黄河下游游荡型河段的治理方略

　　摘要：基于黄河河势“流性习散，河性习弯”的变化特性，提出了适应未来水沙条件的黄河下游游荡型河段治理方略：在现有河弯工程与改建的“束流节制工程”强力约束下，靠溜险工及控导工程与以生产堤为基础改造成的护滩防洪堤共同构成第一道防线，发挥控制流路，束流输沙及避免中常洪灾的作用，在完成标准化建设的大堤上有目的地修建防滚河工程后成为第二道防线，结合在大堤至控导工程及村庄至大堤的道路标准提高后形成的格堤，既可在发挥分滞洪作用的同时，有计划地淤滩治滩。此外，“河南运河”也可作为黄河下游河道长期治理的战略措施。

　　关键词：黄河；河道整治；游荡型河段；治理方略

　　中图分类号：TV882.1 文献标识码：A 文章编号：0559-9350（2011）01-0008-06

　　Regulation strategies for wandering reaches of Lower Yellow River

　　ZHANG Hong-wu，ZHANG Jun-hua，ZHONG De-yu，BU Hai-lei1

　　Abstract：Base on the inherent properties that the flows tend to disperse while the streams are apt to be meandering，the regulation strategies for the wandering reaches of the Lower Yellow River is proposed to adapt with the future hydrology process. Strongly bound by the river curve protection works and the rebuilt flow restriction works，the regulation works for protecting the flow-rush point， controlling and guiding the flow， along with modified son-dike construct the first defense line; the regulation works built to suppress the rolling river based on the standard dike are considered as the second defense line. Considering the regulation works for controlling and guiding the flow， the dike and the separate dike，the river beach surrounding by them can be utilized for flood detention and beach regulation. More over，the “Henan canal”is also considered as a long-term regulation strategy for the wandering reaches of the Lower Yellow River.

　　Key words：Yellow River；river regulation；wandering river；strategies

　　黄河治理开发已取得了举世瞩目的成就，促进了整个流域经济的发展，保障了黄淮海平原的安全。但黄河毕竟是世界上最难治理的河流，目前上中游泥沙尚未得到有效控制，河势游荡多变，特别是近20多年来水来沙条件大为改变后，洪水漫滩几率减小，泥沙淤槽不淤滩，一些河段“二级悬河”发展迅速，使不少河段“槽高、滩低、堤根洼”的现象突出［1］。

　　应该承认，未来黄河下游可大量输沙入海的大洪水出现几率减小，“大水出好河”成了难以实现的期盼。黄河下游宽河段堤距最宽达24km，显然，无论河道堤防边界布局还是河床断面形态，都难同未来的来水来沙条件相适应。不仅整体行洪能力衰竭，而且洪水在宽河段运行时，平面上、剖面上都会出现始料不及的状况，使下游河道治理的方略也难以清晰，甚至自相矛盾。例如，一方面主张破除生产堤，希望增大洪水的漫滩几率，加强滩槽水沙交换；另一方面，又希望通过水库的调度，避免洪水上滩。实际中还常出现极为不利的险情。例如，2002年7月因河势下挫、工程失控，习城滩万寨渠堤冲决，并经串沟直接逼近大堤。

　　在黄河下游已修建大量弯道控导工程条件下，寻求全新的治理方案意义不大。为使河道治理工程布局在原有基础上加以改造，即能够“以静制动，以不变应万变”，本文在阐述河势变化特性之后，提出了同现方案不矛盾的下游宽河段治理方略。

　　1 “流性习散，河性习弯”的河势变化特性

　　由黄河铁谢至高村河段20世纪50、60年代主流线套绘图可看出，黄河下游宽河段主流摆幅可达6km甚至更大。随着两岸陆续修建河道工程后，河势得到了较大改善。不过在局部河段，河势仍难有效控制。例如，京广铁桥附近的邙山与人民胜利渠首一直起着约束作用，但20世纪80年代前京广铁桥至花园口的河势始终处于不稳定状态［2］。1990年以后，陆续修建了老田庵和保合寨控导工程，两工程总长度约6km，由于工程的关联性不太好，该河段虽主流摆幅有所减小，但河势至今并没有得到较好的控制。

　　黄河下游有些河段工程布局调整时常遇到为难之处。如神堤—驾部河段和黑石至大张庄河段（治导线规划时需要利用现有的三官庙和大张庄工程），在已修建两端工程且必须利用它们的条件下，往往布置两弯方案时河段嫌偏长，无论怎么布置，都难以达到“以坝护弯、以弯导流”的理想效果。至于四弯方案，河段长度又嫌偏短，工程布置后的流路不仅大大偏离微弯型整治的思路，而且又迫使送溜工程下延过多，从而导致下游工程前经常呈现“人造斜河”的不利局面。此外，黄河下游有一些河段在已有工程条件下，其长度很难布设相配套的河弯工程。例如，赵口至九堡，黑岗口至柳园口，由于同岸两工程较近，若按微弯型整治的思路，则无论怎么布置，都难以达到控导河势的效果，在复杂多变的水沙条件下更是如此。

　　由天然河道及模型试验看出，对水流运动和河势变化起控制作用的不可能只是一个点，而至少是一个抗冲段，且河势控制较好的部位往往是上游送溜工程发挥“人造斜河”作用后着大溜的部位，甚至说只有这种紧密卡扣型（简称为密扣型）工程的约束下，河势才会得到稳定的控制右岸。图1曾被许多教科书和专著引用，作为河道整治建筑物布置形式的示意图[3-4]，其实这就是右岸青庄工程与右岸高村险工密扣型的工程布置。显然，由于上下工程很近，两河弯工程之间的过渡段很短，河弯弯曲系数大，上游工程下首与下游工程上首左右对峙，且两工程之间方位布局呈斜“丁”型，因而并不是微弯型整治方案。

图1 密扣型工程布置

　　 近些年工程调整后也发现，尽管工程当初布局时对于上下游两工程的呼应关系不存在“人造斜河”之势，但随着上游工程的下续和下游工程的上延，最后总会自然形成这种“人造斜河”局面，偏离微弯型整治的初衷。

　　长期的河势资料表明，如果进口条件稳定，在2~4组河弯工程逐渐完善后的河段（如花园口—马渡河段），在长度为20~30km的河长内，河势可得到有效控制，但在其下游，流路总会出现偏离人们设想的治导线而呈散乱之势，从而遵循“流性习散”的自然规律［5］。尤其随着流量的增减，水流动力作用差异较大，控制较好河段的河势还会出现上提下挫，甚至使河道工程重点坝岸脱河。即使是被称为典型的限制性弯曲型河道的济南泺口河段，由于近些年水流动力作用的调整，河弯工程对河势控导作用减弱，也出现了主流在泺口附近走背河、工程完全脱溜的不利局面。因此，正是由于黄河下游宽河道“流性习散”的河势变化特性，若以完全控制流路为目的，单纯依照现在采用的弯道工程布局方案实际是难以达到的。

　　无论水流还是其他流体，都会遵循“流性习散”的自然规律，即使是处于高速运动的粒子流也会如此。人们为避免粒子流的发散，在粒子加速器粒子运动的两侧以磁场来约束粒子，且隔一定距离用更高强度的磁场“束流”。对于自然界冲积河流的水流运动，更应该采取“束流”措施，除通过两岸交错修建工程，采用弯曲型整治方案来控导水流外，还应隔一定距离用更强制的工程手段（如在两岸同时修建过流宽度较小的束流工程）来“束流”。

　　模型试验及天然资料表明，游荡性河流在没有“束流”作用的条件下从整体上河势散乱，但从具体流路上看，河槽又多呈弯曲形态（例如，近几年柳园口—古城河段主流线套绘表现很乱，但从某一条主流线看却是弯曲的），从而游荡性河流遵循“河性习弯”的自然规律。

　　逯村—大玉兰河段在整治工程修建之前，整个河道范围均出现过主流行河的局面，表现出“流性习散”的特性。而在20世纪70、80代修建河道工程且整治工程逐渐配套后，河势流路即得到了有效控制。除同三门峡水库下泄清水期该河段遭受严重冲刷后滩槽高差大、河床相对稳定有关外（小浪底水库发挥作用之前，该河段河床尚未完全恢复到三门峡水库修建之前的状况），还表明“以坝护弯、以弯导流”的河道整治能适应“河性习弯”的特性，也说明弯道型整治方案不应被否定［3］。

　　2 改善河道边界条件的两道防线治理模式

　　黄河下游“二级悬河”是在宽河段的边界条件下形成的，宽河段给“二级悬河”的形成提供了广阔的空间。笔者通过模型试验研究表明，“二级悬河”是超饱和挟沙水流在已成为悬河的宽河段上，沿固定流路长期造床的必然结果。而且河道整治工程及生产堤修建后，加快了二级悬河的形成速率，同时加重了“悬”的程度。这时小的河槽摆动虽然少了，但又可能不断孕育着大的摆动、大的灾害［5，6］。

　　对于黄河下游宽河道尤其是“二级悬河”的治理，不得不在改善河道边界条件上下功夫。2003年1月在黄委组织的“黄河下游二级悬河成因及治理措施学术研讨会”上提出了两道防线治理模式［7］，此后许多学者在此基础上提出了不少治理方案。

　　黄河下游河道治理的新堤防边界应该与未来洪水相适应，现有大堤堤距太宽，但又不可能废弃。因此，除积极推进准标化堤防建设之外，在大堤上还要有目的地修些防“滚河”工程，以便“万无一失”。两岸大堤除靠河险工段外，相当于历史上的遥堤，成为后方防线。通过统一规划，生产堤需要在原基础上加以取舍并加高培厚，按照一定的行洪、滞洪宽度，将易受主流顶冲及同河道工程不配套的生产堤进行改造和加固，使之成为可防10 000 m3/s流量的护滩防洪堤。在有些部位要预留分洪口，尽量让洪水有计划地上滩，滞洪的同时不断淤滩。靠溜险工、控导工程与新形成的护滩防洪堤共同构成了第一道防线，这实际上相当于历史上的缕堤，堤距3~4km左右，以给大洪水留有足够的空间。由于有靠溜险工及控导工程约束河势，因此这个第一道防线的安全性是历史上的缕堤难以相比的，可具有控制流路、束流输沙及避免中常洪灾的作用。

　　控导工程需要经常维修和防护，故在大堤与控导工程之间都修建有道路。若将该路防冲与高程标准相应提高，迎水面加以护坡，或在路两旁特别是上游种植些相适应的灌木，这种可用于防汛抢险的道路，即相当于历史上的格堤。滩上的村庄与大堤连接的地方也要修建在局部能起格堤作用的道路。有了格堤后就可以有计划淤滩治滩，遇到超标准洪水时又可分洪、滞洪。

　　黑岗口—夹河滩河段模型试验及可模拟游荡性河道演变且可反映整治工程作用的平面二维数学模型计算，已对“两道防线治理模式”进行了初步的检验［8］。

　　3 在现有河弯工程基础上增建束流节制工程

　　采用上述“两道防线治理模式”，河道整治措施必须加强。它既是第一道防线的保障，又是防洪和防治畸形河势的前沿阵地。只有通过整治工程才能减轻大堤的直接压力，防横河、斜河。实际上，河道整治措施也能防滚河。例如禅房工程修建后，北岸滚河的可能性就不大了。

　　为进一步控制黄河下游宽河道河势，尚需以弯道型整治方案为基础，每隔20~30km增建一套束流节制工程，发挥承上启下的作用。这些束流节制段在水流的必经之路上，能直接约束洪水，其间沙洲难以形成，主槽的摆动受到钳制。束流节制工程尤如设置在河道内的坝岸组合，上段接纳上游不同流路的水流，中段控导溜势，调整改变主流方向，下段稳定地控制出溜方向，送溜出弯。通过束流节制段的理顺作用，束流节制段下游一定河长内的河势仍能处于稳定状态。因此，束流节制工程应满足4个条件：（1）两岸都有抗冲体构成的控制物；（2）能适应上游不同来流条件，即迎流能力强；（3）在主流的必经之路上有束流作用；（4）对下游相当长的河段有较稳定的送流作用。

　　黄河下游自然状态下没有两岸对峙的山崖，不存在束流节制段，且由于水流顶冲段附近水深流急，天然形成的抗冲体很难稳定，故必须由人工设置或创造坚固且具有束流节制作用的边界条件，以适应“流性习散，河性习弯”的自然特性。

　　对黄河下游宽河段来讲，可利用已建河道工程，通过上续下延或改造，构造成“束流节制工程”。为便于排泄大洪水，两岸河道整治工程构成的过洪断面不能修得过近。为解决这个问题，在上游控导工程下首修建下延工程时，需建成适应大洪水漫顶过流的潜坝。这类潜坝若处于“束流节制工程”中的关键部位，可采用水力插板技术来实现，事先预制，枯水期现场组装，因能插入河底以下足够深度，故不需抢险且造价不高。试验表明，中小水时水流动力作用有限，局部产生的“人工斜河”对险工影响有限；而大洪水漫越潜坝后，表层含沙量较小的水流漫向河滩，底流沿坝身方向指向河心作螺旋运动，将泥沙带向河心，这时对下游坝岸产生的“人工斜河”险象有所减弱。

　　束流节制工程是上下游与左右岸相互呼应的、对水流具有较强控制作用的、按拟定的流路修建的一组河道整治工程。当水流经过该组工程后，均能遵循规划的流向，并能稳定运行一定距离。因此，具体构建束流节制工程至少需由两组整治工程组成。其中，第一组工程必须能适应复杂多变的来流，并能有效约束水流，控制出流方向，稳定甚至是强力送溜至第二组工程；第二组工程必须具有足够的弯道导流段和送溜段，该工程的主要作用是调整水流流向和流路。如果受自然条件或其他人为因素的影响，或者第一组工程较短，不能有效控制出流方向或送溜能力不足，就需要对两工程通过上续下延，以调节两组工程的控制效果，确保该组束流节制工程具有稳定的迎送溜关系。因此，游荡性河道的整治，应从完善束流节制工程为突破口，在不影响防洪安全的情况下，通过束流节制段工程压缩河道过流宽度，形成强有力的控导体系，将上游河道的河势流路变化对下游河势稳定带来的不良影响，尽量消化在束流节制工程控制范围内，切实达到稳定下游河势流路的目的。

　　根据初步的研究，黄河下游宽河道可建成束流节制工程的部位有：开仪与赵沟、孤柏嘴附近、枣树沟附近、京广铁桥附近、南裹头与马庄、花园口、武庄与赵口、张毛庵与九堡、大张庄与黑岗口、府君寺与曹岗、东坝头与禅房、青庄与高村等。利用束流节制工程对游荡型河段河势变化的控制作用或理顺作用，如何沿河增加束流节制工程应是今后下游游荡型河段研究的重要内容。

　　4 黄河下游游荡型河段长远治理需要“河南运河”

　　黄河下游地区水资源严重短缺属长期性、区域性、资源性缺水，而淮河最大支流沙颍河的上游水灾频繁发生（本世纪初仅位于黄淮冲积平原西部的沙河支流澧河，2000 年、2001 年、2003 年、2004年等年份都出现洪灾，其中2000年及2004年堤防漫溢、决口，造成严重损失），对中部经济社会影响很大，且沙颍河洪水汇入淮河干流后，明显加重了皖、苏两省的防洪负担。为此，解决问题综合效果最好的措施，是利用黄河以南所处的优越地理位置开挖运河（在南水北调中线方案线路以东），沟通黄淮流域。为使该运河有航运功能，在入黄口设置调节闸，并在南部逐渐同汉江流域沟通，直达丹江口水库（为保证运河中有足够的基流，远期还可以从嘉陵江略阳以上每年引水100 亿m3，先进汉江，再调入运河）。由于在中国古籍中黄河只被称为“河”（《汉书》里才开始有“黄河”之名），该运河在黄河以南，且基本上都在河南省区，故可称之为“河南运河”［9］。

　　河南运河把汉江、沙颍河上游可引之水尤其是洪水，在郑州附近（如鸿沟）汇入黄河（必要时通过改建恢复花园口水利枢纽，以调节所引之水）。运河与沿途河流和集水区域平交，便与当地的防洪体系相结合，形成“串联水库”。该运河至少可发挥如下几方面的作用：（1）通过优化调度，在暴雨期，将淮河、汉江流域无法承受的洪量调入黄河，把黄河下游河道作为沙颍河及汉江上游各大支流的洪水入海通道，淮河、汉江的防洪压力遂大为减轻，可产生防洪减灾效益，同时能解放大片滞洪区，其社会经济效益显著［10］；（2）调洪水入黄，可冲刷黄河下游河道，扩大主槽断面面积，提高过洪能力，减少下游河道淤积。调黄河以南含沙量很小的洪水入黄，使流量和含沙量相适应，才能取得最好的输沙减淤效果；（3）小浪底水库可借分洪调水之机集中排沙，利用大水排沙入海，有效恢复水库极为宝贵的库容。加大水库调节能力，极大地提高水库长期的综合利用效益。只有河南运河将其它流域的灾害水变成黄河下游河道的冲沙、灌溉及生态环境用水，黄河上中游水库伺机调水调沙运用时，才有更多的余地，有更好的效果；（4）由于黄河下游的生态环境需水量被临近流域的灾害水所替代，即可最大限度实现黄淮海平原及至黄河中上游的水资源优化配置。例如，伺机通过现有的下游引黄工程，包括引黄济津、引黄入冀、引黄济青工程，向河南、山东、河北、天津等相关地区供水，并可再通过河北水库供水范围的局部调整接济京津，降低现有南水北调中线、东线工程的调水成本。此外，还能缓解黄河中上游水资源短缺的不利局面，小浪底水库也可按照“高水高用”的原则，相机调水北上；（5）改善黄河下游特别是三角洲地区的生态环境。大量泥沙填海造陆，不断扩大河口三角洲国土面积，并有利于当地海上石油变为陆地开采，其意义深远。

　　丰沛的雨水造成了丹江口水库大量的弃水，最大弃水月份一般出现在7—10月份，占全年弃水量的96％，10月次之，弃水量多的年份几乎汛期各旬均有弃水。这就向河南运河充水创造了条件。同时南水北调中线工程向城市供水时，由于存在着受水区和水源区的丰枯遭遇，当受水区和水源区同丰时，可以将水放入河南运河。此外，南部唐白河地区多年降水量约为800mm，也可为河南运河提供一定水量。

　　近些年，湖北省水利水电勘测设计院资深专家易贤命在上述治水思想的基础上，提出了“建设鄂豫运河，引江入汉济黄，促进中部崛起”的方案。认为近期应利用国家已安排的南水北调中线一期汉江中下游四项治理工程投资、多方筹集汉江中下游航电开发资金和规划中线二期扩建工程投资，分步实施引江济汉提水至崔家营方案，为运河提供稳定可靠的水源。河南省应从调水入黄结合通航的要求，对方城至郑州入黄的线路进一步优选。就南水北调中线工程而言，应支持利用一期补偿工程投资进行二期引江水源建设，可少投资增大效。既减免“引汉济华北”和“引汉济渭”对汉江中下游的不利影响，又弥补引汉水源的不足，为黄河下游稳定增加水资源量，还可使西线调水不必流到黄河下游而降低难度。其初步设想的引江入汉济黄输水线路与引汉总干渠比较来看，前者对下游宽河道的治理显然比后者大。

　　上述表明，河南运河或鄂豫运河的实施可构筑我国华北尤其是中部地区经济社会可持续发展的水资源保障体系，也是黄河下游河道“减沙增水”［11-12］的战略措施之一。

　　5 结语

　　（1）在归纳出黄河下游河势具有“流性习散，河性习弯”自然特性的前提下，认为宽河道整治尚需以弯道型方案布局为基础，每隔20~30km增建“束流节制工程”。即在水流的必经之路上，两岸都通过利用或改造形成可控制调节主流的束流段，甚至呈密扣型布局，以便集迎流、调节控制和送导水流于一身。即使在上游河势有较大变化的条件下，不同的入流条件均经过“束流节制工程”的调整，其下游河势在一定长度内，仍能按期望的流路运行。

　　（2）提出了适应未来水沙条件的黄河下游游荡型河段治理方略：在现有河弯工程与改建的“束流节制工程”（含下首送溜潜坝）强力约束下，靠溜险工及控导工程与以生产堤为基础改造成的护滩防洪堤，共同构成第一道防线，发挥控制河势、束流输沙及减少中常洪灾损失的作用；在逐渐标准化的大堤上修建少量防滚河工程后成为第二道防线；在大堤至控导工程及村庄至大堤的道路标准提高后成为格堤，即可在发挥分滞洪作用的同时有计划淤滩治滩。

　　（3）适应黄河下游宽河道整治工程束流冲沙需要的根本措施是从外流域调水济黄。解决问题综合效果最好的措施是利用黄河以南所处的优越地理位置开挖运河，沟通黄淮流域，并在南部逐渐同汉江流域沟通，直达丹江口水库。尤其是在暴雨期，将淮河、汉江流域无法承受的洪量调入黄河，把黄河下游河道作为淮河及汉江上游各大支流洪水的入海通道。只有将其它流域的灾害水变成黄河下游河道的冲沙、灌溉及生态环境用水，黄河上中游水库在调水调沙运用时，才有更多的余地，对维持中水河槽才有更好的效果。因而，“河南运河”可作为黄河下游“减沙增水”的战略措施之一。

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　　作者简介：张红武（1958-），男，河南淮阳人，教授，博士，主要从事黄河治理研究。