黃河下游排洪河槽寬度分析

　　摘要：黃河下游的河道整治以防洪為主要目的，修建的河道整治工程除能控導(dǎo)中常洪水和一般流量下的河勢、有利于防洪工程安全外，還必須保證在大洪水及超標(biāo)準(zhǔn)洪水時過流通暢，具有足夠的過洪能力。排洪河槽寬度是按規(guī)劃治導(dǎo)線布置整治工程時的一個控制指標(biāo)。在總結(jié)已有研究成果的基礎(chǔ)上，通過分析水文斷面及河段內(nèi)的排洪河槽寬度，并結(jié)合黃河下游實測過洪能力，綜合分析確定黃河下游排洪河槽寬度。研究認(rèn)為，主槽宣泄80%的洪水所需要的排洪河槽寬度分別為鐵謝至伊洛河口、高村至國那里河段不小于1600m，伊洛河口至高村河段不小于2000m。

　　關(guān)鍵詞：過洪能力;防洪標(biāo)準(zhǔn);排洪河槽寬度;黃河下游

　　1排洪河槽寬度確定原則

　　1.1已有研究成果

　　黃河下游的河道整治應(yīng)以防洪為主要目的，因此修建的河道整治工程除能控導(dǎo)中常洪水和一般流量下的河勢、有利于防洪工程安全外，還必須保證在大洪水及超標(biāo)準(zhǔn)洪水時過流通暢，具有足夠的過洪能力。在河道整治初期多從控制河勢考慮，20世紀(jì)70年代初期已注意到排洪河槽寬度問題，20世紀(jì)90年代對排洪河槽寬度進行了較為全面的研究。排洪河槽寬度定義如下：按照規(guī)劃進行河道整治后，一處河道整治工程的末端至上彎整治工程末端與下彎整治工程首端連線的距離，稱為該處河道整治工程的排洪河槽寬度Bf。

　　胡一三[1]用實測流量大于10000m3/s情況下的平均單寬流量來確定排洪河槽寬度�，F(xiàn)有防洪標(biāo)準(zhǔn)，花園口站為22000m3/s，夾河灘站為21500m3/s，高村站為20000m3/s，這3個站的平均單寬流量分別為花園口站9.21m2/s、夾河灘站9.40m2/s、高村站11.57m2/s。由此計算3個水文站斷面的最小排洪河槽寬度分別為花園口2390m、夾河灘2290m、高村1730m。另外，考慮到超標(biāo)準(zhǔn)洪水、河道游蕩特性和水文斷面的代表性差，計算的排洪河槽寬度可能偏小，認(rèn)為黃河下游寬河段的排洪河槽寬度應(yīng)不小于2500m。

　　1.2排洪河槽寬度確定原則

　　黃河下游河道是排洪的通道，主槽則是排洪的主要通道，實測大洪水及特大洪水主槽最大排洪能力為60%～80%。另外，黃河下游主槽的排洪能力與主槽平灘流量有關(guān)，主槽平灘流量大則主槽的排洪能力大，主槽平灘流量小則主槽的排洪能力小。因此，黃河下游排洪河槽寬度的確定應(yīng)遵循以下原則。(1)排洪河槽寬度是主槽通過堤防設(shè)防流量的60%～80%時對應(yīng)的主槽寬度。(2)排洪河槽寬度是主槽平灘流量較大(6000～8000m3/s)時對應(yīng)的主槽寬度。(3)排洪河槽寬度是主槽宣泄設(shè)防流量的60%～80%時對應(yīng)的最小排洪河槽寬度。

　　2水文斷面排洪河槽寬度分析

　　2.1近期洪水預(yù)演模型試驗排洪河槽寬度分析

　　黃河水利科學(xué)研究院分別于2016年、2017年汛前，在小浪底至陶城鋪河道模型上開展了黃河下游洪水預(yù)演模型試驗，設(shè)計洪水演進至花園口站的最大洪峰流量分別為22600m3/s和15487m3/s。2016年洪水預(yù)演試驗?zāi)Ｐ统跏嫉匦尾捎?015年汛后地形，同時根據(jù)最新的衛(wèi)星地圖模擬了河道整治工程、橋梁、生產(chǎn)堤、渠堤、村莊、村臺、片林等。2017年洪水預(yù)演試驗?zāi)Ｐ统跏嫉匦尾捎?016年汛后地形，同時模擬了大堤范圍內(nèi)的細(xì)部地形。根據(jù)模型試驗中花園口、夾河灘和高村3個水文站的過流情況，分析統(tǒng)計了河寬分別在1000、1300、1600、2000m范圍內(nèi)的洪水過流比。兩次洪水預(yù)演模型試驗同樣宣泄設(shè)計流量的80%以上洪水，花園口斷面主槽寬度需要1600m以上，夾河灘斷面主槽寬度需要1300m以上，高村斷面主槽寬度需要1000m以上。

　　2.2主槽平均流速法計算的排洪河槽寬度

　　用實測流量大于10000m3/s情況下的主槽平均流速來確定排洪河槽寬度。水位采用2018年過洪能力分析確定的設(shè)防水位，地形采用2017年汛后地形。

　　2.3大洪水期間實測的主河槽寬度

　　可以看出，同樣宣泄80%以上的洪水，花園口斷面主槽的最大寬度為1470m，高村斷面主槽最大寬度為1166m。

　　3河段內(nèi)排洪河槽寬度分析

　　黃河下游河道斷面多呈復(fù)式斷面形態(tài)，其不同部位的排洪能力存在很大差異。洪水期主槽是排洪的主要通道，一般高村以上主槽排洪能力占80%以上，高村至孫口段占60%以上。因此，平灘流量是反映河道主槽排洪能力的重要指標(biāo)。

　　20世紀(jì)50年代初到60年代初期(1963年以前)，黃河下游來水較豐，花園口1950—1963年年平均徑流量為464億m3，且年際間變化不大，花園口、高村、艾山、利津4個站的平灘流量變化也不大，基本上在7000～8000m3/s之間變化[4];60年代中期(1964—1968年)，黃河下游來水偏豐，花園口1964—1968年年平均徑流量達(dá)598億m3，4個站的平灘流量增大到8000～9000m3/s;1969年以后，下游來水量比前期明顯減少，花園口1969—1974年年平均徑流量為326億m3，4個站的平灘流量快速減小，到1974年左右，平灘流量減小到4000～5000m3/s。

　　1975—1976年，下游來水再次偏豐，花園口1975—1976年年平均徑流量為540億m3，4個站平灘流量恢復(fù)到6000～7000m3/s;1976年以后，下游來水量有所減少，花園口1976—1980年年平均徑流量為464億m3，4個站平灘流量也有所減小，到1980年減小到4000～5000m3/s;1980年以后，連續(xù)出現(xiàn)幾個豐水年，花園口1981—1985年年平均徑流量為507億m3，平灘流量又有所恢復(fù)，到1985年平灘流量恢復(fù)到6000～7000m3/s;1986年以后，下游遭遇近20a的枯水序列，花園口1986—2000年年平均徑流量僅為269億m3，平灘流量持續(xù)減小，到2000年前后已減小到2200～2800m3/s。

　　2002年以來，小浪底水庫連續(xù)14a開展調(diào)水調(diào)沙試驗，下游河道平灘流量又有一定回升，2017年底恢復(fù)到4200～7200m3/s。由以上分析可知，20世紀(jì)50年代初到60年代初期、20世紀(jì)70年代中期、1981—1985年以及2015—2017年期間，黃河下游(高村以上河段)河道的平灘流量較大，平均在6000m3/s以上，該時期主槽的排洪能力也較大，一般占60%～80%。因此，統(tǒng)計該時期黃河下游河段的主槽平均寬度，可以反映河段的排洪河槽寬度，即主槽宣泄60%～80%的洪水所需要的最小排洪河槽寬度。表10統(tǒng)計了該時期幾個典型年黃河下游各河段平灘水位下的主槽寬度，可以看出，主槽宣泄60%～80%的洪水所需要的最小排洪河槽寬度分別為花園口以上1700m、花園口至夾河灘1600m、夾河灘至高村1500m、高村至孫口900m。

　　4排洪河槽寬度綜合分析

　　黃河下游河道是洪水的通道，而主槽是洪水的主要通道，洪水期主槽的最大過流量一般可達(dá)全斷面的60%～80%。胡一三、王普慶、江恩惠等計算排洪河槽寬度時，是按排洪河槽寬度范圍內(nèi)通過全部設(shè)防流量考慮，若按通過80%考慮，則胡一三計算的3個水文站斷面的最小排洪河槽寬度分別為花園口1910m、夾河灘1830m、高村1380m;王普慶、江恩惠計算的兩個水文站斷面的最小排洪河槽寬度分別為花園口2490m、高村1720m。另外，胡一三、王普慶、江恩惠等計算排洪河槽寬度時，確定參數(shù)所選用的序列較長，不能反映設(shè)防流量等特大洪水特性，花園口、高村主槽平均單寬流量分別為11.3、13.8m2/s，花園口、高村主槽平均河相系數(shù)分別為10.4和6.5，則胡一三計算的兩個水文站斷面的最小排洪河槽寬度為花園口1560m、高村1160m，王普慶、江恩惠計算的兩個水文站斷面的最小排洪河槽寬度為花園口1440m、高村980m。

　　綜合以上分析認(rèn)為，主槽宣泄80%的洪水所需要的最小排洪河槽寬度分別為花園口以上1700m、花園口至高村1600m、高村至孫口1300m。另外，考慮到超標(biāo)準(zhǔn)洪水、河道游蕩特性，計算的排洪河槽寬度可能偏小，認(rèn)為鐵謝至伊洛河口、高村至國那里河段的排洪河槽寬度應(yīng)不小于1600m，伊洛河口至高村河段的排洪河槽寬度應(yīng)不小于2000m。

　　參考文獻：

　　[1]胡一三.河道整治中的排洪河槽寬度[J].人民黃河，1998，20(3)：12+21.

　　[2]王普慶，黃鴻海，江恩惠.游蕩性河道排洪寬度的選定[C]//周連第，邵維文，戴世強.第十二屆全國水動力學(xué)研討會文集.北京：海洋出版社，1998：430-435.

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