黄河游荡型河流主槽范围分析确定

田文文，张 磊

(1. 中南电力设计院，湖北 武汉 430071；2. 河南省众慧电力工程咨询有限责任公司，河南 郑州 450007)

特高压长距离架空输电线路经常需要跨越游荡型河流，出现多级杆塔于河中立塔的情形。在跨越断面设计中，合理确定主槽范围尤为重要，因其直接影响着塔位的冲刷深度。以哈密～郑州±800kV特高压直流输电线路黄河大跨越工程为例，其跨越断面宽约11km，主槽冲刷深度23m左右，滩地冲刷深度在9m以内，主槽与滩地的冲刷深度相差非常明显。可见，主槽范围确定的合理性直接关系着线路安全和工程造价。

1 工程概况

哈密～郑州±800kV特高压直流输变电工程(下称哈郑线)，输电电压等级±800kV，输电规模750万kW。线路起点为新疆哈密地区，途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、山西 、河南等6省(区、市)，落点为河南郑州，线路全长约2300km。

哈郑线黄河大跨越处位于郑州市中牟县境内，具体跨越位置为马渡～九堡河段，位于赵口闸下游1100m处，上距花园口水文站31.5km，下距夹河滩水文站69.4km，跨越断面两堤间距约11km，对应左岸大堤桩号121+045、右岸大堤桩号43+860。该河段属典型的黄河下游游荡型河段，其主流摆动多变，河床宽、浅、散乱，冲淤变幅大。

2 河道基本情况

2.1 河道概况

黄河进入郑州境后，河面逐渐变得宽阔，泥沙不断淤积，至邙山头以下形成“悬河”，高出南岸地面2m～7m。哈郑线选定的黄河大跨越断面位于黄河下游最典型的游荡型河段——花园口至九堡河段。该河段两岸均修有大堤，洪水完全依靠大堤束范，中间无支流汇入。两岸大堤堤距为5.5km～12.7km，河槽宽1.5km～7.2km，河滩宽0.3km～7.1km，共有滩地973.4km2，河床纵比降一般为1.75～2.1，河道微弯或较为顺直，其平面外型一般呈宽窄相间状态，平均曲折系数为1.1左右，平槽流量下的河相关系(B)0.5/H为20～40。

该河段因河面甚宽，致使流势分散，泥沙易于淤积，加之主流摆动频繁，新淤滩岸抗冲能力弱，主流冲刷滩岸坐弯后，易形成畸形河势，堤防安全时常受到威胁，是历史上决口频繁河段。

2.2 现有水利工程

该河段水利工程主要有黄河两岸堤防及河道整治工程，河道整治工程主要包括险工和控导护滩工程。

2.2.1 堤防工程

花园口～夹河滩临黄大堤长106km，设计防洪标准为22000m3/s，接近千年一遇洪水。堤防工程已进行了四次大规模的整修加高，目前临黄堤顶宽9m～12m，堤顶一般高出花园口站22000m3/s洪水相应水位2.5m～3m，部分堤段培修了前后戗或进行了淤临淤背加固。

2.2.3 河道整治工程

险工和控导工程是游荡型河段河道整治工程的重要组成部分。20世纪90年代以后，黄河河道整治工作重点转移到花园口至夹河滩河段，大跨越上、下游河段已陆续修建了众多河道工程，现河道北岸修有马庄、双井、武庄、毛庵4处控导护滩工程，南岸有马渡、三坝、杨桥、万滩、赵口，九堡等工程。以上述工程为基础，拟建大跨越上下游河道整治治导线为：双井工程→马渡工程→武庄工程→赵口工程→九堡工程。这些工程能控导主流、稳定河势、确保工程安全，同时还具有护滩、保堤等作用，是黄河下游河道整治工程的重要组成部分。

3 主槽范围确定方法

3.1 主流线摆幅法

根据跨越河段河道工程的修建和水库运用方式的变化，可将河势流路变化分为三个时期：三门峡水库修建前、三门峡水库运用后至小浪底水库运用前、小浪底水库拦沙运用后至今。

(1)三门峡水库修建前(1950年～1960年)

从主流线套绘和统计资料分析，1949年～1953年，跨越河段因缺乏河道工程控制，主流变动幅度大，河势极无规律(图1)。

(2)三门峡水库运用后至小浪底水库运用前(1961年～1999年)

1960年9月至1964年10月为三门峡水库蓄水拦沙运用期，该河段主槽冲刷下切，主流规顺，河势单一，南岸为主流。此时下游滩地大量坍塌，下游河道陆续修建了不少护滩控导工程。1965年～1974年，三门峡水库改变运用方式为“滞洪排沙”，下游河势发生剧烈变化，河道宽浅散乱，主流摆动频繁，跨越断面主流最大摆动幅度达2.9km(图2)。

图1 1949年～1953年跨越断面附近主流线套绘结果

图2 1954年～1974年跨越断面附近主流线套绘结果

1974年～1984年，三门峡水库开始“蓄清排浑”运用，下游冲淤特性改变，非汛期水库蓄水拦沙，下泄清水，河道冲刷；汛期水库排沙，下泄浑水，河道淤积。加之近20年来水较少，该时期跨越断面主流线最大摆动幅度约1.6km(图3)。

图3 1975年～1984年跨越断面附近主流线套绘结果

1985年～1999年，属枯水少沙系列，大洪水出现几率减少，高含沙中常洪水几率增大，河道严重淤积，河槽萎缩，跨越断面摆动范围最大900m(图4)。

(3)小浪底水库拦沙运用至今(2000年～2011年)

图4 1985年～1999年跨越断面附近主流线套绘结果

小浪底水库拦沙运用以来，除调水调沙和洪水期外均清水下泄，致使下游河道持续冲刷，河槽下切，滩槽高差加大，加之上游来水较小，河床稳定性增强。此外，1995年修建武庄工程，1999年修建毛庵工程，对河势起到了一定控制作用，跨越附近的主流线摆幅减弱，约为950m(图5)。

图5 2000年～2011年跨越断面附近主流线套绘结果

根据上述分析，跨越断面各时期主流最大摆幅见表1。可以看出，1974年前因缺乏河道控导工程及三门峡水库“滞洪排沙”运用，跨越断面主流线摆幅较大，最大达3200m。1974年后，河道工程陆续修建，特别是武庄、毛庵控导工程修建后，河势摆幅明显减小，最大主流摆幅为1600m。

表1 不同时期跨越断面主流线摆幅

3.2 测验断面确定法

距跨越处最近的大断面为赵口断面、六堡断面，赵口断面于2004年布设，六堡断面于2000年布设。

赵口断面2004年以来主河槽位置变化见图6a。可以看出，该断面深槽宽度自小浪底水库拦沙运用以来一直展宽，最大1763m。左岸深槽起点距随河势变化，右岸为赵口控导工程，无滩地。河槽左起点距一直比较固定为一生产堤。

六堡断面与赵口断面相似，见图6b，深槽宽度自小浪底水库拦沙运用以来略有展宽，最大2081m。左岸深槽起点距随河势变化，右岸为赵口控导工程，无滩地。河槽左起点距一直比较固定为一生产堤。

图6 赵口、六堡断面河槽左右岸起点距历年变化

3.3 控导工程连线法

跨越断面上下游分别有武庄、毛庵控导工程，均位于大跨越断面左岸原阳县境内。

武庄控导工程始建于1995年5月，目标任务是：在设计来水条件下，控导主流，稳定险工流势，降低大堤被冲决机率，保障防洪安全，同时起到护滩和有利于右岸涵闸引水的作用。毛庵控导工程始建于1999年5月，2000年续建，目标任务是：上迎赵口险工之来流，送流于九堡下延工程，与九堡下延工程共同承担理顺九堡以下河势的重担，担负黄河防洪、控导主流、稳定下游河势、护滩保村等综合作用，是黄河下游整治的重要节点工程。

跨越断面位于武庄、毛庵控导工程之间，两工程连线控制了主流的摆动范围，见图7。以此连线确定断面主河槽宽度，主河槽从右岸赵口险工起算，则宽度约为3.4km。

3.4 主槽范围的确定

通过上述主流线摆幅法、测验断面确定法和控导工程连线法对主河槽位置的综合分析，确定大跨越断面河段从右岸大堤起3.4km范围内为主河槽宽。

图7 控导工程连线确定的主河槽宽

4 结论

综上分析，游荡型河段主槽范围可通过以下三种方法确定：①根据不同年代相同比例的地形图，套绘跨越断面河段各年代主流线，分析主槽横向演变趋势；②根据跨越河段上下游实测大断面资料，特别是历次大洪水前后的大断面资料，分析主槽横向演变趋势；③考虑跨越河段上下游的控导工程、丁坝等对主流摆动的节制作用，以及规划制导线范围的影响等因素，分析确定主槽范围。

黄河游荡型河段大跨越工程中，主槽范围的合理确定是一个重要而又复杂的问题，应根据工程跨越断面河流特性、水利工程、控导措施、历史洪水等条件，采用多种方法从各方面综合论证，以保障线路安全，同时尽可能降低工程造价。