水利工程論文-黃河下游游蕩性河道雙岸整治方案研究摘要：作者針對黃河下游游蕩性河槽極為寬淺，河床極不穩定，目前的河道整治寬度過大，不利于洪水期控導河勢與河床的集中沖刷，必須雙岸同時整治，縮窄河寬；從有利于排洪輸沙需求出發，應按洪水較順直河勢，因地制宜，因勢利導的原則規劃流路。兩岸同時整治后，在小浪底水庫下泄清水沖刷期，可控制灘地坍塌、河槽展寬，使沖刷向縱深方向發展，有利于使河槽過流能力迅速增大。為水庫泥沙多年調節排沙期利用洪水集中排沙入海創造條件，使近期作用與遠期整治效果緊密結合。形成窄深、歸順、穩定、且有窄槽寬灘的輸水輸沙通道。關鍵詞：游蕩河道雙岸整治對口丁壩整治河寬窄槽寬灘早在20世紀30年代德國著名治河專家恩格思教授1，就指出黃河下游游蕩河道治理首先是固定中水河槽，其次是刷深河槽。他的治河主張得到眾人的認同。沈怡在評述各家治河主張時明確指出1：“因為種種病象均由河無定槽而起，所以如果要治河，必須首先使河槽穩定”，并說“無論何人來治河，都必須這樣做”，可見具有穩定的河槽是游蕩性河道的治理基礎的重要。目前黃河下游游蕩性河道治理已由減少游蕩范圍發展到穩定流路的新階段，下游河道整治方法也應做出相應調整。改造寬淺游蕩河道為窄槽寬灘，窄槽用于輸水輸沙，寬灘用于滯洪滯沙。充分發揮洪水的造床輸沙作用，使河道減淤與穩定流路、防止橫河、斜河產生，確保防洪安全緊密結合。黃河下游高村以下河道通過整治，河勢基本得到控制。高村以上的游蕩性河道，由于河槽極為寬淺整治困難，是目前乃至今后黃河下游河道整治的重點。需要解決的主要問題：(1)整治工程設計要能有效的控導河勢，使規劃流路得到保證。不要因為入流方向和位置的變化，引起一灣變，灣灣變，造成眾多控導工程脫流，工程不斷的下延上接，甚至出現鉆襠等危險情況。(2)防止小浪底水庫清水下泄后，下游河道重蹈三門峽水庫覆轍，即塌掉高灘淤出低灘，河道在擺動中下切，但因不能形成高灘深槽，而無法有效地控導流路，所以不能形成穩定的河道。(3)小浪底水庫調水調沙運用，可以使洪水挾帶更多的泥沙，但不改變河槽形態，以提高輸沙能力，就無法充分利用下游河道在洪水期窄深河道泥沙多來多排的特性，從而達到更好的減淤和節省輸沙用水的目的。(4)調整因河道整治造成的流路過份彎曲，不利于排洪輸沙的局部阻水工程。1小浪底水庫運用為下游游蕩性河道進一步整治提供了條件(1)在小浪底水庫投入運用后，黃河下游花園口站百年一遇洪水為15700m3/s。發生1958年型22300m3/s的洪水，經小浪底等水庫調節后花園口站洪峰流量也會小于10000m3/s2。(2)小浪底水庫投入運用不僅削減了洪峰，同時也使進入下游的水沙條件發生較大變化3,4。在運用初期水庫要淤滿220m以下30億m3堆沙庫容，才能利用洪水進行有效排沙，為此在水庫運用初期45年內下泄清水，將造成高村以上河段大量沖刷，河道的泄洪能力也隨之增大。在以后的相機排沙運用期，平、枯水年水庫仍將蓄水攔沙運用，只有在洪水時才有排沙機會。在2002年研究河道整治時設計給出的進入下游的水沙搭配情況表明，有80%90%的泥沙由流量大于2500m3/s的洪水輸送。因此適時進行調水調沙，可增大洪水的輸沙造床作用，減輕小水小沙造成的河道淤積及其對下游的防洪威脅。目前二級懸河普遍存在的情況下3，因平灘流量太小而造成“小水大災”的不利局面，可以得到顯著、甚至是根本性的改變。洪峰流量的減小和水沙搭配條件的變化，為游蕩性河道進一步整治創造了新的條件，水庫的調水調沙運用需要游蕩性河道整治配合，從而充分發揮小浪底水庫調水調沙的作用，進一步把高村以上河段治理成窄深、歸順、穩定的河道。2游蕩性河道河勢變化規律、河型轉化條件2.1水流塑造河槽，河槽約束水流，河型轉化條件沖積河流的特性取決于流域因素5,6，來自流域的長期水沙條件，決定了河槽的形態和比降，及河床組成。不同來水來沙條件組合的不同，塑造出不同的河槽形態和比降，從而決定了水流的強弱，形成不同的輸沙特性。對于一定的河槽形態，小水淤積、大水沖刷分界流量是確定的。因此，來水來沙條件組合又決定河道的沖淤特性；不同的河槽形態對水流的約束作用不同，又形成不同的演變特性；河床組成的抗沖性與水流的強弱決定了河槽的穩定性，因此形成不同的河型。河型的不同是多因素綜合的結果，是河流演變、輸沙特性的集中反映。河道的輸沙特性與演變特性間存在著密切的聯系，其原因是它們都受河槽形態的控制。不同的河型的主要差別是因為它們具有不同的河槽形態，具有窄深河槽的河流，不僅輸沙能力強，河道很少淤積，且河勢受窄深河槽的約束，河道穩定，多年小水坐彎得以累計，可發展成彎曲性河流。而具有寬淺河槽的河流，不僅輸沙能力低，河道強烈堆積，且寬淺河槽無法約束洪水期河勢變化，經常發生切灘整直河勢，產生難以預料的河勢變化和險情，具有隨機性，對防洪極為不利。2.2游蕩性河道河勢變化機理在能量消散過程中，任何具能體總是遵循這樣的規律，將它所具有的位能以最快的速度、最短的時間、最大的能量消散率消散，從而達到最穩定狀態。游蕩性河道的河勢變化同樣是能量消散規律在起主導作用。由于游蕩性河道河槽極為寬淺，河槽對水流的約束作用弱，因此在洪水期改道時形成的河槽總是順直的，沿著最大比降方向流動，這就是洪水期河勢趨直的原因所在；至于河流的彎曲，則是由于小水期受河床上犬牙交錯邊灘條件的制約，而被迫沿著彎曲的流路流動。3游蕩性河道整治必須雙岸同時進行目前的一岸整治方案，在控制游蕩范圍、歸順河勢方面起到了一定的作用。但在小浪底水庫投入運用后，根據三門峽水庫下泄清水的經驗和對小浪底水庫運用方式的研究，高村以上游蕩性河道將發生強烈沖刷，河槽仍很寬淺散亂，無法穩定。3.1游蕩性河道特性其一游蕩性河道特性是沖積河流中具有比降陡，河床極為不穩定的特性。游蕩性河流就像在比降陡的地形條件下沒有興建跌水的不穩定渠道。其二是河槽極為寬淺，隨著流量的增加寬深比B/h值增大。黃河干支流典型水文站實測流量與寬深比B/h值間的關系表明，對于游蕩性河段而言，隨著流量的增大B/h值增大，窄深河槽卻相反，隨著流量的增大B/h值減小。前者定義為寬淺河槽，后者定義為窄深河槽。它們具有完全不同的演變特性，也是形成不同河型的根本原因。在小浪底水庫投入運用后，床沙組成雖然由0.1mm增加到0.2mm，但起動流速沒有增加，均處在最容易起動范圍內。因此由于游蕩性河道其固有原因，比降陡、河床組成易沖，在來水較清的情況下，河床仍很不穩定。3.219601964年與19801985年下泄清水期實測情況根據歷史資料分析，三門峽水庫1960年9月至1964年10月下泄清水時，在高村以上河段塌灘280km2，平均塌灘寬度1000m。其中，花園口至夾河灘河段塌灘最嚴重，平均塌灘寬度1181m，其中柳園口至古城河段平均塌灘寬度達2300m。斷面資料套繪表明，河床在沖刷過程中，不斷的擺動，塌掉二灘、高灘，新淤出是低灘。根據河勢的變化與斷面套繪分析，主流擺動范圍最大達10km，發生在伊洛河口，平均擺動范圍3.54.2km。1981年至1985年河槽的擺動范圍有所減小，最大擺幅6km，河段平均擺范圍23.5km，主要是控導工程的不斷興建控制了河槽的擺動范圍。在來水豐、來沙少的1981年至1985年，游蕩性河段嚴重的險情明顯增加，最典型是化工、大玉蘭工程的鉆襠險情(見圖1)與北圍堤嚴重險情。由于1982年大水，8月2日小浪底站洪峰流量8520m3/s，主流河勢趨中，沒有入趙溝彎；加之1983年豐水，流量常在40005000m3/s，在趙溝下首靠河，化工控導工程尾部著流，坐灣引起大玉蘭工程上首高灘坍塌后退，大玉蘭工程受到抄后路的嚴重威脅。由此可見，在小浪底水庫投入運用后，仍可能發生主流頂沖鉆襠形成灘地坐灣、控導工程脫河的嚴重險情。3.3縮窄河寬有利于沖刷向縱深方向發展，增大平灘流量從增加河道排洪能力與控