黃河下游灘區(qū)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(qū)治理綜合決策的重要依據(jù)。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(qū)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(qū)典型治理方案對洪災風險及經(jīng)濟社會發(fā)展的影響。指出灘區(qū)按“適度標準防護”方向治理有利于改善經(jīng)濟社會發(fā)展環(huán)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(qū)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(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展與防洪保安之間的矛盾有著重大影響。灘區(qū)工程措施選擇總體分為兩個方向：一是堅持灘區(qū)“無防護”工程方向，即人為洪水泥沙讓路，恢復1960年以前灘區(qū)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(qū)“適度標準防護”工程方向，改善灘區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展環(huán)境，促進流域人水和諧。防護工程設置以優(yōu)化現(xiàn)有河道控導工程和生產(chǎn)堤為主，優(yōu)化調(diào)整為防護堤，高村以上調(diào)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(diào)控能力以及國家發(fā)展需求，定量計算與分析成果是非常重要的技術支撐依據(jù)。

1 不同治理方向典型方案設計

1.1 典型方案

依據(jù)灘區(qū)無防護和適度標準防護兩類工程治理方向，結(jié)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(guī)劃方案。為充分發(fā)揮灘區(qū)滯洪、沉沙作用，防止生產(chǎn)堤影響漫灘洪水的水沙交換，導致“二級懸河”態(tài)勢加劇及由此帶來的洪水威脅，在灘區(qū)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(chǎn)堤，這是《黃河流域綜合規(guī)劃》（2012-2030年）[1]推薦的方案。規(guī)劃方案代表了灘區(qū)無防護的工程治理方向。

（2）防護堤方案。依托現(xiàn)狀大堤、生產(chǎn)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(fā)生超防護堤防洪標準洪水時灘區(qū)全面分洪。這是參考水利部公益性行業(yè)科研專項“黃河下游河道改造與灘區(qū)治理研究”（編號201401002）[2]（簡稱“灘區(qū)治理公益項目”）提出的方案。防護堤方案代表了灘區(qū)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(guī)定一般鄉(xiāng)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(xié)調(diào)：三是現(xiàn)狀花園口站流量為10 000 m/s洪水灘區(qū)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(diào)整為2.1km，各河段堤距統(tǒng)計見表1。防護堤修建后，兩道防護堤之內(nèi)為河槽，防護堤與黃河大堤之間仍為灘區(qū)。發(fā)生防洪標準以下洪水時，充分利用河槽行洪輸沙：發(fā)生超防護堤標準洪水時，防護堤主動決口分洪，使灘區(qū)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(jīng)水庫調(diào)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(jù)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(qū)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(guī)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(nèi)，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(xiàn)有堤防堤距差別很?。涸O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(tài)。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(nèi)基本處于沖淤平衡或略有沖刷狀態(tài)。規(guī)劃方案50 a內(nèi)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(tài)，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(tài)。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(guī)劃方案中整個下游河道50 a累計淤積52.54億t，其中灘區(qū)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(qū)淤沙11.25億t，占總淤積量的25%.見圖4。與規(guī)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(tài)，主槽淤積絕對數(shù)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(xù)到2090年前后。

2.3 對灘區(qū)洪災風險及經(jīng)濟社會發(fā)展影響

（1）規(guī)劃方案花園口一艾山河段灘區(qū)中小洪水淹沒損失嚴重。按照現(xiàn)有水庫防洪調(diào)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(diào)度。灘區(qū)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(qū)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(qū)適度標準防護方案比規(guī)劃方案灘區(qū)洪災損失小。與規(guī)劃方案相比，洪峰流量在10 000 m3/s以下的洪水，灘區(qū)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(fā)生在防護堤內(nèi)。當花園口站洪峰流量超過10 000 m/s后，各方案灘區(qū)受災面積和人口數(shù)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(guī)劃方案小457 km、淹沒人口仍然比規(guī)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(guī)劃方案計算表明，通過逐步廢除生產(chǎn)堤，有利于灘區(qū)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(qū)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(qū)淤積比例為70%相比，灘區(qū)淤沙作用明顯減弱。然而，由于無明確防洪標準，因此灘區(qū)土地資源利用、群眾居住環(huán)境以及經(jīng)濟社會發(fā)展將嚴重受限。生產(chǎn)堤發(fā)展歷史也證明，其拆除阻力非常巨大。

灘區(qū)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(qū)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(qū)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(guī)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(qū)2 282 km土地（占灘區(qū)面積的72%）防洪標準可達到10 a一遇，可改善147萬人的發(fā)展條件。

灘區(qū)治理工程按“適度標準防護”工程方向能逐步改善經(jīng)濟社會發(fā)展環(huán)境，緩解甚至解決當前灘區(qū)核心矛盾。對防洪和泥沙處理的不利影響主要體現(xiàn)在兩個方面：一是灘區(qū)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(diào)節(jié)，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(qū)未來發(fā)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(qū)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(yōu)先考慮對灘區(qū)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(qū)進行試點。

3.1 “兩灘一區(qū)”安全區(qū)試點方案

依據(jù)現(xiàn)狀灘區(qū)不同量級洪水淹沒特點，花園口發(fā)生近20 a一遇以下洪水時溫孟灘、封丘倒灌區(qū)不進水，兩個灘區(qū)洪水風險相對較小，可以考慮建成安全區(qū)。長平灘有長清和平陰兩個縣城，人口和經(jīng)濟密度都較大，依據(jù)《防洪法》第三十四條規(guī)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(qū)建成安全區(qū)。

溫孟灘、長平灘、封丘倒灌區(qū)“兩灘一區(qū)”安全區(qū)試點方案保留現(xiàn)狀生產(chǎn)堤，僅對局部重點區(qū)域進行防護，新修工程長度30 km左右，基本維持現(xiàn)狀防洪輸沙格局。約807.93 km（占下游灘區(qū)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(fā)展條件，其他灘區(qū)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(yōu)化發(fā)展區(qū)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(qū)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(jīng)濟條件看，東壩頭以上灘區(qū)一是面積大、人口多，二是距離中心城市較近，產(chǎn)業(yè)優(yōu)化發(fā)展?jié)摿^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(yōu)化發(fā)展區(qū)試點方案，僅對東壩頭以上典型灘區(qū)進行防護，東壩頭以下河道基本維持現(xiàn)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(fā)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(qū)布局見圖6）實施后，加上2014年以來灘區(qū)遷建試點，可改善河南灘區(qū)101.5萬人的發(fā)展條件。河南灘區(qū)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(jié)語

灘區(qū)按“適度標準防護”方向治理有利的一面是能逐步改善經(jīng)濟社會發(fā)展環(huán)境，緩解甚至解決當前灘區(qū)核心矛盾。實施“兩灘一區(qū)”安全區(qū)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(fā)展條件。實施“大三灘”優(yōu)化發(fā)展區(qū)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(fā)展條件。實施防護堤方案可使艾山以上2 282 km灘區(qū)土地（占灘區(qū)總面積的72%）防洪標準達到10 a一遇，可改善147萬人的發(fā)展條件。

灘區(qū)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(nèi)洪水雖然控制在防護堤以內(nèi)，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(qū)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(tài)，灘區(qū)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(guī)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(nèi)的泥沙淤積百分比增大了3%。

參考文獻：

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