黄河下游滩区不同治理方案研究

李勇 田勇 马静 屈博

摘要：定量计算不同治理方案的利弊得失，是黄河下游滩区治理综合决策的重要依据。考虑潼关年均来沙量3亿t，龙门、华县、河津、状头四站年均来水242.32亿m3和潼关年均来沙量为6亿t，龙门、华县、河津、状头四站年均来水量为254.63亿m两种水沙条件，计算了滩区典型治理方案对下游防洪及河道冲淤的影响，并从淹没面积和淹没人口两方面分析了滩区典型治理方案对洪灾风险及经济社会发展的影响。指出滩区按“适度标准防护”方向治理有利于改善经济社会发展环境，对防洪的不利影响主要是各水文站洪水位有一定程度抬升，对河道冲淤的负面作用大小关键取决于来沙条件。

关键词：洪水风险;河道冲淤;典型方案;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- 1379.2019.02.009

工程措施对破解滩区经济社会发展与防洪保安之间的矛盾有着重大影响。滩区工程措施选择总体分为两个方向：一是坚持滩区“无防护”工程方向，即人为洪水泥沙让路，恢复1960年以前滩区与河槽连为一体的格局，全滩用于保障防洪安全和泥沙处理：二是建设滩区“适度标准防护”工程方向，改善滩区经济社会发展环境，促进流域人水和谐。防护工程设置以优化现有河道控导工程和生产堤为主，优化调整为防护堤，高村以上调整后防护堤间距为4.2～ 4.9 km，高村以下间距为2.5～ 4.0 km。毋庸置疑，不同治理方向都有利弊两方面，究竟哪个方向更符合未來洪水泥沙情势、水沙调控能力以及国家发展需求，定量计算与分析成果是非常重要的技术支撑依据。

1 不同治理方向典型方案设计

1.1 典型方案

依据滩区无防护和适度标准防护两类工程治理方向，结合已有研究，本文重点分析代表两类方向的典型治理方案。

（1）规划方案。为充分发挥滩区滞洪、沉沙作用，防止生产堤影响漫滩洪水的水沙交换，导致“二级悬河”态势加剧及由此带来的洪水威胁，在滩区安全建设到位、补偿政策落实、群众安全问题得以解决的条件下，逐步拆除生产堤，这是《黄河流域综合规划》（2012-2030年）[1]推荐的方案。规划方案代表了滩区无防护的工程治理方向。

（2）防护堤方案。依托现状大堤、生产堤和控导工程，艾山以上宽河段采用建设防护堤的治理方案（见图1），防护堤标准整体上按花园口流量为10 000m3/s（ 10 a一遇）设计，发生超防护堤防洪标准洪水时滩区全面分洪。这是参考水利部公益性行业科研专项“黄河下游河道改造与滩区治理研究”（编号201401002）[2]（简称“滩区治理公益项目”）提出的方案。防护堤方案代表了滩区适度标准防护的工程治理方向。

防护堤标准的设计综合考虑了三方面因素：一是《防洪标准》（ GB 50201-94）规定一般乡村保护等级为Ⅳ等，防洪标准采用10—20 a 一遇;二是防护堤标准与艾山以下窄河段设防流量10 000 m/s相协调：三是现状花园口站流量为10 000 m/s洪水滩区淹没面积大但水深多在1 m以下。

防护堤上宽下窄，宽度由4.9 km逐步调整为2.1km，各河段堤距统计见表1。防护堤修建后，两道防护堤之内为河槽，防护堤与黄河大堤之间仍为滩区。发生防洪标准以下洪水时，充分利用河槽行洪输沙：发生超防护堤标准洪水时，防护堤主动决口分洪，使滩区成为泄洪通道的一部分，增强泄洪能力。

1.2 洪水条件

各级洪水经水库调蓄后下游沿程洪峰流量、超万洪量（流量在10 000 m/s以上的洪量）见表2。

1.3 年水沙条件

考虑两种水沙条件：潼关年均来沙量3亿t时，相应四站（龙门、华县、河津、状头）年均来水242.32亿m：潼关年均来沙量为6亿t时，相应四站年均来水为254，63亿m。

1.4 典型方案组合情况

依据无防护和适度标准防护两类工程治理方向，考虑前述水沙条件，综合提出代表两类方向的滩区典型治理方案，见表3。

2 不同治理方案影响分析

2.1 对下游防洪的影响

与规划方案相比，建设防护堤会一定程度抬高洪水位：10 a 一遇洪水控制在防护堤以内，由于过洪宽度减小，因此各水文站水位抬升值为0.07～ 0.90 m.孙口站洪水位抬升最大，艾山站洪水位变化小（原因是该河段防护堤提距与现有堤防堤距差别很小）：设防流量（花园口站流量22 000 m/s）洪水漫过防护堤后全河道行洪，防护堤有一定阻水作用，各水文站水位抬升值为0.07～ 0.87 m.孙口站洪水位抬升最大。两种方案下洪峰水位抬升情况见图2。

2.2 对下游河道冲淤的影响

（1）来沙3亿t时不同方案下游河道基本处于冲淤平衡状态。在来沙3亿t条件下，水库正常运用期（不拦沙）由黄河水利科学研究院（简称黄科院）、黄河设计公司、清华大学、中国水利水电科学研究院（简称中国水科院）4家单位进行的模型计算表明，不同方案下游河道50 a内基本处于冲淤平衡或略有冲刷状态。规划方案50 a内冲淤量为-13.5亿～2.7亿t。防护堤方案下总体上处于冲刷状态，50 a冲淤量为-16，3亿～-0.5亿t，见图3。

（2）来沙6亿t时不同方案河道均处于累计淤积状态。在来沙6亿t条件下，水库正常运用期（不拦沙）两个方案的黄河下游河道泥沙淤积量都接近50亿t（年均1亿t）。规划方案中整个下游河道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%;防护堤方案累计淤积44.25亿t，其中滩区淤沙11.25亿t，占总淤积量的25%.见图4。与规划方案相比，修建防护堤有利于河道输沙，利津以上河段减淤总量约8亿t，约占50 a淤积总量的13%。

来沙6亿t条件下，两方案河道均处于累计淤积状态，主槽淤积绝对数量较大，平滩流量都降到2 600—2 800 m/s。为应对这一不利局面，需要在小浪底水库拦沙库容淤满前（2040年前）加快建成古贤水库，这样才能确保黄河下游河道冲淤平衡的年限持续到2090年前后。

2.3 对滩区洪灾风险及经济社会发展影响

（1）规划方案花园口一艾山河段滩区中小洪水淹没损失严重。按照现有水库防洪调度预案，仅对花园口站流量在8 000 m/s以上的洪水进行防洪调度。滩区不防护条件下，花园口站流量为6 000m/s时有386 km土地被淹没，受灾人口28万。随着洪水量级增大，滩区受灾面积和人口都逐步增大：流量10 000m3/s时有913 km土地被淹没，受灾人口65.3万：流量14 800 m/s时有1077.4 km土地被淹没，受灾人口79.7万。

（2）滩区适度标准防护方案比规划方案滩区洪灾损失小。与规划方案相比，洪峰流量在10 000 m3/s以下的洪水，滩区适度标准防护方案淹没损失明显减小，见图5。洪峰流量分别为6 000、8 000、10 000 m/s时，防护堤方案淹没仅发生在防护堤内。当花园口站洪峰流量超过10 000 m/s后，各方案滩区受灾面积和人口数量都较大，防护堤方案在流量为14 800 m/s时淹没面积仍然比规划方案小457 km、淹没人口仍然比规划方案少近30万。防护堤方案减少漫滩淹没损失的效果较为明显。

2.4 不同治理方向综合分析

（1）“无防护”工程方向。规划方案计算表明，通过逐步废除生产堤，有利于滩区参与河道行洪滞洪。高村以上河段千年一遇洪水老滩分流比小于12%.老滩行洪作用占全段面的比例较小。来沙6亿t条件下，滩区50 a累计淤沙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，滩区淤沙作用明显减弱。然而，由于无明确防洪标准，因此滩区土地资源利用、群众居住环境以及经济社会发展将严重受限。生产堤发展历史也证明，其拆除阻力非常巨大。

滩区按“无防护”工程方向治理对河道行洪有一定好处，但未來可能水沙条件下，滩区实际行洪和淤沙作用都较小，洪灾淹没风险却很大，例如花园口站流量为10 000 m/s时，花园口一艾山河段滩区有913 km土地被淹没，受灾人口65.3万。

（2）“适度标准防护”工程方向。防护堤方案与规划方案比，下游设防流量（花园口站流量22 000 m/s）的洪水位抬高0.07～ 0.87 m，滩槽淤积量都减小。艾山以上滩区2 282 km土地（占滩区面积的72%）防洪标准可达到10 a一遇，可改善147万人的发展条件。

滩区治理工程按“适度标准防护”工程方向能逐步改善经济社会发展环境，缓解甚至解决当前滩区核心矛盾。对防洪和泥沙处理的不利影响主要体现在两个方面：一是滩区防护工程对大洪水有阻水作用，沿程水文站水位有不同程度抬升，增大了防洪风险;二是来沙超过6亿t以后，若没有水库拦沙调节，则河道年均淤积近1亿t，且70%的泥沙淤积在河槽，下游将陷入不利的防洪局面，存在不确定性风险。

3 基于“适度标准防护”方向的试点方案探讨

虽然防护堤方案会对滩区未来发展起全面支撑作用，但防护堤总长586.57 km，建设周期较长、难度较大。同时，下游不同河段滩区防洪风险情况差异巨大，短时期全面实施可能难度较大，可以优先考虑对滩区自身防洪风险相对小且防护堤建设对黄河防洪影响也相对小的滩区进行试点。

3.1 “两滩一区”安全区试点方案

依据现状滩区不同量级洪水淹没特点，花园口发生近20 a一遇以下洪水时温孟滩、封丘倒灌区不进水，两个滩区洪水风险相对较小，可以考虑建成安全区。长平滩有长清和平阴两个县城，人口和经济密度都较大，依据《防洪法》第三十四条规定，也可以考虑通过建设必要的防洪工程，将长清和平阴两个县城的主城区建成安全区。

温孟滩、长平滩、封丘倒灌区“两滩一区”安全区试点方案保留现状生产堤，仅对局部重点区域进行防护，新修工程长度30 km左右，基本维持现状防洪输沙格局。约807.93 km（占下游滩区总面积的26%）土地可明确20 a-遇以上防洪标准，可改善58.04万人的发展条件，其他滩区防御流量为6 000 m/s左右的洪水。

3.2 东坝头以上“大三滩”优化发展区试点方案

从洪水淹没情况看，流量为10 000 m/S（10 a 一遇）的洪水条件下，京广铁路桥一东坝头原阳滩约72%的面积不受淹没;中牟滩、开封滩等大滩虽然进水，但水深大多在1m以下。从河道条件看，京广铁路桥至东坝头两岸滩区系1855年铜瓦厢决口溯源冲刷下切形成的老滩，从河道断面特征看，该河段“二级悬河”并不严重，从社会经济条件看，东坝头以上滩区一是面积大、人口多，二是距离中心城市较近，产业优化发展潜力较大。

东坝头以上新蟒河以北温县滩、原阳滩和开封滩“大三滩”优化发展区试点方案，仅对东坝头以上典型滩区进行防护，东坝头以下河道基本维持现状防洪输沙格局。约510.10 km土地可明确10 a一遇以上防洪标准，可改善35.68万人的发展条件。

3.3“适度标准防护”试点布局及其防洪影响分析

“适度标准防护”试点方案（试点区布局见图6）实施后，加上2014年以来滩区迁建试点，可改善河南滩区101.5万人的发展条件。河南滩区不同阶段达到20 a一遇防洪标准人口变化见图7。

实施“适度标准防护”试点方案后，下游各水文站洪峰流量增大900—1 800 m/s，孙口以上洪水位抬升0.18—0.29 m，见表4。前文分析表明，防护堤方案孙口以上洪水位抬升0.46～ 0.87 m.可以看出“适度标准防护”试点方案相对全面实施防护堤方案对防洪的影响有所减小。

4 结语

滩区按“适度标准防护”方向治理有利的一面是能逐步改善经济社会发展环境，缓解甚至解决当前滩区核心矛盾。实施“两滩一区”安全区试点方案，约807.93 km土地可明确20 a一遇以上的防洪标准，可改善58.04万人的发展条件。实施“大三滩”优化发展区试点方案，约510.10 km土地可明确10 a一遇以上的防洪标准，可改善35.68万人的发展条件。实施防护堤方案可使艾山以上2 282 km滩区土地（占滩区总面积的72%）防洪标準达到10 a一遇，可改善147万人的发展条件。

滩区按“适度标准防护”方向治理对防洪的不利影响和需要重视的问题主要有两个方面：一是防护堤防洪标准（10 a一遇）内洪水虽然控制在防护堤以内，但各水文站水位抬升值为0.07～ 0.90 m，由于部分河段“二级悬河”的存在，因此中小洪水期有进一步加大滩面横比降的风险，威胁黄河大堤安全，需要高度重视中小洪水防洪安全问题：二是超过防护堤防洪标准洪水漫过防护堤后全河道行洪，防护堤有一定阻水作用，设防流量（花园口站流量22 000 m/s）的洪水各水文站水位抬升值为0.07～ 0.87 m。

来沙条件决定了滩区治理工程措施对河道冲淤的负面作用大小。潼关年均来沙3亿t时，即使水库不拦沙，黄河下游河道未来50 a也基本处于冲淤平衡或略有冲刷状态，滩区治理工程措施对河道冲淤基本没有负面作用。来沙6亿t时，与规划方案相比，修建防护堤有利于河道输沙（利津以上河段减淤总量约8亿t，约占50 a淤积总量的13%），但防护堤治理方案下游50 a累计淤积量仍达44.25亿t，且河槽范围内的泥沙淤积百分比增大了3%。

参考文献：

[1] 水利部黄河水利委员会，黄河流域综合规划（2012-2030） [M].郑州：黄河水利出版社，2013：37-68.

[2]李勇，黄河下游河道改造与滩区治理研究[R].郑州：黄河水利科学研究院，2016：5-9.

[3] 安催花，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.