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1996年黄河洪水异常原因分析及治河探讨
1996年黄河洪水异常原因分析及治河探讨
赵衍庚
(山东省科技战略研究所济南250014)
1958年成功地防御了黄河花园口22300m3/s大洪水,而1996年8月5日7600m3/s中型洪水就大漫滩。
由于洪峰演进速度特别慢,8月13日花园口5520m3/s第二场洪水,于15日在孙口赶上第一场洪水,两峰合为一峰,流量为5540m3/s。
洪水从花园口至利津共用了369.3小时,约为正常漫滩行洪时间的2倍。
洪水位也异常高,花园口、孙口、洛口均为最高历史洪水位,东明3000m3/s左右就进滩,漫滩速度慢,滞水时间长,积水深(一般0.5~3.5m,最深5.5m),排水困难。
这是现河道未曾发生过的行洪异常现象。
那么,二级悬河是怎样形成的?
黄河洪灾威胁的严重性到底如何?
怎样治理?
本文试进行分析探讨。
一、下游防洪特点及灾害威胁形势
黄河全长5464km,流域面积75.24万km2,天然径流量560亿m3(花园口),仅为长江的1/20。
中上游穿越40多万km2的黄土高原,水土流失严重。
下游平原是以郑州为顶点的大冲积扇,800多km的平原河道,位处大冲积扇脊背上,河床一般高于地面3~5m,两岸临黄大堤1400多km。
大堤决口时洪水泛滥成灾,北可达海河,南可达淮河,范围约12万km2。
历史上黄河洪灾严重。
黄土高原千沟万壑,盆地型地貌,各支流洪水挟沙下泄,汇水迅速,下游来水峰高浪大流急,但水量较小。
两岸临黄大堤之间的面积4000多km2,中水河槽约占1/3。
为适应黄河洪水特点,下游采取宽河防洪战略,让广大滩区蓄滞洪水,以使洪峰坦平,洪水水位降低,以减轻对两岸堤防的压力,形成下游河道上宽下窄、纵比降上陡下缓、防洪能力上大下小的特点。
上段河宽5~20km,平均7km;下段河宽0.4~5km,平均3km。
艾山以下山区段最窄处仅368m。
黄河水少沙多,年均来沙量16亿t,平均含沙量28.57kg/m3,居世界各大江河之冠。
黄河洪灾威胁严重,主要是洪水不能全部输沙入海,河道淤积抬升所致。
1920年7月至1983年6月的63年中,铁谢一利津河道共淤积泥沙165.4亿t,1950年7月至1983年6月的33年,淤积70亿t。
高含沙洪水是造成下游河道淤积危害严重的水沙。
据对1950~1983年发生的11场高含沙洪水资料分析,行洪时间共计102天,来水量占34年总来水量的2%,来沙量占14%,造成下游河道淤积占34年淤积总量的54%,85%的泥沙淤积在高村以上宽河道内。
如1933年高含沙大洪水,洪峰流量22000m3/s,来沙量42亿t,下游河道淤积20亿t,发生决口107处。
如再遇1933年型洪水,洪水经过三门峡水库的调节,落水时期进入下游的含沙量很高,沿程的水位表现将普遍很高,洪水过后河道淤积将更严重,排洪能力亦将降低很多。
当前突出的问题是,1933年洪水为60年一遇,到现在已超过60年,近30多年又是连续平水平沙、平水少沙、少水平沙、少水少沙的系列年。
这种水沙系列年持续时间愈长,1933年型大洪水的出现就愈临近。
二、二级悬河的成因分析
1、黄河洪水的洪量、水量、沙量、含沙量变化很大。
下游河道防洪能力的重要标志是河道行洪条件。
1958年防御大洪水时,下游河道是高滩深槽,目前却是槽高、滩低、堤根洼、滩唇高昂的二级悬河。
从1958年修建三门峡水库开始,黄河干支流兴建了一系列治河兴利工程。
然而就是在这短短的几十年里,下游河道就由能防御大洪水的高滩深槽,演化为二级悬河。
其原因如下。
一是,下游河道泥沙淤积分布发生重大变化。
1950年7月至1960年6月铁谢~利津河道淤积总量36.075亿t,年均淤积3.608亿t,滩地淤积量占全断面淤积量76.77%,主槽淤积占23.23%,与主槽面积占1/3的比例相仿,河道为平衡抬升,防洪能力基本不变。
艾山以上宽河道淤积占87.76%,艾山以下窄河道淤积占12.24%。
在主槽淤积中,宽河道占98.79%,窄河道占1.21%;在滩地淤积中,宽河道占84.23%,窄河道占13.77%。
可见,河道淤积分布还是比较合理的,河道演变向着有利于黄河防洪的方向发展。
这是l958年成功防御大洪水的重要河道条件。
从l960年10月到1991年1l月三门峡水库水运行的时段里,铁谢--利津河道共淤积泥沙33.358亿t,年均淤积1.076亿t,与建库前的自然河道相比,淤积减少70%。
然而,其中滩地淤积2.815亿t,占8.44%,主槽淤积30.542亿t,占91.56%,滩槽淤积比例发生带根本性的变化。
在主槽淤积中,宽河道淤积23.992亿t,占78.55%,窄河道淤积6.551亿t,占21.5%;在滩地淤积中,宽河道淤积0.370亿t,占13.13%,窄河道淤积2.471亿t,占82.7%。
泥沙在下游河道的淤积分布,与50年代的河道淤积分布迥然不同,不仅把主槽淤没,而且形成二级悬河。
据1982年航测遥感资料,铁谢至利津的内滩(生产堤至滩唇之间)面积969km2,外滩(生产堤至大堤之间)面积1818km2,主槽(包括嫩滩、边心滩及心滩)面积1017km2,生产堤内外滩临背差1-2m,使得滩唇高昴、堤根低洼、滩面横比降增大。
目前不少河段滩唇临背差已高达4m多,横比降高达1/3000?
/2000,,远远高于河道纵比降,防洪形势极其严峻。
1993年实测山东省鄄城县大王庄断面,主槽平均高程54.52m,滩地平均高程53.81m。
这是1996年中型洪水大漫滩、成灾重的河道条件原因。
二是,浑水河段干流工程及对下游河道行洪输沙的不当干预。
1960年三门峡水库建成运用,同时下游河道内兴建花园口、位山、王旺庄等水利枢纽和保护群众生产生活的生产堤。
到1962年,三门峡库内发生淤积,下游水利枢纽被炸毁,生产堤也要求铲除。
1960年7月至1964年10月,三门峡水库蓄水及滞洪拦沙运用,下排清水,下游河道冲刷,近库河段冲刷强烈,冲刷强度沿程衰减,但河口河段没有冲刷,利津河道还抬升0.4m。
1964年三门峡库内严重淤积,淤积泥沙达54亿t,不得不改建排沙,结果造成下游河槽严重淤积。
1973年完成弟二次大改建,采取蓄清排浑运用方式,即汛期敞泄洪水泥沙,汛后11月到翌年6月拦水拦沙抬高水位发电。
就整个60年代而言,三门峡库内共淤积泥沙56亿t,进入下游河道泥沙减少,下游河道冲淤基本平衡。
但从淤积分布看,坍了高滩,淤了主槽。
花园口以上有所冲刷,以坍塌为主,河道变得宽浅,主流游荡范围加大。
1964?
973年下游河道同流量(3000m3/s)水位普遍升高2m左右。
到了80年代初,下游河道内共修筑了护滩控制工程87处,坝垛护岸3371道,工程长度301km,占下游河道长度的37.6%。
每处控导工程都有连坝,与生产堤、防洪路连成一个整体,成为河湾的一道防线,中常洪水不能进滩。
统计50年代5场10000m3/s以上大洪水和7场6000--10000m3/s中型洪水,都造成河道淤积6亿t多。
5场大洪水淤滩22.7亿t,刷槽16.65亿t,滩槽高差增大,河况变好。
7场中型洪水,淤滩4.037亿t,淤槽2.368亿t,滩槽同淤,同步抬升。
如1958年洪水,为60年一遇,来沙18亿t,滩地淤积10.5亿t,主槽冲刷8.65亿t,虽然河道淤积泥沙1.85亿t,但滩槽高差增大,平滩流量增加,防洪能力提高。
50年代花园口出现10000m3/s以上大洪水9次。
三门峡水库运用以来30多年中只出现了2次,还是由于三门峡以下地区发生的暴雨洪水。
因为三门峡水库使用315m高程,最大泄洪量9059m3/s,对中上游大洪水削峰,加之河道内工程阻水漫滩,使大洪水在下游河道淤滩刷槽的作用严重丧失。
2.黄河上中游干支流工程调节水沙,对下游造成的影响是:
减水迅速,减沙缓慢,来水来沙条件向着不利于下游防洪的方向发展。
如果对洪水泥沙处置不当的工程不及时地改建或废除,二级悬河必然会继续发展。
小浪底大坝位于三门峡水库下130km峡谷河段,防洪库容51亿m3,兴利库容40.5亿m3,拦沙库容77亿m3,采取三门峡水库蓄清排浑运用方式,从汛期10月开始拦水,抬高水位发电。
小浪底水库建成运用后,并不能改变黄河下游二级悬河的不利防洪形势。
其原因如下。
一是,小浪底水库只增加控制流域面积0.573万km2,防洪泄量增大到13500m3/s,增加区间洪水4400m3/s,调节中上游来水来沙对下游河道造成的影响,与三门峡水库相同。
二是,小浪底、三门峡水库共同蓄洪削峰运用,二级悬河必将加剧发展。
三是,小浪底、三门峡水库非汛期抬高水位发电所拦的泥沙,在汛期冲刷下排,形成高含沙洪水,下游河道淤积将加重。
如1987年11月?
988年6月,三门峡水库蓄水运用,库内淤积泥沙1.01亿t,1988年7月至9月,库内冲刷1.31亿t。
这些泥沙在初汛期下泄,造成近库河段的泥沙淤积加重。
四是,黄河上游是清水来源区,来水占全河的53.45%,来沙8.7%。
中游托克托至龙门区间,为泥沙来源区,来水占15.1%,来沙占55.7%。
高产沙区各支流洪水含沙量高达1000kg/m3左右,最高竟达1600kg/m3,是对下游河道淤积危害严重的水沙。
上游龙羊峡、刘家峡水库联合调度,年均蓄水量达70亿m3,大柳树、万家寨等水库的建成运用,将减少汛期的清水来量,在中游所发生的高含沙洪水,在下游出现的机率将增加。
五是,根据小浪底水库初步设计报告的数据:
1933年型千年一遇洪水,洪量为299.8亿m3,沙量为67.09亿t,平均含沙量为223.8kg/m3;经龙羊峡、刘家峡水库调节后,洪量变为224亿m3,沙量不变,平均含沙量增大为299.5kg/m3。
1933年型万年一遇洪水,洪量为353亿m3,沙量为83.83亿t,平均含沙量为237.5kg/m3;经龙羊峡、刘家峡水库调节后,洪量变为276.3亿m3,沙量不变,平均含沙量增大为303.5kg/m3。
小浪底水厍防洪开发目标是使花园口防洪标准由60年一遇提高到近千年一遇,但对于l933年型洪水则缺乏防御规划。
六是,l950年7月至1960年6月,三门峡水库平均来沙量为l8亿t,花园口沙量为15.7亿t,下游河道是滩高槽深。
1960年10月至1991年11月,三门峡水库年均出库沙量为11.63亿t,花园口沙量为10.25亿t,比50年代来沙量要少得多,下游河道31年淤积量比50年代的10年淤积量还少,然而却淤没了主槽,形成二级悬河。
因为下游河道冲於及泥沙分布,与来水流量大小、来水来沙系数和下游河道条相关。
小浪底水库拦沙运用期,下游河道冲刷主要发生在近库河段,夹河滩以上河道平均下切2.5m,局部河段冲深达10?
5m;进入正常运用期,下游河道淤积最严重的河段是在夹河滩至艾山之间。
该河段是宽河道向窄河道过渡河段,淤积加重,是对下游河道最不利的淤积形态。
三、下游河道治理的探讨
1、黄河下游河道比降大,河床为泥沙堆积易侵蚀型,本来是一条强侵蚀性河道,而下游河道全断面却表现为淤积抬升。
其原因如下。
一是,黄河水少沙多,洪水不能全部挟沙入海,造成河道淤积。
上拦减沙治黄方略,企图使水沙不平衡问题得以解决,结果却使水沙不适应的矛盾更加突出。
二是,针对中上游洪水特点,在自然河道时,下游采取了宽河防洪战略,洪水漫滩落淤,河道宽浅,主流摆动。
就长时间段来说,尽管河道泥沙堆积总量增加,由于河床抬升呈平行淤高形式,维持了高滩深槽断面形态,保持了一定的防洪能力。
三是,改道现流路以来,河口淤积面积已达5450km2,较大的改道发生10次。
前7次以宁海为顶点,后3次以渔洼为顶点,顶点下移25km,侵蚀基面抬高,河口冲积扇扩展,制约着下游河道,使其处于淤积抬升状态。
四是,大中小洪水各需不同的流路,大洪水淤滩刷槽,中小洪水主要在主槽行洪,淤积绝大部分发生在主槽内。
非汛期
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