泥沙淤积对黄河防洪影响的几点思考

泥沙淤积对黄河防洪影响的几点思考
第一篇：泥沙淤积对黄河防洪影响的几点思考
泥沙淤积对黄河防洪影响的几点思考
黄河防洪安全备受世人关注，为保证黄河防洪安全，以确保黄河花园口22300m3/s洪水不决口，建国以来，国家投入大量资金对黄河下游进行系统治理，取得了近六十年的黄河安澜。

但近十几年黄河下游频繁出现的“小流量，高水位”、“小洪水、大淹没”等新情况，使人们对泥沙灾害有了新认识。

本文结合黄委高级专业技术干部研讨“河流水沙灾害及其防治” 课目学习的体会和心得，简要阐述泥沙淤积对黄河防洪影响的几点思考。

一、黄河下游防洪目标及主要措施
黄河防洪任务艰巨，水沙条件复杂，汛情瞬息万变，各级防指要有应对各种突发性、特殊性情况的思想准备和应急处置措施。

黄河防汛目标任务是：确保黄河花园口站22000m3/s及以下洪水大堤不决口，遇超标准洪水，做到有准备，有对策，尽最大努力，采取一切措施缩小灾害；确保设计标准内黄河控导工程安全；及时做好黄河滩区、滞洪区群众迁安避洪工作，确保群众生命安全，尽最大努力减少洪灾损失。

为保证黄河防洪安全，黄河下游已建成了以干流水库、堤防、河道整治工程为主体的“上拦下排，两岸分滞”的防洪工程体系。

上拦工程主要包括干流上的小浪底、三门峡等水库：五十多年来在黄河上、中游兴建大型水库22座，总库容617亿m3，已超出黄河的年平均径流量，对洪水的调控能力大大增强，加之人口增加和经济发展造成的引黄用水与日俱增，进入下游洪水的出现机遇大大减少。

4000m3/s 以上的洪水50年代年平均达6.3次，60—80年代年平均3.6次，90年代年平均0.9次进入21世纪还没有一次超过4000m3/s的洪水；下排工程主要包括黄河两岸大堤、险工及河道整治工程；两岸分滞是指黄河下游两岸开辟的东平湖、北金堤滞洪区。

同时，还建立了以地方行政首长负责制的“三位一体”军民联防体系和省、市、县、乡、村
五级防汛组织。

二、水沙灾害定义
河流整体上作为一个动态的反馈系统，以泥沙为中介，水流和河床相互作用，局部的水沙条件变化将会引起泥沙输移的变化，从而引起更大范围的调整。

在这些影响中对人类威胁最大、最直接的莫过于促成和加剧洪水灾害。

由于流域水土流失严重；而且泥沙灾害具有累积效应，这种因泥沙输移变化引起江河水沙灾害加剧的现象越来越严重。

因此，我们将泥沙灾害定义为：凡是致灾因子是泥沙，或由泥沙诱发其他载体给人类的生存环境和物质文明建设带来危害，给经济带来损失，这样的泥沙事件就构成泥沙灾害。

由泥沙为致灾因子形。

成的灾害为泥沙的直接灾害，如滑坡、泥石流及崩塌等；由泥沙诱发其他载体引发的灾害，如因土壤侵蚀形成的泥沙在河道或水库年复一年的淤积使河床抬高，泄洪能力降低，由不太大的洪水引发的漫堤、溃堤的灾害等，定义为泥沙的间接灾害。

值得指出的是，水沙灾害并不是一种新出现的灾害现象，它是水灾和沙灾之间的一个子系统。

此前的灾害研究中，有些水沙灾害被归于水灾，有些水沙灾害被归于沙灾，人为地将其归于两个灾害系统之间的一个，割裂了它们之间的联系，对近年来频繁出现的“小流量、高水位”现象无法解释。

三、近期黄河下游防洪出现的新情况
近年来，黄河下游防洪出现的总体新情况是洪水不大，防洪压力不小，以往大洪水引发大灾，而今大小洪水都致大灾。

最显著的特征主要有以下两点：
1.普遍出现流量小，水位高，危害重，损失大的现象，并成逐年加重趋势。

1996年黄河花园口洪峰流量仅相当于1958年的1/3，而水位却超过了1958年约l.0m，堤坝处处出险，沿岸防洪非常紧张，豫、鲁40多个县市，100多万人遭受灾害。

2002年7月黄河小浪底水库首次调水调沙试验期间，高村水文站2930m3/s流量的水位比“96.8”洪水同流量水位高出0.55m左右；高村上下河段濮阳滩区在流量不到2000m3/s时即发生漫滩，漫滩水流顺串沟直冲大堤，并在
堤河低洼地带形成顺堤行洪，濮阳部分堤段堤根水深达4～5m，堤防受到严重威胁。

2.大面积、大范围是近几年洪水灾害的另一特征。

近年来上游来水来沙偏枯，黄河下游主河槽萎缩，平滩流量减小，滩槽高差降低，河道内“槽高、滩低、堤根洼”的“二级悬河”状况加剧，使得在与过去同样的平滩流量情况下，现今早已漫过主槽，发生大面积、大范围漫滩了。

例如，“96.8”洪水，虽然洪峰流量只有6260m3/s，但洪水水位表现很高，造成黄河下游严重的洪水灾害，共淹没滩区耕地114万亩，偎水和进水村庄67个；1855年形成的河南原阳高滩，1958年、1982年洪水基本未漫滩，今年竟全部偎水，淹地24万亩，有38个村庄进水和被水围困；水利设施、交通道路、通信线路等损坏严重，直接经济损失约2.15亿元。

1999年以来长期小水，夹河滩至贯台之间的张庄河段，形成畸形死弯，造成3户房屋塌入河中，河势直今还没有得到明显改善。

2002年7月4日开始，7月7日高村水文站流量为2280m3/s，上午11时30分濮阳县习城滩万寨渠堤决口，习城滩全部被淹，滩区进水量31306万m3，流量357m3/s，平均水深为1.5m，最大为2.5m，淹没面积1.5万hm2，水围村庄133个，人数83830人，受影响村庄37个，人数30190人。

2003年9月18日，黄河河南兰考县谷营乡蔡集村生产堤决口，造成兰考北滩、东明滩区全部被淹，滩区平均水深2.9m，最大达5m。

受淹面积达27.75万亩，淹没耕地25.14万亩，谷营、焦元、长兴三乡152个村11.42万人被水围困，共转移人口
3.21万人，9738户的36191间房屋损坏，1733户的4252间房屋倒塌，冲毁桥涵闸262座，损坏机井491眼，损坏供电线路179km、通信线路225km，多出路面受冲被损。

3.小水大险是近几年河道整治工程出险的明显特征。

近几年虽然河道整治工程逐步配套，河势变化也逐步得到控制，但由于河槽萎缩，工程控制范围内小洪水畸形河势特别发育，小范围的横河、斜河不时出现，洪水长历时顶冲工程坝垛而出险，甚至出现重大险情的事例屡屡发生。

例如，1993年9月，在黄河流量只有1000m3/s情况下，在黑岗口对面形成横河，直冲黑岗口63坝与高朱庄之间长840的空档，
滩地塌退600m，主流距大堤仅64m，直接危及黄河堤防的安全，经2000多名军民昼夜抢修8个垛才保障了堤防安全。

2003年9月 10日5时，大河流量1500 m3/s，枣树沟14坝～17坝大溜顶冲、回溜淘刷，坝基沉排产生不均匀下蛰，出现坦石坍塌、下蛰和土胎蛰裂等重大险情，出险体积达992 m3。

四、泥沙淤积对黄河防洪影响分析
河流整体上作为一个动态的反馈系统，以泥沙为中介，水流和河床相互作用，局部的水沙子件变化将会引起泥沙输移的变化，从而引起更大范围的调整，年复一年，小水大灾、灾害频率加剧，对防洪造成严重影响。

事实说明，除人类活动影响及防洪意识、防洪管理和防洪工程建设方面尚存在欠缺外，自然因素中恶化防洪形势的直接原因是泥沙灾害，最明显的表现为泥沙淤积。

1.河槽萎缩，排洪能力降低
黄河下游来沙去向主要是输送入海和入海口造陆、淤积在河道内，还有一小部分人工引放至黄河灌区及固堤，由于多年来黄河没有发生较大洪水，泥沙集中淤积在主河槽内，河道主槽淤积比例由80年代初的30％增加到70％，河槽严重萎缩，河道排洪能力降低。

目前，东坝头以下河段横比降达1‰～2‰，而河道纵比降为0.14‰，一旦发生较大洪水，由于河道横比降远大于纵比降，滩区过流比增大，极易发生横河、斜河，甚至发生“滚河”，产生顺堤行洪，危及堤防安全。

由于河槽过洪能力明显降低，局部河段2000m3/s左右流量就可漫滩，小水就能造成大灾。

2.防洪标准降低
设计防洪水位是河道建筑物防洪标准的主要标志，河道建筑物顶部高程超设计防洪水位的多少，直接衡量河道建筑物防洪安全可靠性。

泥沙淤积在天然河道中，引起河床的抬高，减少河槽容量和泄洪能力，使同流量下的水位抬高，使堤防的防护标准相对降低。

例如，“92.8洪水”因高含沙造成的河道严重淤积，使得花园口站6260 m3/s的水位达94.33m，相当于一般洪水12000 m3/s的水位，多处堤防出现大洪水条件下才可能有的散浸、流土等渗透险情。

因此，我们可以推断，
黄河大堤以花园口22300 m3/s洪水标准设防，其洪水位较正常洪水位严重偏高的结果，必然是使黄河堤防防洪标准相对大幅降低。

再如“96.8洪水”，花园口站出现了7860m3/s洪水，花园口站最高水位94.73m，为该站有水文记录以来的最高水位，比1982年8月15300m3/s洪水的最高水位（93.99m）高0.74m，相当于一般洪水10000 m3/s的水位。

还需要引起注意的是，洪水的风险相对增加的同时，泥沙淤积还使得洪水推进速度明显减慢，持续时间增加。

例如，20世纪50－60年代黄河洪水从花园口到人海口仅需7天，“96.8洪水”却长达18天，“92.8洪水” 长达13天。

3.洪水出现几率相对“加大”
黄河下游堤防建设以花园口22300 m3/s洪水流量为指标进行设防，其防洪安全以各级洪水位为标志进行防洪准备和防洪措施实施。

这种模式是建立在正常洪水位与流量关系基础上才是正确的，但由于泥沙在河道的淤积，离间了洪水位与流量之间的紧密联系，破坏了洪水位与流量之间的正常关系，造成洪水位异常偏高，使得小流量洪水出现大流量洪水位，并使河道工程出现渗透破坏、滩区淹没等险情几率加大。

因此，泥沙淤积加大了洪水高水位的出现几率，造成工程小流量洪水出现大流量洪水才有的险情，亦即“加大”了洪水出现几率。

例如，“92.8洪水”和“96.8洪水”，按洪水流量6260 m3/s和7860m3/s计算其出现几率仅约5年一遇，但却出现了百年一遇12000m3/s洪水流量的高水位，亦即说百年一遇12000m3/s洪水的出现几率受泥沙淤积影响而变为约5年一遇。

五、对策及建议
为消减或减小泥沙淤积对黄河防洪带来的不利影响，我们认为黄河下游河道近期治理应积极采取“稳定主槽、调水调沙，宽河固堤、政策补偿”的治理方略。

黄河泥沙问题将长期存在，下游河道淤积不可避免，黄河防洪保安全仍然是我们今后和将来河道治理的重要工作。

因此，建议进一步总结和分析中水河槽整治、近4次黄河调水调沙的经验和规律，以稳定中水流路、减小河道淤积为目标，切实
加快游荡性河段河道整治工程建设步伐，开展小水河槽整治，补充和完善黄河下游河道整治工程体系；建立和完善黄河水沙调控体系，坚持不懈地进行调水调沙工作，尽快提高下游河道平滩流量，塑造并维持过流5000m3/s的中水窄深河槽，最终稳定、塑造有利于防洪排沙的河道主槽；继续按照宽河固堤方略，加快推进黄河标准化堤防工程建设，消除小洪水、高水位给黄河防洪带来的不利影响，确保黄河防洪安全。

同时，随着黄河治理开发技术和水平的不断提高，实现由控制洪水向利用洪水、塑造洪水的转变，建议黄河下游滩区实行分区管理，尽可能发挥滩区滞洪、沉沙、排洪和养育人口功能，滩区设置群众安全居住和农副产品加工的集中建镇区、中常洪水方可漫滩的农作物种植区，以及小流量洪水即可上水淹没的牧业低滩区基础上，积极争取滩区滞洪、沉沙运用补偿政策，遇适当时机、适宜洪水主动进行引洪或分洪淤滩，治理“二级悬河”，实现人与洪水和谐相处。

另外，鉴于泥沙淤积造成的洪水位严重升高，洪水流量不能准确表达河道建筑物防洪标准的实际情况，建议建立以防洪水位、漫滩水位等主要标志的防洪水位体系，以给人直观、明了、准确的防洪态势。

六、结语
洪水灾害已普遍被人接受和认可，但因泥沙淤积造成黄河下游出现流量小、水位高、影响防洪安全，在一定程度上加大了大洪水出现几率的现象，应引起我们的严重关注。

我们必须建立以防洪水位、漫滩水位等主要标志的防洪水位体系，坚持“稳定主槽、调水调沙，宽河固堤、政策补偿”的黄河下游治理方略，引洪放淤，治理“二级悬河”，确保黄河防洪安全。

作者：耿明全，1965年生，山东莘县人，高级工程师，河南黄河河务局总工助理
第二篇：水库泥沙淤积综述
水库泥沙淤积研究综述
(邓山
2008150122 三峡大学)摘要: 由于我国有许多河流是含沙量高、
输沙量大的多泥沙河流, 水库泥沙淤积问题异常严重。

所以对水库泥沙淤积的研究具有重要的现实意义。

前人对水库泥沙淤积问题做了大量研究探讨，本文对我国水库泥沙淤积研究的状况和成果进行了全面的综述。

内容包括、水库泥沙淤积的形态、入库水沙条件变化引起的问题、水库变动回水区泥沙问题研究三个方面。

关键词：水库；泥沙；淤积；回水区引言
水库泥沙淤积主要是河水挟带的泥沙在水库回水末端至拦河建筑物之间库区的堆积。

拦河筑坝后抬高了水位, 形成了在建筑物前近似水平、而在上游末端与天然河流原水面线相切的水面曲线。

水流进入库区后, 由于水深沿流程增加, 水面坡度和流速沿流程减小, 因而水流挟沙能力沿流程降低, 出现泥沙淤积。

水库淤积是水库设计和管理中的一个难题。

在河道上兴建水库会改变河流的水流条件和泥沙运动状态, 使泥沙在水库库区内淤积, 从而降低水库的使用效益, 甚至导致水库失效报废, 所以, 对水库泥沙淤积问题的研究就显得尤为重要。

水库淤积观测和资料分析
水库淤积的观测和资料收集是水库淤积研究的基础。

我国最早开展的系统性泥沙淤积观测是对20 世纪50 年代建成的永定河官厅水库、60 年代初建成的黄河三门峡水库和汉江丹江口水库的泥沙观测, 从中积累了大量的资料。

从60 年代开始, 水利部科技司针对黄河流域和北方多沙河流的水库淤积, 选择了官厅、三门峡等12 座大型水库作为重点淤积观测的水库, 并建立了“黄河泥沙研究协调小组”, 组织了攻关研究和成果交流。

后来又将其扩展到包括南方水库在内的20 个大型水库, 其成果见表1。

以这20个水库为骨干, 我国已有一支数量较大的水库淤积观测队伍, 收集了大量第一手资料。

不论从收集资料的数量、内容、深度和可靠性看, 在世界上都是首屈一指的。

表1 中国部分水库淤积情况
在水库淤积观测的基础上, 对资料进行了深入分析, 以增进对水库淤积问题的认识、总结规律并进一步控制水库的淤积。

中国水利水电科学研究院(前身为水利水电科学研究院)是最早开展水库淤积研究的单位之一, 接着武汉水利电力学院、长江水利委员会和黄河水利委员会等
对官厅、三门峡、丹江口、刘家峡、青铜峡、三盛公等水库进行了研究。

以后又对镇子梁(山西)、三盛公、闹德海、红领巾(内蒙)、龚嘴、以礼河、东峡、平定河、南秦、巴家咀, 小河口(山西), 刘家峡(淤积和异重流排沙)、红旗、二龙山、潘家口、黑松林、白石及栖霞山丘陵区水库等水库的淤积进行了大量的研究。

特别是对官厅、三门峡、丹江口等的研究成果尤为突出。

2.1 水库泥沙淤积的形态
水库泥沙淤积形态可分为纵剖面形态和横断面形态。

2.1.1 纵剖面形态
纵剖面形态包括三角洲、锥体和带状淤积三种形态。

在库水位变化幅度不大，淤积处于自由发展情况下, 水库淤积一般呈三角洲形态;在回水曲线较短, 入库水流在通过库段时紊动强度较大, 或含沙量较高, 含沙水流在达到拦河建筑物前泥沙来不及完全沉积情况下, 水库淤积将形成锥体形态。

2.1.2 横断面形态
横断面形态在多沙河流与少沙河流的水库中有所不同。

多沙河流上的水库普遍有淤积一大片, 冲刷一条带的特点。

淤积一大片指泥沙在横断面上基本呈均匀分布, 库区横断面上不存在明显的滩槽。

冲刷一条带指水库在有足够大的泄流能力, 并采取经常泄空的运用方式时, 库底被冲出一条深槽, 形成有滩有槽的复式横断面。

在水库淤积形态方面, 我国对三角洲形态的淤积研究较早。

这方面的成果有对官厅水库的三角洲的淤积形态及计算的初步研究, 三角洲的计算方法, 及根据非均匀悬移质不平衡输沙的规律首次从理论上详细论证了水库三角洲淤积的趋向性、形成特点、三角洲和前坡淤积比降、洲面线与水面线方程以及前坡长度等, 并得到了官厅水库资料的验证。

此外水槽试验亦证实了沙质推移质在壅水区也是以三角洲形式向前推进的。

除三角洲淤积形态外, 还有对锥体淤积形态, 从理论上给出淤积剖面近似于直线, 坝前淤积厚度与总淤积体积的近似线性关系, 带状淤积的条件, 对滞洪期锥体淤积水库的冲淤变化特征分析研究、三角洲、锥体及带状等三种淤积形态的判别方法研究等成果。

入库水沙条件变化引起的问题
章厚玉等在《丹江口水库的泥沙淤积特点与问题》中得出：近期的水沙条件有很大的变化, 出现枯水及枯沙的年份较多, 入库水量和沙量不同程度的减小, 较长系列均值小得多。

黄河上游刘家峡、龙羊峡大型水库建成后, 对黄河中下游水量沙量进行调节, 进入三门峡水库的水量沙量年内分配有所改变。

50 年代至80 年代的水沙量均呈逐年减小的趋势, 80年代水量比50 年代减少14% , 沙量减少55% , 入库沙量减少比值较水量减少的大得多, 由于入库水量主要来自河口镇以上地区, 沙量来自河龙区间及渭河流域, 水沙条件变化极为复杂, 造成了库区泥沙的新问题。

龙羊峡、刘家峡水库调节水量后, 三门峡入库水量年内分配发生了变化, 非汛期的水量增加11% , 非汛期水量比汛期水量多1186 亿m3, 加剧了北干流河床的冲刷, 相应增加了非汛期入库沙量, 加重了库区潼关至太安段的淤积量。

同时增加下游防凌的困难, 造成一系列的不利影响。

汛期水量减少了, 特别是削减了洪峰流量, 入库的水沙过程很不相应, 含沙量过程起伏变化剧烈, 汛期的冲刷排沙能力降低, 库区泥沙年内冲淤不能平衡, 潼关高程难以恢复, 造成了调水调沙的难度。

水库发生泥沙淤积和河床变形,大都是由于水流不平衡输沙所致。

长江科学院在20世纪60年代后期开展了不平衡输沙问题研究,与丹江口水利枢纽水文实验站协作,在丹江口水库变动回水区油坊沟至神定河口长约25 km库段进行不平衡输沙测验,系统收集不平衡输沙资料。

1972年长江科学院提出了不平衡输沙研究报告,阐明不平衡输沙理论可能解决的3个问题:含沙量的沿程变化;悬移质级配的沿程变化和床沙级配的变化。

给出了相应的计算公式作为不平衡输沙计算的基本公式。

将其与水流连续方程、水流挟沙力方程联用, 组成水库不平衡输沙冲淤计算方程组。

1974年与武汉大学数学系协作编制了电子计算机的计算程序。

利用丹江口水库等实测资料对该计算方法进行验算,结果较好。

该计算程序已推广应用于葛洲坝、三峡等水利枢纽的水库淤积计算。

水库变动回水区泥沙问题研究
三峡水利枢纽运用各时期水库变动回水区的范围,从坝址上游约440 km的丰都,至嘉陵江入汇口以上的油溪,长约270 km。

变动回水区河道流经丘陵和山区,平均比降约0.2‰～0.3‰。

河道由宽谷和峡
谷相间,河床由基岩和卵石组成。

通过长江科学院等单位采用原型观测资料分析、泥沙数学模型计算与河工模型试验相结合的方法进行研究,结果认为:建库后变动回水区各河段均有不同程度的累积性淤积;局部河段发生河势调整,淤滩留槽,河道向单
一、规顺、微弯形态发展;航道、港区较建库前有较大改善,少数港区和局部航道可能在丰沙年后的水位消落期出现航道尺度和港区水深、水域不足的情况,可采取优化水库调度,结合港区改建和整治、疏浚措施加以解决。

葛洲坝变动回水区河道演变主要表现为:分汊型河段向单一河槽河型转化;弯曲型河段的弯道平面形态趋向规顺,边滩淤高展宽和上下延伸,滩槽高差增大;顺直过渡段年内为汛淤枯冲,年际为累积性淤积,滩槽高差加大。

推移质淤积、变动回水区的冲淤及淤积引起的洪水位抬高是水库淤积研究的一个重要方面, 不仅有一定理论价值, 而且对淹没、通航及与上游梯级联接等也有很大实际意义。

由于一般水库主要是悬移质淤积, 推移质占的比例较小, 所以我国对推移质淤积研究较少。

入库推移质往往缺乏实测资料, 仅对丹江口水库和山东一些水库做过不同粒径泥沙的淤积量分析, 确定了其推移质淤积量及组成。

对于不同粒径推移质(包括卵石、砾石、粗沙和细沙)在水库中的淤积部位、不同淤积河段的冲淤特性、河势特点等进行较全面阐述的研究见文献。

较长时间推移质淤积部位及剖面的确定可参考文献。

水库淤积的上延, 首先是淤积引起回水上延, 上延后的回水又产生新的淤积, 如此不断相互作用, 形成了水库淤积的翘尾巴。

从理论上对淤积引起回水抬高的方程、特性以及回水末端定义等的研究见文献。

变动回水区的冲淤涉及到水库与河道的双重作用, 是水库淤积最复杂的问题, 不少成果对丹江口水库回水变动区冲淤特性进行了研究。

有对变动回水区河型特点及转化的可能性的研究成果。

关于变动回水区冲淤对航运的影响, 也有一些调查成果。

韩其为对变动回水区提出了航运控制的调度原则, 即要求枯季坝前水位不低于或等于航运控制水位(消落水位), 以加大变动回水区枯季的航深和减少对航运不利的消落冲刷。

这种调度将在三峡水库中应用, 能使枯。