黄河下游“二级悬河”河段堤沟河治理试验研究

刘燕 李军华 张向

摘 要：目前黄河下游的“二级悬河”形势依然严峻，尤其在东坝头以下河段，堤根低洼，横比降均值为纵比降的8倍左右，黄河下游一旦发生较大洪水，漫滩水流极易在滩区串沟和堤沟河低洼地带形成集中过流，堤沟河流速和水深较大，易造成重大的河势变化，形成横河、斜河，特别是滚河的可能性增大，水流顶冲堤防、顺堤行洪都将严重威胁下游堤防的安全，甚至造成黄河大堤的冲决。为此，开展“二级悬河”形势严重河段堤沟河的治理模型试验，与堤沟河现状进行对比，结果显示：堤沟河治理后堤根流速减小，横比降减小，可缓解“二级悬河”的不利态势，减轻对大堤的威胁。

关键词：二级悬河;顺堤行洪;横比降;黄河下游

中图分类号：TV85;TV882.1

文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2022.02.009

引用格式：刘燕，李军华，张向.黄河下游“二级悬河”河段堤沟河治理试验研究[J].人民黄河，2022，44（2）：41-44.

Abstract： At present， the situation of “secondary suspended river” in the lower Yellow River is still grim. Especially in the lower reaches of Dongbatou， the dike heel is low and the mean value of the transverse slope is about 8 times of the longitudinal slope. Once a major flood occurs in the lower Yellow River， the overbank flows are very easy to form a concentrated overflow in the series of gullies and low-lying areas of low land area in the beach area. Because of the large velocity and depth of low land area， it is easy to cause significant changes in the river regime and increase the possibility of forming “crossing and oblique river”， especially rolling river. The flow rushing dike and flood transporting along the dike will seriously threaten the safety of dikes in the lower reaches， and even cause the breakdown of the Yellow River dyke. For this reason， the model test of low land area control was carried out in the sections where the situation of “secondary suspended river” was serious. Comparing with the current situation of low land area， the results show that the velocity in the dike heel decreases and the transverse slope decreases after regulation， which can alleviate the disadvantageous situation of “secondary suspended river” and reduce the threat to the dike.

Key words： secondary suspended river;flood transporting along the dike;transverse slope;Lower Yellow River

1 研究背景

目前黃河下游的“二级悬河”形势依然严峻，尤其在东坝头以下河段，堤根低洼，横比降均值为纵比降的8倍左右，黄河下游一旦发生较大洪水，漫滩水流极易在滩区串沟和堤沟河低洼地带形成集中过流，堤沟河流速和水深较大，易造成重大的河势变化，形成横河、斜河，特别是滚河的可能性增大，水流顶冲堤防、顺堤行洪都将严重威胁下游堤防的安全，甚至造成黄河大堤的冲决。为此，开展了“二级悬河”堤沟河的治理模型试验，以期为“二级悬河”治理可行性研究提供科学依据。

2 黄河下游“二级悬河”形势

表1为黄河下游各河段2017年平均唇滩高差和横比降情况，可看出，2017年唇滩高差最大的是高村至陶城铺河段，最大超过1.4 m;其次是花园口至高村河段，唇滩高差右岸大于左岸。临河滩面平均高程的变化相对较小，唇滩高差的变化主要反映了滩唇高程的变化。高村至陶城铺河段横比降较大，左右侧平均值达0.093%;花园口至高村河段次之，右侧横比降大于左侧。

从各河段唇滩高差和横比降情况可以得出，“二级悬河”较为严重的河段在高村至陶城铺之间，且主要分布在左岸习城滩、陆集滩、清河滩和右岸左营滩;花园口至高村“二级悬河”严重河段主要分布在左岸长垣滩和右岸兰东滩。

3 模型试验边界及水沙条件

3.1 边界条件

模型模拟范围自小浪底至陶城铺河段（见图1，图中粗线框内为模型模拟河段），原型河道总长476 km。模型水平比尺λL= 600，垂直比尺λH= 60。该模型是依据黄科院多年动床模型试验经验和遵循黄河泥沙模型相似律[1]设计的，选取郑州热电厂粉煤灰作为模型沙。该模型先后用于小浪底水库运用方式研究[2]、黄河下游防洪规划治导线检验与修订[3]、小浪底至苏泗庄河段模型试验研究[4]、小浪底至苏泗庄河道模型2000年汛期洪水预报模型试验[5]、2016年黄河下游小浪底至陶城铺河段洪水预演实体模型试验研究[6]、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研究[7]、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研究[8]、黄河下游游荡性河道河势演变规律及整治方案研究[9]等，模型试验是黄河下游治理最有效的研究手段之一。

模型初始地形采用2017年汛后地形。为提高制模精度，模型初始地形制作时除了根据白鹤至陶城铺河段实测的206个黄河大断面外，还专门布置、内插了370个小断面。在小断面的内插和模型制作过程中，结合现场查勘资料，并特别关注了沿程各断面两岸滩唇的模拟和制作，滩唇的位置与高程均根据实测大断面并结合河势图进行内插。

对于2017年以后新修的工程，通过收集各地河务局工程施工资料并结合卫星遥感影像、现场查勘时无人机拍摄的工程现状照片，对工程和桥梁模型进行完善。

生产堤、渠堤、路堤、村庄、片林等均按1999年航摄和2000年调绘的1∶10 000黄河下游河道地形图塑制，并结合最新的卫星地图和现场查勘情况进行了修正。此外，对河势影响较大的浮桥、路堤，在模型中也进行了体现。

3.2 堤沟河治理工程布设概况

《黄河下游河道综合治理工程可行性研究》报告中提出加强重要堤段堤河整治，消除堤防冲决隐患，河南黄河河务局该期治理“二级悬河”项目采用堤沟河治理工程。堤沟河治理工程位于东坝头至陶城铺堤段，主要建筑物为淤填土体。本次试验就是为了检验堤沟河治理工程的效果。由于仅靠近大堤对堤沟河进行土体淤填，因此漫滩范围大小与现状试验仅限堤沟河范围的区别，整体滩区漫滩范围相差不大，且水位、含沙量与现状相比没有明显变化，此次研究仅从堤沟河处顺堤行洪流速和滩地横比降反映“二级悬河”的调整状况。

堤沟河治理工程总长126.3 km，涉及河南、山东两省[10] （见表2），左岸布设在习城滩下部、辛庄滩、陆集滩和清河滩，右岸布设在兰东滩和左营滩，工程设计高程为当地滩地平均高程+1 m。

3.3 水沙条件

根据黄河下游大洪水特性，“上大型”洪水通过三门峡、小浪底水库的联合调度，已逐步得到控制;“上下较大型”洪水的发生概率较小;“下大型”洪水随着中游水库群及支流水库相继投入防洪运用，三门峡至小浪底区间以及伊洛河、沁河洪水得到有效控制，但小浪底至花园口区间（简称“小花间”）尚有1.8万km2的无水库工程控制区，该类型洪水洪峰高、涨势猛、洪量集中且预见期很短，对黄河下游威胁非常严重。

根据黄委有关专家咨询意见，选用《2016年黄河中下游洪水调度方案》[11]中设计的“下大型”洪水——1982年典型100 a一遇设计洪水。该设计洪水过程结束时流量为10 000 m3/s左右，考虑到洪水过程的完整性和模型测验需求，在设计流量过程结束后，本次试验又增加了4 d的4 000 m3/s和1 000 m3/s流量过程，相应的含沙量分别为30、0 kg/m3。模型各进口最终采用的水沙过程见图2。模型试验采用水沙过程总水量为123.05亿m3，总沙量为8.04亿t;其中小浪底、黑石关、武陟水量分别为83.38亿、29.47亿、10.20亿m3，沙量分别为6.41亿、1.38亿、0.25亿t。

4 试验成果

4.1 滩区漫滩情况

图3～图7为“二级悬河”严重河段滩区漫滩情况，可以看出，兰东滩漫滩水量不大，习城滩、陆集滩、左营滩和清河滩基本全部漫滩。

4.2 顺堤行洪流速及水深变化情况

由于堤沟河被填埋，因此洪水漫滩后，堤根流速减小，堤沟河边缘串沟行洪流速较大（见表3）。现状方案测得兰东滩、习城滩、辛庄滩、陆集滩、左营滩和清河滩顺堤行洪最大流速分别为1.60、1.50、1.50、2.50、2.10、3.00 m/s;堤河治理方案兰东滩、习城滩、辛庄滩、陆集滩、左营滩和清河滩顺堤行洪最大流速分别为0.48、1.32、1.16、1.75、1.16、1.93 m/s，治理方案远小于现状方案;治理方案兰东滩、习城滩、陆集滩、左营滩和清河滩堤沟河边缘串沟行洪最大流速分别为0.61、2.25、2.02、0.39、2.40 m/s，也明显小于现状方案顺堤行洪流速（习城滩除外，习城滩仅苏泗庄以下进行堤河治理），可见堤沟河治理后能减轻对大堤的威胁[12]。

4.3 滩地横比降变化

本次堤沟河治理安排了习城滩三合断面至彭楼断面一部分堤段，陆集滩、左营滩和清河滩全部堤段。通过计算习城滩、陆集滩、左营滩、清河滩的初始状态、堤河治理及现状方案试验后的滩地平均横比降的变化（见表4），可以发现，总的来说堤沟河治理后滩区横比降较初始状态明显变小，较现状方案试验后横比降有所减小。习城滩由于仅对三合至彭楼一段堤段治理，且彭楼是习城滩的出口，此次拉沟成槽，计算的横比降较大，直接影响了整个滩区横比降的变化，因此出现试验后横比降较初始状态大的情况。

5 结 论

通过对黄河下游“二级悬河”形势、100 a一遇洪水条件下滩区漫滩情况、顺堤行洪流速以及对滩区横比降的分析，得出以下结论。

（1）目前黄河下游“二级悬河”形势仍然严峻，“二级悬河”较为严重的河段为高村至陶城铺河段。

（2）由于堤沟河被填埋，因此洪水漫滩后，堤根流速减小，堤沟河边缘串沟行洪流速较大。

（3）堤沟河治理后滩区横比降较初始状态明显变小，较现状方案試验后横比降有所减小。

由此可知，堤沟河治理可使堤根流速减小、横比降减小，缓解“二级悬河”的不利态势，减轻对大堤的威胁，但需注意堤沟河填埋后边缘处行洪的状况，提前做好应对措施。

参考文献：

[1] 张红武，江恩惠，白咏梅，等.黄河高含沙洪水模型的相似律[M].郑州：河南科学技术出版社，1994：115-137.

[2] 江恩惠，曹永涛，刘燕，等.小浪底水库拦沙后期下游河道响应态势预测及对策[M].郑州：黄河水利出版社，2014：280-281.

[3] 江恩惠，刘海凌，董年虎，等.黄河流域（片）防洪规划项目：黄河下游河道整治规划治导线检验与修订试验初步报告[R].郑州：黄河水利科学研究院，1999：2-3.

[4] 张红武，刘海凌，董年虎，等.黄河小浪底至苏泗庄河段模型试验研究[R].郑州：黄河水利科学研究院，2000：2-3.

[5] 张红武，刘海凌，董年虎，等.小浪底至苏泗庄河段2000年汛期洪水预报[R].郑州：黄河水利科学研究院，2000：2-3.

[6] 曹永涛，夏修杰，万强，等.2016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，2016：3-5.

[7] 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，2017：3-5.

[8] 夏修杰，李军华，万强，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，2018：3-5.

[9] 江恩惠，曹永涛，李军华，等.黄河下游游荡性河段河势演变机理及河道整治若干关键技术研究总报告[R].郑州：黄河水利科学研究院，2005：149.

[10] 黄河勘测规划设计研究院有限公司.黄河下游河道综合治理工程可行性研究[R].郑州：黄河勘测规划设计研究院有限公司，2019：24-26.

[11] 黄河防汛抗旱总指挥部办公室.2016年黄河中下游洪水调度方案[R].郑州：黄河防汛抗旱总指挥部办公室，2016：2-3.

[12] 刘燕，夏修杰，李军华，等.黄河下游河道综合治理工程效果检验模型试验研究报告[R].郑州：黄河水利科学研究院，2019：120-124.

【责任编辑 许立新】