黃河下游灘區不同治理方案研究

李勇 田勇 馬靜 屈博

摘要：定量計算不同治理方案的利弊得失，是黃河下游灘區治理綜合決策的重要依據。考慮潼關年均來沙量3億t，龍門、華縣、河津、狀頭四站年均來水242.32億m3和潼關年均來沙量為6億t，龍門、華縣、河津、狀頭四站年均來水量為254.63億m兩種水沙條件，計算了灘區典型治理方案對下游防洪及河道沖淤的影響，并從淹沒面積和淹沒人口兩方面分析了灘區典型治理方案對洪災風險及經濟社會發展的影響。指出灘區按“適度標準防護”方向治理有利于改善經濟社會發展環境，對防洪的不利影響主要是各水文站洪水位有一定程度抬升，對河道沖淤的負面作用大小關鍵取決于來沙條件。

關鍵詞：洪水風險;河道沖淤;典型方案;灘區治理;黃河下游

中圖分類號：TV853;TV882.1

文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000- 1379.2019.02.009

工程措施對破解灘區經濟社會發展與防洪保安之間的矛盾有著重大影響。灘區工程措施選擇總體分為兩個方向：一是堅持灘區“無防護”工程方向，即人為洪水泥沙讓路，恢復1960年以前灘區與河槽連為一體的格局，全灘用于保障防洪安全和泥沙處理：二是建設灘區“適度標準防護”工程方向，改善灘區經濟社會發展環境，促進流域人水和諧。防護工程設置以優化現有河道控導工程和生產堤為主，優化調整為防護堤，高村以上調整后防護堤間距為4.2～ 4.9 km，高村以下間距為2.5～ 4.0 km。毋庸置疑，不同治理方向都有利弊兩方面，究竟哪個方向更符合未來洪水泥沙情勢、水沙調控能力以及國家發展需求，定量計算與分析成果是非常重要的技術支撐依據。

1 不同治理方向典型方案設計

1.1 典型方案

依據灘區無防護和適度標準防護兩類工程治理方向，結合已有研究，本文重點分析代表兩類方向的典型治理方案。

（1）規劃方案。為充分發揮灘區滯洪、沉沙作用，防止生產堤影響漫灘洪水的水沙交換，導致“二級懸河”態勢加劇及由此帶來的洪水威脅，在灘區安全建設到位、補償政策落實、群眾安全問題得以解決的條件下，逐步拆除生產堤，這是《黃河流域綜合規劃》（2012-2030年）[1]推薦的方案。規劃方案代表了灘區無防護的工程治理方向。

（2）防護堤方案。依托現狀大堤、生產堤和控導工程，艾山以上寬河段采用建設防護堤的治理方案（見圖1），防護堤標準整體上按花園口流量為10 000m3/s（ 10 a一遇）設計，發生超防護堤防洪標準洪水時灘區全面分洪。這是參考水利部公益性行業科研專項“黃河下游河道改造與灘區治理研究”（編號201401002）[2]（簡稱“灘區治理公益項目”）提出的方案。防護堤方案代表了灘區適度標準防護的工程治理方向。

防護堤標準的設計綜合考慮了三方面因素：一是《防洪標準》（ GB 50201-94）規定一般鄉村保護等級為Ⅳ等，防洪標準采用10—20 a 一遇;二是防護堤標準與艾山以下窄河段設防流量10 000 m/s相協調：三是現狀花園口站流量為10 000 m/s洪水灘區淹沒面積大但水深多在1 m以下。

防護堤上寬下窄，寬度由4.9 km逐步調整為2.1km，各河段堤距統計見表1。防護堤修建后，兩道防護堤之內為河槽，防護堤與黃河大堤之間仍為灘區。發生防洪標準以下洪水時，充分利用河槽行洪輸沙：發生超防護堤標準洪水時，防護堤主動決口分洪，使灘區成為泄洪通道的一部分，增強泄洪能力。

1.2 洪水條件

各級洪水經水庫調蓄后下游沿程洪峰流量、超萬洪量（流量在10 000 m/s以上的洪量）見表2。

1.3 年水沙條件

考慮兩種水沙條件：潼關年均來沙量3億t時，相應四站（龍門、華縣、河津、狀頭）年均來水242.32億m：潼關年均來沙量為6億t時，相應四站年均來水為254，63億m。

1.4 典型方案組合情況

依據無防護和適度標準防護兩類工程治理方向，考慮前述水沙條件，綜合提出代表兩類方向的灘區典型治理方案，見表3。

2 不同治理方案影響分析

2.1 對下游防洪的影響

與規劃方案相比，建設防護堤會一定程度抬高洪水位：10 a 一遇洪水控制在防護堤以內，由于過洪寬度減小，因此各水文站水位抬升值為0.07～ 0.90 m.孫口站洪水位抬升最大，艾山站洪水位變化小（原因是該河段防護堤提距與現有堤防堤距差別很小）：設防流量（花園口站流量22 000 m/s）洪水漫過防護堤后全河道行洪，防護堤有一定阻水作用，各水文站水位抬升值為0.07～ 0.87 m.孫口站洪水位抬升最大。兩種方案下洪峰水位抬升情況見圖2。

2.2 對下游河道沖淤的影響

（1）來沙3億t時不同方案下游河道基本處于沖淤平衡狀態。在來沙3億t條件下，水庫正常運用期（不攔沙）由黃河水利科學研究院（簡稱黃科院）、黃河設計公司、清華大學、中國水利水電科學研究院（簡稱中國水科院）4家單位進行的模型計算表明，不同方案下游河道50 a內基本處于沖淤平衡或略有沖刷狀態。規劃方案50 a內沖淤量為-13.5億～2.7億t。防護堤方案下總體上處于沖刷狀態，50 a沖淤量為-16，3億～-0.5億t，見圖3。

（2）來沙6億t時不同方案河道均處于累計淤積狀態。在來沙6億t條件下，水庫正常運用期（不攔沙）兩個方案的黃河下游河道泥沙淤積量都接近50億t（年均1億t）。規劃方案中整個下游河道50 a累計淤積52.54億t，其中灘區淤沙14.85億t，占總淤積量的28%;防護堤方案累計淤積44.25億t，其中灘區淤沙11.25億t，占總淤積量的25%.見圖4。與規劃方案相比，修建防護堤有利于河道輸沙，利津以上河段減淤總量約8億t，約占50 a淤積總量的13%。

來沙6億t條件下，兩方案河道均處于累計淤積狀態，主槽淤積絕對數量較大，平灘流量都降到2 600—2 800 m/s。為應對這一不利局面，需要在小浪底水庫攔沙庫容淤滿前（2040年前）加快建成古賢水庫，這樣才能確保黃河下游河道沖淤平衡的年限持續到2090年前后。

2.3 對灘區洪災風險及經濟社會發展影響

（1）規劃方案花園口一艾山河段灘區中小洪水淹沒損失嚴重。按照現有水庫防洪調度預案，僅對花園口站流量在8 000 m/s以上的洪水進行防洪調度。灘區不防護條件下，花園口站流量為6 000m/s時有386 km土地被淹沒，受災人口28萬。隨著洪水量級增大，灘區受災面積和人口都逐步增大：流量10 000m3/s時有913 km土地被淹沒，受災人口65.3萬：流量14 800 m/s時有1077.4 km土地被淹沒，受災人口79.7萬。

（2）灘區適度標準防護方案比規劃方案灘區洪災損失小。與規劃方案相比，洪峰流量在10 000 m3/s以下的洪水，灘區適度標準防護方案淹沒損失明顯減小，見圖5。洪峰流量分別為6 000、8 000、10 000 m/s時，防護堤方案淹沒僅發生在防護堤內。當花園口站洪峰流量超過10 000 m/s后，各方案灘區受災面積和人口數量都較大，防護堤方案在流量為14 800 m/s時淹沒面積仍然比規劃方案小457 km、淹沒人口仍然比規劃方案少近30萬。防護堤方案減少漫灘淹沒損失的效果較為明顯。

2.4 不同治理方向綜合分析

（1）“無防護”工程方向。規劃方案計算表明，通過逐步廢除生產堤，有利于灘區參與河道行洪滯洪。高村以上河段千年一遇洪水老灘分流比小于12%.老灘行洪作用占全段面的比例較小。來沙6億t條件下，灘區50 a累計淤沙14.85億t.占總淤積量的28%，與1950-1999年實測灘區淤積比例為70%相比，灘區淤沙作用明顯減弱。然而，由于無明確防洪標準，因此灘區土地資源利用、群眾居住環境以及經濟社會發展將嚴重受限。生產堤發展歷史也證明，其拆除阻力非常巨大。

灘區按“無防護”工程方向治理對河道行洪有一定好處，但未來可能水沙條件下，灘區實際行洪和淤沙作用都較小，洪災淹沒風險卻很大，例如花園口站流量為10 000 m/s時，花園口一艾山河段灘區有913 km土地被淹沒，受災人口65.3萬。

（2）“適度標準防護”工程方向。防護堤方案與規劃方案比，下游設防流量（花園口站流量22 000 m/s）的洪水位抬高0.07～ 0.87 m，灘槽淤積量都減小。艾山以上灘區2 282 km土地（占灘區面積的72%）防洪標準可達到10 a一遇，可改善147萬人的發展條件。

灘區治理工程按“適度標準防護”工程方向能逐步改善經濟社會發展環境，緩解甚至解決當前灘區核心矛盾。對防洪和泥沙處理的不利影響主要體現在兩個方面：一是灘區防護工程對大洪水有阻水作用，沿程水文站水位有不同程度抬升，增大了防洪風險;二是來沙超過6億t以后，若沒有水庫攔沙調節，則河道年均淤積近1億t，且70%的泥沙淤積在河槽，下游將陷入不利的防洪局面，存在不確定性風險。

3 基于“適度標準防護”方向的試點方案探討

雖然防護堤方案會對灘區未來發展起全面支撐作用，但防護堤總長586.57 km，建設周期較長、難度較大。同時，下游不同河段灘區防洪風險情況差異巨大，短時期全面實施可能難度較大，可以優先考慮對灘區自身防洪風險相對小且防護堤建設對黃河防洪影響也相對小的灘區進行試點。

3.1 “兩灘一區”安全區試點方案

依據現狀灘區不同量級洪水淹沒特點，花園口發生近20 a一遇以下洪水時溫孟灘、封丘倒灌區不進水，兩個灘區洪水風險相對較小，可以考慮建成安全區。長平灘有長清和平陰兩個縣城，人口和經濟密度都較大，依據《防洪法》第三十四條規定，也可以考慮通過建設必要的防洪工程，將長清和平陰兩個縣城的主城區建成安全區。

溫孟灘、長平灘、封丘倒灌區“兩灘一區”安全區試點方案保留現狀生產堤，僅對局部重點區域進行防護，新修工程長度30 km左右，基本維持現狀防洪輸沙格局。約807.93 km（占下游灘區總面積的26%）土地可明確20 a-遇以上防洪標準，可改善58.04萬人的發展條件，其他灘區防御流量為6 000 m/s左右的洪水。

3.2 東壩頭以上“大三灘”優化發展區試點方案

從洪水淹沒情況看，流量為10 000 m/S（10 a 一遇）的洪水條件下，京廣鐵路橋一東壩頭原陽灘約72%的面積不受淹沒;中牟灘、開封灘等大灘雖然進水，但水深大多在1m以下。從河道條件看，京廣鐵路橋至東壩頭兩岸灘區系1855年銅瓦廂決口溯源沖刷下切形成的老灘，從河道斷面特征看，該河段“二級懸河”并不嚴重，從社會經濟條件看，東壩頭以上灘區一是面積大、人口多，二是距離中心城市較近，產業優化發展潛力較大。

東壩頭以上新蟒河以北溫縣灘、原陽灘和開封灘“大三灘”優化發展區試點方案，僅對東壩頭以上典型灘區進行防護，東壩頭以下河道基本維持現狀防洪輸沙格局。約510.10 km土地可明確10 a一遇以上防洪標準，可改善35.68萬人的發展條件。

3.3“適度標準防護”試點布局及其防洪影響分析

“適度標準防護”試點方案（試點區布局見圖6）實施后，加上2014年以來灘區遷建試點，可改善河南灘區101.5萬人的發展條件。河南灘區不同階段達到20 a一遇防洪標準人口變化見圖7。

實施“適度標準防護”試點方案后，下游各水文站洪峰流量增大900—1 800 m/s，孫口以上洪水位抬升0.18—0.29 m，見表4。前文分析表明，防護堤方案孫口以上洪水位抬升0.46～ 0.87 m.可以看出“適度標準防護”試點方案相對全面實施防護堤方案對防洪的影響有所減小。

4 結語

灘區按“適度標準防護”方向治理有利的一面是能逐步改善經濟社會發展環境，緩解甚至解決當前灘區核心矛盾。實施“兩灘一區”安全區試點方案，約807.93 km土地可明確20 a一遇以上的防洪標準，可改善58.04萬人的發展條件。實施“大三灘”優化發展區試點方案，約510.10 km土地可明確10 a一遇以上的防洪標準，可改善35.68萬人的發展條件。實施防護堤方案可使艾山以上2 282 km灘區土地（占灘區總面積的72%）防洪標準達到10 a一遇，可改善147萬人的發展條件。

灘區按“適度標準防護”方向治理對防洪的不利影響和需要重視的問題主要有兩個方面：一是防護堤防洪標準（10 a一遇）內洪水雖然控制在防護堤以內，但各水文站水位抬升值為0.07～ 0.90 m，由于部分河段“二級懸河”的存在，因此中小洪水期有進一步加大灘面橫比降的風險，威脅黃河大堤安全，需要高度重視中小洪水防洪安全問題：二是超過防護堤防洪標準洪水漫過防護堤后全河道行洪，防護堤有一定阻水作用，設防流量（花園口站流量22 000 m/s）的洪水各水文站水位抬升值為0.07～ 0.87 m。

來沙條件決定了灘區治理工程措施對河道沖淤的負面作用大小。潼關年均來沙3億t時，即使水庫不攔沙，黃河下游河道未來50 a也基本處于沖淤平衡或略有沖刷狀態，灘區治理工程措施對河道沖淤基本沒有負面作用。來沙6億t時，與規劃方案相比，修建防護堤有利于河道輸沙（利津以上河段減淤總量約8億t，約占50 a淤積總量的13%），但防護堤治理方案下游50 a累計淤積量仍達44.25億t，且河槽范圍內的泥沙淤積百分比增大了3%。

參考文獻：

[1] 水利部黃河水利委員會，黃河流域綜合規劃（2012-2030） [M].鄭州：黃河水利出版社，2013：37-68.

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