黃河畸型河勢防洪影響及對策

張建懷

（山東黃河河務(wù)局，山東 濟南250000）

畸型河勢是指河勢演變過程中流路脫離設(shè)計線路， 引發(fā)堤防、河道整治工程等治河工程險情， 影響工程正常使用且危及其自身安全；沖毀灘區(qū)村莊，降低河道過洪能力；不斷發(fā)展將形成橫河、斜河，直至為畸型河彎的河勢。 畸型河彎是一種過渡彎曲的河彎形態(tài)，平面上呈現(xiàn)“S”形、“Z”形、“幾”字形或“Ω”形等。 畸型河彎是橫河、斜河發(fā)展的結(jié)果，在水沙條件變化后、河床形態(tài)劇烈調(diào)整過程中形成、發(fā)展和突變。 黃河下游河道畸型河彎從形成到消亡歷經(jīng)一個水文年或數(shù)年不等。

1 畸型河勢對防洪的影響

1.1 危及防洪工程的安全

黃河下游河道整治工程按照5000m3/s（后改為4000m3/s）的中水流量洪水設(shè)計。畸型河勢在形成、發(fā)展期間，主流“上提、下挫”，會形成長時間、集中沖擊河道整治工程單個或幾個壩垛，造成工程出現(xiàn)坍塌、墩蟄等險情，甚至發(fā)展成跑壩、垮壩等重大險情,嚴(yán)重時可能發(fā)展成為“抄后路”險情。主流若從工程背后穿過，將會使工程失去原有作用，并沖毀工程。 2003 年至2005 年游蕩性河段集中出現(xiàn)畸型河勢，大宮工程、王庵工程和蔡集工程都面臨形成“抄后路”險情，畸型河勢對工程安全的威脅較大，需要投入大量的人力、財力搶險才能消除畸型河勢，保證工程安全。

1.2 危及灘區(qū)安全

畸型河勢形成后，流路往往脫離控導(dǎo)工程的約束，造成灘岸被主流沖刷、坍塌入水，甚至村莊也會坍塌入河，嚴(yán)重威脅灘區(qū)群眾的生活生產(chǎn)安全。 1949 年至1971 年，僅河南境內(nèi)灘區(qū)落河村莊達(dá)123 個。

2003 年秋汛期間，蔡集控導(dǎo)工程附近畸型河勢發(fā)生較大變化，主流右移， 造成上首灘岸坍塌。 9 月18 日凌晨水流從蔡集控導(dǎo)工程35壩上首漫過，蘭考北灘進水， 17 個村莊被水圍困，被困人口約1.74 萬人，31 個村莊受災(zāi)（含背河村莊14 個），受災(zāi)人口約3.67 萬人。

2004 年汛前開封河段發(fā)生畸型河勢，主流不斷沖刷灘岸，造成大量灘地坍塌，致使小王莊落入河槽，村莊被迫整體搬遷。

1.3 影響河道排洪能力

畸型河勢形成后，特別是發(fā)展為畸型河彎時,由于河彎過于彎曲，會壅高該河段水位，降低河道的排洪能力。 常堤～夾河灘河段在2005年汛前形成一處畸型河彎，2006 年汛前畸型河彎裁彎取直后消失。 該段河長（畸型河彎消失前和消失后，河彎上、下河道兩個位置無變動點間的距離）由17.25km 縮短為12.75km，相應(yīng)該河段流速和過水面積也發(fā)生了變化。

2 防治畸型河勢的措施

2.1 柳石防沖

柳石防沖是黃河下游極具特點的防護措施，將柳秸料和石料制成防護體并拋投入水，起緩流和防沖作用，用以保護岸灘。防護方式有鉛絲籠沉柳和拋投柳石枕。鉛絲籠沉柳是將枝葉茂密的柳樹梢捆扎于鉛絲籠后沿岸坡沉放于水下，多用于水深溜緩的條件下。

拋柳石枕是使用梢柳（樹梢，多用柳樹梢）和散石，捆扎成若干圓柱體后依次推拋入水并形成一定體積的防護體， 防止水流淘刷土體。柳石枕直徑一般在1m 左右，長度依需要而定，通常在10m～15m。此方式用于水流頂沖條件下，且使用范圍較廣。

2.2 沉鋪土工織物制品

沉鋪土工織物是在畸型河勢段沿灘岸全線選定若干部位（點），在其上沉鋪由土工織物制品，俗稱采用土工織物進行打“點”搶護。 打“點”部位根據(jù)灘岸坍塌實際情況而定。 土工織物制品主要有土工布、土工布沉排、土工包、土工袋籠、編織袋籠、編織袋等。此種措施適用于修建臨時性防護工程。

這種措施“以點帶線”對畸型河勢段進行全線防護，特點是搶護速度快。但確定搶護點的位置十分重要，需視現(xiàn)場河勢發(fā)展情況確定，不宜提前展開搶護作業(yè)，搶護強度較大。土工織物沒有相應(yīng)基礎(chǔ)依靠，自身抗沖能力較弱，受較大水流沖刷時極易走失，喪失護岸功能,而且容易造成多次搶護，重復(fù)投資。在防護河彎長度較長，畸型河勢發(fā)展不嚴(yán)重的情況下易取得較好的防護效果。

2.3 修筑應(yīng)急工程

修筑應(yīng)急壩垛是黃河下游河道防治畸型河勢的常用措施， 也是目前較為有效的措施之一。 此種措施在灘岸坍塌嚴(yán)重的部位，緊急修筑壩垛以抵抗水流沖擊，防治坍塌，阻止畸型河勢進一步發(fā)展。 通常依據(jù)“以點守線、統(tǒng)籌兼顧、因地制宜”的原則，設(shè)計防護方案。 防護方案通常有3 種：修建上、下延工程、修建垛和修建護岸或壩垛護岸結(jié)合。

2.3.1 修建上下延工程

修建上、下延工程是在原有工程基礎(chǔ)上，按照河道整治方案，上延或下延數(shù)道壩垛。這種措施的優(yōu)點是工程平面布置符合河道整治規(guī)劃要求，延續(xù)工程建設(shè)。 缺點是工程建設(shè)周期長，耗資高。 工程建成后馬上就要應(yīng)對洪水沖刷，由于工程基礎(chǔ)尚未穩(wěn)定，出險幾率較大，搶險費用較高。

2.3.2 在控制點修垛

此種措施屬被動搶護措施。做法為在灘岸受沖刷坍塌較嚴(yán)重部位的最上端采用傳統(tǒng)土石技術(shù)順勢修建數(shù)個垛， 遏止當(dāng)前坍塌移動趨勢，減緩下游一定范圍內(nèi)灘岸的坍塌速度，遏制畸型河勢發(fā)展，不改變河勢流路，保持了當(dāng)前河勢的穩(wěn)定。與其它應(yīng)急工程相比區(qū)別在于，工程位置不需嚴(yán)格按照河道整治規(guī)劃，主要根據(jù)當(dāng)?shù)睾觿葸x取最佳控制點作為工程位置。 其次，垛的頂高程一般以當(dāng)?shù)貫┟嫦嗤?/p>

此種措施是較為常用的和有效的搶護方法。突出的優(yōu)點是施工工藝簡單、速度快、見效快。 缺點是僅能遏止河勢發(fā)展，不能改變畸型河勢。

2.3.3 修建護岸（或壩垛護岸結(jié)合）

護岸是順堤或順河岸修建的防洪工程，一般為土石結(jié)構(gòu)，裹護斷面結(jié)構(gòu)與壩垛相同。 護岸平面多為直線形，也可順堤線或河岸而修建成彎曲形，對河床邊界條件和水流流態(tài)影響較小，多建在兩壩（垛）間，防御正面水流或回溜沖刷。 因此用于遏止畸型河勢發(fā)展時，多采用壩垛岸結(jié)合的形式。

修建應(yīng)急工程仍屬被動防護措施， 僅能遏止河勢進一步發(fā)展，并不能將河勢調(diào)整到理想流路而消除畸型河勢。

2.4 人工裁彎

畸型河勢在運行周期末端是可以自行裁彎取直的，但是這需要有適合的水沙條件。 歷史上自然裁彎往往發(fā)生在大水年份。 黃河是世界上聞名的多泥沙河流，泥沙淤積是困擾下游治理的主要難題。 根據(jù)整個黃河流域水資源開發(fā)的趨勢，上游用水量將持續(xù)增大，而下游出現(xiàn)大流量洪水的機會減少。 加之下游河床泥沙粗細(xì)差異極大，且在河床分布不均勻，散布在河床的膠泥層或零星幾處或綿延數(shù)公里。 在長期小水作用下，形成的畸型河勢很難自然調(diào)整至規(guī)劃的流路。相反，卻有不斷惡化的可能。 所以，抑制和消除多沙河流畸型河勢較為可行的措施人工裁灣。 通常做法有挖河疏浚和切灘導(dǎo)流。

挖河疏浚作為一項河道治理措施，自古有之，但是采用疏浚技術(shù)消除畸型河勢的措施還缺乏完善的工程技術(shù)方案。 多年來，僅有黃河水利科學(xué)研究院結(jié)合黃河下游游蕩性河段整治開展過 “黃河黑崗口至柳園口河段挖河固堤模型試驗研究”。 該研究表明：游蕩性河段進行挖河疏浚要達(dá)到水分得進、河展得開且穩(wěn)得住，要選擇合理的挖河線路、斷面尺寸、床面比降、口門位置和形態(tài)，充分考慮河段的河床演變特點和工程邊界情況，只要制定合理的方案，能夠達(dá)到理順河勢的目的。

對于局部河段，根據(jù)畸型河勢的發(fā)育狀態(tài)在適當(dāng)部位采用挖河疏浚措施，能夠迅速調(diào)順流路，改變畸型河勢。

另外是采用切灘導(dǎo)流的辦法。 2005 年10 月黃河下游開封王庵河段出現(xiàn)畸型河彎，王庵控導(dǎo)工程出現(xiàn)較大險情，威脅開封縣黃河灘區(qū)內(nèi)群眾的生命財產(chǎn)安全。為消除險情，采用了切灘導(dǎo)流的搶護方案。通過設(shè)計，采用挖掘機開挖結(jié)合局部爆破開挖引河、高壓射流船及擾沙船疏浚等措施成功實現(xiàn)切灘導(dǎo)流，消除了畸型河勢。

3 結(jié)語與建議

黃河下游河道在長期小水作用下，現(xiàn)有河道整治工程不適應(yīng)河勢變化，降低對水流的控制能力，主流在自動調(diào)整過程中會產(chǎn)生畸型河勢?；秃觿莸陌l(fā)展受多種因素影響，其演變過程有著自身規(guī)律，往往在大水年份過后會自然消亡。 畸型河勢形成后會脫離原有工程控制，引起灘岸坍塌，造成村莊被沖毀，危及灘區(qū)群眾生命財產(chǎn)安全。流路變化會使控導(dǎo)工程不斷出險，甚至形成順堤行洪，威脅堤防安全。因此應(yīng)充分重視河勢變化，防治河勢演變中出現(xiàn)的畸型河勢。 畸型河勢防治應(yīng)在充分認(rèn)識和掌握其發(fā)展規(guī)律的基礎(chǔ)上依據(jù)河勢演變情況和監(jiān)測情況，制定應(yīng)急防守方案，在不同階段采取相應(yīng)措施，消除其不利影響，確保防汛安全。 建議如下：

3.1 加強畸型河勢監(jiān)測

畸型河勢演變過程受多種因素影響， 而河勢監(jiān)測是保證防汛安全，預(yù)估河勢發(fā)展，制定科學(xué)應(yīng)對措施的基礎(chǔ)。 在畸型河勢監(jiān)測中除記錄河勢流路、灘岸位置變化、灘岸出水高度等數(shù)據(jù)外，建議增加對水深、流速和河床土質(zhì)的測量和調(diào)查。 綜合利用河道測量斷面、水沙條件、 河道沖淤情況和衛(wèi)星遙感影像， 密切監(jiān)控畸型河勢的演變過程。

3.2 進一步深入開展畸型河勢防治技術(shù)研究

在現(xiàn)有畸型河勢防治措施研究的基礎(chǔ)上， 對尚未投入生產(chǎn)應(yīng)用的措施開展試驗研究，完善技術(shù)方案，綜合開展灘岸坍塌防治技術(shù)研究。