黄河下游防洪形势变化与治理前景展望

刊登在《泥沙研究》2016年1期

黄河下游防洪形势变化与治理前景展望

齐 璞1. 孙赞盈1齐宏海2

 （1. 黄河水利委员会水利科学研究院，河南郑州450003；

  2.美国科进柏诚（WSP-PB）工程咨询公司，新泽西劳伦斯维尔08648）

提要：实测资料表明，黄河中上游干支流的治理已经使下游的防洪形势发生不可逆转变化，洪峰流量和年沙量都大幅度减少，小浪底水库投入运用15年河槽发生强烈冲刷，水位下降2米多，生产堤存在已经使22000秒立米设计洪水在花园口河段漫不了滩，其防洪设计标准为千年一遇是世界仅有。不管水沙如何变化都要经过小浪底水库调节进入下游。黄河多沙不可怕，窄深河槽具有极强泄洪输沙能力。多年分析研究表明，小浪底水库进行多年调沙，相机利用洪水排沙，可长期发挥作用；下游游荡河段通过双岸整治形成高效排洪输沙通道输沙入海，继续冲刷河槽，可提前实现河床不抬高，修建桃花峪水库控制下大洪水、河槽冲深等，投资几十亿元加固百年不着流左岸大堤淤背工程与河南省要滩区大移民均没有必要。

关键词：水沙变化;强烈冲刷; 形势巨变; 小浪底水库;相机排沙; 黄河

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泥沙淤积是洪水在黄河下游洪水危害的根源，千百来人们都希望河床能不抬高。水利部提出21世纪黄河下游“堤防不决口、河道不断流、水质不超标、河床不抬高”宏观治理目标。其中最难的是河床不抬高。黄河长期的泥沙淤积使黄河下游形成比降很陡的河床，又是洪水危害的根本原因，若河床不再抬高，洪水不漫滩便可得到根本性解决。

1.黄河中上游的治理已经使下游的防洪形势发生不可逆转变化

（1）黄河洪水变化[1]

由于海河流域的治理，华北平原上的河流已经相继都变成干河，只偶尔才会有洪水下泄。黄河流域也属干旱、半干旱地区，中上游大量兴建水库，灌溉农业与水土保持的发展，引起下垫面汇流的巨大变化，也使黄河实测洪水大幅减小。

据1994年统计，黄河干支流上已有的大中小型水利枢纽达600余座，总库容达700亿m3，超过黄河的年水量，具有较大的调节能力。仅龙羊峡、刘家峡、三门峡、小浪底四库防洪库容就达156.2亿m3（相当黄河千年一遇洪水12天的总量）。在主要支流上也兴建许多大型水库，如伊河陆浑、洛河故县水库，防洪库容分别为6.77亿m3和6.98亿m3。百年一遇洪水的洪峰流量由29200m3/s降为15700m3/s；若发生1958年的22300m3/s洪水，花园口站洪峰流量将降为9620m3/s；自1982年发生15300m3/s大洪水以来，30年来花园口站洪峰没有大于8100m3/s，小浪底水库投入运用以来没有出现大于5000m3/s，洪水已经得到有效控制，大洪水发生的机会大幅度减少。花园口站1950年至2012年历年实测最大洪峰流量变化过程见图1。

（2）黄河年沙量变化{2}

      黄河中游的潼关站控制黄河流域面积的91%、径流量的90%、泥沙的近100%。

20世纪60年代以前，实测输沙量基本可以代表水利水土保持措施实施前的天然情况。20世纪80年代中期以来，随着龙羊峡水库的蓄水运用以及黄土高原水土流失治理力度进一步加大，尤其是1999年以来实施退耕还林还草工程、2003年以来实施“淤地坝亮点工程”，黄河径流量、输沙量明显减少。1987年～2012年潼关站实测年均径流量、输沙量分别为245.9亿m3、5.42亿t，含沙量为22.0kg/m3，与1919年～1959年相比，径流量、输沙量、含沙量分别减少42.3%、66.0%、41.0%。2000年～2012年相对较短时段，与1987年以来的26年系列相比，潼关站径流量、输沙量更少，含沙量也进一步减小，径流量、输沙量分别为231.2亿m3、2.76亿t、含沙量为12.0kg/m3。图2给出年沙量其变化过程。

    综上所述，设计水平年采用洪水采用千年一遇22000秒立米和年平均沙量采用11亿t都严重脱离实际。

2、小浪底水库运用15年下游河道强烈冲刷过流能力迅速增大

小浪底水库是一座以防洪、防凌、减淤为主，兼顾供水、灌溉、发电，除害兴利，综合利用的枢纽工程，水库的调水调沙运用方式应充分体现开发任务的要求，尽可能充分满足各方面的需求，为黄河下游河道治理做出应有的贡献。

从2000年至2014年，小浪底库区淤积量为31亿立米，下游河道冲刷25亿t，平滩流量迅速增大，表1给出河槽过洪能力变化[3]：高村以上河段河床平均冲刷2米多，目前花园口站以上河段平滩流量大于7200m3/s,夹河滩站以上河段平滩流量大于6500m3/s，高村站以上平滩流量达6100m3/s以上，平滩流量最小的孙口河段也有4350m3/s，加上高1.5m生产堤的作用在高村以上可过15000m3/s大流量。艾山以下河段平滩流量也达到6800-8050m3/s。今后小浪底水库还要进行调水调沙，河段平滩流量还会增大。

目前黄河下游生产堤虽是地方修建，但高2至3米。堤宽4至8米具有相当大的规模的生产堤普遍存在，应该考虑生产堤对滩区防洪中的保障作用！黄委会破除生产堤的决定是有问题的，因为淤滩与河槽冲刷没有必然联系，二级悬河形成是由于小水淤槽与河道不能自由摆动的结果。正因如此，破生产堤受到地方和群众的强烈抵制。钱正英院士主张把生堤变成防洪大堤是有道理的，在下游防洪中应考虑该生产堤实际作用。

 小浪底水库死库容淤满即可利洪水相机排沙输沙入海，河槽还会发生刷，平滩流量还会继续增大。

3.小浪底水库泥沙多年调节可以长期发挥作用

“拦、排、调、放、挖”以调为核心的治河方略，也为下游形成窄深河槽提供了技术支撑。三门峡水库的改建成功，创造了在多沙河流上长期保持水库有效库容的范例。然而三门峡水库的“蓄清排浑”运用方式经验有其局限性。其一是受潼关高程的限制，调沙库容小，不能对黄河泥沙进行多年调节，其二是水位变幅小，不能产生强烈的溯源冲刷，形成充分利用洪水输沙的出库水沙条件，因而不能充分利用下游河道的输沙能力。小浪底是峡谷型水库(坝前水位可由254降至200米)，具有进行泥沙多年调节能力，会有更多的泥沙调节到洪水期输送，为进一步整治游荡性河道创造了条件。其调节库容可以长期利用{4-6}。

经过多年研究，当小浪底水库初期死库容淤满后，通过小浪底水库泥沙多年调节，相机利用洪水排沙，把泥沙调节到洪水时输送，可以控制下游主槽不抬高，甚至河床下切。因为每当发生高含沙量洪水时，主河槽都是冲的，洪水存在“涨冲落淤”的输沙特性。黄河泥沙随洪水来，洪水多，来沙多，水库排沙机会多，会有更多泥沙调节到洪水期输送；没有洪水没有沙！水库不排沙，蓄水拦沙发电，取消输沙用水需求！因此黄河下游不需要从千里迢迢的长江上游为黄河下游输沙人海调水！

小浪底水库初期运用拦沙下泄清水与人造峰冲刷，淤满调沙库容以后，相机利用洪水排沙，这两个组合起来，有可能使下游河床长期继续发生冲刷。

4.黄河下游高效泄洪输沙通道建设与治理前景

（1）黄河窄深河槽的过洪输沙潜力[7]

对黄河干支流不同河段的高含沙水流输沙特性的对比分析表明，窄深河槽有利于高含沙水流输送，适宜输送的含沙量不是低含沙量，而是含沙量大于200kg/m3的高含沙水流。造成河道多来多排的原因，在低含沙水流时是因水流的流速达到1.8～2m/s，床面进入高输沙动平整状态；对高含沙水流而言，是因为黄河泥沙组成细，含沙量增高后流体的黏性增大，而河床对水流的阻力并没有增加所致，仍可利用曼宁公式进行水力计算。

在窄深河段随着流量的增大，河道由淤积变为冲刷:形成窄深河道“多来多排”的输沙规律；宽浅河道“多来多排多淤”：其中主槽“多来多排”,而滩地则“多来多淤”。目前的山东河道在流量2000～3000m3/s，不仅可以输送实测含沙量小于200kg/m3的洪水，待含沙量增加到400～500kg/m3时，更有利于输送,该段河道具有巨大的输沙潜力。

水深增大对河道的过洪能力影响最大。造成窄深河槽过洪能力大的主要原因，是河槽的过流能力与水深的1.67次方成正比。洪水泄洪能力的增加主要是靠河床冲刷水深增大来实现的。

黄河下游河道比降万分之一的艾山站，在1958年7月21日、22日，在河宽476m、468m，平均水深8.9m和10.6m的条件下，分别下泄12300m3/s和12500m3/s洪水。河道比降万分之二的花园口站，在1977年经过7月和8月两场高含沙洪水塑造，8月8日实测主槽宽467m、483m，相应水深为5.4m，5.3m，平均流速3.85m/s、3.73m/s，流量达8980m3/s和9540m3/s。由此表明，主槽的过流能力很大，只要能保持较大的水深，泄洪要求的河宽并不是很大。

洪水在冲积河床中流过，随着洪峰流量的上涨，不仅水位上升，同时河床不断刷深，使得河道的过流能力迅速增加。不仅低含沙洪水如此，高含沙洪水也如此。河床刷深对过洪能力的影响往往大于水位抬升的影响，甚至由于河床剧烈的刷深，使得洪水位反而大幅度降低。

床面处在多来多排的输沙状态；底沙运动速度滞后于洪水传播速度，造成河道长距冲刷。河流的调整的机制是比降变缓，河宽减小，水深增加，从而使流速不变或增大,维持床面在高输沙动平衡状态,如黄河下游、渭河下游河道均是如此。在比降变化相差甚至十倍(万分之六至万分之零点六)的冲积河道洪水期均可产生强烈冲刷。

（2）双岸整治是形成高效排洪输沙通道必要选择

目前采用的微弯整治是引用弯曲河道整治办法，只能减少游荡范围[8,9]。可研报告中“河道整治工程不完善”说明无法达到稳定主槽，及形成窄深河槽的目的，是产生目前背着石头撵河的被动局面，如张王庄、老田庵、韦滩等大量河道整治工程长期不靠流晒太阳的根本原因，黄河下游这种做法在世界上尚无成功先例。

双岸整治工程经常靠河，因而提高工程的利用率，将大量节省投资。基于国外河道航道整治经验，密西西比河、密苏里河及我国的汉江上都有成功的先例。虽然各自的整治目的不同，但整治方法却是相同的，都是通过缩窄河宽，增大水深和流速。

黄河下游宽河道按小浪底水库 3000 m3/s排沙时河槽不淤设计，通过双岸整治形成河宽600米排洪输沙高效通道。按洪水期顺直微弯流路布置双岸整治工程，以缩窄河宽、增加槽深，控制清水塌滩，使洪水冲刷向纵深方向发展,增大平滩流量。

2003年黄委会进行的动床模型试验表明[10]，在小浪底水库泥沙多年调节的水沙条件下，主槽能够迅速刷深，洪水水位降低，平滩流量迅速增大，河道输沙能力大幅度提高，河段发生冲刷，平滩流量由3000m3/s增加到6000m3/s以上，既减少中小洪水漫滩致灾的风险，又能形成稳定的中水河槽,有效控制河势,并经受百年一遇洪水的试验，证实了双岸整治方案。提高输沙能力双岸整治目前黄委会还在进行中[11]。

优化进入下游的水沙条件不仅对河道输沙有利对河口治理也有利，在河口可形成高含沙异重流，增大堆沙范围；输沙流量增大增加了洪水势能，可减小输沙比降与小水淤槽机会，河口延伸减慢。

三门峡水库改建后“蓄清排浑”运用的减淤作用已经使花园口以上河道基本不淤，温、孟滩区已经成为小浪底水库的移民区，小浪底水库投入运用后，利用拦沙下泄清水与调水造峰和相机利用洪水排沙入海，在下游进行双岸河槽整治，形成排洪输沙通道，可以使下游河道发生强烈冲刷，河床不再抬高！

黄河洪峰大幅度减小，主槽泄洪能力不断增大！洪水漫滩机会减少了，才能使黄河滩区群众得到解放，耕地得到充分利用。可防止发生类似2003年小流量下游河槽高滩面低，生产堤遭冲决，造成滩区严重淹没损失。

 5.建议尽早兴建桃花峪水库控制下大洪水与河槽进一步冲刷等

  目前黄河下游出现了1960年三门峡水库投入运用初期下泄清水下游河道强烈刷，水位降低需要修建花园口等水利枢纽进行纵向控制的局面。兴建桃花峪水库可以发挥有以下作用：

（1）可进一步控制黄河干流小浪底水库以下干支流无控制区的洪水。

（2）对小浪底水库投入运用后下泄的清水进行调配，满足中原经济区发展的需要。

（3）控制黄河下游河道上河段河床冲刷，保证花园口以上河段引水，使黄河下游的冲刷能充分向下游发展。

黄河经过今后若干年的治理开发，可以从一条灾害频繁之河变为一条效益巨大之河。黄河泥沙问题得到根本性解决，黄河将发生巨变—洪水不再泛滥，黄河的水资源得也到充分利用。没有必要投资几十亿元加固百年不着流左岸大堤淤背工程与河南省提出的投资上千亿的滩区大移民的治理方案。

6.结 论：

   1、黄河干支流水利工程修建与治理后，已经使得黄河洪水和来沙量都大幅度减小，近年来年入黄沙量只有2-3亿t。黄河来水来沙条件发生了不可逆转的变化。

   2、小浪底水库投入运用后下游河道已经由强烈淤积变为强烈冲刷，河槽过洪能力迅速增大，平滩流量迅速增加，在洪峰流量不断减小情况下，防洪形势已经发生巨变。

   3、黄河多沙不可怕，窄深河槽泄洪输沙能力大，洪水多来沙多，水库排沙机会多。可利用小浪底峡谷水库的特性进行泥沙多年调节，通过双岸整治形成高效排洪输沙通道，使泥沙主要由高含沙洪水输沙入海。小浪底水库的调水调沙库容可以长期使用。

    4、小浪底水库初期拦沙下泄清水、人造洪水与泥沙多年调节利用洪水排沙继续冲刷的作用下，河床不抬高目标已经提前实现并长期发挥作用。

   5、河道目前实际行洪能力变化与今后治理前景的科学论证，今后治理的主要任务是进行游荡河段双岸整治与桃花峪水库兴建。

主要参考文献

（1）齐璞,孙赞盈，齐宏海，黄河新情况，新问题，新的治理措施[J]，中国工程院刊，2014（8），p64-68

（2）黄委会，黄河水沙变化研究，2014年10月

（3）2014年9月齐璞，尤联元给李克强总理信《在黄河滩区大批扶贫搬迁完全没有必要》,

 (4)齐璞、于强生，应该把黄河下游河床不抬高作为黄河治理的战略目标，中国水情分析研究报告文集（2002-2008年专集），中国水利电力部出版社，p487

（5）水利部科技司，黄河下游双岸整治鉴定证书，鉴字2005第2018号，专家组长韩其为，陈效国

 (6)齐 璞，2014年给河南省科技厅，历年对小浪底防洪减淤运用方式鉴定验收专家意见（黄河85攻关鉴定和多位院士专家意见及黄委会设计院鉴定）

 (7)齐 璞,余 欣,孙赞盈等.黄河高含沙水流的高效输沙特性形成机理:黄河下游河道存在巨大的输沙潜力[J].泥沙研究,2008(4):74-81.

 (8)温善章，黄河下游河道整治方案应重新论证，中国水情分析研究报告文集（2002-2008年专集），中国水利电力部出版社，p448

（9）齐璞，评《黄河下游河道整治方案研究》，中国水情分析研究报告文集（2002-2008年专集），中国水利电力部出版社，p451

 (10)齐璞,孙赞盈，齐宏海，《黄河下游河道泄洪输沙潜力和高效排洪输沙通道构建》，黄河水利出版社（M），2010年12月

（11）有利于提高河道输沙能力的工程技术措施，黄委水科院，中国水科院，黄委设计院，2015年2月