河南黃河河道整治疏浚研究

李利琴，倪菲菲，周曉麗，李玉娜，張向萍

（1.河南黃河勘測規劃設計研究院有限公司，河南 鄭州 450003； 2.鄭州市環境保護科學研究所，河南 鄭州 450052； 3.鄭州電力高等專科學校，河南 鄭州 450000； 4.黃河水利科學研究院，河南 鄭州 450003）

河南黃河西起靈寶市，東至臺前縣，流經三門峽、洛陽、濟源、鄭州、焦作、新鄉、開封、濮陽等8 個省轄市，河道總長711 km，流域面積3.62 萬km2，分別占黃河流域總面積的5.1%、河南省總面積的21.7%。 白鶴以上為山區河道，長247 km，河道內水庫攔沙、防洪減淤為第一目標；白鶴以下為平原河道，長464 km，為設防河段，河道較寬，游蕩多變，歷來為河道整治的重點。因此，本次河道整治疏浚研究以白鶴以下為重點研究河段。

黃河下游水患歷來為世人所矚目，洪水災害波及范圍廣，一旦出現大的險情，將給國民經濟帶來巨大損失，同時嚴重破壞生態環境。 歷史上，河南黃河“善淤、善決、善徙”，難以治理，一是黃河含沙量高，淤積嚴重，形成“地上懸河”；二是頻繁決口改道，有“三年兩決口，百年一改道”之稱；三是河勢擺動劇烈，游蕩多變［1］。 人民治黃以來，按照規劃治導線設計流路布置工程進行河道整治，河道整治工程的系統建設減小了河道的游蕩范圍，提升了防洪能力。 但游蕩性河勢目前尚未得到有效控制，尤其是白鶴至高村游蕩型河段，局部河段仍存在不利河勢，洪水威脅大；局部河段主槽過于窄深，洪水流速大，工程出險嚴重。 2021年秋汛期間，在長歷時大流量作用下，受主流頂沖、主流沖刷、回流淘刷影響，河南河段工程險情多發頻發。 因此，河南黃河游蕩型河段實施河道整治疏浚、配合河道整治工程歸順河勢、減少工程出險是十分必要的。

1 河道整治存在的問題

1.1 游蕩性河勢尚未得到有效控制

河南黃河河道具有寬、淺、散、亂的特點，主流多變，經常發生“橫河、斜河”，大洪水時易出現“滾河”，甚至沖決大堤。 盡管已開展了系統的河道治理，但是高村以上299 km 長的寬河段河道游蕩多變的特性依然沒有改變［2-3］。 高村以上現有控導工程長度不足，仍難以完全控制枯水、洪水等不同情形的河勢變化。如2021年秋汛期間，河南河段多處出現河勢散亂并引發不同程度的險情。

小浪底水庫運用以來，黃河下游水流過程呈現明顯的兩極分化現象。 每年調水調沙期保持15 d 左右的洪水過程，洪水流量一般超過2 600 m3／s、小于平灘流量，洪水過程穩定。 其他時段，流量小于1 000 m3／s 的天數明顯增加，呈現出明顯的短期洪水、長期枯水的兩極分化特征。 2018年以來，雖然黃河下游洪水頻次相對較多，但兩極分化的格局沒有改變。

1.2 長歷時小水流量長期存在

小浪底水庫運用后小水歷時延長，使得小流量對河勢變化的影響不可忽視。 黃河下游的河道整治是針對中水進行的，對長歷時小流量的河勢演變存在一定的不適應性。 在小水的不斷作用下，游蕩型河段部分工程靠溜部位上提、河勢下挫現象明顯，工程上首塌灘嚴重或有被抄后路的危險。

小水流量造床能力較弱，河道不均勻分布的膠泥嘴、黏土層等缺乏大洪水的自然塑造，給長歷時小水流量作用下形成畸形河勢創造了條件，從而造成部分工程脫河、半脫河或出險。

1.3 洪水風險依然是最大威脅

當前，黃河下游的“懸河”局勢沒有變，大堤仍存在沖決的風險。 如果洪水從北岸決口，洪水淹沒區涉及冀、魯、豫三省，如果洪水從南岸決口，洪水淹沒區波及豫、蘇、皖三省，洪泛區面積可達12 萬km2。 該河段一旦決口，影響范圍大，損失嚴重，同時黃淮海平原生態環境將遭受嚴重破壞，且長期難以恢復。 因此，保證黃河大堤安全仍是黃河下游防洪的頭等要務。 1985年以來高村以上河段年均發生“橫河”9 次，河勢變化仍很劇烈，嚴重威脅堤防安全。

黃河水利委員會對鄭州“7·20”暴雨移植分析演算得出，若暴雨中心西移100 ～200 km，主雨區將全部進入黃河流域，天然情況下花園口將出現洪峰流量為31 800 ～37 300 m3／s的洪水，即便經過上中游水庫聯合攔蓄，花園口洪峰流量仍將超過20 000 m3／s，接近下游千年一遇設防標準，下游發生大洪水的風險依然存在［4］。 小浪底大壩至花園口區間為無工程控制區，洪水預見期短；小浪底水庫調水調沙后續動力不足，防洪短板突出，對堤防威脅較大。

2 河道整治疏浚總體思路

河南黃河河道整治工程體系布局基本完成，然而中水整治工程體系對長期小水適應性差，工程迎、導、送流能力不能達到規劃狀態，河勢仍未得到有效控制。近4 a 雖為相對豐水期，但統計年均2 000 m3／s 以下流量天數仍有290 d，1 000 m3／s 以下流量天數有145 d。 長歷時的小流量下，很難靠水流自身力量對河道進行拓寬或者改變不利河勢，而采取挖河疏浚措施配合河道整治工程能夠起到較理想的效果。

依據河南黃河河勢變化特點及窄河段主槽過流能力特征，針對2021年秋汛期各河段不利河勢、河道整治工程出險情況，窄河段洪水及工程運行情況，在現有防洪工程體系及規劃治導線的基礎上，提出河段疏浚措施。 如馬渡工程河段工程靠河情況較好，但凸岸淤積嚴重，主槽較窄（見圖1），流速較大，工程出險較多，且近幾年頻繁出險，也是2021年秋汛期間出險嚴重的工程，壩垛前坍塌嚴重，因此應疏浚馬渡工程河段凸岸，拓寬主槽，減緩流速，減小出險概率。

圖1 馬渡工程河段2021年汛后河勢

河道疏浚是歸順河南黃河游蕩型河段不利河勢的有效手段之一，對在長期小水流量過程條件下改善河勢、控導主流，有效解決大洪水排洪、小水畸形河勢發育的問題具有重要作用。 通過河南黃河河道疏浚，清除局部阻水障礙，改善工程靠河情況，提高控導河勢能力，歸順河勢流路；拓寬局部窄河段，提高主槽過流能力，穩定中水河槽，減小工程出險概率，提高防洪能力，保障防洪安全。

河道整治疏浚也是落實《黃河流域生態保護和高質量發展規劃綱要》《黃河流域綜合規劃》和《黃河流域防洪規劃》等提出的泥沙綜合處理方略的有效措施之一［5-6］。

疏浚區域劃定主要考慮兩點：一是以規劃治導線為邊緣控制線；二是因勢利導開展疏浚，歸順河勢流路。 以布置逯村疏浚區為例（見圖2），在規劃治導線范圍內，結合現狀河勢劃定疏浚區域（紅色實線范圍），人工疏浚部分區域（綠色虛線范圍），與水流自然沖淤相結合，最終達到疏浚全部區域、調整不利河勢的目的。

圖2 疏浚區劃定示意（逯村）

3 河道整治疏浚方案

3.1 疏浚河段選擇

疏浚河段應在分析河南黃河河勢變化及工程險情特點的基礎上，根據疏浚實施條件等經綜合分析后確定。 重點選擇河勢變化復雜、難以通過自然調整實現河勢歸順的河段，主槽變窄、過流能力較小、易產生險情的河段，畸形河勢、橫河、斜河產生且工程險情頻發的河段。

全面梳理河南黃河游蕩型河段控導工程靠河情況差等不利河勢河段，如逯村工程河段、老田庵工程河段、保合寨工程河段、三合村河段等常年不靠河，工程難以發揮自身的控導河勢作用；局部較窄及工程出險嚴重的河段，如馬渡工程河段、黑崗口工程河段和夾河灘工程河段等，主槽窄深導致工程前流速變大而易出險；主流分叉、河心灘分布較多的不利河勢河段，如蔡集工程河段等，主流南北兩股交替，河勢不穩定，造成防洪壓力大。 根據情況分析確定河南黃河游蕩型河段鐵謝—花園鎮河段、駕部—棗樹溝河段、桃花峪—馬莊河段、馬渡工程河段、黑崗口—大宮河段、夾河灘工程河段、蔡集工程河段和三合村—青莊河段需要實施疏浚，共計8 個疏浚河段（見圖3）。

圖3 疏浚河段位置示意

3.2 疏浚區平面布置

結合疏浚河段河道基本特性、河道演變情況以及疏浚作用，確定其疏浚平面布置原則如下：遵循河道演變規律，以規劃治導線為邊緣控制線，且距離防洪工程不少于50 m。 結合現有河道整治方案及工程布局體系，因勢利導，使主流向相對較好的流路方向進行疏浚布置。

為保證疏浚河槽寬度與上下游河槽寬度基本保持一致，分析測算疏浚斷面上下游的河槽寬度。 根據2019—2021年疏浚斷面上下游實測河道大斷面資料分析，疏浚河段上下游現狀河道主槽寬度一般為500～700 m。 結合現狀河勢，疏浚河段疏浚后河槽寬度應達到500～700 m，與上下游有效銜接，因勢利導，逐步調整河勢流路。

3.3 疏浚控制高程

疏浚控制高程采用疏浚河段河道比降法和深泓點控制原則確定。 根據2021年河南黃河控導工程水尺資料，推求游蕩型河段4 000 m3／s 流量水面線；根據2021年汛后河道實測地形資料，將疏浚區域上下游深泓點進行統計，并根據水面線概化河床底部高程線。疏浚河段概化后河底比降為0.02%～0.014%，為保證疏浚后河道斷面與上下游之間能夠平順連接，將概化后的河底高程作為疏浚底部控制高程。

綜合考慮河道比降法和深泓點控制，在河道比降法的基礎上，以不超過所在斷面深泓點控制，結合疏浚區灘面平均高程，確定疏浚平均深度。 以逯村疏浚河段為例，根據水面線概化河床底部高程線，疏浚區所在范圍概化河底高程范圍為103.73 ～106.83 m，疏浚區深泓點高程范圍為101.72～104.82 m，概化河底高程高于深泓點高程，最終采用概化河底高程范圍103.73 ～106.83 m，折算得到疏浚區控制河底平均高程為105.28 m。根據地形資料，逯村疏浚區灘面平均高程為114.00 m，因此疏浚平均深度為8.72 m。

3.4 疏浚實施的有利條件

黃河在白鶴進入平原河道后，河道變寬，流速變小，歷史上淤積嚴重。 小浪底水庫運用后，受水庫攔沙和調水調沙影響，下游河道發生了持續沖刷，河道內淤積的泥沙減小。

一方面，現有來沙條件下實施河道疏浚能夠起到好的作用。 小浪底水庫蓄水運用以來，由于小浪底水庫發揮攔沙作用和中游水土保持措施發揮作用，因此進入下游的沙量大幅減少，年均沙量約1.15 億t，僅為1950年以來長序列多年平均沙量11.72 億t 的9.8%。下游來沙量的驟減，為河道疏浚起到好的實施效果提供了有利條件，疏浚后不易回淤，疏浚效果能夠維持。

另一方面，已實施的泥沙利用工程為實施河道疏浚提供了施工經驗。 黃河河南段已經開展了大規模的放淤固堤，總長度達到了475 km，淤區面積4 418.67 hm2，采用船淤、泵淤，將主槽、灘地的泥沙抽至背河，挖放結合，減輕淤積，加固堤防［7］。 2003年，在黃河濮陽段開展了二級懸河治理試驗，疏浚河槽長5.2 km，疏浚總量達到 200 萬 m3［8］。 2005年，針對開封王庵畸形河灣實施切灘導流，成功調整了河勢，保障了防洪安全［9-10］。 大量的工程實踐經驗為河道整治疏浚的實施提供了工程技術及施工借鑒。

4 疏浚實施作用分析

4.1 增加靠河長度，發揮工程控導河勢作用

現狀靠河情況比較差的控導工程難以發揮自身作用，通過實施疏浚，解決工程常年不靠河或靠河不穩的問題，增加工程靠河比和長度（見表1），發揮工程的迎流、導流、送流能力，調整河勢。 如逯村（見圖2）、駕部、老田庵、保合寨、馬莊、三合村等工程河段。

表1 疏浚增加工程靠河情況

4.2 拓寬窄河段，緩解主流頂沖險情

通過疏浚拓寬工程前急劇縮窄的行洪斷面，使工程河段達到或接近上下游河道寬度，減小工程前流速，調整著溜部位，減輕工程沖刷，增強主槽過洪能力（見表2），緩解主槽斷面局部過窄、工程頻繁出險的不利局面。 如馬渡（見圖4）、黑崗口、柳園口、大宮、夾河灘工程河段。

圖4 典型疏浚位置（馬渡）

表2 疏浚拓寬主河槽

4.3 平順入流，緩解主流頂沖險情

對于入流角度較大、主流直沖工程的河段，通過疏浚減小主流在工程前的入流角度（見表3），改善入流條件，達到入流平順，減輕主流直接頂沖帶來的工程出險壓力，如棗樹溝（見圖5）、桃花峪工程河段。

表3 疏浚調整入流角度

圖5 典型疏浚位置（棗樹溝）

4.4 強干弱支，提高規劃主河槽過流能力

蔡集工程前出現大面積河心灘，主流分叉交替，河勢散亂，給工程帶來較大防洪壓力，通過疏浚，強干弱支，提高規劃流路內主槽過流比，調整河勢，逐步將主流穩定在規劃流路內，減輕工程防洪壓力（見圖6）。

圖6 典型疏浚位置（蔡集）

5 結 語

（1）實施疏浚是河南黃河河道整治工程措施的有機補充；制定疏浚原則，結合河勢分析和工程出險資料，選擇疏浚河段。

（2）根據不同疏浚河段的河勢情況，分析確定疏浚區平面布置；根據4 000 m3／s 流量水面線概化疏浚河段比降，對比疏浚河段斷面深泓點，綜合確定疏浚控制高程。

（3）通過疏浚，達到增加工程靠河長度、拓寬窄河段、平順入流的目的，調整改善不利河勢，減少工程出險，保障防洪安全。