黄河下游滩区行洪和沉沙功能演变分析

田勇 李勇 孙一 伊晓燕

摘要：黄河下游滩区的行洪和沉沙作用未来究竟有多大，是滩区治理战略方向确定的关键依据。利用实测资料，系统分析了黄河下游实测洪水泥沙变化、滩区不同时期行洪和泥沙淤积变化。结果表明：受洪水量级大幅减小、河道整治工程相对完善以及滩区生产堤建设等综合因素影响，1986年以来滩区行洪和沉沙功能与历史时期相比已显著减弱。采用数学模型对比分析了下游河道“现状格局”和“彻底废除生产堤”两个方案滩区的沉沙作用，结果表明：在潼关年均来沙3亿t条件下，未来50 a内滩区基本不发挥沉沙作用;来沙6亿t条件下，未来50 a内滩区发挥一定的沉沙作用;从滩区泥沙淤积比例这个关键指标看，“废除生产堤”方案仅比“现状格局”方案高2%。提出了重新对滩区行洪和沉沙功能进行战略定位的建议。

关键词：行洪;沉沙;功能定位;滩区治理;黄河下游

中图分类号：TV853;TV882.1

文献标志码：A

doi：10.3969/j .issn.1000- 1379.2019.02.007

1 黄河下游干流实测洪水泥沙变化

1.1 控制站1980年以后洪峰流量大于10 000 m3/s的洪水显著减少

1950-1979年30 a间，潼关站有9a发生了洪峰流量大于10 000 m/s的洪水。1980之后没有发生过洪峰流量大于10 000 m/s的洪水。1999年至今，洪峰流量均小于6 000 m/s。1949-1959年，花园口有Sa发生了洪峰流量超过10 000 m/s的洪水，其中1958年洪峰流量为22 300 m3/s，超万洪量（流量超过10 000 m/s的洪量）为9.4亿m。1960-1985年，花园口有2a发生了洪峰流量超过10 000m/s的洪水，其中1982年洪峰流量为15 300 m/s.超万洪量为5.8亿m。1986年至今，花园口没发生洪峰流量大于10 000 m/s的洪水。特别是2000年小浪底水库运用以后，花园口仅2010年发生了洪峰流量超过4 000m/s的洪水。潼关和花园口站历年最大洪峰值见图1。

1.2 潼关站1980年以后来沙明显减少

黄河天然时期（1919-1959年）年均沙量为16亿t。1960-1979年潼关年均沙量为13.7亿t，其中1964年、1966年、1967年和1977年沙量超过20亿t。1980-1999年潼关年均来沙7.8亿t，其中1981年、1988年、1994年和1996年沙量超过10亿t。2000-2017年潼关年均来沙2.4亿t，其中2003年超过6亿t。潼关站逐年实测输沙量变化见图2。

2 黄河中下游干支流控制性水库建设及其影响

2.1 水库建设概况

人民治黄70多a来，中下游兴建的干支流水库群为黄河水沙调控提供了关键支撑。水库建设和防洪库容信息[1]统计见表1。

2.2 水库群建设对下游洪水泥沙的影响

（1）对实测洪水的影响。从防洪角度看，经现有工程体系调控后.1919年以来的实测大洪水基本可做到控制花园口站洪峰流量不超过10 000 m/s.见表2[2]。例如，实测洪峰较大的1954年、1958年和1982年洪水，洪峰流量分别由实测的15 000、22 300、15 300m3/s削减为7 620、9 620、8 670 m/s。

（2）對设计洪水的影响。三门峡、小浪底、陆浑、故县、河口村5座水库联合调度，可显著削减不同频率洪水的洪峰流量。水库群调控后，可将花园口断面1000 a一遇洪水的洪峰流量由42 300 m/s削减至22 600 m/s.100 a 一遇洪水的洪峰流量由29 200 m/s削减至14 800 m/s，10 a-遇洪水的洪峰流量由16 600 m/S削减至10 000 m/s，见图3[3]。（3）对输沙洪水的影响。黄河洪水分为上大洪水、上下较大洪水、下大洪水三类。泥沙主要来源于潼关以上，对潼关以上可能来沙的上大洪水和上下较大洪水，在现状工程体系运用条件下，洪水调度预案表明进入下游的含沙洪水洪峰流量都控制在10 000 m/s以下。

3 下游滩区格局变化过程

滩区格局的形成与黄河下游堤防、河道整治工程和生产堤的发展历程息息相关，堤防、河道整治工程、生产堤共同构建了滩区现状边界。图4为夹河滩至高村河段滩区格局。

3.1 黄河堤防

黄河下游堤防与河道变迁有关。河南孟津至武陟沁河口为禹王故道，有数千年的历史：沁河口至兰考东坝头为明清时期的老河道，已有500多a的历史;东坝头至山东利津为清咸丰五年（公元1855年）铜瓦厢决口后的河道，已行河163 a。

下游堤防多为明、清时期逐步修建而成，经过20世纪50年代以来的数次培修加固，已比较完整。标准化堤防建设完成后，下游堤防的防洪能力将全线提高。

3.2 河道整治工程

下游有计划进行河道整治始于20世纪50年代，是自下而上分段进行的。至1958年，泺口以下工程长度为48.84 km，险工和护滩工程的总长度约占河道长度的60%，两种工程相配合，控制了大部分河弯。

三门峡水库蓄水拦沙期下游河势变化剧烈，塌滩迅速，导致20世纪60年代后期游荡型河段（白鹤一高村河段）河道整治工作快速发展，一直延续到1974年。1966年后重点对高村至陶城铺的过渡性河段进行了整治，其中1965-1974年是高村至陶城铺河段河道整治大发展的时期。

1998年“三江”大水后，国家进一步加大了水利投资力度。截至2001年黄河下游游荡型河段共计修建险工（控导）（不含沁河和金堤险工）工程2 230道坝垛，工程总长度300.75 km.对控制河势发挥了较大作用。

至2008年，黄河下游共建设险工135处、坝垛护岸5 279道，工程总长度310.5 km，控导工程219处、坝垛4 573道，工程总长度421.3 km。

3.3 生产堤

为保护耕地，下游沿岸群众很早就有修建“民埝”的实践，后改称“生产堤”。生产堤在不同时期经历了“修和废”的多次反复，存废之争由来已久，但生产堤基本上长期存在。

由于生产堤的存在，因此大堤长期不靠河，生产堤与大堤之间洪水漫滩落淤概率小，造成滩地越来越低洼，极易发生“横河”，生产堤溃决后水流集中直冲大堤，历史上多次出现因生产堤决口造成大堤决口的情况，如1933年兰考四明堂决口、1935年鄄城董庄决口等。为减小生产堤溃决后水流集中直冲大堤的风险，黄委于1948年8月正式提出了“废除民埝”的建议。

随着三门峡水利枢纽工程的开工建设.1958年汛后滩区又陆续修筑生产堤，按照“小水保丰收，大水减灾害”的要求，生产堤要预留口门，当秦厂站发生洪峰流量大于10 000 m/s的洪水时，相机扒开生产堤，扩大河道排洪能力，削减洪峰，以保证黄河大堤的安全。

1964年汛后至1973年，三门峡水库滞洪排沙运用，加之1969-1973年黄河枯水多沙，下游河道出现了更为严重的淤积，主槽平滩流量急剧减小，而且逐渐形成“二级悬河”，暴露出生产堤的较大危害性。1973年，黄委在黄河下游治理工作会议上提出了《关于废除黄河下游滩区生产堤实施的初步意见》，明确提出破除生产堤，修筑避水台，实行“一水一麦”，一季留足群众全年口粮。由于对生产堤的危害认识不足，因此国务院关于废除生产堤的批示精神并未得到贯彻和落实，国家防办和黄河防总每年汛前均要求破除，但不时出现生产堤堵复和新修现象。如1982年8月花园口站出现洪峰流量15 300 m/s的洪水，生产堤大部分被冲决，但洪水之后又被群众修复。

1987年防汛工作实行行政首长负责制后，清障工作取得了突破性进展，按生产堤长度的1/5进行了破除，1987年破除生产堤长度100 km。

2004年，豫鲁两省政府明确要求调水调沙期间不准漫滩，各地有组织地全面加修加固了生产堤，不少河段修到了主槽边。根据黄河下游河道图统计，2007年左右黄河下游花园口一泺口生产堤长度为662.5 km.若计算全下游则已达到1 002.9 km。不同时期生产堤长度统计汇总见表3。

4 下游宽河段滩区的行洪和滞沙作用及变化

4.1 历史上滩区发挥了巨大的行洪滞洪沉沙作用

黄河下游发生大洪水时，滩区就是一个大的行洪滞洪区，对洪水有显著的滞洪削峰作用。1958年和1982年花园口站洪峰流量分别为22 300、15 300 m/s，对应的孙口站洪峰流量分别为15 900、10 100 m/s，分别削峰29%、34%（见表4）。花园口至孙口河段滞洪量分别为25.89亿、24.54亿m，相当于故县水库和陆浑水库2017年防洪总库容的3倍，起到了明显的滞洪作用，大大减轻了山东窄河段的防洪压力。

黄河滩区历史上具有巨大的沉沙作用。1950年6月-1999年10月，黄河下游河道累计淤积泥沙93亿t，其中滩区落淤沉沙63.70亿t，约占整个下游河道淤积量的70%。大漫滩洪水期黄河下游宽河段的滩区淤积量非常大.1958年和1982年滩地淤积量甚至超过花园口来沙量，见表5。

4.2 现状格局滩区行洪功能明显减弱

對比3场实测漫滩洪水的流速和水深情况（见图5）可知，在老滩水深变化不大的条件下，1958年高村老滩平均流速为0.9 m/s.1982年、1996年只有0.19 m/s，约为1958年的20%。1958年以后，滩区河道整治工程、生产堤、公路等建筑物不断增多，是造成漫滩水流速度明显降低的原因。在这种流速极低的水流条件下，老滩的行洪作用显著减弱。

通过数学模型计算，给出了1958年型洪水现状边界条件下高村站滩槽过流情况（见表6）。从表6可知，1958年高村断面老滩实测过流比为27%;现状边界条件下，数学模型计算的1958年型千年一遇洪水老滩过流比降低到12%。在河道流量相近条件下，现状边界老滩的行洪作用明显减弱。

4.3 现状格局滩区沉沙功能明显减弱

图6为不同时期下游滩区淤积及分布情况，结合前文水沙变化和工程建设情况，对各时期滩区泥沙淤积综合分析如下。

1950-1964年，滩区年均淤沙1.99亿t，其中老滩淤积1.32亿t（占滩区淤积量的66%）。该时段黄河下游发生了7场洪峰流量在10 000 m/S以上的洪水，潼关年均沙量为15.7亿t，河道整治工程尚未系统建设，漫滩洪水比较容易遍及整个滩区。可以看出，该时期滩区淤积绝对量较大，且老滩淤积比例也较大，如1958年洪水，杨小寨和高村断面滩槽同步抬升（见图7），滩区沉沙功能显著。

1965-1973年，滩区年均淤沙0.38亿t，其中老滩淤积0.14亿t（占滩区淤积量的37%）。该时期黄河下游没有发生洪峰流量在10 000 m/s以上的洪水，潼关年均来沙13.7亿t.河道整治工程已经大规模系统建设，生产堤长度接近500 km。可以看出，由于没有大洪水，加上工程控制，因此该时期滩区淤积绝对量较小，且老滩淤积比也减小。

1974-1985年，滩区年均淤沙0.74亿t.其中老滩淤积0.56亿t（占滩区淤积量的76%）。黄河下游发生了2场洪峰流量在10 000 m/s以上的洪水，潼关年均来沙10.7亿t.河道整治工程和生产堤情况与上一时段接近。可以看出，由于发生了2场大洪水，因此虽然有工程控制，但该时期滩区淤积绝对量比没有大洪水的上一时期明显增大，且老滩淤积比也明显增大。

1986-1999年，滩区年均淤沙0.25亿t，其中老滩淤积0.12亿t（占滩区淤积量的48%）;2000-2016年，滩区年均淤沙0.03亿t，老滩基本没有泥沙淤积。可以看出，1986年以后，在洪水和泥沙均大幅减少的条件下，由于河道整治工程和生产堤控制，因此中小洪水漫滩只能通过生产堤口门侧向进入滩区，滩槽水沙交换显著减弱，滩区淤积很少。如1996年发生了洪峰流量为7 860 m/s的洪水，泥沙淤积主要集中在生产堤口门附近约2 km范围内的滩面上，远离主槽的滩区尤其是堤根附近泥沙淤积很少（见图8）。

4.4 不同水沙条件下滩区泥沙淤积分析

考虑潼关年均来沙量3亿t、相应四站（龙门、华县、河津、浂头四站）年均来水242.32亿m以及潼关年均沙量为6亿t、相应四站年均来水254.63亿m两种水沙条件，计算了水库正常运用期（不拦沙），下游河道“现状格局”和“废除生产堤”两个方案滩区的沉沙作用，其中“现状格局”是指维持下游现有河道整治工程和生产堤。

计算表明，在来沙3亿t条件下，两个方案下游河道50 a内基本处于冲淤平衡或略有冲刷状态，滩区基本没有淤积，也就是说滩区没有发挥沉沙作用;来沙6亿t条件下，两个方案下游河道泥沙淤积都接近50亿t（年均1亿t），滩区发生了淤积，也即滩区发挥了一定的沉沙作用。下面重点对潼关年均来沙6亿t条件下的滩区沉沙作用进行分析。

图9为不同治理方案下黄河下游河道50 a内沿程累计冲淤情况。“现状格局”方案累计淤积42.74亿t，其中滩区淤沙10.88亿t，占总淤积量的26%;“废除生产堤”方案整个下游河道50 a累计淤积52.54亿t.其中滩区淤沙14.85亿t，占总淤积量的28%。与1950-1999年实测滩区淤积比例为70%相比，受河道控导工程影响，给定水沙系列下下游洪水淤滩能力已经降低，两个方案中滩区滞沙功能都明显减弱。进一步对比两个方案滩区泥沙淤积比例发现，“废除生产堤”方案仅比“现状格局”方案高2%.泥沙淤积横向分布改善并不明显，几乎可以忽略。

5 结论和建议

黄河下游滩区格局的形成与堤防、河道整治工程和生产堤的发展历程息息相关，堤防、河道整治工程、生产堤共同构建了滩区现状边界。研究表明，滩区行洪和沉沙功能变化受水沙条件和滩区边界条件变化的共同影响。

实测洪峰流量在10 000 m/s以上的大漫滩洪水发生次数大幅减少，加上滩区阻水建筑物不断增多，使得现状滩区行洪作用与历史时期相比明显减弱。对3场不同时期实测漫滩洪水的分析表明，在老滩水深相近的条件下.1958年高村老滩平均流速为0.9 m/s.1982年和1996年只有0.19 m/s，近年漫滩洪水水流速度比1958年顯著减小。1958年高村断面实测洪峰流量为17 400 m/s时老滩过流比达27%，但现状边界条件下发生1958年型千年一遇洪水（洪峰流量19 900m/s）的老滩过流比将降低到12%。

受洪水量级和来沙量大幅减小的影响，现状滩区沉沙功能与历史时期相比也显著减弱。1950-1964年，滩区年均淤沙1.99亿t，其中老滩淤积1.32亿t，滩区发挥了重要的沉沙作用。1986年以后，在洪水和泥沙均大幅减少的条件下，滩区泥沙淤积很少，特别是老滩年淤积量仅为0.1亿t左右。数学模型研究表明，不考虑水库拦沙，在潼关年均来沙3亿t条件下，未来50a内滩区不发挥沉沙作用;来沙6亿t条件下，未来50a内滩区将发挥一定的沉沙作用，从滩区泥沙淤积比例这个关键指标看，“废除生产堤”方案仅比“现状格局”方案的滩区泥沙淤积比例高2%。可见，在未来可能的水沙条件下，仅仅通过废除滩区生产堤，并不能明显改善下游河道泥沙淤积的横向分布。建议依据未来滩区行洪和沉沙功能显著减弱的特点，结合水沙调控体系建设和下游河道治理工程体系建设实际，统筹滩区社会经济发展和环境建设需求，重新对滩区行洪和沉沙功能进行战略定位。

参考文献：

[1]黄河防汛抗旱指挥部，黄河防洪方案汇编（2017）[R].郑州：黄河防汛抗旱指挥部办公室，2017：6-12.

[2] 水利部黄河水利委员会，黄河下游治理方略专家论坛[M].郑州：黄河水利出版社，2004：85.

[3]黄河勘测规划设计有限公司，黄河未来水沙情势变化及水沙过程设计[R].郑州：黄河勘测规划设计有限公司，2014：95.