黄河下游排洪河槽宽度分析

张林忠 夏修杰 万强

摘 要：黄河下游的河道整治以防洪为主要目的，修建的河道整治工程除能控导中常洪水和一般流量下的河势、有利于防洪工程安全外，还必须保证在大洪水及超标准洪水时过流通畅，具有足够的过洪能力。排洪河槽宽度是按规划治导线布置整治工程时的一个控制指标。在总结已有研究成果的基础上，通过分析水文断面及河段内的排洪河槽宽度，并结合黄河下游实测过洪能力，综合分析确定黄河下游排洪河槽宽度。研究认为，主槽宣泄80%的洪水所需要的排洪河槽宽度分别为铁谢至伊洛河口、高村至国那里河段不小于1 600 m，伊洛河口至高村河段不小于2 000 m。

关键词：过洪能力;防洪标准;排洪河槽宽度;黄河下游

中图分类号：TV85;TV882.1   文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.04.005

Abstract：The river training in the lower reaches of the Yellow River takes flood control as its main purpose， therefore， in addition to being able to control the river potential under frequent flood and general flow and the safety of flood control projects， the river training projects must also ensure smooth flow during major floods and ultra-standard floods， and have sufficient capacity for over-flood. The width of flood discharge channel is a control index in the layout and regulation project of the planned treatment wire. On the basis of summing up the existing research results， the river channel width of flood discharge in the lower reaches of the Yellow River was determined by analyzing the hydrological section and the width of flood discharge channel in the river section combining with the measured flood capacity in the lower reaches of the Yellow River. The study concludes that the minimum width required for the main channel to discharge 80% of the flood is that the width of channel from Tiexie to the river mouth of Yiluo and Gaocun to Guonali section is not less than 1 600 m and the channel width from the river mouth of Yiluo to Gaocun section is not less than 2 000 m.

Key words： ability to flood; the flood control standard; width of flood channel; the lower reaches of the Yellow River

1 排洪河槽寬度确定原则

1.1 已有研究成果

黄河下游的河道整治应以防洪为主要目的，因此修建的河道整治工程除能控导中常洪水和一般流量下的河势、有利于防洪工程安全外，还必须保证在大洪水及超标准洪水时过流通畅，具有足够的过洪能力。在河道整治初期多从控制河势考虑，20世纪70年代初期已注意到排洪河槽宽度问题，20世纪90年代对排洪河槽宽度进行了较为全面的研究。

排洪河槽宽度定义如下：按照规划进行河道整治后，一处河道整治工程的末端至上弯整治工程末端与下弯整治工程首端连线的距离，称为该处河道整治工程的排洪河槽宽度B，如图1所示。

胡一三[1]用实测流量大于10 000 m3/s情况下的平均单宽流量来确定排洪河槽宽度。现有防洪标准，花园口站为22 000 m3/s，夹河滩站为21 500 m3/s，高村站为20 000 m3/s，这3个站的平均单宽流量分别为花园口站9.21 m2/s、夹河滩站9.40 m2/s、高村站11.57 m2/s（见表1）。由此计算3个水文站断面的最小排洪河槽宽度分别为花园口2 390 m、夹河滩2 290 m、高村1 730 m。另外，考虑到超标准洪水、河道游荡特性和水文断面的代表性差，计算的排洪河槽宽度可能偏小，认为黄河下游宽河段的排洪河槽宽度应不小于2 500 m。

式中：B为排洪河槽宽度;K为河相系数;Q为流量;J为水面比降;n为主槽糙率。

根据多年的统计结果，花园口断面K选19，J取0.000 2，n取0.01，高村断面K选12，J取0.000 14，n取0.01，花园口站Q为22 000 m3/s，高村站Q为20 000 m3/s。将上述数据代入式（1），计算出这两个水文站断面的最小排洪河槽宽度：花园口2 810 m、高村1 940 m。

1.2 排洪河槽宽度确定原则

黄河下游河道是排洪的通道，主槽则是排洪的主要通道，实测大洪水及特大洪水主槽最大排洪能力为60%～80%。另外，黄河下游主槽的排洪能力与主槽平滩流量有关，主槽平滩流量大则主槽的排洪能力大，主槽平滩流量小则主槽的排洪能力小。因此，黄河下游排洪河槽宽度的确定应遵循以下原则。

（1）排洪河槽宽度是主槽通过堤防设防流量的60%～80%时对应的主槽宽度。

（2）排洪河槽宽度是主槽平滩流量较大（6 000～8 000 m3/s）时对应的主槽宽度。

（3）排洪河槽宽度是主槽宣泄设防流量的60%～80%时对应的最小排洪河槽宽度。

2 水文断面排洪河槽宽度分析

2.1 近期洪水预演模型试验排洪河槽宽度分析

黄河水利科学研究院分别于2016年、2017年汛前，在小浪底至陶城铺河道模型上开展了黄河下游洪水预演模型试验，设计洪水演进至花园口站的最大洪峰流量分别为22 600 m3/s和15 487 m3/s。2016年洪水预演试验模型初始地形采用2015年汛后地形，同时根据最新的卫星地图模拟了河道整治工程、桥梁、生产堤、渠堤、村庄、村台、片林等。2017年洪水预演试验模型初始地形采用2016年汛后地形，同时模拟了大堤范围内的细部地形。

根据模型试验中花园口、夹河滩和高村3个水文站的过流情况，分析统计了河宽分别在1 000、1 300、1 600、2 000 m范围内的洪水过流比（见表2）。从表2中可以看出，两次洪水预演模型试验同样宣泄设计流量的80%以上洪水，花园口断面主槽宽度需要1 600 m以上，夹河滩断面主槽宽度需要1 300 m以上，高村断面主槽宽度需要1 000 m以上。

2.2 主槽平均流速法计算的排洪河槽宽度

用实测流量大于10 000 m3/s情况下的主槽平均流速来确定排洪河槽宽度。水位采用2018年过洪能力分析确定的设防水位，地形采用2017年汛后地形。根据2018年过洪能力分析的成果，4个重要水文站的设防流量及水位见表3。

根据黄河水利科学研究院“黄河下游近年河道冲淤变化及1997年排洪能力分析研究”的成果[3]，黄河下游各测站主槽平均流速与主槽流量的相关关系较好，如图2～图5所示，可以得到设防流量下对应的四站测流断面主槽平均流速，见表4。

结合2017年汛后四站地形断面测验数据及2018年的设防流量水位预估情况，得到不同排洪河槽宽度的过洪流量以及该过洪流量占设防流量的百分比，见表5。可以看出，同样宣泄设防流量的80%以上洪水，花园口、高村断面主槽宽度需要1 600 m以上，夹河滩、孙口断面主槽宽度需要1 300 m以上。

2.3 大洪水期间实测的主河槽宽度

表6～表7为实测花园口和高村断面漫滩洪水水力因子统计，可以看出，同样宣泄80%以上的洪水，花园口断面主槽的最大宽度为1 470 m，高村断面主槽最大宽度为1 166 m。

3 河段内排洪河槽宽度分析

黄河下游河道断面多呈复式断面形态，其不同部位的排洪能力存在很大差异。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，高村至孙口段占60%以上。因此，平滩流量是反映河道主槽排洪能力的重要指标。20世纪50年代初到60年代初期（1963年以前），黄河下游来水较丰，花园口1950—1963年年平均径流量为464亿m3，且年际间变化不大，花园口、高村、艾山、利津4个站的平滩流量变化也不大，基本上在7 000～8 000 m3/s之间变化[4];60年代中期（1964—1968年）， 黄河下游来水偏丰，花园口1964—1968年年平均径流量达598亿m3，4个站的平滩流量增大到8 000～9 000 m3/s;1969年以后，下游来水量比前期明显减少，花园口1969—1974年年平均径流量为326亿m3，4个站的平滩流量快速减小，到1974年左右，平滩流量减小到4 000～5 000 m3/s;1975—1976年，下游来水再次偏丰，花园口1975—1976年年平均径流量為540亿m3，4个站平滩流量恢复到6 000～7 000 m3/s;1976年以后，下游来水量有所减少，花园口1976—1980年年平均径流量为464亿m3，4个站平滩流量也有所减小，到1980年减小到4 000～5 000 m3/s;1980年以后，连续出现几个丰水年，花园口1981—1985年年平均径流量为507亿m3，平滩流量又有所恢复，到1985年平滩流量恢复到6 000～7 000 m3/s;1986年以后，下游遭遇近20 a的枯水序列，花园口1986—2000年年平均径流量仅为269亿m3，平滩流量持续减小，到2000年前后已减小到2 200～2 800 m3/s（见图6）。2002年以来，小浪底水库连续14 a开展调水调沙试验，下游河道平滩流量又有一定回升，2017 年底恢复到4 200～7 200 m3/s（见表8）。

由以上分析可知，20世纪50年代初到60年代初期、20世纪70年代中期、1981—1985年以及2015—2017年期间，黄河下游（高村以上河段）河道的平滩流量较大，平均在6 000 m3/s以上，该时期主槽的排洪能力也较大，一般占60%～80%（见表9）。因此，统计该时期黄河下游河段的主槽平均宽度，可以反映河段的排洪河槽宽度，即主槽宣泄60%～80%的洪水所需要的最小排洪河槽宽度。表10统计了该时期几个典型年黄河下游各河段平滩水位下的主槽宽度，可以看出，主槽宣泄60%～80%的洪水所需要的最小排洪河槽宽度分别为花园口以上1 700 m、花园口至夹河滩1 600 m、夹河滩至高村1 500 m、高村至孙口900 m。

4 排洪河槽宽度综合分析

黄河下游河道是洪水的通道，而主槽是洪水的主要通道，洪水期主槽的最大过流量一般可达全断面的60%～80%。胡一三、王普庆、江恩惠等计算排洪河槽宽度时，是按排洪河槽宽度范围内通过全部设防流量考虑，若按通过80%考虑，则胡一三计算的3个水文站断面的最小排洪河槽宽度分别为花园口1 910 m、夹河滩1 830 m、高村1 380 m;王普庆、江恩惠计算的两个水文站断面的最小排洪河槽宽度分别为花园口2 490 m、高村1 720 m。另外，胡一三、王普庆、江恩惠等计算排洪河槽宽度时，确定参数所选用的序列较长，不能反映设防流量等特大洪水特性，若按表6、表7中所统计的特大洪水（不含“96·8洪水”）有关参数来计算，花园口、高村主槽平均单宽流量分别为11.3、13.8 m2/s，花园口、高村主槽平均河相系数分别为10.4和6.5，则胡一三计算的两个水文站断面的最小排洪河槽宽度为花园口1 560 m、高村1 160 m，王普庆、江恩惠计算的两个水文站断面的最小排洪河槽宽度为花园口1 440 m、高村980 m。

综合以上分析认为，主槽宣泄80%的洪水所需要的最小排洪河槽宽度分别为花园口以上1 700 m、花园口至高村1 600 m、高村至孙口1 300 m。另外，考虑到超标准洪水、河道游荡特性，计算的排洪河槽宽度可能偏小，认为铁谢至伊洛河口、高村至国那里河段的排洪河槽宽度应不小于1 600 m，伊洛河口至高村河段的排洪河槽宽度应不小于2 000 m。

参考文献：

[1] 胡一三.河道整治中的排洪河槽宽度[J].人民黄河，1998，20（3）：12，21.

[2] 王普庆，黄鸿海，江恩惠.游荡性河道排洪宽度的选定[C]//周连第，邵维文，戴世强.第十二届全国水动力学研讨会文集.北京：海洋出版社，1998：430-435.

[3] 曲少军，申冠卿，韩巧兰，等.黄河下游近年河道冲淤变化及1997年排洪能力分析研究[R].郑州：黄河水利科学研究院，1997：43-46.

[4] 陈建国，胡春宏，董占地，等.黄河下游河道平滩流量与造床流量的变化过程研究[J].泥沙研究，2006，31（5）：10-16.

【责任编辑 许立新】