李利琴，倪菲菲，周曉麗，李玉娜，張向萍

（1.河南黃河勘測規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，河南 鄭州 450003； 2.鄭州市環(huán)境保護科學研究所，河南 鄭州 450052； 3.鄭州電力高等?？茖W校，河南 鄭州 450000； 4.黃河水利科學研究院，河南 鄭州 450003）

河南黃河西起靈寶市，東至臺前縣，流經(jīng)三門峽、洛陽、濟源、鄭州、焦作、新鄉(xiāng)、開封、濮陽等8 個省轄市，河道總長711 km，流域面積3.62 萬km2，分別占黃河流域總面積的5.1%、河南省總面積的21.7%。 白鶴以上為山區(qū)河道，長247 km，河道內(nèi)水庫攔沙、防洪減淤為第一目標；白鶴以下為平原河道，長464 km，為設(shè)防河段，河道較寬，游蕩多變，歷來為河道整治的重點。因此，本次河道整治疏浚研究以白鶴以下為重點研究河段。

黃河下游水患歷來為世人所矚目，洪水災(zāi)害波及范圍廣，一旦出現(xiàn)大的險情，將給國民經(jīng)濟帶來巨大損失，同時嚴重破壞生態(tài)環(huán)境。 歷史上，河南黃河“善淤、善決、善徙”，難以治理，一是黃河含沙量高，淤積嚴重，形成“地上懸河”；二是頻繁決口改道，有“三年兩決口，百年一改道”之稱；三是河勢擺動劇烈，游蕩多變［1］。 人民治黃以來，按照規(guī)劃治導(dǎo)線設(shè)計流路布置工程進行河道整治，河道整治工程的系統(tǒng)建設(shè)減小了河道的游蕩范圍，提升了防洪能力。 但游蕩性河勢目前尚未得到有效控制，尤其是白鶴至高村游蕩型河段，局部河段仍存在不利河勢，洪水威脅大；局部河段主槽過于窄深，洪水流速大，工程出險嚴重。 2021年秋汛期間，在長歷時大流量作用下，受主流頂沖、主流沖刷、回流淘刷影響，河南河段工程險情多發(fā)頻發(fā)。 因此，河南黃河游蕩型河段實施河道整治疏浚、配合河道整治工程歸順河勢、減少工程出險是十分必要的。

1 河道整治存在的問題

1.1 游蕩性河勢尚未得到有效控制

河南黃河河道具有寬、淺、散、亂的特點，主流多變，經(jīng)常發(fā)生“橫河、斜河”，大洪水時易出現(xiàn)“滾河”，甚至沖決大堤。 盡管已開展了系統(tǒng)的河道治理，但是高村以上299 km 長的寬河段河道游蕩多變的特性依然沒有改變［2-3］。 高村以上現(xiàn)有控導(dǎo)工程長度不足，仍難以完全控制枯水、洪水等不同情形的河勢變化。如2021年秋汛期間，河南河段多處出現(xiàn)河勢散亂并引發(fā)不同程度的險情。

小浪底水庫運用以來，黃河下游水流過程呈現(xiàn)明顯的兩極分化現(xiàn)象。 每年調(diào)水調(diào)沙期保持15 d 左右的洪水過程，洪水流量一般超過2 600 m3／s、小于平灘流量，洪水過程穩(wěn)定。 其他時段，流量小于1 000 m3／s 的天數(shù)明顯增加，呈現(xiàn)出明顯的短期洪水、長期枯水的兩極分化特征。 2018年以來，雖然黃河下游洪水頻次相對較多，但兩極分化的格局沒有改變。

1.2 長歷時小水流量長期存在

小浪底水庫運用后小水歷時延長，使得小流量對河勢變化的影響不可忽視。 黃河下游的河道整治是針對中水進行的，對長歷時小流量的河勢演變存在一定的不適應(yīng)性。 在小水的不斷作用下，游蕩型河段部分工程靠溜部位上提、河勢下挫現(xiàn)象明顯，工程上首塌灘嚴重或有被抄后路的危險。

小水流量造床能力較弱，河道不均勻分布的膠泥嘴、黏土層等缺乏大洪水的自然塑造，給長歷時小水流量作用下形成畸形河勢創(chuàng)造了條件，從而造成部分工程脫河、半脫河或出險。

1.3 洪水風險依然是最大威脅

當前，黃河下游的“懸河”局勢沒有變，大堤仍存在沖決的風險。 如果洪水從北岸決口，洪水淹沒區(qū)涉及冀、魯、豫三省，如果洪水從南岸決口，洪水淹沒區(qū)波及豫、蘇、皖三省，洪泛區(qū)面積可達12 萬km2。 該河段一旦決口，影響范圍大，損失嚴重，同時黃淮海平原生態(tài)環(huán)境將遭受嚴重破壞，且長期難以恢復(fù)。 因此，保證黃河大堤安全仍是黃河下游防洪的頭等要務(wù)。 1985年以來高村以上河段年均發(fā)生“橫河”9 次，河勢變化仍很劇烈，嚴重威脅堤防安全。

黃河水利委員會對鄭州“7·20”暴雨移植分析演算得出，若暴雨中心西移100 ～200 km，主雨區(qū)將全部進入黃河流域，天然情況下花園口將出現(xiàn)洪峰流量為31 800 ～37 300 m3／s的洪水，即便經(jīng)過上中游水庫聯(lián)合攔蓄，花園口洪峰流量仍將超過20 000 m3／s，接近下游千年一遇設(shè)防標準，下游發(fā)生大洪水的風險依然存在［4］。 小浪底大壩至花園口區(qū)間為無工程控制區(qū)，洪水預(yù)見期短；小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙后續(xù)動力不足，防洪短板突出，對堤防威脅較大。

2 河道整治疏?？傮w思路

河南黃河河道整治工程體系布局基本完成，然而中水整治工程體系對長期小水適應(yīng)性差，工程迎、導(dǎo)、送流能力不能達到規(guī)劃狀態(tài)，河勢仍未得到有效控制。近4 a 雖為相對豐水期，但統(tǒng)計年均2 000 m3／s 以下流量天數(shù)仍有290 d，1 000 m3／s 以下流量天數(shù)有145 d。 長歷時的小流量下，很難靠水流自身力量對河道進行拓寬或者改變不利河勢，而采取挖河疏浚措施配合河道整治工程能夠起到較理想的效果。

依據(jù)河南黃河河勢變化特點及窄河段主槽過流能力特征，針對2021年秋汛期各河段不利河勢、河道整治工程出險情況，窄河段洪水及工程運行情況，在現(xiàn)有防洪工程體系及規(guī)劃治導(dǎo)線的基礎(chǔ)上，提出河段疏浚措施。 如馬渡工程河段工程靠河情況較好，但凸岸淤積嚴重，主槽較窄（見圖1），流速較大，工程出險較多，且近幾年頻繁出險，也是2021年秋汛期間出險嚴重的工程，壩垛前坍塌嚴重，因此應(yīng)疏浚馬渡工程河段凸岸，拓寬主槽，減緩流速，減小出險概率。

圖1 馬渡工程河段2021年汛后河勢

河道疏浚是歸順河南黃河游蕩型河段不利河勢的有效手段之一，對在長期小水流量過程條件下改善河勢、控導(dǎo)主流，有效解決大洪水排洪、小水畸形河勢發(fā)育的問題具有重要作用。 通過河南黃河河道疏浚，清除局部阻水障礙，改善工程靠河情況，提高控導(dǎo)河勢能力，歸順河勢流路；拓寬局部窄河段，提高主槽過流能力，穩(wěn)定中水河槽，減小工程出險概率，提高防洪能力，保障防洪安全。

河道整治疏浚也是落實《黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》《黃河流域綜合規(guī)劃》和《黃河流域防洪規(guī)劃》等提出的泥沙綜合處理方略的有效措施之一［5-6］。

疏浚區(qū)域劃定主要考慮兩點：一是以規(guī)劃治導(dǎo)線為邊緣控制線；二是因勢利導(dǎo)開展疏浚，歸順河勢流路。 以布置逯村疏浚區(qū)為例（見圖2），在規(guī)劃治導(dǎo)線范圍內(nèi)，結(jié)合現(xiàn)狀河勢劃定疏浚區(qū)域（紅色實線范圍），人工疏浚部分區(qū)域（綠色虛線范圍），與水流自然沖淤相結(jié)合，最終達到疏浚全部區(qū)域、調(diào)整不利河勢的目的。

圖2 疏浚區(qū)劃定示意（逯村）

3 河道整治疏浚方案

3.1 疏浚河段選擇

疏浚河段應(yīng)在分析河南黃河河勢變化及工程險情特點的基礎(chǔ)上，根據(jù)疏浚實施條件等經(jīng)綜合分析后確定。 重點選擇河勢變化復(fù)雜、難以通過自然調(diào)整實現(xiàn)河勢歸順的河段，主槽變窄、過流能力較小、易產(chǎn)生險情的河段，畸形河勢、橫河、斜河產(chǎn)生且工程險情頻發(fā)的河段。

全面梳理河南黃河游蕩型河段控導(dǎo)工程靠河情況差等不利河勢河段，如逯村工程河段、老田庵工程河段、保合寨工程河段、三合村河段等常年不靠河，工程難以發(fā)揮自身的控導(dǎo)河勢作用；局部較窄及工程出險嚴重的河段，如馬渡工程河段、黑崗口工程河段和夾河灘工程河段等，主槽窄深導(dǎo)致工程前流速變大而易出險；主流分叉、河心灘分布較多的不利河勢河段，如蔡集工程河段等，主流南北兩股交替，河勢不穩(wěn)定，造成防洪壓力大。 根據(jù)情況分析確定河南黃河游蕩型河段鐵謝—花園鎮(zhèn)河段、駕部—棗樹溝河段、桃花峪—馬莊河段、馬渡工程河段、黑崗口—大宮河段、夾河灘工程河段、蔡集工程河段和三合村—青莊河段需要實施疏浚，共計8 個疏浚河段（見圖3）。

圖3 疏浚河段位置示意

3.2 疏浚區(qū)平面布置

結(jié)合疏浚河段河道基本特性、河道演變情況以及疏浚作用，確定其疏浚平面布置原則如下：遵循河道演變規(guī)律，以規(guī)劃治導(dǎo)線為邊緣控制線，且距離防洪工程不少于50 m。 結(jié)合現(xiàn)有河道整治方案及工程布局體系，因勢利導(dǎo)，使主流向相對較好的流路方向進行疏浚布置。

為保證疏浚河槽寬度與上下游河槽寬度基本保持一致，分析測算疏浚斷面上下游的河槽寬度。 根據(jù)2019—2021年疏浚斷面上下游實測河道大斷面資料分析，疏浚河段上下游現(xiàn)狀河道主槽寬度一般為500～700 m。 結(jié)合現(xiàn)狀河勢，疏浚河段疏浚后河槽寬度應(yīng)達到500～700 m，與上下游有效銜接，因勢利導(dǎo)，逐步調(diào)整河勢流路。

3.3 疏?？刂聘叱?/h3>

疏?？刂聘叱滩捎檬杩：佣魏拥辣冉捣ê蜕钽c控制原則確定。 根據(jù)2021年河南黃河控導(dǎo)工程水尺資料，推求游蕩型河段4 000 m3／s 流量水面線；根據(jù)2021年汛后河道實測地形資料，將疏浚區(qū)域上下游深泓點進行統(tǒng)計，并根據(jù)水面線概化河床底部高程線。疏浚河段概化后河底比降為0.02%～0.014%，為保證疏浚后河道斷面與上下游之間能夠平順連接，將概化后的河底高程作為疏浚底部控制高程。

綜合考慮河道比降法和深泓點控制，在河道比降法的基礎(chǔ)上，以不超過所在斷面深泓點控制，結(jié)合疏浚區(qū)灘面平均高程，確定疏浚平均深度。 以逯村疏浚河段為例，根據(jù)水面線概化河床底部高程線，疏浚區(qū)所在范圍概化河底高程范圍為103.73 ～106.83 m，疏浚區(qū)深泓點高程范圍為101.72～104.82 m，概化河底高程高于深泓點高程，最終采用概化河底高程范圍103.73 ～106.83 m，折算得到疏浚區(qū)控制河底平均高程為105.28 m。根據(jù)地形資料，逯村疏浚區(qū)灘面平均高程為114.00 m，因此疏浚平均深度為8.72 m。

3.4 疏浚實施的有利條件

黃河在白鶴進入平原河道后，河道變寬，流速變小，歷史上淤積嚴重。 小浪底水庫運用后，受水庫攔沙和調(diào)水調(diào)沙影響，下游河道發(fā)生了持續(xù)沖刷，河道內(nèi)淤積的泥沙減小。

一方面，現(xiàn)有來沙條件下實施河道疏浚能夠起到好的作用。 小浪底水庫蓄水運用以來，由于小浪底水庫發(fā)揮攔沙作用和中游水土保持措施發(fā)揮作用，因此進入下游的沙量大幅減少，年均沙量約1.15 億t，僅為1950年以來長序列多年平均沙量11.72 億t 的9.8%。下游來沙量的驟減，為河道疏浚起到好的實施效果提供了有利條件，疏浚后不易回淤，疏浚效果能夠維持。

另一方面，已實施的泥沙利用工程為實施河道疏浚提供了施工經(jīng)驗。 黃河河南段已經(jīng)開展了大規(guī)模的放淤固堤，總長度達到了475 km，淤區(qū)面積4 418.67 hm2，采用船淤、泵淤，將主槽、灘地的泥沙抽至背河，挖放結(jié)合，減輕淤積，加固堤防［7］。 2003年，在黃河濮陽段開展了二級懸河治理試驗，疏浚河槽長5.2 km，疏浚總量達到 200 萬 m3［8］。 2005年，針對開封王庵畸形河灣實施切灘導(dǎo)流，成功調(diào)整了河勢，保障了防洪安全［9-10］。 大量的工程實踐經(jīng)驗為河道整治疏浚的實施提供了工程技術(shù)及施工借鑒。

4 疏浚實施作用分析

4.1 增加靠河長度，發(fā)揮工程控導(dǎo)河勢作用

現(xiàn)狀靠河情況比較差的控導(dǎo)工程難以發(fā)揮自身作用，通過實施疏浚，解決工程常年不靠河或靠河不穩(wěn)的問題，增加工程靠河比和長度（見表1），發(fā)揮工程的迎流、導(dǎo)流、送流能力，調(diào)整河勢。 如逯村（見圖2）、駕部、老田庵、保合寨、馬莊、三合村等工程河段。

表1 疏浚增加工程靠河情況

4.2 拓寬窄河段，緩解主流頂沖險情

通過疏浚拓寬工程前急劇縮窄的行洪斷面，使工程河段達到或接近上下游河道寬度，減小工程前流速，調(diào)整著溜部位，減輕工程沖刷，增強主槽過洪能力（見表2），緩解主槽斷面局部過窄、工程頻繁出險的不利局面。 如馬渡（見圖4）、黑崗口、柳園口、大宮、夾河灘工程河段。

圖4 典型疏浚位置（馬渡）

表2 疏浚拓寬主河槽

4.3 平順入流，緩解主流頂沖險情

對于入流角度較大、主流直沖工程的河段，通過疏浚減小主流在工程前的入流角度（見表3），改善入流條件，達到入流平順，減輕主流直接頂沖帶來的工程出險壓力，如棗樹溝（見圖5）、桃花峪工程河段。

表3 疏浚調(diào)整入流角度

圖5 典型疏浚位置（棗樹溝）

4.4 強干弱支，提高規(guī)劃主河槽過流能力

蔡集工程前出現(xiàn)大面積河心灘，主流分叉交替，河勢散亂，給工程帶來較大防洪壓力，通過疏浚，強干弱支，提高規(guī)劃流路內(nèi)主槽過流比，調(diào)整河勢，逐步將主流穩(wěn)定在規(guī)劃流路內(nèi)，減輕工程防洪壓力（見圖6）。

圖6 典型疏浚位置（蔡集）

5 結(jié) 語

（1）實施疏浚是河南黃河河道整治工程措施的有機補充；制定疏浚原則，結(jié)合河勢分析和工程出險資料，選擇疏浚河段。

（2）根據(jù)不同疏浚河段的河勢情況，分析確定疏浚區(qū)平面布置；根據(jù)4 000 m3／s 流量水面線概化疏浚河段比降，對比疏浚河段斷面深泓點，綜合確定疏浚控制高程。

（3）通過疏浚，達到增加工程靠河長度、拓寬窄河段、平順入流的目的，調(diào)整改善不利河勢，減少工程出險，保障防洪安全。