黃河下游灘區(qū)治理的最佳方案（齊璞

1、黃河下游灘區(qū)治理的最佳方案（齊璞） 提要：經過多年的研究，黃河大洪水發(fā)生的機會大幅度減少，下游河道具有極強的泄洪輸沙能力，刷槽和淤灘沒有必然的聯(lián)系。為了保持洪水的造床和輸沙入海的能力，不需要寬河消峰；小浪底水庫投入運用以后，下游河道均發(fā)生了沖刷，但是夾河灘以上河道依然寬淺散亂，急需雙岸整治，形成穩(wěn)定的窄深河槽；通過小浪底水庫泥沙多年調節(jié)優(yōu)化后水沙組合，將泥沙調節(jié)到洪水期輸送，可以控制主槽不抬高。主槽過流能力增大了，漫灘機會減少了，灘區(qū)問題才能得到合理的解決。黃河下游灘區(qū)治理不是一個孤立的問題，解決下游灘區(qū)問題必須從黃河的治理總體出發(fā)。近年來對黃河窄深河槽泄洪輸沙規(guī)律新認識，為黃河下游河道的治理

2、指明方向。1.黃河來水來沙條件變化與治理的新任務華北地區(qū)的河流相繼都變成干河，只偶爾才有洪水下泄，黃河流域也屬干旱地區(qū)，水庫大量興建與水土保持、灌溉的發(fā)展，已使黃河實測洪水大幅度減小。干流上已有的大型水利樞紐達十幾座，僅龍羊峽、劉家峽、XX、小浪底四庫防洪庫容就達156.2億m3，在主要支流上也興建許多大型水庫，如伊河陸渾、洛河故縣水庫，防洪庫容分別為6.77億m3和 6.98億m3。千年一遇洪水花園口站洪峰流量由42300m3/s降為22500m3/s；百年一遇洪水的洪峰流量由29200 m3/s降為15700m3/s；若發(fā)生1958年的22300m3/s洪水花園口站洪峰流量將降為9620m

3、3/s；自1982年發(fā)生15300m3/s大洪水以來，近30年來花園口站洪峰流量沒有大于8100m3/s，洪水已經得到有效控制，大洪水發(fā)生的機會大幅度減少。由于龍羊峽、劉家峽水庫的聯(lián)合運用及工農業(yè)用水的增長，汛期進入下游的水量大幅度減少，洪峰流量的減小，洪水造床作用減弱，水少沙多的矛盾更加突出。黃河干支流上已有的大型水利樞紐，為了興利要多年調節(jié)，使豐水年的水量大幅度減小，一般洪水的洪峰、洪量也變少。水庫的防洪運用，消峰淤沙作用已代替天然洪水漫灘后滯洪，滯沙作用，洪水漫灘機會也會大量減少。黃河今后水沙發(fā)生的變化，使得應用上世紀50，60年代的洪水資料分析得出認識，對今后黃河下游河道的演變研究及治

4、理意義不大。但應充分考慮以下條件：目前黃河下游河道不是一條自然的寬河,居住181萬人,359萬畝耕地,生產堤的存在與不能破除已使黃河下游河道已變成了“窄河”。造成下游灘區(qū)主要問題的根本原因是河槽不斷的淤積，河床逐年的抬高，平灘流量不斷的減小，與游蕩型河道寬淺散亂，才產生諸多防洪問題。保持洪水的造床和輸沙入海的能力，充分利用下游河道在洪水期的輸沙潛力多輸沙入海。主槽過流能力增大了，洪水漫灘機會減少了，將來的黃河下游河道一般不需要寬河削峰。因為黃河山東河道設計的泄洪能力為10000m3/s，總上所述，大洪水發(fā)生的機會大幅度減少是不可逆轉的，但黃河進入下游的水沙條件應通過小浪底水庫泥沙多年調節(jié)優(yōu)化，

5、相機利用洪水排沙，為利用窄深河槽極強的泄洪能力創(chuàng)造了條件。2.黃河下游河道具有極強的泄洪輸沙能力由于黃河下游河道比降陡，有萬分之一到萬分之二，流速可以達到三到四每秒米，且在漲水期河床不斷沖刷，水深迅速增大，最大洪峰時河床最低，過流能力最大；與淮河泄洪河道比降三萬分之一的情況不同。王化云主任在世的時就多次說過，黃河的洪水峰高量小，河道比降大，排洪能力強。所以利用河道排洪輸沙入海的潛力是非常大的。黃河下游河道具有極強的泄洪能力1河道比降萬分之二的花園口站：在1977年經過7月和8月兩場高含沙洪水塑造，8月8日實測主槽寬467m、483m，相應水深為5.4m，5.3m，平均流速3.85 m/s、3.

6、73m/s，流量達8980m3/s和9540m3/s。河道比降萬分之一的艾山站：在1958年7月21日、22日，在河寬476m、468m，平均水深8.9m和10.6m的條件下，分別下泄12300m3/s和12500m3/s洪水；濼口水文站在1958年7月22日、23日，主槽寬295m，平均水深10.6m和13.1m的條件下，通過的洪峰流量分別為10100m3/s和11100m3/s。由此表明，主槽的過流能力很大，只要能保持較大的水深，泄洪要求的河寬并不是很大。窄深河槽具有極大的輸沙潛力2對高含沙水流而言，因黃河泥沙組成細，含沙量增高后流體的黏性增大，適宜輸送的含沙量不是低含沙量，而是含沙量大于

7、200kg/m3以上，800kg/m3以下的高含沙水流。而窄深河床對水流的阻力并沒有增加所致，仍可利用曼寧公式進行水力計算。以往造成高含沙洪水在黃河下游河道嚴重淤積，在輸送中產生異常現象的主要原因是高村以上游蕩性河道的河槽極為寬淺所致。黃河下游等河道，沒有因比降的沿程變緩而使水流的流速降低，而是比降變緩，河寬減小，水深增加，從而使流速沿程增大,維持輸沙平衡, 因此洪水在幾百千米、甚至上千千米長，比降變化相差甚至十倍(萬分之六至萬分之零點六)的沖積河道均可產生強烈沖刷。3.刷槽和淤灘沒有必然的聯(lián)系“淤灘刷槽”在黃河技術干部中是廣為流傳的，很少有人懷疑。然而如果仔細推敲還真有問題。一場大洪水過后，

8、灘地大量淤積，主槽強烈沖刷，從表面看似乎它們之間有關聯(lián)，但通過對河槽沖刷過程的分析，則會發(fā)現河槽沖刷發(fā)生在漲水期，而在落水期，不管高、低含沙洪水主槽都是淤積，甚至在比降變幅相差十倍的情況下也是如此。洪水“漲沖落淤”的輸沙特性。早在1922年美國水利工程師費禮門3，根據京杭運河與黃河匯口石洼、位山、姜溝三處洪水期，洪峰流量800010000m3/s，最大含沙量9%10%(重量比)，實測河道斷面在漲水期能自行刷深，落水期河床不斷淤高的情況。錢寧在黃河下游河床演變一書中根據大量的實測資料4，也發(fā)現洪水具有“漲沖落淤”的輸沙特性，秦廠水文站1954年洪水期河床沖淤與洪水過程中“漲沖落淤”的對應關系；

9、1959年花園口水文站在汛期6場洪水，其中包括平均含沙量169kg/m3的高含沙洪水，漲水時主槽河床均沖刷，落水主槽河床均淤積的情況。主河槽的沖刷主要發(fā)生在漲水期，在落水期不管含沙量大小，均處于淤積狀態(tài)。由于漲水期的沖刷深度往往大于落水期的淤積厚度，因此洪水期河床呈現沖刷狀態(tài)。1958年大水時，花園口、濼口兩站斷面實測資料表明，大水過程中河槽漲沖落淤。漲水期平均河底高程和最低河底高程均在降低，洪峰的時候河底高程達到最低。泄洪能力的增加主要是靠河床沖刷、水深增大實現的。洪水漫灘以后，由于灘地糙率增大，水流緩慢，因此泥沙在灘地發(fā)生沉積，漫灘清水只有在落水時才能夠在下游險工的上首回歸主槽，退水過程比

10、較緩慢，流量相對較小，改變不了落水時河槽的淤積狀態(tài)。誤認為漫灘清水在落水期回歸主槽造成刷槽的假說是不能成立的。從動床模型試驗也證明了，洪水漫灘后，由于產生了自然堤，就阻斷了灘槽水流的交換；水槽復式斷面試驗的結果發(fā)現，水流漫灘了以后，灘槽水流的能量交換，使主槽的流速反而降低；如果洪水不漫灘，主槽會發(fā)生更強烈的沖刷?！岸墤液印碑a生的原因主要是小水挾沙過多，河道又不能擺動造成的?！岸墤液印迸c“一級懸河”產生的原因是相同的。破除生產堤，既不利于灘區(qū)群眾的生產、生活，也不利于黃河輸沙入海，更沒有必要利用灘區(qū)政策補償來推動破除生產堤。治河部門主要的任務是把河道治理好，把河槽的過洪能力增大，讓它少漫灘，

11、少擾民。1974年國務院27號文件認為，生產堤阻了水，影響了灘槽水流交換，加重了河槽的淤積?，F在看30年前這個文件，當時的論證是粗糙的，沒有詳細分析河槽的沖刷究竟是在什么時期。若沒有這個文件的影響，XX年汛期蔡集出險不會造成這么嚴重淹沒損失。為了有利于推動下游游蕩型河道治理，建議廢止關于破除生產堤的決定。按照以人為本的國策，該文件已經不符合時代發(fā)展的要求，當今的政府和灘區(qū)的181萬的群眾都希望有一個安定的生產、生活環(huán)境。我們要千方百計創(chuàng)造這個條件，這是治黃者的主要責任。4.XX水庫近年平水發(fā)電，利用洪水排沙的經驗，為小浪底水庫泥沙多年調節(jié)，相機利用洪水排沙,優(yōu)化來水來沙條件提供了科學根據,在“

12、攔、排、調、放、挖”，以調為核心的治河方略，優(yōu)化水沙搭配。可以要增加洪水的造床和輸沙作用，只有把泥沙調到洪水期輸送才能充分利用下游窄深河道“多來多排”的輸沙規(guī)律多輸沙入海；只有把泥沙調節(jié)成含沙量較高時輸送才能節(jié)省輸沙用水。小浪底水庫進行泥沙多年調節(jié)運用，會有更多的泥沙調節(jié)到洪水期輸送，遠大于XX水庫的調節(jié)作用，為進一步整治游蕩性河道創(chuàng)造了條件。在黃河“八五”攻關中，首次對小浪底水庫泥沙多年調節(jié)6，利用洪水排沙，制定了水庫運用原則，并對方案進行了詳細的計算。因此，小浪底水庫的運用方式由初期的削減高含沙洪水發(fā)展到利用洪水排沙。以后，在水規(guī)總院的支持下，對小浪底水庫的泥沙多年調節(jié)方式，又做了四年的工

13、作7。在洪水期水庫主動泄空，庫水位迅速大幅降低，隨著主槽強烈沖刷，河床高程降低，灘槽高差的增大，土體荷重增加。隨之土體內發(fā)生超孔隙水壓力，引發(fā)土體向主槽坍塌，為利用洪水排沙，高含沙水流形成創(chuàng)造了有利條件7。小浪底水利樞紐的設計防洪庫容40.5億m3，相應的防洪限制水位為254m。水庫調水調沙可控制在庫水位為200254m進行。小浪底水利樞紐運用從1997年10月截流，其中1999年10月至XX年10月，小浪底庫區(qū)淤積量為24億m3，表明水庫仍處于攔沙運用初期。衡量水庫調水調沙運用方式的優(yōu)劣主要標準有二條，其一是有多少泥沙能夠調到洪水期輸送，其二是有多少水量通過水庫的調節(jié)得到利用。由小浪底水庫分

14、析計算結果可知，水庫的淤積量大于30億m3后，才能利用洪水沖刷排沙。相同的來水來沙條件，庫區(qū)淤積量小，水庫沖刷機會多，但沖刷效率低；當首次起沖量大時，庫區(qū)淤積量多，沖刷效率高，但沖刷機會少，兩者綜合作用的結果，看不出優(yōu)劣。同樣的來水條件和庫區(qū)泄空水位，水庫淤積量大時，沖刷效率高，出庫的含沙量大。通過對小浪底水庫泥沙多年調節(jié)系列年的計算,可以使更多的泥沙調節(jié)到洪水期輸送。進入下游的水沙為供興利的清水流和挾帶泥沙的洪水，由水庫主動空庫泄洪排沙，淤土滑塌所形成的調沙庫容可以長期重復使用，為保證黃河下游河槽長期不淤創(chuàng)造了有利的來水來沙條件。5.游蕩河段的整治任務是穩(wěn)定主槽黃河下游游蕩型河道，由于它寬淺

15、散亂，從防洪、高含沙量洪水輸沙來說都需要，形成一個穩(wěn)定、窄深河槽。只有穩(wěn)定主槽形成窄深河槽才能保證防洪的安全；只有形成窄深河槽才能提高河道的輸沙能力，充分利用下游河道在洪水期的輸沙潛力多輸沙入海，把游蕩性河道改造成窄深、歸順、穩(wěn)定的高效排洪輸沙通道，既保護了灘區(qū)，也提高了河道的輸沙能力，一舉兩得。治河就應該把形成中水河槽作為首要任務，在以往的治黃當中忽略了這點。李國英主任當任后，就提出了塑造中水河槽的問題，提出了“穩(wěn)定主槽、調水調沙”的治河方略，抓到了游蕩型河道寬淺散亂，產生諸多防洪問題和輸沙能力低的根本。有于具有比降陡、河槽不穩(wěn)定的特性，不同水沙條件下河槽形態(tài)的變化是相互制約，相互破壞的，如

16、汛期變窄深，非汛期變寬淺、高含沙洪水塑造的窄深河槽，在其它水沙作用下遭到破壞，游蕩性河道河槽總是寬淺形態(tài)。游蕩性河流就像在比降陡的地形條件下沒有興建跌水的不穩(wěn)定渠道。為此游蕩性河道需進行雙岸整治，是穩(wěn)定主槽的技術措施，治理目標是形成窄槽寬灘，窄槽用于排洪輸沙，寬灘用于大洪水時滯洪削峰。如果要使排沙流量3000 m3/s時河槽不淤，下游游蕩河道整治河寬是600m。將來小浪底水庫的調水調沙利用洪水輸送泥沙時，不會對山東河道產生負面影響。在水利部科技司和李主任的支持下，對雙岸整治做了深入的研究，也做了模型試驗，進行雙岸整治以后，一旦形成窄深河道，平灘流量會迅速的增加，由初期的3000 m3/s增加到

17、6000m3/s，前景很誘人。所以雙岸整治對于解決黃河下游的洪水泥沙問題和灘區(qū)問題意義非常重大，希望能夠進行試點。6.實現黃河下游河床不抬高的可能性黃河下游河床不淤高是不是有可能？關于黃河河床不抬高，是汪部長在XX年我們在搞黃河治理新思路的時候提出的。根據小浪底水庫投入運用以后，水沙條件可以控制的情況下，黃河下游河床是有可能不抬高的。改變進入下游的水沙搭配是治理下游的前提，其作用往往不引人重視，如XX水庫的“蓄清排渾”運用避免了非汛期小水挾沙后淤槽，有利于中水河槽的形成。XX水庫從1973年開始蓄清排渾運用，利用潼關以下槽庫容進行調沙，雖然仍有不盡人意的小水排沙的情況發(fā)生，但對黃河下游河道仍有

18、明顯的減淤作用，使得花園口以上河道基本不淤。圖2給出黃河下游4個河段1950年至XX年斷面法累計沖淤量的變化過程表明，在1950-1960年的天然情況下，花園口以上100km長的河道的淤積量與花園口至高村200km長的河道；高村至艾山197km長河道淤積量相當。但1960年以后至XX年小浪底水庫投入運用前40年間花園口以上河道基本不淤，由此可看出XX水庫改建后蓄清排渾運用的減淤作用。應當指出蓄清排渾的運用方式，是針對XX水庫特定條件下形成的，有其局限性。小浪底水庫投入運用以后，由于黃委會運用的比較好，使得河南河道、山東河道都發(fā)生了沖刷。河南河道大概沖深1.5m，山東河道沖深1米，河道的總沖刷量

19、達10億m3。通過小浪底水庫泥沙多年調節(jié)，把泥沙調節(jié)到洪水時輸送，是可以控制主槽不抬高，甚至下切。因為每當發(fā)生高含沙量洪水時，主河槽都是沖的。小浪底水庫初期運用下泄清水，淤滿調沙庫容以后，進行泥沙多年調節(jié)，相機利用洪水排沙，這兩個組合起來，有可能使下游河床不抬高。主槽過流能力增大了，洪水漫灘機會減少了，才能使黃河灘區(qū)人們與自然和諧相處,灘區(qū)180萬群眾得到解放，359萬畝耕地得到充分利用, 是以人為本、科學發(fā)展觀對現今黃河下游河道治理的客觀要求。當主槽過流能力達到10000m3/s時，采取工程措施進行縱向控制，使沖刷逐漸向下游發(fā)展，最終以可以使高村甚至艾山以上河段基本不淤，黃河下游二級懸河及灘區(qū)治理的主要問題可得到解決。這是黃河下游灘區(qū)治理最佳方案，由窄河發(fā)展到窄槽寬灘，即窄槽用于排洪輸沙