胡一三 曹常勝 夏修杰



關鍵詞:河槽線;河道整治;黃河下游
中圖分類號:TV85;TV882.1 文獻標志碼:A doi:10.3969/ j.issn.1000-1379.2024.01.008
引用格式:胡一三,曹常勝,夏修杰.初論黃河下游河道的河槽線[J].人民黃河,2024,46(1):44-48,67.
黃河自河南省鄭州市桃花峪至山東省東營市墾利區入海口稱為下游,長786 km。黃河干流在中游的尾端河南孟津白鶴鎮出峽谷以后,河道展寬,比降變緩,流速降低,泥沙大量落淤,成為堆積性河道,河性與桃花峪以下的河道相近,且從中華人民共和國成立以來,白鶴鎮至桃花峪長92 km 的河段一直由中央政府直接投資治理,因此習慣上所說的黃河下游河道是指孟津白鶴鎮至入海口長878 km 的河道。
1 河槽線的提出
1.1 河道橫斷面劃分
黃河下游河道橫斷面為復式斷面,按不同量級水流通過情況,以1957 年汛后花園口斷面為例(見圖1)[1] ,可將河道斷面劃分為枯水槽、一級灘地(嫩灘)、二級灘地(二灘)、三級灘地(高灘或老灘)幾部分。在河勢演變過程中,各部分的位置和尺度都是會變化的。
主槽是洪水和泥沙的主要通道,枯水槽和一級灘地合稱為主槽。河槽是指在一個較長時段內主槽的變化范圍。灘地通常是指在某量級流量下,一側或兩側未上水的部分,習慣上包括二灘(或部分二灘)、高灘。河道橫斷面處于不斷變化之中,在河勢穩定之前,河槽、灘地常會互相轉換。
1.2 天然情況下的河槽演變
黃河下游為堆積性河道,有沖有淤,以淤為主,河床不斷抬升,河槽縱向、橫向變化速度快、幅度大。天然狀態下來水來沙具有水少沙多、年內時空分布不均、年際變化大的特點;下游洪水隨降雨產流區間的不同,其含沙量差異較大,但大都具有陡漲陡落的特點;天然狀態下黃河下游的河勢演變具有小水坐彎、塌灘淤槽,大水趨直、淤灘刷槽的特點。因來水來沙大小及其過程不同,故在淤積河床上的河道是千變萬化的,經常威脅防洪安全。圖2 為高村至李橋河段1889 年、1919年和1933 年主流線套繪[2] ,可以看出主流擺動范圍幾乎占據了兩岸大堤之間整個河道,主流流經的區域一般為主槽,為河道的一部分。從主流的變化可以看出河槽變動也是相當劇烈的。
1.3 下游河道整治歷程及河道橫斷面變化
黃河下游按其自然演變特性可分為4 個河段:孟津白鶴鎮至東明高村為游蕩型河段,高村至陽谷陶城鋪為由游蕩向彎曲轉化的過渡型河段,陶城鋪至墾利寧海為彎曲型河段,寧海以下為河口段。下游河道整治按照其河道特性,首先從河勢變化相對較弱的陶城鋪以下彎曲型河道展開,而后逐步向高村以上游蕩型河道擴展。
1.3.1 彎曲型河段的河道整治
陶城鋪以下彎曲型河道的整治始于1950 年[3] 。1949 年花園口站發生了洪峰流量12 300 m3 / s 的洪水,期間該河段有40 余處險工附近河勢發生嚴重上提下挫,15 處險工脫河,造成下游河勢發生變化,沿岸軍民連續抗洪搶險長達40 余d。嚴重的被動搶險使人們認識到“單靠兩岸堤防及其沿堤修建的險工是無法控制河勢的”。次年,為限制河勢變化開始試修控導護灘工程,取得了不錯的效果,隨后在1952—1953 年又新建一批控導護灘工程。1957 年、1958 年發生了大洪水,河勢得到初步控制,表明河道整治在彎曲型河段試驗成功。后經續建完善河道整治工程,主槽擺動幅度減小,達到了控制河勢的目的。
1.3.2 過渡型河段的河道整治
天然情況下,過渡型河段河勢變化也是很大的。圖3 為范縣邢廟至鄆城蘇閣河段1935 年、1948—1964年主流線套繪[1] ,可以看出主流線曲直變化無常,左右擺動范圍2~4 km,流路的變遷導致灘岸變化不定。
在彎曲型河段河道整治經驗的基礎上,1966—1974 年在高村至陶城鋪的過渡型河段兩岸共修建控導工程25 處、險工2 處,壩垛共466 道,工程長度40余km,還改建了部分險工。通過1975—1976 年的持續中水考驗,表明這些工程對河勢控制效果明顯。又經20 世紀70、80 年代的續建完善,基本控制了該河段河勢。圖4 為范縣邢廟至鄆城偉莊河段1982—1985年主流線套繪,可以看出,主流線已由圖3 中的“雜亂無章”變得曲直相間、彎曲適度、相對穩定。
1.3.3 游蕩型河段的河道整治
游蕩型河段是河勢變化最為劇烈的河段,也是對防洪和灘區居民威脅最大的河段。20 世紀60 年代后期[4] ,在過渡型河段進行河道整治的同時,游蕩型河段也修建了部分防護性工程,其目的多為減少塌灘掉村。20 世紀50 年代水量豐,河勢變化快,平均每年塌灘面積達0.67 萬hm2。左岸原陽大堤前為1855 年高灘,在長度62 km 的河段內,1957—1960 年修建了11處工程、1967—1973 年修建了9 處工程,除馬莊、雙井是按照控導河勢要求布置的工程外,其余皆為不具有控導河勢作用的臨時防護性工程。過渡型河段整治的顯著效益提高了人們對河道整治的認識,20 世紀80年代后開始加快游蕩型河段的整治步伐,但是游蕩型河段長,控導河勢的難度大,直至90 年代一些河段的河勢變化仍是很大的。如圖5 所示的中牟九堡至原陽大張莊河段1967—1991 年的主流線變化,主流南北擺動3~5 km。又經過幾年的整治及河勢的不斷調整,河勢已與規劃流路一致(總體流路是九堡—三官廟—韋灘—大張莊),主流線的擺動范圍已大大縮小(見圖6)。
3.4 河道橫斷面變化
在河道整治的過程中,不僅河道平面形態變化,而且相應橫斷面變化范圍也明顯減小,灘槽得以相對穩固。如過渡型河段邢廟至蘇閣的徐碼頭斷面(見圖7),在20 世紀60 年代河道整治過程中,河道沖淤變化迅速,主槽位置左右擺動頻繁,擺動范圍超過3 km。經過集中整治,80 年代以后主槽橫斷面的寬度變小,且位置趨于穩定(見圖8)。
游蕩型河段經過河道整治,橫斷面位置趨于穩定且變化幅度變小。位于九堡至大張莊河段的黑石斷面(見圖9),在20 世紀70、80 年代主槽寬度大,且變化范圍達10 km。經過數十年河道整治,韋灘控導工程靠河導溜,主槽寬度減小,如九堡至大張莊河段的陡門斷面(見圖10),主槽寬度減小,位置穩定。
1.4 河槽線的提出
隨著河道整治工程的不斷完善,河勢受到控制,河道內灘槽相對穩定,灘區土地得以開發利用,有的河段還在灘區內劃定了基本農田、設立了村鎮,灘區主槽兩側的灘地上修建了大量連續的生產堤,有些生產堤已經嚴重到侵占主槽,縮窄了主槽行洪斷面。這些行為不但影響灘區滯洪沉沙,而且給防洪安全造成了較大隱患。
幾十年來,黃河流域上中游地區開展水土保持,減少了入黃泥沙;修建了小浪底水庫等樞紐工程,提高了防洪標準,同流量漫灘概率減小;黃河下游進行河道整治,穩定了河勢,防止了掉村,減少了塌灘。為了支持黃河流域生態保護和高質量發展,貫徹落實《中華人民共和國黃河保護法》,針對黃河下游灘區面積大、人口多的特點,特提出在黃河下游寬河段繪制河槽線。河槽線將河道分為兩部分,各部分的過水時間、水深、水流流速相差很大。不同部分采取不同的管控措施[5] ,最大限度發揮各部分的作用,既確保黃河長治久安又有利于灘區高質量發展。河槽線對黃河管理與工程建設具有積極作用,如:河槽內的生產堤等礙洪建筑物要優先拆除;河槽內的村莊應盡早遷出,避免洪水災害;灘區道路等基礎設施要修建在河槽線以外,既能發揮經濟效益、又能保證防洪安全等。
2 河槽線的含義及繪制河槽線的條件
2.1 河槽線的含義
為便于管理,將復雜的河道橫斷面簡單地分為河槽和灘地兩部分,河槽包括枯水槽、嫩灘、部分二灘。從河道縱向來看,河槽的外邊界線簡稱“河槽線”。對于河勢多變的天然河道,河槽線相對穩定時間較短,在管理中不能發揮作用,為滿足行洪要求,須將河槽線劃得很寬,這就不利于發揮灘區不同部位的作用,因此河勢多變的河道劃定河槽線的意義不大。
河槽線是指對于河勢較為穩定的河段,在一個相當長的時段內,洪水期主流及其變化范圍的外包線。河槽線內是河道泄洪的主要通道,需依據水流運行規律、河道邊界條件、排洪要求,并參照河道管理需要等確定之。
2.2 繪制河槽線的條件
對于河勢變化大的河道,主流變化的范圍很大,河槽擺動,無法確定河槽線的位置。對于堤距窄的河道,中水過流寬度與洪水過流寬度相近或相同,河槽線與堤線接近或重合,就沒有必要確定河槽線。對于灘槽界線明顯、河勢相對穩定的河段,確定河槽線可在保證防洪安全的前提下,加強管理,以利于發揮灘區不同部位的作用。
針對黃河下游河道,數十年來按照實踐第一的觀點,在河勢變化似無規律的情況下,分析研究,現場實驗,逐步尋找水流運行的基本規律,通過修建河道整治工程,利用水流自然規律,維持有利河勢、限制不利河勢、改造畸形河勢。至2020 年,孟津白鶴鎮至墾利寧海長786 km 的河段修建有控導河勢作用的河道整治工程307 處,壩垛8 488 道,總長697.53 km。其中,河勢變化大的白鶴鎮至陶城鋪長464 km 的河段,修建河道整治工程120 處,壩垛4 324 道,總長404.77 km。通過這些工程,過渡型河段已經控制或基本控制了河勢;游蕩型河段約有70%的河長基本控制或初步控制了河勢,僅有個別河段河勢變化尚大。幾十年河道整治工程取得的效果,為黃河下游繪制河槽線創造了條件。
3 河槽線的繪制及標示
3.1 河槽線的劃定原則
1)遵守《中華人民共和國水法》《中華人民共和國防洪法》《中華人民共和國黃河保護法》《中華人民共和國河道管理條例》等法律、法規。
2)遵循《黃河流域生態保護和高質量發展規劃綱要》要求,有利于維持黃河健康生命,有利于人與黃河的和諧相處。
3)以防洪安全為前提,充分考慮行洪安全寬度及河道未來變化范圍。按照各河段設防流量及河道特征,可將需要劃定河槽線的河道分為以下河段:白鶴鎮至京廣鐵路橋河段、京廣鐵路橋至東壩頭河段、東壩頭至高村河段、高村至陶城鋪河段。
4)各河段劃定的河槽寬度原則上不小于該河段排洪河槽寬度[6] 。河道的最小排洪河槽寬度應能夠宣泄所在河段設防流量70%~80%的洪水[1,7] 。
5) 綜合考慮歷史河勢演變、河道整治規劃治導線、目前河勢流路、灘區村莊等因素。
6)河槽線要適應水流運行規律。河槽線的繪制應符合、適應水流的自然演變規律,以排洪河槽寬度為基礎,保證安全通過各級洪水。繪制時要依照河勢變化、河道整治工程及其靠河情況,并考慮有利于河道管理、岸線保護和灘區運用補償等。
河勢演變具有“大水趨直、小水坐彎” 的基本規律,無論大、中、小水,主流線都要落在兩岸排洪河槽范圍內。排洪河槽寬度明顯大于整治河寬,彎曲率明顯小于治導線曲率,利于宣泄洪水。
3.2 河槽線的繪制
河槽線是河槽的外邊界線,寬河段多數河槽兩岸有河槽線,部分只有一岸有河槽線,另一岸為堤防或山丘。按照河道整治規劃布置的河道整治工程,一處河道整治工程的對岸上游工程下端與對岸下游工程上端的連線,即為該處河道整治工程對岸一側的河槽線。對于已建工程上首平面布置不符合規劃的情況,參照治導線來流直線段延長線、藏頭段臨河側外凸點等,綜合分析確定河槽線。
具體繪制時,在上述連線的基礎上,還要結合排洪能力分析成果、灘區補償范圍、近期岸線規劃、現有村莊及道路分布等情況,綜合確定之。如:溫孟灘移民圍堤河段,利用現有工程布局確定河槽線;工程首尾連線不滿足排洪河槽寬度要求的營房至老宅莊河段,采用連線外移方式確定河槽線(見圖11)。考慮移民新村繪制河槽線,如辛店集至老君堂工程之間,工程連線內建有移民新村,在保證有足夠排洪能力的情況下,改變連線繪制河槽線(見圖12)。
3.3 河槽線的標示
黃河下游白鶴鎮至寧海長786 km 的河道有333個大斷面,平均約2.36 km 有一個大斷面。其中游蕩型河段和過渡型河段有190 個大斷面,平均約2.13 km有一個大斷面。
為了能夠明確灘槽界限,除了在河道地形圖上予以繪制外,還應在現行河道予以標示,以便河道管理人員和灘區群眾識別。在不影響行洪的前提下,建議在每個大斷面與河槽線相交處,設置一個標示河槽線的斷面樁。相鄰兩個大斷面間,在河槽線上設置1~3 個標示樁。
4 結束語
1)黃河下游通過70 多a 的整治實踐,河勢游蕩擺動的不利局面得到了根本性的轉變,特別是高村以上游蕩型河段和高村至陶城鋪過渡型河段主槽的擺動幅度大大減少、擺動范圍相對固定,灘槽界線明顯,為河槽線的劃定打下了堅實的基礎。
2)河槽線是洪水期主流及其變化范圍的外包線,左右岸河槽線之間是河道泄洪的主要通道。劃定河槽線要以防洪安全為前提,以排洪河槽寬度為基礎,依據水流運行規律、河道邊界條件,并參照河道管理需要確定。兩岸河槽線之間應能夠宣泄所在河段設防流量70%~80%的洪水。
3)為便于河道管理,河槽線除繪制在黃河下游河道地形圖上外,還應在已設的河道大斷面上增設標示樁。