科学修建穿黄工程是京杭大运河全线通航高效穿黄的关键

张红武

（清华大学 黄河研究中心，北京 100084）

1 研究意义与背景

1.1 京杭大运河全线通航是经济高质量发展的需要

航运是运河工程的最主要功能，无论是隋唐大运河还是京杭大运河，都对我国古代经济社会发展做出了不可估量的贡献［1－3］。我国现代铁路、公路、航空交通网络已基本形成，然而内陆航运仍然是现代交通网络不可或缺的一环［4－5］。例如，京杭大运河南北航运隔断至今尽管已有120 余年［5］，但是黄河以南1 052 km 长的运河，依然是2007 年国务院批复的《全国内河航道与港口布局规划》确定的“两横一纵两网十八线”中唯一纵向的国家高等级航道。如今千吨级轮船自山东济宁沿运河仍能南下苏杭、通达上海等长江沿岸，鲁煤南运任务一直主要由这条黄金水道承担着［5］。京杭大运河黄河以南段干线是我国货运量仅次于长江的内河航道，目前依然是我国东部南北走向的运输大动脉，2018 年完成货运量约6.3 亿t。

在力争实现“碳达峰、碳中和”目标的背景下，水运低碳的特点被人们普遍认可。内陆航运与铁路运输和公路运输存在一定的可替代性，据测算，内陆航运的碳排放强度约为133 g／元、公路运输为398 g／元、铁路运输为875 g／元，可见以上3 种运输方式中，内陆航运的碳排放强度最低，仅为公路的1／3，充分显示出水运在节能减排方面的优势。要实现我国的双碳目标面临很大压力，迫切需要构建高标准现代绿色交通体系［6］，充分发挥内陆航运与海运运能大、运价低、污染小、能耗低等优势，不断满足新时代经济高质量发展的要求［7－8］。正因为如此，笔者同张元方等7 位国务院参事2019 年通过调研和分析，认为［9］：1）修建京杭大运河穿黄工程、恢复大运河全线通航，是地方经济持续发展、交通优化、华北生态改善与旅游升级等方面的迫切需要，是中华民族永续发展根本大计的重要组成部分，建议国家发展改革委加强对工程前期论证的领导和组织协调，相关部门协同做好方案比选工作，及早形成技术可行的工程方案；2）为使大运河成为我国经济高质量发展的战略支撑和不竭的动力源泉，尽快发挥其对华北生态环境修复的巨大作用，建议尽早开工建设京杭大运河穿越黄河工程。2020 年9 月，笔者等提交了《关于修建京杭大运河穿黄隧道实现大运河全线通航的建议》，得到了国务院领导批示与国家发展改革委负责同志的重视。附带指出，为沟通京杭大运河内陆航运与海运联系，笔者于2023 年5 月20 日在渤海湾（沧州）－海湾合作论坛的主旨演讲中建议通过适当深挖和局部扩展建设白洋淀出海通道：按尽量利用老河道与洼淀的原则，初拟出海通道方案，从白洋淀东接赵王新河，向东北45.5 km 接大清河，流30.5 km 后与京杭大运河相逢，遂入大清河下游的独流减河，向东南流48.3 km 后穿过由蓄水洼淀修建而成的北大港平原水库，再开挖5.3 km 新河，穿过2 km宽沙井子水库与青静黄排水渠后进入子牙新河，行约11 km 东流渤海，通道全长约154 km，出海口位于天津港与黄骅港之间（见图1）；采用深挖之土修建湖堤河堤，同时垫高城区周边大片尚未建楼之地，提高雄安城区防洪减灾能力。该方案若用中交疏浚集团的大型抽沙设备实施，按二级航道标准，估算投资268 亿元。若如此，则该出海通道亦为高效泄洪通道，且与京杭大运河及沿途水道相交，可补齐雄安新区缺少港口的短板，以京杭大运河与海运为骨干形成华北河湖海现代绿色航运体系与水资源丰枯互济网络，使华北腹地同我国南部经济发达地区紧密联系，为保障中国经济繁荣与水安全持续发挥重要作用［9－11］。

图1 白洋淀出海通道示意

1.2 京杭大运河穿黄工程形式研究现状

1958—1960 年黄委设计院曾主持过黄河位山水利枢纽工程设计工作，当时的任务书包括了京杭大运河济宁至临清段平交穿黄工程的设计，在苏联专家的指导下，确定的穿黄建筑物包括穿黄南闸、南岸防沙闸、南岸冲沙闸、南岸抽水站、东马海船闸、穿黄北闸、北岸冲沙闸、北岸抽水站，拟在位山水利枢纽上游国那里村以西平交穿黄［4］。由于穿黄问题过于复杂，当时模型试验难以定量模拟黄河泥沙冲淤变形规律，大家对平交穿黄信心不足，因此穿黄南闸等都没有施工［9］。进入21 世纪以来，山东省和交通部多次将恢复济宁以北的运河航线提上议程，开展黄河以北段运河复航前期研究工作［10］。山东省政协原副主席李殿魁在2001 年发表的《论我国水系网络化建设：兼论新世纪人民治黄的创新思路》一文中［2］，提出了构建现代化高质量水利基础设施网络（相当于目前大力推进的构建国家水网的雏形）的建议，高瞻远瞩地呼吁实现京杭大运河全线航运，统筹解决水资源、水生态、水环境、水灾害问题。此后，他和笔者以及同为全国政协委员的苏国萃等共同开展研究，针对京杭大运河穿黄方案提出了初步方案，并于2011 年同山东省交通设计部门合作完成了《京杭大运河穿越黄河隧道工程项目建议书》［10］。山东省政府《关于加快内河水运发展的意见》（鲁政发〔2011〕48 号）提出，到2020 年建成“一干多支、干支直达、沟通南北”的京杭大运河高等级航道网。为明确京杭大运河黄河以北段通航的可行性和必要性，交通运输部2018 年给山东、河北、天津和北京下发了关于开展京杭大运河黄河以北段通航深化研究的通知，要求山东省对通航的运输需求、航运用水、穿黄工程、通航线路等重点问题开展专项论证。于是，山东省将“积极推进大运河穿黄工程、黄河以北段复航工程的研究”列为山东省内河水运建设的主要任务之一。“十三五”期间，首批国家重点研发计划项目“黄河下游河道与滩区治理研究”（编号2016YFC0402500）［12］项目组，对穿黄工程线位、穿黄隧道布局等进行研究［9］，认为：穿黄位置选在明清黄运交汇点上游路那里村以东基本可行；穿黄隧道按净高11.5 m、航道净宽25 m、总宽大于50 m 可双向驶船，隧道顶采用不易被冲毁且隧道以上河床不需预留很厚土层的高强度微拱形钢板结构［9］，因而不受“黄河冲刷严重必须预留足够河床厚度”的制约。为便于工程实施，项目组研究认为不能采用盾构机施工，给出了立交平穿黄河方案的施工原则为“精心准备，先引后围，先右后左，水库调配”［9］，采取“先引后围”措施便于采用打桩等常规方法对穿黄工程底部软基进行处理。此外，还提出在穿黄工程两侧各设置两个间距约100 m 的跨堤桩墩，同侧上下游跨穿黄工程的桩墩间距约80 m，临河桩墩宜避开险工而立于坝田之中，以此为基础修建一座东西向悬索桥。右堤桥梁底部高于穿黄隧道顶部，便于减小穿黄隧道顶部高强度微拱形钢板的受力；左堤桥面与玻璃观景平台高程接近，承担荷载的同时便于发挥固定玻璃观景平台的作用。在两岸大堤以外高程40 m 处分别设置玻璃观景栈道，可对穿黄过往船只起到高空防护作用。

2019 年2 月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《大运河文化保护传承利用规划纲要》，明确提出要“研究论证黄河以北段全线复航的必要性、可行性和技术经济性”。为此，2019 年中交水运规划设计院有限公司、黄河勘测规划设计研究院有限公司联合组成“京杭大运河黄河以北（山东段）通航穿黄工程研究”项目组，选择陶城铺断面作为穿黄线位（河底高程为36 m，1985 国家高程基准，下同），拟订了3 种形式的穿黄方案［1］。

二是上跨黄河方案，即采用渡槽跨越方案，渡槽全长3 174 m。按连续梁结构进行跨径布置，相当于大型桥渡工程。该方案可避免与黄河平交存在的问题，但实际运行时需要采用升船机把船升高和降低，难以实现高效通航的目标。

三是下穿黄河方案，即穿黄工程选用盾构隧洞结构，布置上下行两条分别长3 400、3 455 m 的通航隧洞，中心线间距72.5 m，滩地最大埋深40 m，河底最小埋深30 m。根据Ⅱ级航道2 000 t 级船舶控制设计船型尺度（宽度15.8 m，高度3.0 m，设计吃水深度2.0 m）和断面系数要求，每个通航隧洞内径为26.1 m，内设单向航道，其下部矩形宽21 m，上部矩形宽小于24.5 m，水深6.5 m，水面以上通航净高7 m。该方案同样需要利用升船机升降过往船只。

上述3 种方案相对于所选高程较低的穿黄线位颇为匹配，但黄河依然把运河南北隔开，导致黄河以南运河之水无法自然向北流，不能恢复南水北济的条件，即使全线通航也不具备自然改善华北平原生态环境的功能［9－10，13］。不过，尽管上述方案的实施与运行效果会大打折扣，过船效率不高，但相对于一直断航的现状，也是有意义的。

2 高效通航的穿黄隧道方案

2.1 穿黄线位研究

修建能够满足高效通航条件的穿黄工程，是实现大运河全线通航的关键环节。黄河下游河道已淤成著名的地上“悬河”，客观上为修建京杭大运河立交（上方为黄河、下方为运河）平穿（黄河两岸运河水面自然衔接，区别于下穿很深的隧洞方案）黄河隧道工程创造了良好条件。为克服下穿几十米的隧洞方案难以高效通航的缺陷，所选穿黄线位的黄河河底高程不能过低，故需要选择文献［1］的陶城铺穿黄断面上游约20 km的影唐至十里堡段作为穿黄河段，该河段属于宽河段向窄河段过渡的尾部段，河槽河床纵比降约0.14‰，滩地横比降为0.50‰～0.67‰，河槽高程比下游陶城铺断面高3 m 左右，设防流量11 000 m3／s 可作为穿黄工程的设计洪水条件［14］。

实测河势套绘资料表明，该河段流路已得到控制，主流摆动范围基本稳定在200 m 以内。根据《黄河下游防洪工程“十三五”可行性研究报告》规划治导线成果，穿黄河段整治河宽为600 m，随着黄河防洪工程的日趋完善［14－15］，进入线位河段的大洪水减少。

根据黄河左右岸遗留运河状况，在穿黄河段内自上而下选取大田楼、路那里、十里堡3 个线位进行比选。从尽量利用原运河、减少村镇拆迁量、满足运河立交平穿黄河通航的竖向条件、同两岸南北原运河连接顺畅、对黄河防洪和东平湖污染影响小、便于运河增水等方面，进行反复比选，认为可将路那里大断面主槽上游约330 m 处作为推荐线位（见图2），穿黄工程长约3 500 m。该线位借助河道北段挖低后的梁济运河进入穿黄隧道，并在运河水质明显比东平湖差的客观条件下，能减轻运河对东平湖的污染，过黄河河槽后进入河南台前县域内［16－17］，地面平均高43.5 m，穿过黄河北堤后穿越北金堤滞洪区的线路与金堤河平交，金堤河水进入新建京杭大运河连接段，既可解决金堤河的退水问题，又可成为运河北段水源之一。过金堤河后即进入山东阳谷县，顺势与运粮河及京杭大运河相连，同现行道路交叉少且总里程较短。此外，该线位上下游两岸河道工程完善，工程约束能力强，特别是推荐线位上游左右岸紧密呼应的影唐险工与朱丁庄护滩工程以及左侧临近推荐线位的枣包楼护滩工程，已稳定控制流路，不需要建设控导工程和险工以增强河势稳定性［1］。工程区域地势西高东低，由西南向东北自然倾斜，坡降为1／9 000～1／5 000，高程为40～50 m［8］。

图2 穿黄工程所在河段及推荐线位

大田楼线位河底高程较高，在竖向条件方面便于实施运河立交平穿黄河通航工程，但相对于两岸运河原河道偏向上游，新建京杭大运河连接段较长，工程投资与协调难度较大。而十里堡线位堤距较窄且险工对峙，河势相当稳定，河底高程约38 m，穿黄工程长度可缩短至约1 600 m，同北岸原运河连接较为顺畅，能够避开或缓解对河南辖区的影响，协调工作量小，是穿黄工程颇为理想的线位；在东平湖以北又可回归老运河故道，即从八里湾向西，过东平湖经戴家庙乡至十里堡入黄，成为一段有历史遗存和文化传承的航道，但对东平湖的污染影响比南水北调东线工程还大，且满足运河立交平穿黄河通航的竖向条件方面余地小，故暂不推荐。

推荐的线位在南水北调东线穿黄隧洞上游约20 km处，其上游约14 km 即为1949 年8 月设立的孙口水文站（观测项目主要有水位、流量、含沙量、冰情等），能够及时提供洪水通过穿黄工程前的水沙信息。

(1)矩阵T第8,9,14,17,20列为零向量列,且对应的未知数行为0，因此可在系数矩阵T中直接剔除相关列组成矩阵T′。

2.2 穿黄隧道方案研究

京杭大运河全线复航的控制性工程就是穿黄航运通道，为实现高效穿黄目标，不能采取诸如南水北调中线与东线穿黄工程那样的隧洞方案，使水流呈明流状态并满足航运需要，故必须采取立交平穿黄河隧道方案。根据2013 年国务院批复的《海河流域综合规划》，京杭大运河黄河北岸至天津段约500 km 规划为Ⅲ级航道，天津至北京段141 km 规划为Ⅵ级航道。京杭大运河现正常通航的大部分河段水深为3～6 m，宽度为25～70 m。为留有余地，穿黄航运通道参照《内河通航标准》（GB 50139—2004）Ⅱ级航道标准“可通航2 000 t，水深2.6～3.0 m，限制性航道水深4 m”，综合考虑取穿黄隧道水深5.5 m，水面以上通航净高取7 m。

按上述分析，穿黄隧道内部净高取12.5 m 可满足通航要求，比初步研究所取平穿黄河隧道净高11.5 m有更大余地，更有利于高效穿黄，其单向航道净宽仍然取25 m［9］（大于上述下穿黄河方案每个通航隧洞内单向航道上部矩形宽度，更大于水下矩形宽度21 m），总宽55 m 即可双向行船。可在船舶主航道水面高程以上的两侧设置净宽8 m、净高4 m 的车辆通行隧道，以便在配合船只航行或处理应急事件的同时，产生道路交通效益。

参照上述推荐线位主槽下游330 m 的路那里断面多年套绘资料，得知该断面受小浪底水库修建后靠溜险工附近冲刷严重的影响，深槽处平均高程约为40 m，比文献［1］的陶城铺穿黄断面河底高程36 m 高4 m，而黄河南岸京杭大运河底高程清淤前约为27 m，从而可为“上黄（河）下运（河）”的立交平穿过黄方式创造有利的空间条件。

路那里断面冲淤变形套绘结果见图3。2018 年（下游来水量较为充足）汛后该断面深泓点高程为35.31 m，2019 年入海控制站利津实测水量略微减少，2020 年汛前4 月17 日实测深泓点高程为34.10 m（为小浪底水库修建后该断面的最低深泓点）。中水流量持续冲刷时河势规顺［18－19］，主流同路那里断面偏离正交的角度不大，深泓点高程并不是最低值，如：2020 年下游利津站实测水量为359.6 亿m3，经过秋汛持续冲刷，10 月16 日实测深泓点高程为36.32 m；2021 年利津站水量高达443.8 亿m3，其中8 月下旬至10 月，受华西秋雨持续影响，黄河中下游地区发生历史罕见秋汛洪水，干流9 d 内相继出现3 次编号洪水，潼关水文站发生1979 年以来最大洪水，多座水库突破历史最高蓄水位，黄河下游出现长历时、大流量洪水过程，经过流量约5 000 m3／s 的洪水持续冲刷后，11 月8 日实测深泓点高程为36.93 m。至于大水期主流趋中与河势下挫，主流顶冲险工丁坝的角度变小［20］，坝头局部冲刷强度减弱，路那里断面深泓点高程更不是最低值，可认为小浪底水库修建后下游冲刷最深时路那里断面深泓点高程为34.10 m（文献［1］的陶城铺穿黄断面相同条件下最大冲刷水深为30.68 m，两者相差3.42 m，略小于上述河底高程高差4 m）。推荐穿黄线位右侧主槽位于路那里断面上游约330 m 处，基本位于上游左岸枣包楼护滩工程与右岸国那里险工之间的过渡段，能避开靠溜险工，深泓点高程应明显高于路那里断面深泓点，据动床模型试验，两者相差3～5 m，穿黄线位最低点高程相应近似为37～38 m，可取下限值37 m。实际工程若需要使穿黄断面的深泓点高程提高1 m，可将推荐穿黄线位再上移100～150 m 即可，同时还具有进一步避开靠溜险工而便于采取防护措施的优点。

图3 路那里断面冲刷变形套绘结果

在上下游一定范围内利用钢结构板桩组合技术［16－17］对右岸传统险工改造升级后，即可在增加主槽过流宽度与能力的条件下明显减少局部冲刷。在不高于断面深泓点高程的隧道顶采用表层经过防腐抗磨处理的高强度微拱形钢板，可在防冲的同时减少隧道顶厚度。其实，隧道顶部高程即使高于37 m 而接近深槽的平均高程40 m，也不影响黄河过流能力。假如隧道顶部高程为40 m，研究表明，穿黄断面主槽底局部被定床限制后，必然引发冲积河流系统偏离原有的相对平衡状态，在水流与河床相互作用的过程中，总是朝着使冲刷不断减小的方向调整［21－23］，表现出冲刷程度时空衰减规律而逐渐趋于新的平衡（遵循系统趋衡响应原理［6］），并不改变洪水期河床通过冲刷而增加过流断面面积的自然特性［22］，穿黄隧道顶部的河槽水流会通过自然冲刷两侧滩岸（以向左侧扩展为主），自动调整出均衡的断面形态［18，23－24］，其过流面积不减反增，流态变得相对稳定，同原来极不匀称的断面形态相比，能有效缓解水流与河岸之间的矛盾［12，25］，改善摩阻特性而便于河槽形态的趋衡调整，更有助于穿黄河段过洪与输沙能力的提高。

鉴于梁济运河通航水位为34～37 m［1］，按一定比降流到黄河南岸时水位降低后恰好便于通过穿黄隧道。隧道顶若采用表层经过防腐抗磨处理的高强度微拱形钢板，厚度为0.4 m（比初步研究所取厚度大10 cm，隧道内顶部高程为36.6 m），可满足设计需要，即可在防冲的同时减小隧道顶厚度。黄河北岸聊城运河经过清淤处置后河底标高能达到24 m，再由南岸运河底经过清淤后，河底标高不难挖到25 m，故由穿黄隧道内部净高12.5 m，可确定穿黄工程底部高程为24.1 m。

随着新方法、新工艺、新材料的不断发展，在上述平穿黄河隧道方案的基础上，完全可建设更为理想的京杭大运河穿黄工程。例如，可在将生产堤提升改造为防洪堤且通过图4 所示的“钢壁墙”与隧道连接为一体后，将滩地土体挖去，上面铺设特种玻璃成为观景平台，能让游客透过玻璃栈道看到运河行舟的美景，增加旅游效益。左岸若自影唐险工尾部始，经枣包楼工程至路那里断面，将生产堤升级改造为防洪标准为10 000 m3／s 的防洪堤后［12，14］，穿黄工程线位实际漫滩上水的可能性很小（近40 a 来孙口水文站最大流量为1985 年的7 100 m3／s，近30 a 来该站每年最大流量均不大于1996 年的5 800 m3／s，古贤等水库发挥作用后［21］，洪峰流量将明显减小），假如出现超标准洪水漫过玻璃观景平台，只要及时清淤就不影响游客的别样体验。

图4 隧道＋玻璃观景平台穿黄方案

如此“上黄（河）下运（河）”立交平穿过黄工程，在上下游一定范围内必须采取高标准的防护措施，除在右岸对险工丁坝进行必要改造［16－17］并对堤防底层与高强度微拱形钢板顶部接口进行防护处置外，还必须采用具有防腐性能的高强度新材料对穿黄隧道顶部进一步处置，再以1 ∶6 的坡降向上下游展开，发挥良好的防渗漏与防冲刷效果，确保隧道附近的黄河堤防不出现渗漏险情。

3 对京杭大运河通航其他影响因素的分析

3.1 位山水利枢纽工程对京杭大运河全线通航的影响

20 世纪50 年代三门峡水库修建前编制的《关于根治黄河水害和开发黄河水利的综合规划的报告》［7，19－21］，提出了河道梯级开发的方案［4］。1958 年5月1 日，开工兴建梁山县与东阿县之间的位山水利枢纽工程引黄闸，后来相继修建了东平湖水库围坝、拦河闸、拦河坝、进湖闸、出湖闸等工程［4］。位山水利枢纽修建时，有关方面以“有利于枢纽综合利用和东平湖蓄水”为由，将东平湖与黄河、运河分开，筑起东平湖西堤，堵死了南四湖（微山湖、昭阳湖、独山湖、南阳湖等4 个相连湖的总称）洪水自然入黄通道，京杭大运河张坝口以北段部分被截入东平湖湖区内；尤其在1958 年开挖了国那里至南四湖的梁济运河，从而导致黄河以南径流南去的局面，从根本上改变了戴村坝至南旺枢纽工程南北分流的格局，这就是京杭大运河不能全线通航的根本原因［3］。应该承认，当年修建位山拦河坝缩窄了过洪断面，因担心洪水泄流不畅而试图通过上述工程手段把本应进入黄河的洪水（包括菏泽、济宁境内的排涝泄洪之水）逼向东平湖与南四湖，至今在黄河洪水较大时还分水入南四湖，使这部分水流入淮河流域。

1960 年5 月位山水利枢纽投入运用后出现了严重的淤积问题，特别是三门峡水库1962 年3 月运用方式由“蓄水拦沙”改为低水位“滞洪滞沙”后，位山水利枢纽对黄河淤积影响更大。在有关专家的建议下，1963 年10 月21 日国务院同意了位山水利枢纽破坝方案［9］，11 月22 日采用炸药起爆破除。1966 年冬按Ⅵ级航道开挖疏通黄河以南运河时，为解决河床南低北高问题，陆续建设郭楼节制闸、船闸和国那里入黄闸（入黄闸1972 年基本完工，1976 年试用3 次暴露出运营与泥沙淤积等方面的问题，且上闸首一直有渗水等难以排除的险情隐患，1980 年6 月实施土坝围堵工程后停用，1989 年将闸拆除）。1969 年梁山县国那里村至济宁湖口村88 km 运河通航，梁济运河遂单向南流，黄河南岸至济宁以北的老运河被废弃。由此彻底打破了当年京杭大运河形成的“鲁水济运、七分北流”的局面，尤其黄河以北广大区域失去了南水北济的条件，逐渐使运河北段断航，随着水资源供需矛盾日益激化，引发了黄河以北平原严重缺水和整个地面沉降的地质灾害，方显现出位山水利枢纽修建前南岸本应入黄水量的宝贵。从60 a 后的今天看，当年李驾三提出“恢复到建坝前河湖不分家的自然调蓄状态”的破坝方案［4，9］颇有战略眼光。此后赵业安等著名专家多次建议总结位山水利枢纽失败教训，呼吁纠正所造成的不利影响［5，9］。笔者也曾主张位山水利枢纽遗址南岸尽早恢复到枢纽修建前黄河、汶河洪水进出东平湖的自然状态，并通过河湖库水系连通，大力推进黄河下游河湖水环境综合治理与水生态保护修复［4，14］，使京杭大运河全线通航后有充足的水源。

3.2 京杭大运河全线通航的有利条件分析

黄河治理局面的巨大改观也是大运河全线通航的有利条件。古贤水库建成生效未来可期［11－14］，在沿黄已建和拟建的平原水库联合调度下黄河下游通航是不难实现的。只要对黄河下游传统河道工程改造升级［16－17］，就能够稳定流路与水深，同时黄河治理取得了巨大的减沙成就［15］，黄河水沙已向有利方向转化（如2008—2022 年黄河中游潼关站年均来沙量1.75亿t，仅为1919—1960 年年均值的1／8），“河床不抬高”已成现实［19］，下游洪水实难发生，对京杭大运河全线通航起关键作用的穿黄隧道安全已不成问题。

受1843 年这一可靠性差的调查洪水点据影响，黄河中下游现行洪水设计流量偏大、重现期偏小，当年从事这项工作的老专家认为成果可能偏大20%～30%，调度运用方式预留的余地也人为偏大，致使黄河下游生态保护及高质量发展遇到的人为问题较多［14］。例如：一方面黄河水资源供需矛盾突出，另一方面在来水量较大的年份（如2018—2021 年入海水量远大于黄河下游输沙与河口生态所需水量总和，其利津水文站年均实测水量为312.2 亿～443.8 亿m3），在三门峡水库尚不能对秋汛洪水拦蓄情况下［21］，黄河不能以“悬河”态势利用引黄济冀、引黄济津、引黄济青等自流供水能力很大的引黄设施伺机向两岸足量补水，使漏斗区深层地下水回升，为相关地区生态保护和高质量发展做出积极贡献［9］，其作用是其他手段无法比拟的，同时还制约着黄河下游对京杭大运河全线通航的贡献。由此说明，科学构建华北水网体系必须充分发挥黄河和大运河的作用。

为改变黄河下游这种被动局面，必须按合理的洪水设计成果与水库调度运用方式，在黄河发生稀遇洪水时不再使用北金堤滞洪区与东平湖进行分洪滞洪［14］，而是在北金堤滞洪区渠村等分洪闸附近建设平原水库（人工湖），同时整合东平湖与沿黄已建和拟建的白云、董口、杨庄集、古宋金河、齐河、利民、金桥、滨源、东津等引黄平原水库［9，19］，构建区域水网体系，确保京杭大运河穿过黄河后有充足水源。在黄河秋汛到来无库容可用之时［4］（尤其渭河秋汛来水是黄河干流拟建的古贤工程无法拦蓄的），或者在下游非灌溉期小浪底等水库弃水时或调水调沙泄流初期，相机储蓄黄河水。将下游地区以众多引黄人工湖和相关河道为单元构成的河湖水系，利用“悬河”落差合理调度，作为黄河防洪抗旱与生态调控体系的有机组成部分［20－21］，发挥中上游水库难以发挥的调控作用。特别是当黄河出现较大洪水或者在前期预测失误、中游水库调度不当时，这些人工湖能发挥分滞洪及防洪减灾作用，优化配置水资源、修复生态、调节和补充地表及地下水资源，给下游地区经济社会发展与生态保护带来巨大效益。

3.3 京杭大运河北段水源保障有利条件分析

李殿魁［3］早在20 世纪末就多次强调指出：“山东不缺水，是京杭大运河断航才造成了山东、华北缺水。”近年的证明是2022 年6 月26 日11 时至28 日6时，山东普降暴雨到大暴雨，济宁等局地累计降雨量达280～391 mm，全省降雨量折合水量145.7 亿m3，媒体称“山东两天时间下了12 141 个大明湖”！显然“山东不缺水”对解决京杭大运河全线通航的水源问题是有利的。

京杭大运河穿黄通航一旦成功，就可实现黄淮海流域河流的互通，充分发挥灌溉、分洪、排涝等功能。穿黄工程正常运行后水位与南四湖水位自然衔接，京杭大运河北段即具备了基本的水源条件。南四湖有53 条河流入湖，洪水位36 m 时湖水量50.7 亿m3；梁济运河是济宁、菏泽境内的主要排水泄洪通道，沿途有泉河、赵王河等10 多条主要支流汇入，对全线通航黄河以北段补水量较大［9］；金堤河流经河南、山东两省，多年平均天然径流量为2.7 亿m3。明清时期以汶水济运，同时让南四湖北流济运，保证了京杭大运河的稳定发展。当时黄河在江苏入黄海，现在山东省水资源比明清时更加丰沛，尤其现可称为“运河水柜”甚至“运河水脊”的东平湖，是大运河山东段最大水源地。倘若充分发挥南四湖、东平湖、梁济运河、金堤河的配水作用，南北分流（济北为主），再加上引黄补水，则京杭大运河北段通航的水深不难维持。

上述黄河以南区域洪水回归北流后能明显减轻淮河洪水压力，既可为国家节省防灾救灾资金，又可在鲁西南降雨量偏大时通过京杭大运河穿黄工程向北排水，利用运河北段行水回灌，有效补给沿岸地下水，显著减轻华北地区地面沉降的地质灾害影响，产生较大的减灾与生态效益。此外，金堤河在台前县张庄附近穿黄河大堤入黄河，出口受黄河河槽逐年淤积抬高的影响，地表径流和地下径流出路不畅，金堤河下游成为积水区，导致中下游地下水埋深浅，洪、涝、旱、碱曾交替为害，农业产量长期较低。金堤河在入黄河前建有提排能力约为100 m3／s 的张庄提排站，用于排涝并可防止黄河涨水时倒灌。若采取必要的工程改造与沉沙处理措施，让金堤河水注入京杭大运河，实现黄河流域与海河流域的连通，则可减少金堤河洪涝灾害损失，对河南和山东都颇为有利，并能够节省提排站大量的运行费用［9］。

国家对南水北调东线工程及其配套工程以恢复京杭大运河航运为主的功能定位有一定的局限性［19］，需要对局部制约渠段加以改造，才能更好地发挥其作用。鉴于黄河以南相关湖泊水位与河流的流量并不是恒定的，因此需要在穿黄工程南端运河东岸，利用板桩组合技术修建堰顶渐变式溢流堰，向东平湖区排泄富余之水［9］，以稳定穿黄隧道水位，保证船舶往来畅通。

4 结论

1）采取“上黄（河）下运（河）”的立交平穿过黄方式，科学修建穿黄隧道工程，是实现京杭大运河全线通航并高效穿黄的最佳方案。为使全线通航的京杭大运河成为我国经济高质量发展的战略支撑和不竭的动力源泉，同时发挥南方洪水对华北生态环境修复的巨大作用，国家相关部门应以“功成不必在我”的精神境界和“功成必定有我”的历史担当，以高效通航的国家利益为重，协同做好穿黄工程方案比选工作，形成科学合理的工程技术方案。

2）以河势稳定的影唐至十里堡段作为穿黄河段，选取大田楼、路那里、十里堡3 个线位，再从满足运河穿黄工程高效通航的竖向条件、同黄河两岸连接顺畅程度、对黄河防洪和东平湖污染影响、便于运河增水等方面进行比选，可将路那里河道大断面主槽上游约330 m处作为推荐穿黄线位（穿黄隧道工程长约3 500 m），北岸穿越北金堤滞洪区的线路与金堤河平交，可使金堤河成为运河北段的水源之一，之后顺势与运粮河及京杭大运河相连。

3）通过河床冲刷观测与模型试验资料分析，确定穿黄线位最低点高程为37 m，其可作为穿黄隧道顶部高程；参照Ⅱ级航道标准，综合确定穿黄隧道水深为5.5 m、水面以上通航净高为7.0 m、穿黄隧道内部净高为12.5 m、单向航道净宽为25 m，总宽55 m 可双向驶船；采用400 mm 厚、表层经过防腐抗磨处理的高强度微拱形钢板，可确定穿黄隧道工程底部高程为24.1 m，同黄河两岸运河清淤后的底部高程能够自然衔接。为便于航船过往，既能让游客透过玻璃栈道看到运河行舟的美景，又不影响超标准洪水行洪，将生产堤提升改造为高标准防护堤的基础上，在北部高程45 m 处铺设特种玻璃，使其成为观景平台，提升为隧道（南部河槽）＋玻璃观景平台（北部滩地）形式的穿黄工程方案。

4）为使运河平穿黄河后有充足的水源，须将位山水利枢纽遗址南岸区域基本恢复到位山水利枢纽修建前黄河、汶河洪水进出东平湖的状态，将梁济运河改造成北流之河，充分发挥南四湖、东平湖、金堤河及梁济运河对京杭大运河北段的配水作用，让五湖两河之水南北分流（济北为主），加上稳定的引黄补水，再利用沿黄已建和拟建的引黄平原水库配水，可确保京杭大运河黄河以北段通航有充足水源。

5）在“上黄（河）下运（河）”立交平穿过黄隧道工程南端运河东岸修建堰顶渐变式溢流堰，向东平湖区排泄富余之水，稳定穿黄隧道水位，保证京杭大运河船舶过往畅通。京杭大运河穿黄通航一旦成功，自然形成黄淮海流域水系连通，就可充分发挥灌溉、分洪、排涝等功能，产生巨大的经济、社会与生态效益。