基于河势稳定原理的黄河游荡性河道整治机制研究

依据黄河下游游荡性河段河势查勘资料分析,结合河工实体动床模型试验,探讨了游荡性河道河势稳定原理,研究了基于河势相对稳定原理的河道整治机制。研究表明,尽管游荡性河道河势调整多变,但其调整是遵循河势稳定原理的;游荡性河道整治应按照"顺势布弯、就弯设坝、遥相呼应、规模适度"的原则和方法确定整治工程体系布局。以此研究成果建设的工程体系运行实践表明,在近年来不同流量级洪水下整治工程体系可以明显起到理顺流路、稳定河势的作用。     

沁河下游游荡型河道整治参数分析

沁河是黄河的一条重要支流，素有“小黄河”之称，河势游荡多变，缺乏统一规划和有效治理，特别是没有具体整治参数。在介绍沁河下游河道概况、水沙特性的基础上，对沁河下游河势相对稳定的石荆桥以下24k。河道治理数据重点进行了分析，并借鉴与沁河相近的漳河河道整治经验，提出沁河下游游荡型河道整治参数为：整治流量600m^3／s；整治河宽200～300m；排洪宽度为两堤间现有宽度。     

河道整治工程对游荡型河道断面形态的影响

基于1960—2014年黄河下游游荡型河道整治工程修建情况和实测流量及断面地形资料,分析各时期工程密度和在同流量条件下断面形态（河宽、水深、河相系数）的变化情况,结果表明：黄河下游游荡型河道整治工程的修建有效改善了河道断面形态,在河道整治工程密度较小时不能有效控制河势,整治工程对河道断面形态影响较小;随着河道整治工程密度的增大,在同流量条件下河宽减小,水深增大,河相系数减小,河道断面形态向窄深方向发展,可见河道整治工程在达到一定密度时对河道断面形态有明显的改善作用,在一定程度上限制河段的游荡特性,起到了稳定主流、控制河势的作用。     

节点仪

在天然河道中常存在一些节点，节点对河势的控制能力是有限的。通过实例分析表明，在黄河下游，不论是游荡性河段还是过渡性河段及弯曲性河段，均不能靠节点（或卡口）控制河势。节点只是河道这条曲线上的一个点或短段，黄河下游按照微弯型整治方案修建的河道整治工程，长度现在已接近河道长度的80％，已建的河道整治工程不宜称为节点工程。     

黄河下游游荡性河段现有整治工程的研究

黄河下游荡性河道整治已积累了一套成熟经验，对整治规划与典型河段整情况的分析后指出，运用河势演变规律，拟定规划治导线，据此砷设工程，控导主溜，当工度达到河道长度约８０％左右时，即可控制河势；否则，盲目修建工程，不能控制河势，效益很差。两头整治工程虽不完善，但在控制河势、共等方面作用显著，游荡性河道可否整治的标准是能否控导主溜。根据对整治的有利手不利条件、简单性复杂性，尤其是游荡性的易塑性、主溜的易导     

节点议

在天然河道中常存在一些节点 ,节点对河势的控制能力是有限的。通过实例分析表明 ,在黄河下游 ,不论是游荡性河段还是过渡性河段及弯曲性河段 ,均不能靠节点 (或卡口 )控制河势。节点只是河道这条曲线上的一个点或短段 ,黄河下游按照微弯型整治方案修建的河道整治工程 ,长度现在已接近河道长度的 80 % ,已建的河道整治工程不宜称为节点工程     

黄河下游河道整治工程建设规划意见

目前，黄河下游河道整治工程还不能有效控制河势，主流游荡多变，工程自身稳定性差，针对这些问题，根据1990年以来下游来水的实际情况及小浪底水库建成后的来水来沙条件，提出了规划期间河道整治工程建设的整治方案，规划治导线，原则，目标及建设安排意见。尽快完成重点河段工程布点，完善和加高固现有工程，大力推广新结构、新材料，使河道整治能适应小浪底水库水沙变化和河床演变的新形势，并使2020年前黄河下游游荡性河段河势得到基本控制。     

游荡型河道河势突变调整的内涵与研究方法

游荡型河道河势演变不仅包含渐变过程,也包含突变过程。河势突变是指游荡型河道局部或整体河势在短时间内发生大幅度的调整。河势突变给河流防洪、供水安全及河流治理带来了重大挑战。如果在某些情况下对河势突变适当加以利用,可有效提高河道整治工程的控导能力,增强河势稳定性。从游荡型河道河势突变调整的现实意义、内涵和研究方法等方面评述其研究进展,指出现有研究存在的不足,并提出未来开展河势突变研究需要重点关注的问题,为下一步深入系统开展游荡型河道河势突变研究指明方向。     

沁河下游河道整治的紧迫性探讨

沁河下游河势游荡多变，畸形河势时有发生，堤防险情频繁出现，仅2003年8～10月小董站590～900m^3／s洪水就出现重大险情6次，依堤抢修16个单位工程。对沁河下游河道进行整治的迫切原因是：①沁河没有控导河势的工程，溜势大幅度上提下挫，畸形河势时有发生；②沁河涵闸引水和滩区农业生产需要稳定河势；③沁河下游桥梁的安全和河口村水库的修建需要河道整治。     

小浪底水库运用初期游荡性河道整治应与挖河固堤相结合

小浪底水库运用初期，改变了下游来水来沙条件，游荡性河段将普遍遭受冲刷，尽管河床下切可以促进河道稳定，但还不能摆脱横河、斜河等畸形河势的威胁，近期黄科院开展的游荡性河道挖河固堤模型试验结果表明，在游荡性河段只要挖河方案可行，可以达到规顺河势的目的，小浪底水库运用初期下泄清水为游荡性河道局部河段采用挖河方式规顺河势创造了条件，因此这期间游荡性河道整治应与挖河固堤相结合，在局部河段实施挖河疏浚，以促进游荡性河段河道的稳定。     

黄河下游丁坝缩窄河道泥沙冲淤特性试验研究

通过动床模型试验研究了黄河下游裴峪至官庄峪丁坝缩窄河段,在河道不同位置布设丁坝,不同情况下丁坝相对长度(丁坝长度与原河道宽度之比值)对河道泥沙冲淤变化的影响。结果表明：水沙运动要素变化受丁坝布设位置和长度等影响较大,随着丁坝相对长度的增加,汛期主河槽冲刷量和滩地淤积量逐渐增大,主槽范围相应扩大,其高程普遍呈下降趋势,特别是缩窄断面导流堤顶端部位出现明显的局部冲刷坑,束水冲沙、增大输沙能力的效果明显。当丁坝相对长度大于0.50时,主流线偏移、断面流速分布和河床冲淤的变化速率明显增大,不利于河道稳定。     

赵口—黑岗口河段河势演变及工程适应性分析

在统计不同时段赵口—黑岗口河段河湾要素的基础上,分析了规划流路与实际流路河湾要素之间的相互关系,从河床比降、弯道半径、河湾中心角、直河段河长等方面分析了河势演变情况及已建工程对河势流路的适应性。结果表明:规划流路与实际流路趋向匹配;多数工程河湾半径设计较为合理,但部分工程设计弯道中心角较大,不利于控制主流;建议结合工程实际情况采取一定的工程措施,进一步完善原有的整治方案,增强对河势的控制能力。     

黄河下游游荡型河道整治方案

针对小浪底水库运用后新的水沙条件,对整治流量、整治河宽和排洪河槽宽度等主要参数进行了分析,提出黄河下游游荡型河道的整治方向为：按照中水流路进行整治,利用现有的河道整治工程并补充必要的河道整治措施,游荡型河道可以逐步转化为像高村一陶城铺河段那样的限制性弯曲河道。通过对不同整治方案进行分析比较,认为今后的河道整治应采取以现行的微弯型整治方案为主,同时充分吸取其他整治方案优点的综合整治方案。     

黄河河道整治方案与原则

黄河河道整治曾研究并实践过纵向控制方案、平顺防护整治方案、卡口整治方案、麻花型(∞型)整治方案和微弯型整治方案，最后采用并推广了微弯型整治方案。从实践中总结出了黄河河道整治应遵循的原则为：全面规划、团结治河；防洪为主、统筹兼顾；河槽滩地、综合治理；分析规律、确定流路；中水整治、考虑洪枯；依照实践、确定方案；以坝护弯、以弯导流；因势利导、优先旱工；主动布点、积极完善；分清主次、先急后缓；因地制宜、就地取材；继承传统、开拓创新。     

荆江河段崩岸机理及多尺度模拟方法

三峡工程运用后,进入荆江河段的水沙条件大幅度改变,导致近期崩岸频繁发生,影响局部河段的河势稳定及河道防洪安全。荆江段河岸组成一般为上层黏性土、下层沙土的二元结构,在近岸水流冲刷及河道水位涨落过程中受多种因素作用而发生崩塌。以往崩岸模拟考虑因素少,且相关参数难以量化确定。将河流动力学与土力学结合,提出了荆江段河岸土体物理特性与抗剪、抗冲及抗拉强度三大力学特性的量化指标,建立了上、下荆江二元结构河岸稳定性的计算方法,揭示了坡脚冲刷、潜水位变化等因素对岸坡稳定性的影响;提出了河岸崩退过程的多尺度模拟方法,将崩岸力学模型与水沙数学模型耦合,不仅能模拟河道内水沙输移及床面冲淤过程,而且还能模拟不同二元结构河岸的崩退过程。将建立的模型应用于荆江河段典型断面、长河段及局部河段的崩岸过程模拟,计算结果与实测值总体符合较好。提出的多尺度模拟方法为荆江崩岸预测提供了理论与技术基础。     

伊洛河洪水对黄河防洪的影响

介绍了伊洛河洪水的特性及危害,指出了存在的伊洛河上中游控制性工程能力不足、对黄河下游造成的防洪压力大等问题,分析了伊洛河各级洪水对黄河干流的顶托情况、对黄河干流入汇口河势的影响以及对黄河干流河道的影响,提出了相关对策及建议:①尽快编制并提请审批《伊洛河中下游防洪规划》,对伊洛河中下游进行全面治理;②在伊洛河上中游干流或支流上修建水库拦蓄洪水;③尽快明确伊洛河堤防优先加固的堤段及标准;④进一步建立和完善伊洛河流域洪水预警预报系统,完善防洪非工程措施;⑤对入黄口利用透水桩坝进行整治,在入黄口设置观测断面;⑥明确伊洛河干流发生大洪水时橡胶坝的塌坝运用原则;⑦由流域机构统一管理伊洛河防洪建设与治理工作;⑧继续开展相关专题研究。     

黄河下游河槽萎缩与防洪

河道的形态是在一定边界条件下来水来沙过程长期塑造的结果，通过定性分析探讨了河道滩槽结构形成的机理，证明了天然河流中滩槽稳定结构是洪水与枯水长期作用的动态平衡结果，来水来沙条件的趋势性改变将导致滩槽结构的改变，在一定条件下甚至出现无明显主槽的局面，一些季节性河流的例子进一步证实了这种推论，从黄河下游这些年河床变化的特征分析，如不能有效改变长期断流和主槽泥沙淤积状况，大堤约束较小的河南河段也有向无明显主槽的完全游荡性河流变化的趋势，顺堤行洪，大堤偎水的频率将大大增加，从防洪减灾角度出发，提出了黄河下游今后河道治理可能主要在于来水来源的合理调度，河道河势控制工程的管理和滩区防洪减灾软环境的建设等几个方面。     

黄河综合治理思考

黄河干支流已建的大量水库、电站、引水工程及大面积水土保持措施等,极大地改变了进入河道的水沙过程,引起了河道淤积萎缩。黄河宁蒙河段的治理主要是缩窄河槽、稳定流路,以提高中枯水河槽的挟沙能力,治河措施可兼顾保水作用。黄河龙潼河段的滩地堆沙和控导河势等综合治理须与古贤水库的规划设计紧密结合。黄河下游河道整治的基本要求是保持河道的纵向输沙平衡和平面上的河势稳定,根据水沙减少的情况修订规划,沿程整治河宽应随比降的减小而减小。干支流水库的调水调沙运用须与河道整治相互配合,才能更有效地发挥冲深河槽、稳定流路、输沙入海的作用。考虑到黄河流域下垫面的变化及水库的调节作用,建议利用过去的降水资料重新推算产生的径流,以修正水沙系列和洪水频率。     

长江下游新生洲洲头分流段演变特征及洲头守护措施

洲头分流段的河床演变对河势控制与稳定起着承上启下的关键作用,历来受到工程界的广泛关注。长江新生洲洲头分流段处于苏皖交界,是长江南京河段的门户。通过分析历史及近年上游小黄洲汊道、下游新生洲汊道及新生洲洲头分流段的河床演变特征,揭示了上下两个汊道分流比变化及洲头冲淤、汊道兴衰的内在关联性,论证了洲头控制对汊道水动力变化及主支汊演变的重要性,指出在三峡水库新运行的水沙条件、河势变化及汊道河势稳定性要求下,守护新生洲洲头的治理措施应以恢复近年洲头冲刷后退前的滩势为原则,修建长度、方向、高程合理的洲头导流坝,并辅以护底及洲头两缘的护岸工程,以及对小黄洲洲尾右侧至洲尾滩脊进行局部疏浚。成果可为该河段的全面系统治理提供有益参考。     

游荡型河段双岸整治对黄河下游河道的影响分析

针对游荡型河段主流宽浅散乱、河床极不稳定的特点，在黄河花园口一夹河滩河段两岸布置了对口丁坝整治工程。利用黄河下游水动力学泥沙数学模型，采用小浪底水库15a设计水沙系列，对黄河下游各河段的冲淤、典型断面的平滩流量变化进行了计算，分析了对艾山以下窄河段带来的影响，并与现状工程方案进行了比较，结论认为：①花园口-夹河滩河段布设双岸整治工程比现状工程条件下，15a间铁谢-利津河段多冲刷泥沙2．33亿t，冲刷量主要分布在花园口-高村段；②双岸整治工程方案和现状工程方案相比较，高村以下河段各站平滩流量减小，但和2002年汛前相比，山东河道仍具有较强的过洪能力；③在游荡型河段进行双岸整治工程布置，可以减少小浪底排沙期间河道的淤积，提高河南河段的输沙能力，而对山东河段的影响不是太明显。