黃河下游花園口-高村河段泥沙時(shí)空分布及地貌演變

張金良，李 巖，白玉川，徐海玨，羅秋實(shí)，黃 哲

（1.黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南鄭州 450003；2.天津大學(xué)河流海岸工程泥沙研究所，天津 300072）

1 研究背景

流域內(nèi)泥沙侵蝕、輸移與沉積是影響河槽、灘區(qū)以及三角洲地貌演變的主要地表過程［1］。20世紀(jì)以來全球范圍加快河流水庫的建設(shè)［2］，直接導(dǎo)致下游河道泥沙大幅度減少，尤其是世界性的大河，如非洲的尼羅河和奧蘭治河，亞洲的印度河、長(zhǎng)江和黃河，美國(guó)的密西西比河，這些河流當(dāng)前的輸沙量相比建壩前減少了一半以上［3-4］。由于水庫的攔沙作用，低含沙水流下泄刷深河槽，一定程度緩解了下游河道洪水發(fā)生幾率，保障行洪安全。然而，由于缺少泥沙資源供應(yīng)，對(duì)下游河道形態(tài)和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響［5-6］。隨著社會(huì)快速發(fā)展和城市化進(jìn)程加快，人們逐漸認(rèn)識(shí)到河流生態(tài)系統(tǒng)的重要性［7-9］。灘地作為河流系統(tǒng)重要組成部分，具有寶貴的社會(huì)與生態(tài)功能，不但起到滯洪、沉沙的作用，而且還是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和野生動(dòng)物的棲息地［10］。為了保護(hù)這些寶貴資源不受洪水淹沒，在主槽兩側(cè)修建許多防控工程，從而限制了洪水淹沒空間，導(dǎo)致泥沙淤積分布不均，河床形態(tài)更加復(fù)雜［11-12］。黃河下游河道是這類河流的典型代表，其河道形態(tài)多變且具有寬闊的灘地，于兩岸大堤內(nèi)分布許多村落，居住189.52萬人的村民，因此又被稱為“灘區(qū)”［13］。

黃河由于“水少沙多、水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)”的特性［14-15］造成下游河道長(zhǎng)期淤積，導(dǎo)致河床形態(tài)不斷演變，形成舉世聞名的“地上懸河”。同時(shí)，河道內(nèi)生產(chǎn)堤、控導(dǎo)工程等建筑物不斷加固與建設(shè)，造成主槽比灘地高，形成黃河下游特有的“二級(jí)懸河”［16-17］。近年來，眾多研究學(xué)者對(duì)黃河下游治理開展了大量的研究，在河槽沖淤與水沙搭配［18-21］、平灘流量［22-24］以及河道生態(tài)需水量［25-27］等方面取得豐碩的成果。然而，大部分的研究成果重心主要放在河槽區(qū)域，對(duì)兩側(cè)的灘地關(guān)注較少，尤其是2000年小浪底水庫運(yùn)行之后，進(jìn)入下游河道泥沙大幅度減少，在灘區(qū)地貌演變及治理方式等方面的研究尚不夠完善。目前，灘區(qū)主要存在以下問題：（1）灘區(qū)行洪、滯洪與沉沙功能與當(dāng)?shù)鼐用裆詈拓?cái)產(chǎn)之間的矛盾；（2）沿岸經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展與土地資源短缺之間的矛盾；（3）灘區(qū)土地?zé)o序開發(fā)、私人建設(shè)與綠色生態(tài)發(fā)展之間的矛盾［28］。

如何利用泥沙資源仍是治理黃河下游的關(guān)鍵，本文基于灘區(qū)治理這一思路，根據(jù)黃河下游花園口-高村河段斷面地形資料，采用地形空間插值與實(shí)測(cè)資料分析相結(jié)合方法，分析小浪底水庫運(yùn)用之后黃河下游河道泥沙時(shí)空分布特征以及河道地形調(diào)整情況，評(píng)估泥沙減少對(duì)灘區(qū)治理的影響并提出灘區(qū)再造方案，以期為進(jìn)一步完善下游河道泥沙資源的優(yōu)化配置以及沿黃生態(tài)長(zhǎng)廊建設(shè)體系提供參考。

2 研究區(qū)域

黃河是一條多泥沙河流，含沙量居世界之最，發(fā)源于青藏高原的巴顏喀拉山脈，呈“幾”字形，自西向東流經(jīng)9 省，最后流入渤海，全長(zhǎng)5464 km，流域面積79.5 萬km2（圖1（a））。黃河下游河道長(zhǎng)約785.6 km，由河南省孟津縣進(jìn)入平原，按平面形態(tài)從上到下可以分為游蕩型、過渡型以及彎曲型（圖1（b））。黃土高原嚴(yán)重的水土流失導(dǎo)致下游河道發(fā)生強(qiáng)烈的泥沙淤積［29］，根據(jù)觀測(cè)資料，1950—1999年黃河下游總沉積量約為55.2 億m3，其中約60%沉積在游蕩河段［24］。黃河下游泥沙淤積導(dǎo)致河槽不斷萎縮，過流能力急劇下降，局部河段淤積嚴(yán)重，出現(xiàn)二級(jí)懸河，給當(dāng)?shù)鼐用駧泶蟮暮樗L(fēng)險(xiǎn)。

圖1 黃河流域及下游河道

選擇黃河下游花園口-高村河段作為研究區(qū)域，該河段屬于下游寬灘游蕩河段，其中花園口-夾河灘河段的主槽擺動(dòng)較劇烈，河勢(shì)穩(wěn)定性較差；夾河灘-高村河段主槽擺動(dòng)強(qiáng)度比上游河段要小的多，河勢(shì)相對(duì)穩(wěn)定。花園口-高村河段長(zhǎng)約186.5 km，于兩岸大堤內(nèi)分布寬闊的灘地，居住大量村民，形成大小不同的灘區(qū)，按照市（縣）區(qū)域界線把該河段灘地劃分為六大灘區(qū)，分別為原陽灘、鄭州灘、封丘灘、開封灘、蘭考東明灘以及長(zhǎng)垣灘，分布情況如圖2所示。各大灘區(qū)和主槽區(qū)域面積統(tǒng)計(jì)詳見表1，主槽面積約為620 km2，占該河段總面積的36.32%，灘區(qū)面積約為1089 km2，占總面積的63.68%。

表1 黃河下游花園口-高村河段分區(qū)及面積（單位：km2）

圖2 研究河段的主槽與灘區(qū)劃分

3 資料收集與研究方法

3.1 資料收集本研究所需數(shù)據(jù)包括花園口和高村水文站1960—2017年水沙系列資料，2000—2005年花園口-高村河段各斷面泥沙中值粒徑，以及2000—2017年花園口-高村河段大斷面地形數(shù)據(jù)。本次主要探討下游河道泥沙時(shí)空分布特征及不同區(qū)域地形調(diào)整情況，其中地形測(cè)量數(shù)據(jù)以笛卡爾平面坐標(biāo)的形式收集，采用北京54坐標(biāo)系；另外，為得到相對(duì)于統(tǒng)一垂向基準(zhǔn)面的河道地形，統(tǒng)一采用1985黃海高程系統(tǒng)。

3.2 研究方法估算某一河段泥沙沖淤變化的方法一般有輸沙率法和斷面法，近年來空間插值方法成為研究熱點(diǎn)，被逐漸用于計(jì)算不同地區(qū)沉積物沖淤變化，如長(zhǎng)江感潮段泥沙收支平衡［30］、黃河三角洲水下地形沖淤變化［31-32］。同樣，河道水動(dòng)力數(shù)值模擬需要對(duì)離散的水深測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值，以獲得計(jì)算網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)處的高程［33］。關(guān)于河道地形空間插值有多種方法，如反距離權(quán)重法、自然鄰域法、克里金法、樣條法等，不同的插值方法有各自的優(yōu)勢(shì)，針對(duì)不同地形數(shù)據(jù)特性選擇合理的插值方法。

黃河下游游蕩型河段灘地寬闊，主槽形態(tài)變化大，根據(jù)實(shí)測(cè)大斷面數(shù)據(jù)分布特點(diǎn)，為了更精確對(duì)河道地形進(jìn)行插值，本次把灘地和主槽分開處理。主槽地形插值過程中考慮河道地形的各向異性的性質(zhì)，根據(jù)Merwade等［33］研究成果，空間各向異性插值的方法得到的結(jié)果明顯好于各向同性。采用Mike軟件中的Mesh Generator［34］對(duì)主槽和灘地進(jìn)行網(wǎng)格處理并插值，其中主槽區(qū)域構(gòu)建曲線網(wǎng)格，采用反距離加權(quán)插值法，而灘地采用非結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格，選擇自然鄰域方法進(jìn)行插值。

4 來水來沙與泥沙粒徑變化

4.1 來水量和來沙量變化黃河流域近幾十年來受人類活動(dòng)影響劇烈，如干支流水利工程建設(shè)、流域水資源開發(fā)利用以及水土保持措施的開展，進(jìn)入下游河道的水沙條件發(fā)生顯著變化。通過統(tǒng)計(jì)花園口和高村兩處水文站1960—2017年輸沙量和輸水量（圖3）可知，1960—2017年之間水沙量呈遞減趨勢(shì)。

圖3 花園口、高村站年輸水量/年輸沙量（1960—2017年）

1960—1973年平均水量（花園口與高村水文站均值）約455.69 億m3/a，平均沙量為11.76 億t/a；1970年代大規(guī)模水土保持工作以及黃土高原地區(qū)大量淤地壩建設(shè)［35-36］，1974—1985年平均沙量減少到10.54億t/a，水量為422.28億m3/a。1980年代中期以后黃河來水減小，加之上游龍羊峽水庫投入運(yùn)行（1986年10月），進(jìn)入下游河道水沙量進(jìn)一步減小，1986—1999年平均水量為257.86億m3/a，平均沙量降到6.18億t/a。2000年小浪底水庫進(jìn)入初期攔沙運(yùn)用時(shí)期，2000—2004年為水庫調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)階段，之后每年進(jìn)行調(diào)水調(diào)沙，保持長(zhǎng)期低含沙水流下泄，有效的改善了河道，主槽過流能力逐漸增加，至2017年，河槽平灘流量由2002年汛前的1800 m3/s增大到4000 m3/s以上，此時(shí)下游河道年均水量維持在236.31億m3/a左右，而年均沙量?jī)H1.03億t/a，較1986—1999年減少83%。

4.2 含沙濃度與泥沙粒徑變化圖4（a）為花園口和高村水文站（分別距小浪底129.67 km和303.1 km）在1960—2017年期間年均含沙濃度變化趨勢(shì)。1960—2000年平均含沙濃度約25.5 kg/m3，小浪底水庫建成投入運(yùn)用后，經(jīng)水庫攔沙調(diào)控等措施，2000—2017年平均含沙濃度銳減到4.31 kg/m3。其中高村站年均含沙濃度均大于花園口站，進(jìn)入該河段泥沙量小于出口，說明該河段泥沙收支不平衡，河道處于沖刷狀態(tài)。

圖4（b）為黃河下游花園口-高村河段河床表層泥沙中值粒徑沿程變化趨勢(shì)，其中主槽區(qū)域粒徑沿程變化趨勢(shì)明顯大于灘地。主槽區(qū)域，花園口附近中值粒徑平均值為0.123 mm，高村附近為0.085 mm，下降0.038 mm；灘地區(qū)域，花園口為0.061 mm，高村附近為0.053 mm，僅下降0.008 mm。明渠河道水流中的泥沙粒徑分布是上細(xì)下粗，即上層水體細(xì)顆粒泥沙較多，粗顆粒泥沙多位于下層水體，當(dāng)這種分布的挾沙水體進(jìn)入具有灘槽復(fù)式河道后，受到灘槽高差的作用，進(jìn)入灘地的泥沙主要是中上層水體中的泥沙，因而灘地上的粒徑相對(duì)較細(xì)，而留在主槽中的泥沙主要為中下層水體中的泥沙，粒徑相對(duì)較粗［37］。

圖4 黃河下游花園口-高村河段含沙濃度變化（1960—2017年）與泥沙中值粒徑分布（2000—2005年）

5 泥沙收支與地形調(diào)整

5.1 泥沙收支分析小浪底水庫運(yùn)用之后，由于攔沙作用以及下游河道控導(dǎo)工程或生產(chǎn)堤的不斷建設(shè)與加固，黃河下游河道泥沙收支發(fā)生巨大變化。表2給出不同區(qū)域內(nèi)于不同時(shí)期內(nèi)的沉積與侵蝕體積，可以看出，黃河下游花園口-高村河段總趨勢(shì)是侵蝕的，且隨著時(shí)間的推移主槽區(qū)域持續(xù)沖刷，而灘區(qū)則是從沉積轉(zhuǎn)為侵蝕。

表2 黃河下游花園口-高村河段2000—2017年間沉積與侵蝕體積

2000—2005年：花園口-高村河段累計(jì)侵蝕2.237 億m3，其中主槽侵蝕3.005 億m3，而灘區(qū)沉積約0.768億m3，除了原陽灘其它各大灘區(qū)均表現(xiàn)為沉積模式。2005—2011年：各大灘區(qū)和主槽都處于侵蝕狀態(tài)，泥沙累計(jì)減少約3.638億m3，其中主槽3.062億m3，占總侵蝕的84.16%；而灘地泥沙減少0.576億m3，占總侵蝕的15.84%。2011—2017年：該河段侵蝕體積進(jìn)一步增大，累計(jì)侵蝕5.498 億m3，其中主槽3.162億m3，占總侵蝕57.51%，灘地2.336億m3，占總侵蝕42.49%。

通過計(jì)算不同區(qū)域的泥沙侵蝕與沉積體積，乘以相應(yīng)的干容重，可估算出各個(gè)區(qū)域的泥沙重量。根據(jù)圖4（b）可知，灘地區(qū)域平均中值粒徑約為0.05 mm，對(duì)應(yīng)的干容重為1.121～1.249 t/m3，主槽河床平均中值粒徑約為0.1 mm，對(duì)應(yīng)于干容重為1.233～1.410 t/m3［38］。本次研究灘地區(qū)域干容重取1.121 t/m3，主槽區(qū)域取1.233 t/m3，計(jì)算出不同區(qū)域泥沙沉積/侵蝕重量，如圖5所示。2000—2005年期間，主槽區(qū)域侵蝕3.705 億t，灘區(qū)泥沙沉積0.861 億t；2005—2011年期間，主槽持續(xù)沖刷，累計(jì)侵蝕3.775 億t，灘區(qū)從沉積轉(zhuǎn)為侵蝕，泥沙累計(jì)減少0.646 億t；2011—2017年期間河道內(nèi)泥沙進(jìn)一步減少，其中主槽侵蝕3.899億t，灘區(qū)泥沙減少2.619億t。綜上所述，2000—2017年期間花園口-高村河段的主槽一直處于侵蝕狀態(tài)，年均侵蝕速率維持在0.669億t/a，而灘區(qū)年均侵蝕速率為0.141億t/a。

圖5 花園口-高村河段不同區(qū)域泥沙沉積/侵蝕重量

5.2 河床形態(tài)調(diào)整分析河床形態(tài)可分為橫斷面、縱剖面和平面形態(tài)，橫斷面形態(tài)量化方法有槽寬、槽深、斷面面積、濕周及寬深比等，縱剖面主要體現(xiàn)在沿程河床比降的變化，而平面形態(tài)的量化方式有彎曲系數(shù)、曲率半徑、彎距、擺幅等［39］。本次我們主要從沿程縱向比降、深泓的平面擺動(dòng)及橫斷面變化三個(gè)方面來探討河床形態(tài)調(diào)整規(guī)律。

5.2.1 河床沿程比降與深泓點(diǎn)擺動(dòng) 河床縱向形態(tài)可以用河床比降來表示［40］，河床比降是一個(gè)河段的落差與水平距離的比值。1986—1999年黃河下游縱剖面調(diào)整以抬升為主，其中花園口-夾河灘主槽抬升約2.6 m，夾河灘-高村主槽約3.0 m［41］。小浪底水庫運(yùn)行后，黃河下游河槽出現(xiàn)持續(xù)沖刷趨勢(shì)，圖6（a）采用河槽的平均河床高程點(diǎn)繪了2000、2005、2011 和2017年花園口-高村河段河床縱剖面，由圖可知2000—2017年的河床平均比降基本維持在0.18‰左右，2017年汛前河床高程平均比2000年汛前低約2.93 m。

黃河下游花園口-高村作為典型的游蕩型河段，河勢(shì)變化復(fù)雜，受上游水沙條件影響，主槽擺動(dòng)幅度大，灘槽轉(zhuǎn)化加劇，給防洪帶來一定的壓力［42］。在1986—1999年間花園口-東壩頭平均擺幅2250 m，東壩頭-高村平均擺幅1000 m［43］。這里以2000年汛前深泓為基準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)花園口-高村河段2000到2017年河槽深泓擺動(dòng)，如圖6（b）所示（向左擺動(dòng)為負(fù)值，向右擺動(dòng)為正值）。不同年份河槽橫向擺動(dòng)差別較大，其中花園口斷面深泓的平均擺動(dòng)幅度可達(dá)1480 m，夾河灘為1300 m，而高村只有343 m。隨著向下游推進(jìn)，河道平面擺動(dòng)幅度呈減小趨勢(shì)。

圖6 花園口-高村河段

5.2.2 河槽斷面形態(tài)變化 水沙條件的變化不僅影響河道深泓的擺動(dòng)，同時(shí)也對(duì)橫斷面形態(tài)有著重要作用。1986—1999年下游河道萎縮，游蕩河段嫩灘淤積嚴(yán)重，主槽寬度明顯減少，減少幅度在300～2000 m［44］。小浪底運(yùn)行之后，長(zhǎng)期低含沙水流下泄，不斷刷深河槽，河槽斷面形態(tài)調(diào)整劇烈，既有橫向展寬又有下切沖深，河槽主流遷徙無常。圖7為2011—2017年不同河段主槽斷面沖刷形式，有的河段以下切沖深為主，如來童寨、東壩頭和高村斷面，而有的河段則是以側(cè)沖展寬為主，如黃練集、韋城和楊小寨斷面。

圖7 不同河段主槽斷面沖刷形式

雖然主槽寬度和深度變化較大，但是由于生產(chǎn)堤的限制，洪水漫灘幾率降低，灘槽水沙交換困難，下游河道“二級(jí)懸河”的不利形態(tài)并沒有得到改善。圖8為荊隆宮斷面和楊小寨斷面套繪圖，其中荊隆宮斷面位于花園口-東壩頭河段，該河段二級(jí)懸河輕微發(fā)育。楊小寨斷面位于東壩頭-高村河段，該河段二級(jí)懸河發(fā)育較為嚴(yán)重?；▓@口-高村河段在2000—2017年間主槽和灘區(qū)寬度沿程變化如圖9所示。主槽寬度變化可分兩部分：（1）花園口-東壩頭河段的寬度變化較大，分布在400～2300 m范圍內(nèi)；（2）東壩頭-高村河段的寬度集中在500～1000 m范圍內(nèi)。灘區(qū)寬度變化可分為三部分：（1）花園口-韋城河段的寬度沿程逐漸增大，從5000 m逐漸增大至13 000 m左右；（2）韋城-東壩頭河段寬度相對(duì)穩(wěn)定，沿程變化不大，處于6000～9000 m 范圍內(nèi)；（3）東壩頭-高村河段寬度沿程逐漸減小，從15 000 m 降到4000 m左右。

圖8 黃河下游典型斷面形態(tài)

圖9 不同河段主槽與灘區(qū)的寬度變化

5.3 灘區(qū)地形變化及治理方案

5.3.1 灘區(qū)地形變化 黃河下游花園口-高村河段灘區(qū)所占面積遠(yuǎn)大于主槽，通過計(jì)算不同區(qū)域的泥沙沉積與侵蝕速率（表3），可以了解到不同時(shí)期不同區(qū)域的地形調(diào)整強(qiáng)度，有助于完善灘區(qū)規(guī)劃治理方案。

從表3中可以看出，主槽的地形調(diào)整強(qiáng)度高于灘區(qū)，在2000—2005年各大灘區(qū)主要以沉積為主，年均沉積速率為0.017 m/a。2000年小浪底水庫進(jìn)入初期攔沙運(yùn)用時(shí)期，至2002年完全建成，2002—2004年進(jìn)行調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)［45］，灘區(qū)于該階段總趨勢(shì)仍表現(xiàn)為沉積模式。2005—2011年灘區(qū)由沉積模式轉(zhuǎn)為侵蝕模式，各大灘區(qū)均表現(xiàn)侵蝕，年均侵蝕速率為0.011 m/a；2011—2017年期間依然處于侵蝕狀態(tài)，且侵蝕程度進(jìn)一步加大，年均侵蝕速率為0.041 m/a。而主槽區(qū)域在三個(gè)時(shí)段比較接近，年均侵蝕速率約0.085 m/a。

表3 黃河下游花園口-高村河段不同區(qū)域的沉積/侵蝕速率（單位：m/a）

小浪底運(yùn)用之前，1965—1999年花園口-高村河段的灘區(qū)沉積速率在0.016～0.034 m/a 之間［16］，小浪底運(yùn)用之后，2000—2017年灘區(qū)逐漸從沉積模式轉(zhuǎn)為侵蝕模式，侵蝕速率在0.005～0.025 m/a。造成灘區(qū)侵蝕的原因主要有以下幾點(diǎn)：（1）人為活動(dòng)。當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)，耕作粗放導(dǎo)致水土流失，土壤沙化嚴(yán)重等；區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，實(shí)施采沙，挖塘（圖10）等土地開發(fā)利用；小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙的實(shí)施以及河道內(nèi)生產(chǎn)堤、控導(dǎo)工程的修建，有效地降低了中小洪水漫灘概率，灘區(qū)泥沙來源受限。（2）自然因素，如降雨侵蝕，黃河下游灘區(qū)新沉積物的底層較厚且時(shí)間較短，易受到降雨及徑流引起的土壤侵蝕導(dǎo)致地面標(biāo)高下降，另外灘面雨水沖溝增加，堤根汛期積水受淹，植被遭受嚴(yán)重破壞?？偟膩碚f，相比小浪底建設(shè)之前，人類活動(dòng)對(duì)灘區(qū)地貌演變明顯增強(qiáng)，造成灘地侵蝕加劇，土地資源變的愈發(fā)珍貴。

圖10 鄭州灘區(qū)地形變化

5.3.2 灘區(qū)治理方案 在小浪底水庫運(yùn)用期間，調(diào)水調(diào)沙方案的實(shí)施有效控制黃河下游河床不抬高，增大主槽行洪輸沙能力，降低大洪水漫灘幾率，保障灘區(qū)生命財(cái)產(chǎn)安全，但是黃河下游“二級(jí)懸河”這一不利形態(tài)依然存在，與此同時(shí)灘區(qū)由于長(zhǎng)時(shí)間缺少泥沙資源的補(bǔ)充，給灘區(qū)治理帶來不利影響。目前黃河下游灘區(qū)存在的問題主要有以下幾點(diǎn)：（1）灘區(qū)行洪、滯洪沉沙功能與灘區(qū)居民生命財(cái)產(chǎn)之間的矛盾；（2）沿黃經(jīng)濟(jì)帶空間需求快速增大與土地資源供給嚴(yán)重不足之間的矛盾；（3）灘區(qū)土地?zé)o序開發(fā)、私搭亂建與灘區(qū)綠色開發(fā)、生態(tài)發(fā)展之間的矛盾。灘區(qū)存在矛盾均指向土地資源的利用，如何使用下游灘區(qū)土地資源是解決矛盾的根本，而解決這一問題的關(guān)鍵點(diǎn)在于黃河下游泥沙資源的配置。泥沙資源作為構(gòu)建黃河下游生態(tài)灘區(qū)的基礎(chǔ)材料，如何優(yōu)化配置黃河下游水沙資源從而實(shí)現(xiàn)河道治理與開發(fā)建設(shè)共贏成為當(dāng)前急需解決的問題。

為適應(yīng)新時(shí)期治水思路和生態(tài)文明建設(shè)新要求，解決黃河下游不利的“二級(jí)懸河”淤積形態(tài)、保障防洪安全、促進(jìn)灘區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，在保持下游河道“寬河固堤”的格局下，優(yōu)化下游泥沙資源配置，可以采用管道輸沙、挖河疏浚等手段對(duì)一些灘區(qū)進(jìn)行改造，由黃河大堤向主槽依次改造為“高灘”、“二灘”“嫩灘”，對(duì)灘區(qū)進(jìn)行功能區(qū)劃（圖11），其中嫩灘配合主槽共同承擔(dān)下游行洪輸沙任務(wù)。

圖11 黃河下游灘區(qū)治理斷面示意

由于黃河下游不同河段的形態(tài)差異，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)睾佣尉唧w情況采用不同的治理方式，如圖12所示。花園口-東壩頭河段，河道寬淺散亂，河勢(shì)游蕩性尚未得到完全控制，二級(jí)懸河發(fā)育并不明顯，但懸河問題尤為突出，堤根河、串溝、人工引水渠系較多。人員居住多在“老灘”，如原陽、封丘以及開封等大灘上，宜采用“高灘+現(xiàn)狀二灘+嫩灘”治理模式，布局新型社區(qū)或特色小鎮(zhèn)+休閑觀光農(nóng)業(yè)+濕地公園等功能區(qū)劃。灘區(qū)治理重點(diǎn)以疏浚主河槽、完建控導(dǎo)工程、控制游蕩性河勢(shì)為重點(diǎn)，高灘臨堤淤筑建設(shè)解決群眾防洪保安問題，二灘主要以土地復(fù)墾、水系修整、農(nóng)業(yè)集成為重要手段。

圖12 黃河下游不同河段灘區(qū)治理方式

東壩頭-高村河段，又稱作低灘區(qū)，洪水漫灘概率較高，游蕩性河勢(shì)尚未完全控制，二級(jí)懸河發(fā)育顯著、堤根河問題突出。該河段的治理應(yīng)以疏浚主河槽控制游蕩性河勢(shì)為重點(diǎn)，開展主河槽和嫩灘的空間連塊成廊保護(hù)修復(fù)，二灘結(jié)合人工淤灘、土地復(fù)墾、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田整治等綜合措施扭轉(zhuǎn)二級(jí)懸河的不利局面。可采用“高灘+二灘+嫩灘”或“二灘+嫩灘”治理模式，布局農(nóng)業(yè)特色小鎮(zhèn)+休閑觀光農(nóng)業(yè)+濕地公園等功能區(qū)劃。

黃河下游灘區(qū)再造方案能夠消除“二級(jí)懸河”不利形態(tài)，有利于下游防洪及河道輸沙，與黃河水沙調(diào)控體系和下游防洪工程共同作用，可實(shí)現(xiàn)黃河下游長(zhǎng)治久安。通過改造黃河下游灘區(qū)，形成移民安置區(qū)、高效農(nóng)業(yè)區(qū)以及資源開發(fā)利用區(qū)等不同功能區(qū)域，實(shí)現(xiàn)灘區(qū)“洪水分級(jí)設(shè)防，泥沙分區(qū)落淤，灘槽水沙自由交換”，灘區(qū)群眾的安全與發(fā)展問題得到解決，可推動(dòng)灘區(qū)群眾快速脫貧致富，實(shí)現(xiàn)治河與惠民雙贏。同時(shí)，通過灘區(qū)治理，建設(shè)沿黃生態(tài)景觀，打造黃河沿岸生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶，可為沿黃城市提供生態(tài)空間，提升城市發(fā)展質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)力，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展提供動(dòng)力。

6 結(jié)論

小浪底水庫投入運(yùn)行以及黃河下游灘區(qū)土地開發(fā)與經(jīng)濟(jì)建設(shè)，花園口-高村河段在2000—2017年間累計(jì)侵蝕約11.373億m3。主槽受到低含沙水流下泄沖刷，累計(jì)侵蝕約9.228億m3，而灘區(qū)主要受到土地開發(fā)利用、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等人為活動(dòng)影響，累計(jì)減少泥沙2.145億m3，從調(diào)水調(diào)沙前的沉積模式轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的侵蝕模式，年均侵蝕速率約0.011 m/a。泥沙是維持黃河下游農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的主要來源，不但影響著黃河下游河槽形態(tài)發(fā)育，還能抵消灘區(qū)地面沉降和水土流失。泥沙資源減少給灘區(qū)治理帶來不利影響，為適應(yīng)新時(shí)期治水思路和生態(tài)文明建設(shè)要求，提出采用機(jī)械清淤、填方再造等人工手段對(duì)灘區(qū)實(shí)施“高灘”淤筑和“二灘”再造，消除“二級(jí)懸河”不利形態(tài)，優(yōu)化下游泥沙資源配置，完善灘區(qū)治理方案。