黃河下游河道整治現狀與面臨的新問題

(1. 山東乾元工程集團有限公司，山東 東營 257091；2. 黃河上中游管理局，陜西 西安 710021；3. 中國水利水電科學研究院，北京 100048)

黃河下游河道整治現狀與面臨的新問題

張旭東1朱莉莉2張治昊3

(1. 山東乾元工程集團有限公司，山東 東營 257091；2. 黃河上中游管理局，陜西 西安 710021；3. 中國水利水電科學研究院，北京 100048)

本文采用實測資料分析的方法，研究了黃河下游河道整治工程建設的現狀與存在的問題。研究結果表明：小浪底水庫運用初期，長期下泄清水，黃河下游河勢發生較大變化，個別河段現有河道整治工程的適應性明顯不足。為確保黃河下游防洪安全，保障小浪底水庫調水調沙，必須修建新布點工程，對一些關鍵性控制工程進行適當改造，有效控制河勢，防止發生“橫、斜河”和“滾河”。

黃河下游；水沙條件；河道整治；工程建設

1 黃河下游水沙概況

黃河流域降雨偏少，又流經多泥沙的黃土高原地區，使得進入黃河下游的水沙，具有水少沙多、年內時空分布不均、年際變化大、受人類活動影響顯著等特點。1986年后，由于龍羊峽、劉家峽水庫的調節作用及降雨量的減少、人類生產生活用水的增加，進入黃河下游的水沙過程變化劇烈，主要特征是年徑流量減少，連續多年表現為枯水少沙；由于水庫的運用，水沙年內分配發生變化，汛期水量大幅度減少、非汛期水量有所增加；中常洪水洪峰流量減小；每年的泥沙幾乎都集中于汛期進入下游；汛期9月下旬至10月的水沙過程與非汛期的水沙過程基本類似[1]。

1986—1989年，進入下游的年均水量278億m3，為多年均值的60%；年均沙量7.64億t，為多年均值的49%，其中，汛期沙量7.23億t。1990—1999年，進入下游的水沙量又進一步減少，汛期水量減少的幅度明顯大于沙量減少的幅度，致使汛期平均含沙量明顯增大。小浪底水庫運用后，這種趨勢進一步發展。2000—2014年，進入下游的年均水量下降為203億m3，是多年均值的44%，其中汛期平均水量81億m3，僅為多年均值的29%；年均沙量0.75億t，僅為多年均值的4.8%，其中，汛期沙量0.74億t，為多年平均值的5.5%。

2 黃河下游河道整治現狀

2.1 河道整治方案

為了便于分析研究，習慣將黃河下游采用的整治方案稱為“微彎型整治方案”，該方案是在河道整治的實踐過程中逐漸確立下來的。“微彎型”的概念源于“彎曲型”或“蜿蜒型”，但與兩者相比又有所區別。從《河床演變學》《河流動力學》來看，目前，劃分河型尚沒有統一的標準，即便同為彎曲性河道，其彎曲系數差別也較大，如渭河下游華縣段的彎曲系數為1.78，與之相比，長江荊江河段更為蜿蜒，其彎曲系數高達2.83，就平原沖積性河流的自然演變看，彎曲型河段的彎曲性一般大于1.65。但黃河下游陶城鋪以下河段的彎曲系數僅為1.21，其原因是該河段兩岸工程布局密集，河道受工程約束較為嚴重，河彎難以正常發展，即便如此，該河道仍然屬于彎曲性河道，也有人將這種河道稱為人工限制性彎曲河道，由于限制了河彎的充分發展，彎曲幅度有所降低，河道形狀表現為“微彎型”，因此，黃河下游將這種整治方案稱為“微彎型整治方案”。

2.2 河道整治工程建設

由于黃河下游來水來沙過程的特殊性，導致黃河下游河勢游蕩多變，黃河下游河勢的劇烈變化增加了黃河下游河道的治理難度，所以，黃河下游河道整治工程建設歷來被治黃工作者高度重視。新中國成立前，黃河下游白鶴至高村游蕩性河段已有險工15處，護灘工程3處。新中國成立后至1958年，為了適應黃河下游河勢演變的新情況，新修了5處險工和部分護灘工程。1958—1959年，黃河水利委員會首先制定了下游河道整治規劃，然后修建了近百道河道整治工程[2]。

1960—1973年，受三門峽水庫運用的影響，黃河下游的水沙過程發生巨大變化，洪峰流量大幅度減小，中小水流量持續時間增長。水沙條件的變化導致河勢演變的相應變化，主流控制不佳，灘地坍塌嚴重，工程出險較多，黃河下游防洪安全受到極大威脅。該時期，下游河道整治的重點河段是高村至陶城鋪河段，同時，高村以上河段也修建了不少河道整治工程，累計修建河道整治工程444道。1974年，河道整治工程修建速度最快，全年累計修建壩垛176道。此后，由于國家投資減少，河道整治工程建設速度減緩，1974—1989年，黃河下游共修建河道整治工程665道。1990年后，國家有關部門非常關注河道整治工程建設，尤其是1998年長江大洪水發生后，國家投資大幅度增加，河道整治工程建設速度明顯加快，1990—2001年，黃河下游共修建河道整治工程833道，其中，1998—2001年，黃河下游共修建河道整治工程455道。

據統計，截至2016年，黃河下游游蕩性河段(白鶴至高村河段)，共有河道整治工程110處，壩垛2830道，工程總長度約305km，裹護總長度約261km。這些河道整治工程的修建有效控制了黃河下游河道的河勢演變，對于保障黃河下游防洪安全功不可沒。

2.3 壩垛工程建設

新中國成立初期，依照“寬河固堤”的方針，在黃河下游堤防靠溜段修建壩垛險工，并將原埽工壩岸改為石工壩垛。對根基較深、穩定性較好的壩垛逐步由散拋石改為丁扣或漿砌石。黃河下游現存最多的河道整治工程壩垛結構型式為傳統柳石結構，由于這種結構具有施工簡單、工藝要求不高、新修壩垛初始投資少、出險后易修復等特點，故現仍被大量采用。但傳統結構存在的主要問題是搶險頻繁，防守被動，搶護維修費用高。針對這一問題，自20世紀70年代開始，在黃河下游開展了一系列創新試驗，包括鋼筋混凝土榪杈結構、旋噴水泥土樁結構、磚碴混凝土直墻結構等新結構試驗；鋼筋混凝土透水樁壩、土工織物系列沉排壩等新技術壩試驗。這些創新試驗，對于發展河道整治工程技術的作用巨大[3]。

3 河道整治面臨的新問題

3.1 部分河道整治工程難以適應新的水沙條件

黃河下游進行河道整治的目的是確保黃河防洪安全，因為整治的重點范圍是中水河槽，所以按照中水河勢流路設計河道整治工程的平面型式。1986年后，進入黃河下游的水量偏枯，導致一些河段河勢變化明顯。小浪底水庫運用后，一些河段的河道整治工程明顯不適應新的水沙條件。

近年來，在小水的持續作用下，黃河下游河道一些河段工程靠溜情況發生重大變化，有些工程靠溜位置明顯上提，造成工程上首嚴重垮塌，有些工程靠溜位置脫離原工程防護范圍，極易造成被洪水抄后路的險情。在小水的持續作用下，一些畸型河彎形成，導致原來的許多險工控導工程出現脫河或半脫河的現象，例如，武莊、老田庵出現工程半脫河的現象，而貫臺、大宮、柳園口出現工程嚴重脫河的現象。分析造成上述現象的原因，一是河道整治工程不配套，二是原河道整治工程設計依據的整治流量較大，造成工程彎曲半徑大，設計距離長，所以根據近期的水沙條件，對河道整治設計參數進行調整迫在眉睫。

3.2 部分河道整治工程難以有效控制河勢

黃河下游高村以上河段的河道整治工程布局較為密集，但與河道整治規劃相比，工程數量還遠遠不夠。據統計，高村以上河段的河道整治工程數量為79個，工程規模約252 km，占所在河段總長度的比例為84%；但這些工程中，靠河概率大于50%的工程數量為47處，表明高村以上河段平均每處河道整治工程靠溜的長度僅為30%。正是因為部分河段河道整治工程尚不完善，工程控制河勢的能力大打折扣，造成局部河段河勢寬淺散亂，特別是由于黃河下游河道泥沙沉積過程的隨機性，地質構造透鏡體等多元結構的存在，使得“橫、斜河”等險情發生的概率大增，難以有效發揮河道整治工程效益。小浪底水庫運用初期，受水庫蓄水攔沙的影響，進入下游的幾乎為清水，部分河段的游蕩擺動有所加劇，河勢散亂，有些河道整治工程出現脫河現象，局部灘地也出現坍塌現象， 重大、較大險情出現頻率將會增加，搶護難度加大。

3.3 部分河道整治工程穩定性較差

根石是壩垛的基礎，是經水流沖淘壩基、及時補充石料形成的。根石深度和坡度與靠流概率及出險搶護的情況有關，如搶修次數較多，且拋投料物充足，根石相對較為穩定；否則，根石深度及坡度不足，將會影響壩體的穩定。在小浪底水庫運用前，一般認為丁壩壩頭的根石深度在15～18m，垛的根石深度在12～15m，護岸的根石深度在10～12m；根石坡度在1∶1.3以上時工程強度相對穩定。據統計[4]，目前京廣鐵路橋以上河段根石深度超過10m以上的壩垛占61%，超過15m以上的僅占3.9%。小浪底清水沖刷作用已經顯露，沖刷深度已有所增加，京廣鐵橋以下游蕩性河段根石深度一般在10m左右，表明現狀工程抗沖強度弱，穩定性較差，汛期遇有較豐來水，出現重大險情的可能性很大。

4 結論與建議

黃河流域社會經濟的迅速發展顯著改變了流域環境，特別是小浪底水庫攔沙運用，改變了出庫的水沙過程，對黃河下游河勢演變造成重大影響。黃河下游進行河道整治的目的是確保黃河防洪安全，因為整治的重點范圍是中水河槽，規劃治導線采用的主要參數是整治流量5000m3/s，整治河寬逯村以下至東壩頭1200m，東壩頭至高村1000m。現階段按照中水河勢流路設計河道整治工程的平面型式，對洪水流路及枯水流路也有一定的適應性。但是，小浪底水庫運用以來，長期下泄清水，與水庫運用前的河床邊界條件不相適應，一些河段河勢發生了較大變化，個別河段現有河道整治工程的適應性明顯不足。為了保障小浪底水庫的調水調沙效果，并使已修建的河道整治工程充分發揮控導河勢的作用，必須積極修建新布點工程，適當改造一些關鍵性控制工程，防止發生“橫、斜河”和“滾河”，確保黃河下游防洪安全。

[1] 江恩惠. 黃河下游游蕩性河段整治方案研究[R]. 鄭州： 黃河水利科學研究院，2005.

[2] 潘賢娣，李勇，張曉華，等. 三門峽水庫修建后黃河下游河床演變[M]. 鄭州：黃河水利出版社，2006.

[3] 胡春宏，陳建國，郭慶超，等. 黃河水沙調控與下游河道中水河槽塑造[M]. 北京：科學出版社，2007.

[4] 李文學，李勇，姚文藝，等. 黃河下游河道行洪能力對河道萎縮的響應關系[J]. 中國科學E輯，2004，34(S)：126-132.

CurrentsituationandnewproblemsofriverchannelimprovementinthelowerreachesofYellowRiver

ZHANG Xudong1, ZHU Lili2, ZHANG Zhihao3

(1.ShandongQianyuanEngineeringGroupCo.,Ltd.,Dongying257091,China; 2.YellowRiverUpperMiddleReachesAdministration,Xi’an710021,China; 3.ChinaWaterConservancyandHydropowerResearchInstitute,Beijing100048,China)

In the paper, measured data analysis method is adopted to study the present situation and existing problems during the construction of river channel improvement in the lower reaches of Yellow River. The research results show that clear water is discharged for long term at the initial stage of applying Xiaolangdi Reservoir. The river regime is greatly changed at the lower reaches of the Yellow River. The existing river governance projects have prominently insufficient adaptability in some river sections. New distribution projects must be constructed in order to ensure the flood control safety at the lower reaches of the Yellow River and guarantee the water and sand scheduling application in Xiaolangdi Reservoir. Some critical control projects are suitably modified, thereby effectively controlling the river regime, and preventing ‘transverse river, inclined river’ and ‘rolling river’.

lower reaches of Yellow River; water sand conditions; channel improvement; engineering construction

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.011.019

TV85

A

1005-4774(2017)011-0077-03