人工放淤是解决黄河下游二级悬河的主要措施
摘要：冲积性河流复式横断面一般都具有一定程度的滩地横比降；黄河下游含沙量高，河道淤积严重，滩地横比降大；控导工程及生产堤的修建限制了河道摆动范围、减少了滩地淤积，加剧了滩地横比降的，夹河滩以下部分河段出现了“二级”悬河不断加剧的严峻局面。现有河床边界条件下，滩槽水沙交换大幅度减弱，滩地淤积强度降低，单纯依靠力量改善下游“滩唇高仰、堤跟低洼”的局面十分困难。特别是随着下游洪水机遇的减小，洪水漫滩机会更少；即使发生大漫滩洪水，由于滩区阻水建筑物较多，难以形成滩区上下游贯通性的流动，入滩水量也仅仅相当于大约一倍的淹没体积，入滩沙量很小，难以造成滩地的大量淤积。只有采取人工放淤，才可能从根本上解决“二级”悬河问题，以确保下游堤防不发生冲决。
关键词：人工放淤 黄河下游 二级悬河 措施
一、黄河下游河道天然条件下滩地横比降较大
1．具有复式横断面的冲积性河流均具有滩地横比降
冲积性河流一般具有复式横断面的特点，复式断面由滩地和主槽组成，滩地水流条件较弱，每遇漫滩洪水，滩地发生淤积；同时，由于漫水机率和漫滩水流含沙量的不同，近主槽附近的滩地要比远离主槽的滩地淤积厚度偏大，从而在近主槽附近的滩地上形成自然堤（俗称滩唇），致使滩地具有一定程度的横比降。天然条件下，河道横比降在中小漫滩洪水期增大，大漫滩洪水后明显减小，长时期变化不大。
2 黄河下游河道天然条件下滩地横比降较大
黄河下游河道由滩地和河槽组成，具有典型的复式横断面形态。由于河槽的游荡摆动，我们俗称的中水河槽又可以划分为主槽和嫩滩。主槽是排洪输沙的主体，嫩滩是在主槽游荡过程中所形成的低滩（包括边滩和心滩），滩地横比降不明显；嫩滩因植被稀少、河床阻力小，也具有较大的排洪输沙能力。下游滩区由于宽度较大、漫滩水流含沙量高，滩地横比降大。特别是夹河滩至孙口河段部分断面滩地横比降可达到万分之五以上，为河道纵比降的3倍甚至更大。滩地横比降较大，使得河槽更易于发生大范围的游荡和摆动。
二、黄河下游河道滩地横比降变化特点
1．中小漫滩洪水期滩地横比降增大，增加了洪水期堤防冲决的可能
黄河下游河道处于强烈的淤积抬升状态，中小洪水和枯水期淤积主要发生在中水河槽里，滩唇附近淤积厚度也较大，而远离主槽的滩地因水流条件较弱，滩槽水沙交换作用不强，淤积厚度较小，致使滩地横比降增大。黄河下游夹河滩至高村河段的杨小寨断面（图1）自1958年汛后至1982年汛后滩唇附近淤积抬升约1m，特别是原河槽中的嫩滩部分淤高近2m，而堤河附近淤积很少，滩面横比降由1958年汛后的3%00增大为1982年汛后的6%00。当河槽淤积达到一定程度后，由于河岸边界约束不强，随着溜势的改变极易造成河槽大幅度摆动，形成“横河”、“斜河”甚至“滚河”，直接威胁堤防安全。尤其是遭遇较大洪水的条件下，主流顶冲大堤、在堤河低洼地带顺堤行洪，极易造成堤防的冲决。
图1 黄河下游河道杨小寨横断面变化
2．大漫滩洪水期滩地横比降减小，淤滩刷槽使得滩槽趋于同步抬升
天然条件下，尽管大漫滩洪水滩地过流、顺堤行洪，给下游造成极大的困难。但从河床演变的角度来看，河槽的游荡摆动和大漫滩洪水期顺堤行洪，使得泥沙淤积在横断面上分布较为均匀，遏制了滩地横比降的发展。尤其是堤河低洼地带在漫滩洪水期间由于过流量大，滩槽水沙交换频繁，能够发生大量淤积、淤积厚度较大，有效减小了滩地横比降。1958年大水期间，杨小寨断面堤河附近淤积厚度超过1m，滩面横比降由汛前的5%00减小为汛后的3%00（图1）。同时，漫滩洪水主槽明显冲刷，抵消了相当一部分非洪水期的淤积,致使天然条件滩槽长时期趋于同步抬升状态。另外，滩槽同步淤积，铺沙范围增大，增加了宽河段的滞沙作用，对减少艾山以下窄河道的淤积具有积极的影响。
天然条件下滩地淤积较多，主要是滩槽水沙交换频繁、入滩水量大、含沙量高（与大河含沙量接近）造成的。假定入滩含沙量等于大河含沙量、出滩含沙量为0，那么，基于滩地淤积与输沙量的平衡，可以求得滩槽水沙交换次数N与滩地平均淤积厚度Zb（m）具有如下关系：
N=1400 Zb /H*S
其中，H和S分别为滩区水深（m）和含沙量（kg/m3），1958年长垣滩区堤河附近淤积厚度约1m，按平均水深2.5m，大河含沙量70 kg/m3，反求出滩槽水沙交换次数约为8次。实际上，由于滩区天然条件下出滩水流不可能是清水，所以，滩槽水流交换次数应在10次以上。
三、河床边界条件的变化加剧了滩地横比降的
1．生产堤的修建，加剧了滩地横比降的发展，但对不同量级漫滩洪水的影响差异较大
生产堤的修建，加剧了滩地横比降的发展，但不同漫滩洪水情况下的影响程度差异很大。天然条件下的中小漫滩洪水，入滩水流少、含沙量低、滩槽水沙交换较弱，生产堤存在与否对河道冲淤及滩地横比降的影响不大。即使没有生产堤，因滩区分流比例较少，也难以造成滩区尤其是远离河槽的堤河低洼地带的大量淤积，影响范围主要集中在近生产堤附近的滩面上，对滩地横比降总体影响较小。相反，生产堤的存在对中小洪水具有一定的约束作用，水流集中，对河道的排洪输沙具有一定的有利影响：主槽（深槽）冲刷作用可能会有所增强。
但对于大漫滩洪水的影响则截然不同，控导工程和生产堤的存在对滩槽水流交换具有较大的影响。滩区淤积量的明显减少，加剧了滩地横比降的发展。使得滩唇高仰、堤根低洼的局面进一步加剧。大大增大了生产堤决口后，水流沿滩区最大比降（纵向和横向比降合成后的比降）方向、或沿着滩区串沟、汊河方向直冲大堤、造成冲决的可能性。如果没有生产堤，也存在堤防冲决的可能，但由于滩区漫水早、滩区水位随大河水位的上涨而近乎同步抬升，对大堤的冲击强度相对较弱。
2．河道整治工程，控制了流路和入滩水流的流向，加剧了下游滩地横比降和“二级悬河”的发展
黄河下游河道整治工程，控制了游荡性河道的基本流路，减小了游荡摆动幅度，大大降低了河道出现“横河”、“斜河”和堤防冲决的机遇。黄河下游河道整治工程是确保黄河下游堤防不发生冲决的必不可少的基本措施，控导工程一旦失去对主流的控制，极易造成对大堤的顶冲，其后果将是更加灾难性的。为确保长治久安，为有效防止下游河道的冲决，必须进一步加大河道整治工程的建设力度，逐步在全下游形成较为完善的河道整治工程体系。
但是，从河道淤积横断面分布的角度来看，控导工程的修建，限制了河槽的游荡摆动范围，加重了河槽的淤积抬升，减少了漫滩洪水期、特别是大漫滩洪水期滩区的淤积，致使河道淤积在横断面上的分布更不均匀，加剧了滩地横比降的发展，甚至在夹河滩以下部分河段形成了“二级悬河”。
另外，控导工程的存在在很大程度上为生产堤的存在提供了依托，进一步加剧了滩地横比降和“二级悬河”的发展。总体上来看，生产堤的存在对大漫滩洪水期，滩区行洪能力的降低、对滩槽水沙交换具有较大的影响，但受生产堤堤身质量差、抗冲能力较弱的影响，如果离开控导工程的保护或掩护，生产堤的自身安全很难保证。调查表明，当生产堤附近滩地水深超过1m时，靠现在农民自发防守的方式，难以保证生产堤不发生溃决。
四、现有河道边界条件下单独依靠力量，难以减缓滩地横比降增大、“二级悬河”加剧的局面
黄河下游控导工程和生产堤的存在，限制了河槽的游荡摆动范围，减少了滩地的淤积，滩地横比降加大。其中，滩地淤积量的减少一方面是由于控导工程和生产堤联合作用减少了中常洪水的漫滩机率，更主要地在于现有控导工程控制了主流，滩区进水是在主流控制条件下，通过生产堤口门的侧向进水，入滩水量较少、含沙量低，致使滩槽水沙交换显著减弱，滩地淤积量减少。同时，受滩区高杆农作物的影响，淤积又主要集中在生产堤口门附近3km范围以内，大部分滩面淤积很少，特别是堤河附近近乎清水，几乎不发生淤积。即使大漫滩洪水水位超过控导工程的顶部高程，水流沿河全程进滩，受众多滩区阻水建筑物、尤其受拦滩道路、渠堤等贯通性建筑物的影响，漫滩水流进出滩区不畅，难以形成滩区上下游贯通性的流动，入滩水量也仅仅相当于大约一倍的淹没体积，入滩沙量也很小，难以造成滩地的大量淤积。与天然条件下洪水自由漫滩、以弯顶附近顶冲进水为主、滩槽水沙交换频繁、入滩水量数倍、甚至十倍于淹没体积、含沙量高等特点相比，现状条件下的入滩水沙量及相应淤积量也要显著偏少。中小洪水漫滩除造成巨大的淹没损失以外，滩地淤积量更小，几乎起不到天然条件下漫滩洪水“淤滩刷槽”的效果。因此，单独依靠自然的力量淤积滩地，减缓滩地横比降，改善“二级悬河”的不利局面，在现有河道工程条件和滩区地形、地物、地貌条件下是十分困难的。
五、采用人工淤滩的方法，解决下游二级悬河问题
随着黄河治理程度的不断提高，下游发生大洪水的机率和洪水大漫滩机遇减少，同时受控导工程、生产堤及滩区地物地貌条件的巨大影响，滩地的自然淤积抬升幅度将会更小。即使破除生产堤，侧向进水的基本特点也决定了水沙交换强度难以显著提高，淤滩效果不会十分明显，而且，滩地的淤积主要局限于近滩唇附近的局部滩面上。只有依靠人工淤滩的办法，向堤河、串沟附近实施人工放淤，才能从根本上改善滩地横比降大、堤河低洼、洪水期发生顺堤行洪或“横河”、“斜河”直冲大堤、造成冲决的不利局面。
下游淤滩除现行的机淤措施以外，在条形大滩滩区上首的河道整治工程上修建放淤闸，利用汛期含沙量较高的水流，有计划地放淤淤滩是值得探讨的措施之一。同时，修建具有一定规模的放淤闸，还可以在大漫滩洪水期有计划地协助分洪，减少控导工程失事的随机性及主溜失控后主溜顶冲大堤位置的不确定性。
总之，在不断加强黄河下游河道整治工程体系和堤防体系建设的基础上，结合人工放淤的实施，才能从根本上改善滩唇高仰、堤根低洼、“二级悬河”不断发展的严峻局面，确保黄河下游大堤不发生冲决的危险。