游蕩性河段不同時(shí)期河道整治密度及歷程

張楊，陳融旭，潘麗

（黃河水利委員會(huì)黃河水利科學(xué)研究院，河南 鄭州 450003）

0 引言

黃河治理已取得了一定的成就，促進(jìn)了整個(gè)流域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，保障了黃河周邊的安全。黃河下游河道整治始于20世紀(jì)60年代，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期不懈的整治，達(dá)到了減少河道游蕩擺動(dòng)范圍、防止大堤沖決的預(yù)期目的。黃河干支流已建的大量水庫(kù)、電站、引水工程以及大面積水土保持措施等，水漫灘概率減小，泥沙淤槽不淤灘，極大地改變了進(jìn)入黃河下游河道的水沙條件，黃河下游的防洪形勢(shì)也有一定的改善。但是，目前黃河下游游蕩性河段河槽仍較為寬淺，河道的輸沙能力仍較低，因此，還需要加強(qiáng)對(duì)黃河下游游蕩性河道的整治，達(dá)到“提高河道輸沙能力、減少河道淤積、控導(dǎo)主流、穩(wěn)定河勢(shì)”的目的。

1 游蕩型河流整治的必要性

1.1 人工約束強(qiáng)度下游蕩型河流存在的問(wèn)題

游蕩型河流是天然河流中常見(jiàn)的河型之一，廣泛存在于世界各地。其最突出的特點(diǎn)是河床寬淺、散亂，主流擺動(dòng)不定，河勢(shì)變化劇烈。因此，游蕩性河道整治是一項(xiàng)頗具挑戰(zhàn)性的工作。

人工約束強(qiáng)度的不斷增強(qiáng)也使得黃河下游游蕩性河道形態(tài)的調(diào)整規(guī)律變得更為復(fù)雜。一旦河道發(fā)生大幅度的調(diào)整，不僅影響河流的排洪、輸沙能力，給防洪、引水以及河道整治工程的安全運(yùn)行及防守帶來(lái)諸多困難，也會(huì)對(duì)沿河兩岸岸邊土地的規(guī)劃利用和居民的正常生活產(chǎn)生重大影響，嚴(yán)重時(shí)亦可威脅到灘區(qū)群眾生命財(cái)產(chǎn)的安全，使得人水矛盾更加尖銳。尤其是近年來(lái)，隨著越來(lái)越多水庫(kù)的建成，這些問(wèn)題顯得更加突出。如小浪底水庫(kù)運(yùn)行后，黃河下游仍存在多處畸形河彎，造成河岸發(fā)生橫向坍塌，危及防洪安全甚至造成決口，致使多處灘區(qū)百姓的房屋、良田掉入河中，經(jīng)濟(jì)蒙受巨大損失，見(jiàn)圖1（a）。又如2013年河南省鄭州市附近的黃河下游花園口河段河道發(fā)生較大范圍的調(diào)整，河道調(diào)整使原本應(yīng)在鄭州白廟水廠花園口取水點(diǎn)位置處的主流向北移了2 km，致使水廠的取水泵站無(wú)法正常引水，直接導(dǎo)致鄭州市半城降壓供水，嚴(yán)重影響城區(qū)居民的正常生產(chǎn)生活，引發(fā)了社會(huì)的強(qiáng)烈關(guān)注，見(jiàn)圖1（b）。另外，三峽水庫(kù)蓄水后，長(zhǎng)江局部河段中枯水河床也發(fā)生調(diào)整，分汊放寬段大量洲灘的生成導(dǎo)致中游多處出現(xiàn)嚴(yán)重礙航問(wèn)題；美國(guó)密西西比河各支流水庫(kù)下游的河道、埃及阿斯旺大壩以下的尼洛河河道、丹江口大壩下游的漢江河道調(diào)整等也引發(fā)許多問(wèn)題。

圖1 河道調(diào)整對(duì)防洪、引水、航運(yùn)等影響圖

人工約束強(qiáng)度的增強(qiáng)使得游蕩性河道形態(tài)調(diào)整規(guī)律變得更為復(fù)雜，然而目前對(duì)于其調(diào)整機(jī)理與過(guò)程的認(rèn)識(shí)主要還是以經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)為主，調(diào)整過(guò)程的物理解釋與調(diào)整結(jié)果的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)亟待在理論研究上有所突破（王光謙、胡春宏，2006；韓其為，2008）。為此，深入開展不同人工約束強(qiáng)度下游蕩性河道形態(tài)調(diào)整機(jī)制研究，是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展迫切需要解決的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題。

1.2 加強(qiáng)游蕩性河道治理的必要性

其中，黃河下游孟津至高村河段為最典型的游蕩性河段，全長(zhǎng)299 km，沙洲密布，沖淤變化迅速，一直以來(lái)都是黃河下游治理的重點(diǎn)和難點(diǎn)（如圖2）。新中國(guó)成立之前，歷屆政府斥巨資開展河道治理，仍改變不了“背著石頭攆河”“三年兩決口、百年一改道”的被動(dòng)局面，給中華民族帶來(lái)了深重的災(zāi)難。人民治黃特別是20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)家加大了游蕩性河道整治力度，縮小了河道擺動(dòng)范圍，但河勢(shì)仍沒(méi)有得到有效控制，特別是目前嚴(yán)重的“二級(jí)懸河”問(wèn)題，使得人與河流的關(guān)系更加復(fù)雜，相互之間的矛盾也更加突出。

圖2 黃河下游游蕩性河道圖

伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們對(duì)水資源的需求不斷增加，為開發(fā)水能資源，黃河上開始不斷修建大壩。大壩的連續(xù)修建使得進(jìn)入黃河下游的水沙條件發(fā)生了重大變化（胡春宏等，2007）：一方面流量過(guò)程調(diào)平、徑流量減少、汛期和非汛期水量比例改變、洪水頻次和洪峰流量降低；另一方面水流塑造河床的能力大幅降低，造床流量明顯減小，致使下游河道主河槽嚴(yán)重淤積萎縮，平灘流量顯著減?。ê汉甑?，2006），黃河的演變響應(yīng)出現(xiàn)一系列的新情況和新問(wèn)題。

同時(shí)，為了確保防洪安全，人民治黃以來(lái)，黃河下游尤其是游蕩性河段，以兼顧大洪水排洪輸沙和中小洪水河勢(shì)穩(wěn)定控制為雙重目的修建了大量的河道整治工程，使得游蕩性河道受到越來(lái)越強(qiáng)的人工約束，成為控制條件下的游蕩性河道（韓其為，2013），如圖3所示。

圖3 人工約束條件下的黃河下游河道圖

2 游蕩性河段不同時(shí)期河道整治工程密度的確定

2.1 1958年以前游蕩性河段河道整治工程

1948年以前白鶴至高村游蕩性河段有險(xiǎn)工15處，護(hù)灘工程3處。由于黃河下游河勢(shì)變化等原因，1948—1958年增加險(xiǎn)工和部分護(hù)灘工程共5處。1958年制定了黃河下游各樞紐間自由河段的河道整治規(guī)劃，在兩年多的時(shí)間內(nèi)修建壩垛近百道。

2.2 1960-1974年游蕩性河段河道整治工程

1960年至1973年，隨著三門峽水庫(kù)投入使用，進(jìn)入黃河下游的洪水大部分得到控制。由于河道整治工程少，塌灘嚴(yán)重，河勢(shì)惡化；工程出險(xiǎn)多、防守十分被動(dòng)。為此，在重點(diǎn)整治高村至陶城鋪河段的同時(shí)，高村以上也不斷修建控導(dǎo)、護(hù)灘工程，共修建各種壩垛444道。1974年是修建控導(dǎo)工程數(shù)量最多的年份，共修建了13處控導(dǎo)工程。1974年以后，受國(guó)家投資的限制，修建工程開始減少。

2.3 20世紀(jì)90年代以后游蕩性河段河道整治工程

20世紀(jì)90年代以后，隨著國(guó)家對(duì)河道整治工作的重視，投資明顯增加，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)后，國(guó)家更是不斷加大投資力度，明顯加快了河道整治的步伐。

為進(jìn)一步細(xì)化游蕩性河段河道整治工程建設(shè)周期的劃分，項(xiàng)目組收集到了黃河下游游蕩性河道共計(jì)72組整治工程修建及改建的具體過(guò)程，將收集到的數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計(jì)并按照年份進(jìn)行梳理后，繪制出自1950年以來(lái)，每年該河段河道整治工程建設(shè)密度的變化曲線，如圖4所示。

圖4 黃河下游游蕩性河段1950年以來(lái)工程密度逐年變化曲線圖

從圖中可以看出，該河段的工程密度整體呈逐年增大的趨勢(shì)，結(jié)合圖中變化曲線的拐點(diǎn)以及黃河下游河道整治工程建設(shè)實(shí)際情況，工程建設(shè)大致可分為4個(gè)時(shí)期，時(shí)間節(jié)點(diǎn)分別為1950年，1980年，2005年以及2014年。其中1980-2005年為河道整治工程的密集建設(shè)期，工程密度增加了近一倍，達(dá)到了80%以上。2005年以后，由于河道所受的人工約束已經(jīng)較強(qiáng)，河道整治工作多為已有工程的改建和擴(kuò)建，截至2014年，其工程密度已經(jīng)接近95%，工程總長(zhǎng)度達(dá)到286.94 km，各時(shí)期工程密度見(jiàn)表1所示。

表1 黃河下游游蕩性河段不同時(shí)期工程密度表

3 黃河下游游蕩性河道整治歷程

黃河下游游蕩性河段縱比降陡，流速快，水流破壞能力強(qiáng)，河床泥沙顆粒粗，含粘量小，抗沖能力低，塌灘迅速，對(duì)堤防威脅大。河勢(shì)演變的任意性強(qiáng)、范圍大、速度快、河勢(shì)變化無(wú)常。游蕩性河段是情況最為復(fù)雜，最難進(jìn)行河道整治的河段。游蕩性河段能否進(jìn)行河道整治、能否控制河勢(shì)，在20世紀(jì)60-70年代一直存在爭(zhēng)議。

3.1 20世紀(jì)50-70年代游蕩性河道整治歷程

20世紀(jì)50年代在防洪方面集中力量加高加固堤防，無(wú)力涉及河道整治。三門峽水庫(kù)1960年投入運(yùn)用，先采用“蓄水?dāng)r沙”運(yùn)用方式，清水下泄；后改為“蓄清排渾”運(yùn)用方式，汛期排沙，非汛期蓄水，下游河道在一年之內(nèi)的沖淤變化直接受其影響。

20世紀(jì)60-70年代水量豐，來(lái)水來(lái)沙變幅大，水庫(kù)調(diào)節(jié)后，下游河道的沖淤變化直接受其影響，此河段首當(dāng)其沖。游蕩性河段，兩岸堤距大，灘地寬闊，橫比降陡，土質(zhì)多沙，在水流作用下，坍塌迅速。河勢(shì)游蕩多變，不僅直接危及堤防安全，而且造成灘地大量坍塌，村莊落河，直接危及灘區(qū)群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，游蕩性河段急需進(jìn)行河道整治，縮小游蕩范圍，逐步控制河勢(shì)。

在游蕩性河段，20世紀(jì)60-70年代，灘區(qū)修建了部分控導(dǎo)工程。其中東壩頭至高村河段與過(guò)渡性河段相接，河床組成與過(guò)渡性河段接近，相對(duì)易于整治，先限制了游蕩范圍，經(jīng)不斷續(xù)建工程，已初步控制了河勢(shì)；東壩頭以上的游蕩性河段修建的控導(dǎo)工程少。

3.2 20世紀(jì)80年代以后游蕩性河道整治歷程

20世紀(jì)80年代以后黃河下游河道整治的重點(diǎn)為游蕩性河段。多次制訂、修改河道整治規(guī)劃，不斷積累、研究河勢(shì)演變資料，通過(guò)室內(nèi)分析、實(shí)體模型試驗(yàn)修訂治導(dǎo)線，指導(dǎo)河道整治工程建設(shè)。

游蕩性河段堤距大，按照以彎導(dǎo)流的原則，與險(xiǎn)工相配合在灘地上的適當(dāng)部位修建控導(dǎo)工程；在大部分河段，大河至兩岸均達(dá)數(shù)公里，就在兩岸灘地上選擇適當(dāng)部位修建控導(dǎo)工程，以達(dá)縮小游蕩范圍、控制河勢(shì)的目的。

3.3 20世紀(jì)90年代以后游蕩性河道整治歷程

20世紀(jì)90年代以后加快了河道整治步伐，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)后，國(guó)家投資力度增加。東壩頭至高村河段的河道整治工程進(jìn)一步完善；東壩頭以上河段的河道整治工程得到了快速發(fā)展。按照治導(dǎo)線，隨著金溝控導(dǎo)工程開始建設(shè)，布點(diǎn)任務(wù)全部完成；對(duì)已建的河道整治工程進(jìn)行了續(xù)建，并對(duì)一些布局不合理的工程進(jìn)行了調(diào)整、改造。在河道整治工程作用下，不利河勢(shì)逐步向好的方向轉(zhuǎn)化，有利河勢(shì)相對(duì)穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

人民治黃以來(lái)，黃河下游河道游蕩性河段整治經(jīng)歷了不同的工程建設(shè)周期，伴隨著越來(lái)越多河道整治工程的修建，黃河下游防洪形勢(shì)有較大改善。20世紀(jì)90年代以后，隨著國(guó)家對(duì)河道整治工作的重視，投資明顯增加，又由于河道輸沙能力不足、下游部分河段河勢(shì)惡化等問(wèn)題，仍需要加強(qiáng)對(duì)黃河下游游蕩性河段的治理，通過(guò)河道整治，提高河道挾沙能力和穩(wěn)定河勢(shì)，游蕩性河段河勢(shì)游蕩范圍得到有效控制，水流得到了改善，提高了防洪安全。