黄河下游韦滩河段畸形河势分析

薛博文　李军华　江恩慧

摘 要：黃河下游游荡型河道近年来长期处于小流量的过程，局部河段与中水整治工程布局存在不匹配现象，其突出表现为畸形河势的形成。这一现象不仅会造成滩区塌滩，而且随着畸形河道的发育，有可能形成横河、斜河等不利河势，造成主流直接对大堤顶冲的风险。2016年以来，随着下游汛期来水量的增加，原来存在的开仪—赵沟、裴峪—大玉兰、东安—桃花峪等畸形河势，已在自然水力条件下消除，河势逐步规顺，然而韦滩河段存在的畸形河势仍然存在。基于原型调研、模型试验等手段，对韦滩河段畸形河势的演化规律进行了系统分析。目前黄河下游水沙调度过程中最大洪峰流量一般为4 000 m3/s左右，此水沙过程下该畸形河势难以自然消除，若要实现所需的水力条件，需要洪峰流量量级达到10 000 m3/s。黄河下游水沙调度目标是保滩运用，针对该河段的畸形河势，建议采用人工切滩的方式，开展人工裁弯。

关键词：畸形河势;实体模型;黄河下游

中图分类号：TV85;TV882.1   文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.03.005

Analysis of Abnormal River Regime in Weitan Reach of Lower Yellow River

XUE Bowen1，2， LI Junhua2， JIANG Enhui2

（1.School of Water Conservancy，North China University of Water Resources and Electric Power， Zhengzhou 450046， China;

2.Yellow River Institute of Hydraulic Research， Zhengzhou 450003， China）

Abstract：In recent years， the wandering channel in the lower reaches of the Yellow River has been in the process of small discharge for a long time. This phenomenon will not only cause the collapse of the beach area， but also with the development of the deformed river course， it is possible to form the adverse river conditions such as horizontal flow and inclined flow， which will cause the risk of the mainstream directly rushing to the top of the levee. Since 2016， with the increase of the amount of water coming from the downstream flood season， the original abnormal river regime formed at the sections of Kaiyi-Zhaogou， Peiyu-Dayulan and Dongan-Taohuanyu have been eliminated under the natural hydraulic conditions and the river regime has been smooth gradually. However， the abnormal river regime in the section of Weitan still exists. Based on prototype investigation， model test and other means， this paper systematically analyzed the evolution law of deformed river regime in Weitan section. According to the study， at present， the maximum flood peak discharge in the downstream of the Yellow River is generally about 4 000 m3/s during the water and sediment regulation and this abnormal river regime is difficult to be eliminated naturally in this water and sediment process. In order to achieve the required hydraulic conditions， the flood peak discharge needs to reach 10 000 m3/s. However， because the goal of water and sand regulation downstream is to protect the beach， it is suggested that artificial cutting of the beach should be adopted to carry out artificial cutting of the bend.

Key words： deformed regime; physical model; Lower Yellow River

1 引 言

中华人民共和国成立以来，黄河治理保护工作取得了举世瞩目的成就，但黄河流域仍存在一些突出难题和问题[1]。黄河下游游荡型河道近年来长期处于小流量的过程，局部河段与中水整治工程布局存在不匹配现象，其突出表现为畸形河势的形成[2]。这一现象不仅会造成滩区塌滩，而且随着畸形河道的发育，有可能形成横河、斜河等不利河势，造成主流直接对大堤顶冲的风险。因此，治理畸形河势是当前黄河治理的重点工作[3]。

随着专家学者的不断深入研究，对于畸形河势形成机理的认识不断丰富。黄河下游过渡段河道在1966年开展重点河段河道整治以前，曾经多次形成畸形河湾，并发生自然裁弯现象。胡一三等[4-5]通过对4个畸形河湾发育过程的研究，认为在缺少河道整治工程控制且河床土质含黏土量低的河段，就会形成连续畸形河湾，河道边界中出露的耐冲黏土层在畸形河湾的形成中起着重要的作用。许炯心等[6]对20世纪80年代中期的游荡型河段畸形河势进行研究，认为在河床调整过程中，受到特殊边界条件限制，可能形成畸形河湾。21世纪初，江恩惠等[7]在总结以往研究成果的基础上，认为畸形河湾的形成受来水来沙过程、河道形态以及河床物质组成3种因素控制，演变过程存在随机性、不均衡性。

党的十八大以来，防洪治河工作步入新阶段。张林忠等[8]、赵天义等[9]、毋甜等[10]、潘明强等[11]、万强等[12]对于黄河下游畸形河势现状开展规律性研究，并提出整治措施。2016年以来，随着下游汛期来水量的增加，开仪—赵沟、裴峪—大玉兰、东安—桃花峪等处畸形河势在大水作用下已基本归顺。为此，本文通过对河势尚未归顺的黄河下游韦滩河段畸形河势进行分析，结合黄河下游洪水预演实体模型试验成果，以期实现整治畸形河势的目的。

2 韦滩河段河势演变情况

2.1 韦滩河段概况

黄河下游韦滩畸形河势河段一般指九堡—三教堂河段，长约30 km，河段内主要有九堡险工及下延控导工程、三官庙控导工程、韦滩控导工程、黑石护滩工程及仁村堤工程、大張庄工程与三教堂护滩工程。由于河床宽浅，主流游荡摆动频繁，因此受北岸三官庙工程前滩地阻水导流影响，出九堡下延工程后主溜迅速南移，形成畸形河势。

2.2 韦滩河段近年来河势变化

表1、表2统计了2016年汛前至2018年汛后九堡—三教堂河段河道整治工程靠河情况。2016年，九堡险工及下延控导工程将主溜送至三官庙控导工程3#坝处，受三官庙工程前滩地阻水导流影响，主溜行至10#坝后迅速南移，导致三官庙控导工程下首11#～42#坝均不靠河。而后水流沿黑石断面呈横河之势南行，在韦滩工程上首前坐弯北行，导致韦滩工程脱河，主溜直冲黑石护滩工程及仁村堤工程，坐弯南行后转向大张庄工程下首3#垛处，大张庄工程-8#～15#坝脱河，主溜沿三教堂护滩工程3#～7#垛转向黑岗口下延工程，河势归顺，主流沿治导线行进。

2017年，九堡工程将主溜送至三官庙1#坝处，三官庙控导工程靠河长度较上年汛后小幅提升，主溜受河道内胶泥层影响迅速南移，主流线与上年汛前相比向西移动，横河河势有所改善，主溜行进至韦滩上首滩地处坐弯北行，滑过韦滩控导工程下首，主溜向西偏北方向顶冲三教堂护滩工程，在控导工程作用下，将水流送至黑岗口工程，主流归顺治导线。

2018年，九堡工程将主溜送至三官庙控导工程1#坝处，三官庙工程处主流线与上年相似，南移后坐弯北移，在郭庄断面处主流线与上年相比摆动幅度明显，最大摆动角达到47°，韦滩控导工程脱河，主流于黑石护滩工程32#垛靠河，主流线与上年同期重叠。主溜行过徐庄断面后，主流线继续摆动，在西三李断面附近的大张庄工程靠岸，主溜顶冲三教堂护滩工程，在工程导流作用下，向西南方向行进，主流线与上年重叠，归顺治导线。根据2016—2018年河势变化（见图1、图2）分析发现，大河主流呈持续顶冲滩岸趋势，Ω形畸形河湾整体向西发育，滩岸持续冲刷将造成滩地进一步坍塌，严重时夺溜行洪，改变下游现有流路河势，主流威胁黄河大堤，危及堤防安全。

3 黄河下游韦滩河段模型试验成果

根据2016—2018年黄河下游洪水预演实体模型试验成果[13-15]对韦滩河段畸形河势演变情况（见图3、图4）进行分析。

3.1 2016年黄河下游洪水预演实体模型试验

2016年洪水预演实体模型试验小浪底、黑石关、武陟三站设计洪水水沙过程见图5。试验初期，5 000 m3/s左右的流量持续37 h，河段河道弯曲系数较大，工程靠河情况不理想，河道在韦滩工程上首坐弯北行，韦滩工程脱河，畸形河势基本不变，而后洪峰前7 697 m3/s流量持续7 h，18 452 m3/s流量持续11 h，洪水漫滩，局部洪水顺堤行洪，主流向韦滩工程方向演进，三教堂护滩工程顶冲态势得到缓解，畸形河势开始改善。洪水期间，22 532 m3/s流量持续23 h后，10 000 m3/s量级以上流量持续68 h，三官庙工程靠溜长度提升，韦滩工程于18 000 m3/s流量持续3 h时裁弯靠河，三教堂主流顶冲现象基本改善，畸形河势初步改善。洪峰后期，10 000 m3/s左右的流量持续151 h，韦滩工程靠河位置上提，大张庄工程基本不靠河，畸形河势明显改善。

3.2 2017年黄河下游洪水预演实体模型试验

2017年洪水预演实体模型试验小浪底、黑石关、武陟三站设计洪水累计水沙过程见图6。试验初期，5 000 m3/s左右的流量持续59 h，九堡至三教堂河段弯曲系数较大，工程靠河情况均不理想，畸形河势基本不变。洪峰期间，16 360 m3/s流量持续17 h后，10 000 m3/s左右的流量持续70 h，工程控制范围内滩地上水，三官庙工程靠河情况改善，韦滩工程前于16 000 m3/s流量持续5 h时发生裁弯取直现象，畸形河势基本消失。洪水后期，在流量为7 185～12 593 m3/s持续125 h后，三官庙靠溜长度增加，送溜能力增强，韦滩工程前出现塌滩现象，主溜向韦滩工程靠岸，畸形河势明显改善。

3.3 2018年黄河下游洪水预演实体模型试验

2018年洪水预演实体模型试验小浪底、黑石关、武陟三站设计洪水水沙过程见图7。试验初期，4 000 m3/s以下的流量持续116 h，畸形河势基本不变，在韦滩工程前塌滩坐弯形成畸形河道，主槽沿二级滩地向左岸塌滩演化。洪峰来临前10 000 m3/s以下的流量持续43 h，韦滩工程前部分嫩滩被淹没，二级滩地坍塌入槽，畸形河势开始改善。洪峰期间，10 000 m3/s左右的流量持续37 h，洪水进一步淹没嫩滩，主流直冲韦滩工程高滩滩沿，畸形弯道于10 000 m3/s流量持续8 h时发生裁弯取直现象，畸形河势明显改善。洪水后期，5 000 m3/s左右的流量持续115 h，高滩大部分被侵蚀，三官庙工程靠河稳定，韦滩工程和大张庄工程均不靠河，河势趋于稳定。

综合分析认为，模型试验中，在洪水过程的作用下，虽然韦滩河段的畸形河势基本消除，但韦滩工程、大张庄工程仍未完全靠河（见图8），说明工程前滩地较高，多年不曾上水，10 000 m3/s量級洪水不能使韦滩工程完全发挥作用。2016年，在千年一遇洪水设计条件下洪峰流量达到20 000 m3/s量级，虽然洪峰后韦滩工程靠河，但大张庄工程未靠河，控导工程仍未完全发挥作用，且在该量级洪峰下，“二级悬河”严重河段在洪水漫滩后顺堤行洪流速较大，给大堤安全带来严重威胁。目前黄河下游水沙调度过程中最大洪峰流量一般为4 000 m3/s左右，此水沙过程下该畸形河势难以自然消除，若要实现水力条件，需要洪峰流量量级达到10 000 m3/s，不符合保滩运用的下游水沙调度目标。图8 原型河势与模型改善河势对比同时，河流原型中三官庙以下至黑岗口河段工程对河势的控制作用较弱，滩地存在大量胶泥沉积，河势演化存在不确定因素较多。建议参考大宫—王庵畸形河势整治方案，实施“引河法”裁弯[2]，采用人工切滩的方式，在河湾的最窄处按照 3～7 控制裁弯比，开展人工裁弯。

4 结 语

通过描述黄河下游韦滩河段近年来河势变化，统计九堡—三教堂河段工程的靠河情况，对比河势套绘图变化发现，近年来大河主流呈持续顶冲滩岸趋势，Ω形畸形河湾整体向西发育，滩岸持续冲刷将造成滩地进一步坍塌，严重时夺溜行洪，改变下游现有流路河势，危及堤防安全。

通过分析黄河下游洪水预演实体模型韦滩河段畸形河势演变资料可知，目前黄河下游水沙调度过程中最大洪峰流量一般为4 000 m3/s左右，此水沙过程下该畸形河势难以自然消除，若要实现所需的水力条件，需要洪峰流量量级达到10 000 m3/s，不符合保滩运用的下游水沙调度目标。建议参考大宫—王庵畸形河势整治方案，实施“引河法”裁弯，采用人工切滩的方式，在河湾的最窄处按照 3～7 控制裁弯比，开展人工裁弯。

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[14] 曹永涛，夏修杰，万强，等.2017年黄河下游小浪底至陶城铺河段洪水预演实体模型试验[R].郑州：黄河水利科学研究院，2017：31-32.

[15] 曹永涛，李军华，夏修杰，等.2018年黄河下游小浪底至陶城铺河段洪水预演实体模型试验[R].郑州：黄河水利科学研究院，2018：30-31.

【责任编辑 许立新】

收稿日期：2019-11-30

基金项目：国家重点研发计划项目（2018YFC0407403）;国家自然科学基金重点项目（51539004）;中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（HKY-JBYW-2017-01）

作者简介：薛博文（1995—），男，吉林辽源人，硕士研究生，研究方向为河流水沙生态综合管理和水环境等

通信作者：江恩慧（1963—），女，河南新安人，教授级高级工程师，博士，研究方向为河流泥沙

E-mail：ehjiang@yrihr.com.cn