā)展，保障了黃河周邊的安全。黃河下游河道整治始于20世紀60年代，經(jīng)過長期不懈的整治，達到了減少河道游蕩擺動范圍、防止大堤沖決的預(yù)期目的。黃河干支流已建的大量水庫、電站、引水工程以及大面積水土保持措施等，水漫灘概率減小，泥沙淤槽不淤灘，極大地改變了進入黃河下游河道的水沙條件，黃河下游的防洪形勢也有一定的改善。但是，目前黃河下游游蕩性河段河槽仍較為寬淺，河道的輸沙能力仍較低，因此，還需要加強對黃河下游游蕩性河道的整治，達到“提高河道輸沙能力、減少河道淤積、控導(dǎo)主流、穩(wěn)定河勢”的目的。

1 游蕩型河流整治的必要性

1.1 人工約束強度下游蕩型河流存在的問題

游蕩型河流是天然河流中常見的河型之一，廣泛存在于世界各地。其最突出的特點是河床寬淺、散亂，主流擺動不定，河勢變化劇烈。因此，游蕩性河道整治是一項頗具挑戰(zhàn)性的工作。

人工約束強度的不斷增強也使得黃河下游游蕩性河道形態(tài)的調(diào)整規(guī)律變得更為復(fù)雜。一旦河道發(fā)生大幅度的調(diào)整，不僅影響河流的排洪、輸沙能力，給防洪、引水以及河道整治工程的安全運行及防守帶來諸多困難，也會對沿河兩岸岸邊土地的規(guī)劃利用和居民的正常生活產(chǎn)生重大影響，嚴重時亦可威脅到灘區(qū)群眾生命財產(chǎn)的安全，使得人水矛盾更加尖銳。尤其是近年來，隨著越來越多水庫的建成，這些問題顯得更加突出。如小浪底水庫運行后，黃河下游仍存在多處畸形河彎，造成河岸發(fā)生橫向坍塌，危及防洪安全甚至造成決口，致使多處灘區(qū)百姓的房屋、良田掉入河中，經(jīng)濟蒙受巨大損失，見圖1（a）。又如2013年河南省鄭州市附近的黃河下游花園口河段河道發(fā)生較大范圍的調(diào)整，河道調(diào)整使原本應(yīng)在鄭州白廟水廠花園口取水點位置處的主流向北移了2 km，致使水廠的取水泵站無法正常引水，直接導(dǎo)致鄭州市半城降壓供水，嚴重影響城區(qū)居民的正常生產(chǎn)生活，引發(fā)了社會的強烈關(guān)注，見圖1（b）。另外，三峽水庫蓄水后，長江局部河段中枯水河床也發(fā)生調(diào)整，分汊放寬段大量洲灘的生成導(dǎo)致中游多處出現(xiàn)嚴重礙航問題；美國密西西比河各支流水庫下游的河道、埃及阿斯旺大壩以下的尼洛河河道、丹江口大壩下游的漢江河道調(diào)整等也引發(fā)許多問題。

圖1 河道調(diào)整對防洪、引水、航運等影響圖

人工約束強度的增強使得游蕩性河道形態(tài)調(diào)整規(guī)律變得更為復(fù)雜，然而目前對于其調(diào)整機理與過程的認識主要還是以經(jīng)驗統(tǒng)計為主，調(diào)整過程的物理解釋與調(diào)整結(jié)果的準(zhǔn)確預(yù)測亟待在理論研究上有所突破（王光謙、胡春宏，2006；韓其為，2008）。為此，深入開展不同人工約束強度下游蕩性河道形態(tài)調(diào)整機制研究，是經(jīng)濟社會發(fā)展迫切需要解決的科學(xué)技術(shù)問題。

1.2 加強游蕩性河道治理的必要性

其中，黃河下游孟津至高村河段為最典型的游蕩性河段，全長299 km，沙洲密布，沖淤變化迅速，一直以來都是黃河下游治理的重點和難點（如圖2）。新中國成立之前，歷屆政府斥巨資開展河道治理，仍改變不了“背著石頭攆河”“三年兩決口、百年一改道”的被動局面，給中華民族帶來了深重的災(zāi)難。人民治黃特別是20世紀90年代以來，國家加大了游蕩性河道整治力度，縮小了河道擺動范圍，但河勢仍沒有得到有效控制，特別是目前嚴重的“二級懸河”問題，使得人與河流的關(guān)系更加復(fù)雜，相互之間的矛盾也更加突出。

圖2 黃河下游游蕩性河道圖

伴隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們對水資源的需求不斷增加，為開發(fā)水能資源，黃河上開始不斷修建大壩。大壩的連續(xù)修建使得進入黃河下游的水沙條件發(fā)生了重大變化（胡春宏等，2007）：一方面流量過程調(diào)平、徑流量減少、汛期和非汛期水量比例改變、洪水頻次和洪峰流量降低；另一方面水流塑造河床的能力大幅降低，造床流量明顯減小，致使下游河道主河槽嚴重淤積萎縮，平灘流量顯著減?。ê汉甑?，2006），黃河的演變響應(yīng)出現(xiàn)一系列的新情況和新問題。

同時，為了確保防洪安全，人民治黃以來，黃河下游尤其是游蕩性河段，以兼顧大洪水排洪輸沙和中小洪水河勢穩(wěn)定控制為雙重目的修建了大量的河道整治工程，使得游蕩性河道受到越來越強的人工約束，成為控制條件下的游蕩性河道（韓其為，2013），如圖3所示。

圖3 人工約束條件下的黃河下游河道圖

2 游蕩性河段不同時期河道整治工程密度的確定

2.1 1958年以前游蕩性河段河道整治工程

1948年以前白鶴至高村游蕩性河段有險工15處，護灘工程3處。由于黃河下游河勢變化等原因，1948—1958年增加險工和部分護灘工程共5處。1958年制定了黃河下游各樞紐間自由河段的河道整治規(guī)劃，在兩年多的時間內(nèi)修建壩垛近百道。

2.2 1960-1974年游蕩性河段河道整治工程

1960年至1973年，隨著三門峽水庫投入使用，進入黃河下游的洪水大部分得到控制。由于河道整治工程少，塌灘嚴重，河勢惡化；工程出險多、防守十分被動。為此，在重點整治高村至陶城鋪河段的同時，高村以上也不斷修建控導(dǎo)、護灘工程，共修建各種壩垛444道。1974年是修建控導(dǎo)工程數(shù)量最多的年份，共修建了13處控導(dǎo)工程。1974年以后，受國家投資的限制，修建工程開始減少。

2.3 20世紀90年代以后游蕩性河段河道整治工程

20世紀90年代以后，隨著國家對河道整治工作的重視，投資明顯增加，尤其是進入21世紀后，國家更是不斷加大投資力度，明顯加快了河道整治的步伐。

為進一步細化游蕩性河段河道整治工程建設(shè)周期的劃分，項目組收集到了黃河下游游蕩性河道共計72組整治工程修建及改建的具體過程，將收集到的數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計并按照年份進行梳理后，繪制出自1950年以來，每年該河段河道整治工程建設(shè)密度的變化曲線，如圖4所示。

圖4 黃河下游游蕩性河段1950年以來工程密度逐年變化曲線圖

從圖中可以看出，該河段的工程密度整體呈逐年增大的趨勢，結(jié)合圖中變化曲線的拐點以及黃河下游河道整治工程建設(shè)實際情況，工程建設(shè)大致可分為4個時期，時間節(jié)點分別為1950年，1980年，2005年以及2014年。其中1980-2005年為河道整治工程的密集建設(shè)期，工程密度增加了近一倍，達到了80%以上。2005年以后，由于河道所受的人工約束已經(jīng)較強，河道整治工作多為已有工程的改建和擴建，截至2014年，其工程密度已經(jīng)接近95%，工程總長度達到286.94 km，各時期工程密度見表1所示。

表1 黃河下游游蕩性河段不同時期工程密度表

3 黃河下游游蕩性河道整治歷程

黃河下游游蕩性河段縱比降陡，流速快，水流破壞能力強，河床泥沙顆粒粗，含粘量小，抗沖能力低，塌灘迅速，對堤防威脅大。河勢演變的任意性強、范圍大、速度快、河勢變化無常。游蕩性河段是情況最為復(fù)雜，最難進行河道整治的河段。游蕩性河段能否進行河道整治、能否控制河勢，在20世紀60-70年代一直存在爭議。

3.1 20世紀50-70年代游蕩性河道整治歷程

20世紀50年代在防洪方面集中力量加高加固堤防，無力涉及河道整治。三門峽水庫1960年投入運用，先采用“蓄水?dāng)r沙”運用方式，清水下泄；后改為“蓄清排渾”運用方式，汛期排沙，非汛期蓄水，下游河道在一年之內(nèi)的沖淤變化直接受其影響。

20世紀60-70年代水量豐，來水來沙變幅大，水庫調(diào)節(jié)后，下游河道的沖淤變化直接受其影響，此河段首當(dāng)其沖。游蕩性河段，兩岸堤距大，灘地寬闊，橫比降陡，土質(zhì)多沙，在水流作用下，坍塌迅速。河勢游蕩多變，不僅直接危及堤防安全，而且造成灘地大量坍塌，村莊落河，直接危及灘區(qū)群眾的生命財產(chǎn)安全。因此，游蕩性河段急需進行河道整治，縮小游蕩范圍，逐步控制河勢。

在游蕩性河段，20世紀60-70年代，灘區(qū)修建了部分控導(dǎo)工程。其中東壩頭至高村河段與過渡性河段相接，河床組成與過渡性河段接近，相對易于整治，先限制了游蕩范圍，經(jīng)不斷續(xù)建工程，已初步控制了河勢；東壩頭以上的游蕩性河段修建的控導(dǎo)工程少。

3.2 20世紀80年代以后游蕩性河道整治歷程

20世紀80年代以后黃河下游河道整治的重點為游蕩性河段。多次制訂、修改河道整治規(guī)劃，不斷積累、研究河勢演變資料，通過室內(nèi)分析、實體模型試驗修訂治導(dǎo)線，指導(dǎo)河道整治工程建設(shè)。

游蕩性河段堤距大，按照以彎導(dǎo)流的原則，與險工相配合在灘地上的適當(dāng)部位修建控導(dǎo)工程；在大部分河段，大河至兩岸均達數(shù)公里，就在兩岸灘地上選擇適當(dāng)部位修建控導(dǎo)工程，以達縮小游蕩范圍、控制河勢的目的。

3.3 20世紀90年代以后游蕩性河道整治歷程

20世紀90年代以后加快了河道整治步伐，尤其是進入21世紀后，國家投資力度增加。東壩頭至高村河段的河道整治工程進一步完善；東壩頭以上河段的河道整治工程得到了快速發(fā)展。按照治導(dǎo)線，隨著金溝控導(dǎo)工程開始建設(shè)，布點任務(wù)全部完成；對已建的河道整治工程進行了續(xù)建，并對一些布局不合理的工程進行了調(diào)整、改造。在河道整治工程作用下，不利河勢逐步向好的方向轉(zhuǎn)化，有利河勢相對穩(wěn)定。

4 結(jié)語

人民治黃以來，黃河下游河道游蕩性河段整治經(jīng)歷了不同的工程建設(shè)周期，伴隨著越來越多河道整治工程的修建，黃河下游防洪形勢有較大改善。20世紀90年代以后，隨著國家對河道整治工作的重視，投資明顯增加，又由于河道輸沙能力不足、下游部分河段河勢惡化等問題，仍需要加強對黃河下游游蕩性河段的治理，通過河道整治，提高河道挾沙能力和穩(wěn)定河勢，游蕩性河段河勢游蕩范圍得到有效控制，水流得到了改善，提高了防洪安全。