基于系統(tǒng)論的黃河下游河道灘槽協(xié)同治理研究進(jìn)展

江恩慧，趙連軍，王遠(yuǎn)見，李軍華，曹永濤，許琳娟

（1.水利部黃河泥沙重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州450003；2.黃河水利科學(xué)研究院，河南鄭州450003；3.河南省湖庫(kù)功能恢復(fù)與維持工程技術(shù)研究中心，河南鄭州450003）

1 黃河下游河道灘槽分布基本特征

黃河下游河道具有明顯的主河槽和灘地。歷史上為保護(hù)兩岸廣大的黃淮海平原不受洪水淹沒，在河道兩側(cè)修筑了臨黃大堤。兩岸臨黃大堤堤距很寬，寬闊的河道起到了滯洪作用，并發(fā)揮了有效降低最高洪水位的作用。但是，寬闊的河道也減小了水深和流速，促使大量泥沙沉積成灘。經(jīng)過多年的泥沙沉積，灘面高程逐步高于堤外地面高程，最大高差達(dá)10 m，成為著名的地上“懸河”。黃河下游河道典型橫斷面形態(tài)如圖1所示。由于灘地廣闊而肥沃，宜于耕種，因此灘區(qū)居民為了保護(hù)居住與生產(chǎn)，在其上筑小堤防御中小洪水，這些小堤當(dāng)時(shí)稱為“民埝”，即現(xiàn)在的“生產(chǎn)堤”。在中小洪水年份，因水流滯緩而使泥沙在生產(chǎn)堤之間大量沉積，形成“嫩灘”，習(xí)慣上將枯水河槽與“嫩灘”并稱為主河槽。主河槽是中小洪水的慣常行洪輸沙通道，廣闊的灘地既是大洪水行洪滯洪沉沙的場(chǎng)所，又是灘區(qū)189萬群眾生活的家園。灘地面積占河道總面積的84%［1］，涉及河南、山東兩省 14個(gè)地（市）44個(gè)縣（區(qū)）。灘區(qū)多由大堤、河道整治工程、生產(chǎn)堤分區(qū)分片組割，形成120個(gè)自然灘。其中：面積大于100 km2的有7個(gè)，50～100 km2的有9個(gè)，30～50 km2的有 12個(gè)，30 km2以下的有92個(gè)。

2 黃河下游河道灘與槽治理歷程簡(jiǎn)述

2.1 主河槽的河道整治研究及工程實(shí)踐

黃河下游河道強(qiáng)烈的游蕩特性對(duì)黃河防洪安全構(gòu)成極大威脅。新中國(guó)成立后，國(guó)家對(duì)黃河下游河道整治非常重視，投入巨資修建了大量的河道整治工程［2］。一代又一代的治黃工作者對(duì)黃河下游的河床演變和河道整治開展了全面研究。以錢寧等［3-5］為代表的老一代科學(xué)家，針對(duì)多沙河流水沙輸移與河床演變等基本規(guī)律開展了不懈探索，為治黃戰(zhàn)略決策奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。針對(duì)黃河河床淤積抬高、位山以下河段泄洪能力太低、位山以上河槽寬淺等問題，張瑞瑾［6］指出黃河下游應(yīng)實(shí)行“退堤寬灘窄槽”的方針。關(guān)于黃河下游的河道治理，謝鑒衡［7］提出應(yīng)遵循黃河下游縱剖面變化規(guī)律進(jìn)行河道治理，通過修建小浪底水庫(kù)攔粗排細(xì)，調(diào)整水沙搭配，利用建壩的有利條件大規(guī)模引黃放淤，使整個(gè)下游的來水來沙條件得到顯著改善，同時(shí)提出擴(kuò)大河口三角洲范圍以求抑制山東河段的上升，調(diào)整主槽橫斷面及降低糙率來抑制河南河段的淤積。國(guó)家“八五”計(jì)劃期間，胡一三等［8］研究了黃河下游游蕩型河道的河勢(shì)演變規(guī)律，系統(tǒng)總結(jié)了山東窄河道和高村至陶城鋪過渡型河道的河道整治經(jīng)驗(yàn)，提出了游蕩型河道的整治方向和整治措施；張紅武等［9］對(duì)提出的整治方案開展了全面的動(dòng)床模型試驗(yàn)驗(yàn)證。隨后，在國(guó)家“九五”“十五”計(jì)劃期間，江恩慧等［10］又通過系列模型試驗(yàn)，重點(diǎn)對(duì)河道整治工程布局長(zhǎng)期議而不決的河段開展了局部河段工程布局研究，為游蕩型河道系統(tǒng)整治奠定了基礎(chǔ)，如黃河神堤至駕部河段工程布局研究，解決了大彎和小彎、兩彎和四彎等方案之爭(zhēng)；對(duì)武莊工程、順河街工程、王庵工程、歐坦工程等的布局進(jìn)行研究，確定了這4組工程所在河段的布局方案。通過黃河下游有計(jì)劃的河道整治，目前白鶴至高村游蕩型河段共修建河道整治工程317處、壩垛8 819道，工程長(zhǎng)度623 km，游蕩型河段的河勢(shì)游蕩范圍得到有效控制，河道輸水輸沙特性有了一定改善，提高了防洪安全保障能力，有效防止了塌灘、塌村，提高了引黃取水的保證率。應(yīng)該指出的是，小浪底水庫(kù)修建后，黃河下游長(zhǎng)期處于小流量清水過程，河道整治工程的適應(yīng)性出現(xiàn)了一些新變化。

2.2 灘區(qū)安全建設(shè)研究及工程實(shí)踐

黃河下游河道的早期治理受國(guó)家財(cái)力薄弱的影響，往往只注重河槽整治，灘區(qū)人民飽受洪災(zāi)之苦。早在20世紀(jì)70年代，國(guó)務(wù)院出臺(tái)了“從全局和長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，黃河灘區(qū)應(yīng)迅速?gòu)U除生產(chǎn)堤，修筑避水臺(tái)，實(shí)行‘一水一麥’，一季留足群眾全年口糧”的政策（1974年27號(hào)文）。這一政策對(duì)于解決當(dāng)時(shí)灘區(qū)群眾的基本生活和生產(chǎn)問題起到了一定作用，但與之配套的灘區(qū)安全建設(shè)在人口不斷增加的情況下嚴(yán)重滯后。到2002年，累計(jì)修筑村臺(tái)、房臺(tái)、避水臺(tái)7 355萬m2，外遷村莊176個(gè)9.35萬人，建撤退道路1 117 km。人均村臺(tái)面積為40 m2，未達(dá)到人均60 m2的要求，已修建避水設(shè)施的村莊占灘區(qū)總村莊數(shù)的70%，東壩頭以上大部分村莊無避水設(shè)施。同時(shí)，已修建的村臺(tái)中，95%以上達(dá)到不到設(shè)計(jì)高度。由于灘區(qū)安全建設(shè)長(zhǎng)期滯后、安全建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，加之減災(zāi)政策不落實(shí)，因此群眾生活水平較低，為生產(chǎn)生活所需，防止小洪水漫灘，灘區(qū)群眾對(duì)生產(chǎn)堤毀而復(fù)修、破而復(fù)堵，甚至越修越多。生產(chǎn)堤的存在阻礙了灘槽水沙交換，進(jìn)一步加速了“二級(jí)懸河”的發(fā)展，加重了灘區(qū)災(zāi)情。

黃河下游灘區(qū)面積大、灘地寬、居住人口多，根據(jù)灘區(qū)群眾的耕作手段，國(guó)務(wù)院2013年3月批復(fù)的《黃河流域綜合規(guī)劃（2012—2030年）》［11］提出就地建大村臺(tái)、臨時(shí)撤離、外遷3種灘區(qū)人口安置方式，即原地避洪、轉(zhuǎn)移安置避洪和村莊外遷3種方案。據(jù)此，近些年黃河下游灘區(qū)安全建設(shè)的總體布局以就地就近建設(shè)村臺(tái)為主、局部外遷為輔、較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)臨時(shí)轉(zhuǎn)移的綜合安置方式。其中：鼓勵(lì)外遷主要指將窄河段及距堤比較近的村莊遷到灘地以外，就地避洪指在灘區(qū)村莊附近修建避水村臺(tái)以及聯(lián)臺(tái)，把避洪標(biāo)準(zhǔn)抬高到每人60～80 m2，保證灘區(qū)居民的人身安全和重要財(cái)產(chǎn)安全。

隨著黃河流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，灘區(qū)群眾脫貧致富的愿望越來越強(qiáng)烈，加之黃河實(shí)測(cè)水沙情勢(shì)的變化，黃河下游灘區(qū)治理再次引起專家的關(guān)注［12-16］，國(guó)家出臺(tái)了“黃河下游灘區(qū)洪水淹沒補(bǔ)償政策”，河南省和山東省也相應(yīng)出臺(tái)了灘區(qū)居民遷建規(guī)劃并在穩(wěn)步推進(jìn)，這對(duì)黃河長(zhǎng)治久安和灘區(qū)全面建成小康社會(huì)具有重大意義。

3 黃河下游河道灘槽協(xié)同治理的戰(zhàn)略需求

小浪底水庫(kù)建成運(yùn)用以來，黃河下游河道治理的“邊界條件”發(fā)生了巨大變化，突出表現(xiàn)在3個(gè)方面：①進(jìn)入黃河下游的水沙條件發(fā)生了深刻變化，水沙俱減，來沙減少量更為顯著，與較為接近天然情況的進(jìn)入黃河下游的1919—1959年水沙序列相比，年均來水來沙量分別從400億m3和16億t銳減到近20 a來的200億m3和3億t左右；②水沙調(diào)控體系進(jìn)一步完善，小浪底水庫(kù)1999年建成并投入運(yùn)行，沁河的控制性水庫(kù)——河口村水庫(kù)2015年竣工，使進(jìn)入下游的水沙過程進(jìn)一步兩極分化；③國(guó)家對(duì)黃河下游灘區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提出了更高要求，特別是在國(guó)家區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略、鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略和2020年全面實(shí)現(xiàn)小康目標(biāo)的背景下，黃河下游灘區(qū)已經(jīng)成為我國(guó)最貧困的地區(qū)之一，灘區(qū)兼具的雙重功能和嚴(yán)峻的“二級(jí)懸河”情勢(shì)，使長(zhǎng)期積累的治河與灘區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾凸顯。在國(guó)務(wù)院批復(fù)的《黃河流域綜合規(guī)劃（2012—2030年）》［11］中，明確下游河道的治理方略為“穩(wěn)定主槽、調(diào)水調(diào)沙，寬河固堤、政策補(bǔ)償”；2011年中央一號(hào)文件明確指出，要搞好黃河下游治理和灘區(qū)安全建設(shè)。

面對(duì)新的挑戰(zhàn)，2004年黃委先后在北京、開封召開“黃河下游治理方略專家研討會(huì)”［17］，多位院士專家齊聚，為黃河下游治理方略獻(xiàn)策，錢正英、蔣樹生和孫鴻烈等國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人和許多知名院士專家等都曾為此專程實(shí)地考察灘區(qū)，隨后針對(duì)性地開展了黃河下游生產(chǎn)堤利弊分析研究［18］、黃河下游灘區(qū)運(yùn)用補(bǔ)償政策研究［19］、黃河下游灘區(qū)治理模式和安全建設(shè)研究［20］等，圍繞生產(chǎn)堤的存與廢、灘區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，形成了一批代表性成果。如胡春宏院士［21］指出，在保障黃河下游河道防洪安全的前提下，利用現(xiàn)有的生產(chǎn)堤和河道整治工程形成新的黃河下游防洪堤，縮窄河道，使下游大部分灘區(qū)成為永久安全區(qū)，從根本上解決灘區(qū)發(fā)展與治河的矛盾；江恩慧等［22］通過模型試驗(yàn)等方法對(duì)黃河下游中常高含沙洪水進(jìn)行模擬，建議在高村以上灘區(qū)修建高標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)堤以保障灘區(qū)安全和經(jīng)濟(jì)建設(shè)，高村以下灘區(qū)實(shí)施灘區(qū)淹沒補(bǔ)償政策；張旭東等［23-24］也提出了對(duì)黃河下游進(jìn)行河道改造的類似思路。2006年以來，在上述大背景下，黃委基于小浪底水庫(kù)運(yùn)用以后開展的“黃河下游游蕩性河道河勢(shì)演變機(jī)理及整治方案研究”項(xiàng)目所取得的成果，在2006年底開始了黃河下游新一輪河道整治，取得明顯成效。隨著生態(tài)安全和2020年全面脫貧等國(guó)家戰(zhàn)略的推進(jìn)與逐步實(shí)施，有效解決灘區(qū)發(fā)展和治河矛盾日益突出的難題，實(shí)現(xiàn)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與黃河防洪安全大局的和諧，已成為黃河下游河道灘槽協(xié)同治理的重大戰(zhàn)略需求。其間，許多科技工作者都從不同角度開展了相關(guān)研究［2，25-26］。

4 基于系統(tǒng)論的黃河下游河道灘槽協(xié)同治理理論與技術(shù)

從河流的屬性和功能來講，黃河下游河道是一個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)［27］。按照系統(tǒng)理論，該系統(tǒng)可定義為“以水沙輸移、床岸組成和涉水工程為物理基礎(chǔ)，以水沙資源開發(fā)利用和合理配置為核心，以河流基本功能維持（行洪輸沙）、經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境有效保護(hù)等為最終目標(biāo)的復(fù)合系統(tǒng)”。該系統(tǒng)將河流水沙輸移、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境要素等視為一個(gè)整體，其核心理念是保障河流行洪輸沙基本功能、支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展、維持生態(tài)環(huán)境健康。針對(duì)黃河下游河道灘槽協(xié)同治理的研究，旨在探索系統(tǒng)內(nèi)多目標(biāo)之間的協(xié)同發(fā)展和整體最優(yōu)，其對(duì)巨系統(tǒng)多目標(biāo)的管理和實(shí)現(xiàn)過程屬于非線性、多屬性、多層次、多階段、多目標(biāo)的決策問題。當(dāng)前，這一多目標(biāo)管理面臨的最突出問題是灘槽行洪輸沙滯沙自然功能發(fā)揮與灘區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾。

要實(shí)現(xiàn)黃河下游河道灘槽協(xié)同治理，江恩慧等［10，22，28-29］從理論層面揭示了黃河下游河道灘槽演化機(jī)理，量化了灘槽協(xié)同治理目標(biāo)；從技術(shù)層面構(gòu)建了協(xié)調(diào)防洪安全與灘區(qū)發(fā)展的灘槽協(xié)同治理技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了灘槽水沙優(yōu)化配置和灘槽協(xié)同治理效益的綜合評(píng)價(jià)。二者共同構(gòu)成了基于系統(tǒng)論的黃河下游河道灘槽協(xié)同治理理論技術(shù)體系。

4.1 黃河下游河道灘槽協(xié)同治理的水沙基本理論創(chuàng)新

4.1.1 考慮灘地橫比降條件的灘槽水沙交換機(jī)理

傳統(tǒng)復(fù)式河道灘槽水沙交換機(jī)理研究忽視了橫比降發(fā)育對(duì)灘槽形態(tài)的反饋影響，而這在沖積性河流特別是黃河下游河道中影響顯著。江恩慧等［22］從側(cè)向二次流慣性力動(dòng)量方程出發(fā)，首次考慮不同主槽邊坡角度與灘區(qū)橫比降對(duì)主流、二次流的影響，建立了復(fù)式斷面流速橫向分布理論公式，得到了主槽、過渡帶和灘地流速橫向分布的解析解，并得到了多場(chǎng)歷史大洪水實(shí)測(cè)資料和水槽試驗(yàn)資料的驗(yàn)證。借此建立了不同水深、不同灘面橫比降等條件下灘槽流速、含沙量分布的理論圖形，直觀反映了灘槽交界面處含沙量跳躍性增大和流速、含沙量橫向衰減的基本特征，以及隨著漫灘水深增加流速衰減速度變慢的規(guī)律，甚至堤根處流速出現(xiàn)的“翹尾巴”現(xiàn)象也得以展現(xiàn)，如圖2所示（J為比降）。進(jìn)而揭示了漫灘洪水灘槽水沙交換過程中，灘唇持續(xù)淤積抬升，現(xiàn)行“二級(jí)懸河”灘面橫比降自然演化不可逆轉(zhuǎn)的正反饋響應(yīng)機(jī)制。

4.1.2 主河槽“河性行曲”及“畸形河灣”河勢(shì)演變的動(dòng)力學(xué)機(jī)制

為探明黃河下游河道“微彎整治”方略的理論基礎(chǔ)，江恩慧等［28］基于70 a連續(xù)的河勢(shì)觀測(cè)資料和100余組大型河工模型試驗(yàn)結(jié)果，闡明了游蕩型河道不同洪水量級(jí)不同工程約束條件下的河勢(shì)演變規(guī)律，基于微觀紊動(dòng)渦旋和介觀次生環(huán)流的耦合動(dòng)力作用，揭示了“紊動(dòng)渦旋是根本，次生環(huán)流是動(dòng)力”的“河性行曲”機(jī)理，建立了邊壁泥沙顆粒起動(dòng)臨界條件，詮釋了邊壁泥沙顆粒與水流之間的微小擾動(dòng)使河流從順直到彎曲演化的全過程。運(yùn)用最小方差理論建立了游蕩型河道整治河灣流路方程，引入相位滯后理論，對(duì)幾十年河道整治實(shí)踐總結(jié)的“水流出控導(dǎo)工程后會(huì)出現(xiàn)450 m左右的下擺距離”經(jīng)驗(yàn)值（該經(jīng)驗(yàn)值對(duì)實(shí)際工程平面位置布局作用重大）給出了理論解釋（如圖3所示）。圖3中：M為河床和河岸組成物質(zhì)中粉砂黏土的含量；s為河灣的彎曲系數(shù)；Φ為流量中線（河道路徑）；ω為1/2的弧角；B、F為水流的最大曲率點(diǎn)；A、E為彎頂；C、D為拐點(diǎn)；λ為波長(zhǎng)；θ為流路與平均河谷方向所成的最大夾角（距離x處的方向角）；ra為曲率半徑。

4.1.3 不同水沙動(dòng)力作用下灘槽關(guān)系演化規(guī)律與和諧狀態(tài)

黃河下游河道灘槽關(guān)系表征了灘與槽相互依存的狀態(tài)。灘槽關(guān)系和諧與否體現(xiàn)在主槽流路能否穩(wěn)定、灘與槽水沙交換是否有利于河道形態(tài)改善、河流系統(tǒng)的自然功能與社會(huì)功能能否協(xié)同發(fā)揮。在此認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，提出了流路相對(duì)變幅、灘槽高差、灘地橫比降3個(gè)灘槽關(guān)系表征指標(biāo)，闡明了長(zhǎng)期低含沙量中小水過程河槽單調(diào)下切、一般含沙量中常洪水灘槽平面轉(zhuǎn)換、高含沙中常洪水灘槽沖淤演變同向不同幅、大洪水灘淤槽沖異向的黃河下游灘槽關(guān)系演化規(guī)律；發(fā)現(xiàn)了流量4 000～8 000 m3/s漫灘洪水灘區(qū)淹沒損失率激增（如圖4所示），且無法實(shí)現(xiàn)有效灘槽水沙交換的基本特征；提出了灘地橫比降和諧狀態(tài)閾值計(jì)算公式，給出了灘地橫比降和灘槽高差和諧狀態(tài)閾值的沿程分布，確定了流路相對(duì)變幅和諧狀態(tài)閾值為0.5。

4.2 黃河下游河道灘槽協(xié)同治理技術(shù)體系

4.2.1 游蕩型河道整治“洪-中-枯”兼容的“三級(jí)流路”整治技術(shù)

基于50 a實(shí)測(cè)資料與60組模型試驗(yàn)資料的系統(tǒng)分析，研究發(fā)現(xiàn)黃河下游第二造床流量（枯水過程）的造床作用已大于第一造床流量（中水過程，原整治流量），暨此提出了適應(yīng)新時(shí)期水沙變化“洪-中-枯”兼容的“三級(jí)流路”整治技術(shù)（如圖5所示）。即：工程總體布局依照中水流路設(shè)計(jì)，穩(wěn)定主槽，塑造高效排洪輸沙通道；小水流路，通過下延潛壩解決排洪河寬限制問題，適當(dāng)加大送流段曲率和工程長(zhǎng)度，以加強(qiáng)對(duì)小水的導(dǎo)流、送流效果，有效避免塌灘坐彎、畸形河勢(shì)的發(fā)生；大水流路，洪水可漫過下延潛壩上灘行洪，不影響灘區(qū)滯洪沉沙及漫灘水流歸槽等灘槽水沙交換。

4.2.2 “節(jié)點(diǎn)工程”和工程布局技術(shù)方案

基于關(guān)鍵性控導(dǎo)工程對(duì)河勢(shì)演變的協(xié)同控導(dǎo)效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，提出了“節(jié)點(diǎn)工程”概念（如圖6所示），并通過60組模型試驗(yàn)研究與檢驗(yàn)，確定了鐵謝至高村河段9組“節(jié)點(diǎn)工程”及其布局，建立了一套黃河下游游蕩型河道進(jìn)一步整治的指標(biāo)體系，包括宏觀層面的河道整治流量、整治河寬、排洪河槽寬度、工程密度、河灣跨度以及工程具體布局層面的河灣半徑、有效靠溜長(zhǎng)度、工程送流距離。

4.2.3 黃河下游灘槽水沙優(yōu)化配置-協(xié)同治理效益評(píng)價(jià)技術(shù)

胡春宏等［30-32］從有利于實(shí)現(xiàn)黃河長(zhǎng)治久安的角度，提出了黃河下游灘槽水沙優(yōu)化配置原則、目標(biāo)和評(píng)價(jià)方法，構(gòu)建了灘槽水沙優(yōu)化配置綜合目標(biāo)函數(shù)和約束條件，并研發(fā)了泥沙多目標(biāo)優(yōu)化配置模型。針對(duì)黃河下游7種水沙配置方式（河道輸沙、引水引沙、灘區(qū)放淤、河槽沖淤、洪水淤灘、挖沙固堤、淤筑村臺(tái)），推薦防護(hù)堤條件下以灘區(qū)放淤為重點(diǎn)的黃河下游灘槽水沙優(yōu)化配置方案，據(jù)此確定寬灘區(qū)泥沙配置潛力可達(dá)35.59億t，近期放淤能力13.65億t。

江恩慧等［22］基于灘區(qū)自然社會(huì)的雙重屬性和系統(tǒng)論方法，遵循水沙統(tǒng)籌、空間統(tǒng)籌、時(shí)間統(tǒng)籌原則，提出了10個(gè)灘槽協(xié)同治理效應(yīng)評(píng)價(jià)表征指標(biāo)，定量識(shí)別了灘區(qū)滯洪沉沙功能與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展各表征指標(biāo)的時(shí)效性、可控性及相互間的協(xié)同效應(yīng)，構(gòu)建了灘槽協(xié)同治理效應(yīng)二維復(fù)合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。其中：滯洪沉沙功能評(píng)價(jià)指標(biāo)f1包括滯洪量、沉沙量、削峰率3個(gè)直接表征指標(biāo)和主槽平灘流量、灘槽沖淤比、灘區(qū)橫比降3個(gè)間接表征指標(biāo)；社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo)f2包括寬灘區(qū)公共財(cái)產(chǎn)損失、個(gè)人財(cái)產(chǎn)損失2個(gè)直接表征指標(biāo)和孫口過洪流量、艾山來沙系數(shù)2個(gè)間接表征指標(biāo)。構(gòu)建了基于Pareto最優(yōu)解的二維評(píng)價(jià)模型，定量評(píng)價(jià)了不同標(biāo)準(zhǔn)防護(hù)堤方案、分區(qū)運(yùn)用方案下寬灘區(qū)滯洪沉沙功能與灘區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展綜合效益（如圖7所示）。圖7中：FHD表示防護(hù)堤，ZM表示閘門，WZ表示無閘，WM表示物模，WD表示無堤，F(xiàn)Q表示分區(qū)，“77·8”表示1977年8月的大洪水，“58·7”表示1958年7月的大洪水，10 000表示10 000 m3/s的流量，8 000表示8 000 m3/s的流量，5T表示5個(gè)灘應(yīng)用，10T表示10個(gè)灘應(yīng)用，縱橫坐標(biāo)均表示評(píng)價(jià)指標(biāo)體系打分情況。以FHD-77·8-10 000-WZ為例，表示“77·8”洪水有防護(hù)堤無閘門的運(yùn)用模式，防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)為流量10 000 m3/s。圖7中，區(qū)域Ⅰ內(nèi)寬灘區(qū)運(yùn)動(dòng)方式綜合減災(zāi)效益和滯洪沉沙功能均較優(yōu)；區(qū)域Ⅱ內(nèi)寬灘區(qū)運(yùn)動(dòng)方式綜合減災(zāi)效益明顯較高，滯洪沉沙功能較弱；區(qū)域Ⅲ內(nèi)寬灘區(qū)運(yùn)動(dòng)方式綜合減災(zāi)效益明顯較高，滯洪沉沙功能均較差；區(qū)域Ⅳ內(nèi)寬灘區(qū)運(yùn)動(dòng)方式滯洪沉沙功能明顯較高，綜合減災(zāi)效益較弱；藍(lán)色虛線為“77·8”洪水的變化趨勢(shì)，紅色曲線為“58·7”洪水的變化趨勢(shì)，紫色圓圈為“77·8”洪水和“58·7”洪水無堤的情況，綠色直線為“58·7”洪水物模情況。結(jié)果表明“寬河固堤”下的防護(hù)堤方案較“窄河”方案滯洪沉沙功能和綜合減災(zāi)效應(yīng)分別增加15%、8%。

4.2.4 基于灘區(qū)防護(hù)堤方案和泥沙資源利用的寬灘區(qū)洪水泥沙調(diào)控技術(shù)

在前述研究的基礎(chǔ)上，集成提出了基于灘區(qū)防護(hù)堤方案和泥沙資源利用的寬灘區(qū)洪水泥沙調(diào)控運(yùn)用技術(shù)。針對(duì)漫灘中常洪水，通過水庫(kù)調(diào)控和防護(hù)堤運(yùn)用保護(hù)灘區(qū)不再遭受損失，水庫(kù)攔截的泥沙通過泥沙資源利用措施高效利用；大洪水時(shí)防護(hù)堤開閘乃至破堤運(yùn)用。選擇“77·8”典型高含沙洪水對(duì)該方案進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)，與傳統(tǒng)調(diào)度模式相比，該方案既能充分發(fā)揮寬灘區(qū)的滯洪沉沙功能，又能保護(hù)65%的灘區(qū)免遭洪水災(zāi)害，減少淹沒損失8.9億元，可有效提高防洪減災(zāi)效益（見圖7右上角的藍(lán)點(diǎn)）。

5 結(jié) 語

從系統(tǒng)論觀點(diǎn)看，黃河下游河道治理是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。其不但受系統(tǒng)外社會(huì)、環(huán)境和上下游邊界條件約束，還受系統(tǒng)內(nèi)灘與槽關(guān)系的強(qiáng)力制約。歷史上受水沙關(guān)系和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的制約，防洪減淤始終是黃河下游河道治理的關(guān)注焦點(diǎn)；隨著當(dāng)前流域自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)條件發(fā)生深刻變化，在保障黃河防洪安全的同時(shí)，國(guó)家對(duì)下游河道治理進(jìn)一步提出了“穩(wěn)定主槽”“實(shí)現(xiàn)保障黃河安全與灘區(qū)發(fā)展的雙贏”的具體要求，實(shí)現(xiàn)灘槽協(xié)同治理應(yīng)成為新時(shí)代黃河下游河道治理的戰(zhàn)略方向。

面對(duì)新的挑戰(zhàn)，江恩慧等在前人和其河流泥沙研究團(tuán)隊(duì)前期研究基礎(chǔ)上，以系統(tǒng)觀點(diǎn)與理論為引領(lǐng)，在理論層面揭示了灘槽演化機(jī)理，在技術(shù)層面提出了協(xié)調(diào)防洪安全與灘區(qū)發(fā)展的灘槽協(xié)同治理技術(shù)。成果直接應(yīng)用于黃河流域（片）綜合規(guī)劃、“二級(jí)懸河”治理、灘區(qū)補(bǔ)償政策、新一輪游蕩型河道整治等重大生產(chǎn)實(shí)踐，初步實(shí)現(xiàn)了行洪輸沙能力提升、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境改善的良好效益，在游蕩型河道穩(wěn)定控制、河口生態(tài)恢復(fù)等方面成效顯著。