黄河下游驾部至枣树沟河段不利河势分析及处理措施研究

靳学东 王凤群 赵海培

（河南黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南郑州 450003）

1 工程出险情况

根据已有资料统计，2010 年枣树沟6 ～20 坝共出险12次，抢险费用为21.56 万元；2012 年枣树沟6 ～20 坝共出险8 次；2013 年枣树沟6 ～20 坝出险6 次；2014 年枣树沟6 ～20 坝出险5 次；2015 年枣树沟共出险1 次，为12 坝；2016 年枣树沟6 ～20 坝出险8 次。

2016 年以来枣树沟控导工程持续靠河着溜，当黄河花园口站流量大于4000m³/s 时，枣树沟控导工程局部坝体受大溜顶冲影响，近年来多次发生根石走失、坦石坍塌、土胎坍塌等险情，枣树沟控导工程出险情况统计如表1 所示。

表1 枣树沟控导出险情况统计表

1.1 2019 年枣树沟出险情况

2019 年9 月22 日11 时03 分，黄河花园口站流量4190m³/s，枣树沟控导工程19 坝受大溜顶冲影响，迎水面距坝跟23 ～51m 发生根石走失、坦石坍塌、土胎坍塌的较大险情，出险尺寸长28m、宽7m、高6.5m，体积1274m³；受水流持续冲刷和回流淘刷影响，9 月23 日8时30 分19 坝迎水面再次出险，出险长12m、宽5m、高4.5m，体积270m³；9 月25 日15 时50 分再次出险，长14m、宽3m、高5m，体积210m³。

自9 月22 日枣树沟19 坝出现较大险情以来，截至9 月26 日24 时，累计出险体积1754m³，其中散抛石860m³，铅丝笼150m³。抢险用石1010m³，用土744m³，柳料600kg，铅丝600.5kg。

1.2 2020 年枣树沟出险情况

2020 年8 月29 日10 时12 分，黄河花园口站流量4340m³/s，枣树沟控导工程18 坝受大溜顶冲影响，上跨角至圆头（0+80 ～0+100）m 处发生根石走失、坦石坍塌、土胎坍塌的较大险情，长20m、宽8m、高8m，体积1280m³。此次险情于8 月29 日23 时左右得到基本控制。由于大溜持续顶冲，枣树沟控导18 坝又于8 月30 日10 时22 分，发生坦石坍塌入水险情1 次，经紧急抢险加固后，险情得到控制。

此次抢险体积1370m³，共用石770m³，用土600m³，铅丝1523kg。

1.3 2021 年枣树沟出险情况

2021 年10 月9 日22 时30 分，枣树沟工程17 坝圆头（0+95 ～0+110）m 处发生根石走失、坦石坍塌险情，出险体积280m³。受不利河势影响，在处置的同时，分别于9 日23时25分、10日1时6分，由于根石走失、坦石坍塌在圆头至下跨（0+100～0+115）m处、圆头至下跨（0+94 ～0+113）m处又连续两次发生险情，出险体积分别为270m³、285m³。

2 出险原因分析

2.1 规划流路及相应控导工程

驾部至枣树沟河段自20 世纪70 年代起，开始陆续修建控导工程，该河段规划流路为孤柏咀→驾部→枣树沟→东安→桃花峪。

2.1.1 孤柏咀控导

孤柏咀控导工程位于荥阳市王村镇境内[1]，上迎同岸金沟控导工程来流，下送流到对岸驾部控导工程，为南水北调中线穿黄隧道保护工程。工程全长4000m（直线迎流段长1500m，弯道导流段长2000m，直线送流段长500m），工程始建于2006 年。

孤柏咀控导工程位于河南黄河宽河道治理最复杂的河段，工程的稳定送流关系到驾部以下宽河道河槽能否长期稳定、滩区群众生命财产、堤防防洪、山体和南水北调中线隧道工程等。目前孤柏咀控导长度不足，不能满足控导主流、稳定河势的作用。

2.1.2 驾部控导

驾部控导工程始建于1973 年，位于黄河左岸焦作市武陟县大封镇境内，枣树沟控导工程上游，承接孤柏嘴以上山湾来流，送溜至下游枣树沟一带。工程兴建至今共安设丁坝45 道、垛13 座、护岸12 段，全长6370m。工程总体布置1 ～14 坝为直线段，14 ～36 段为圆弧段。1 ～13垛为河势上提抢修工程，坝顶高程均为当地5000m3/s 洪水位超高1m。

近年来，受持续小水影响，驾部控导工程着溜部位逐年下挫。2018 年以来，靠河坝号主要为36 ～45 坝，主溜坝号主要为42 ～45 坝，45 坝下首持续塌滩，致使驾部控导工程送流情况不理想，起不到节点作用。

2.1.3 枣树沟控导

枣树沟控导工程位于荥阳市王村镇境内。荥阳河段南以邙山山体为防洪屏障，河槽大部分沿邙山山脚而行，没有工程防护措施，河势不断上提下挫、摆动不定，造成山体或滩地坍塌。枣树沟河段属小湾导溜，河宽约9.3km，主槽宽3.0km 左右，其对河势控制能力相对较弱，控溜不稳，加之上游河段工程不配套、主流散乱，很难控制荥阳黄河水流路及保护滩区耕地。

枣树沟控导工程上迎对岸驾部工程来流，下挑溜送至对岸东安工程，是一处完整的节点工程。工程全长5910m，共有丁坝28 道、垛21 个，护岸1 段1500m。工程始建于1999 年，修筑27 护岸，2007 年续建28 ～37 护岸（修筑长度1000m）。枣树沟控导6 ～20 坝，全长1500m，共有丁坝15 道，修建6 ～10 坝，2000 年修建11 ～20 坝。枣树沟控导6 ～20 坝坡度比1:1.5，缺石量为2609.96m³。

2.2 河道演变分析情况

本时段河势较上一时段有所改善，河势继续向规划流路发展，主流摆动幅度较小，孤柏咀工程全部靠河靠溜，但由于流量较小，加之含沙量较高，孤柏咀工程下游河心滩淤积，逐渐导致主流沿右岸行河并坐弯，右岸滩地逐渐坍塌。受右岸王村滩区嫩滩坍塌影响，孤柏咀工程送溜能力减弱，驾部控导工程上首逐渐淤积形成河心滩，驾部断面处主流摆动幅度达到2020m。驾部控导工程上首河心滩随着长期较小流量影响而持续加大，受河心滩影响，主流在工程下首脱离治导线，冲刷大虹桥滩区，导致滩岸坍塌。受大虹桥滩岸影响，枣树沟控导工程河势主溜摇摆不定，枣树沟工程上首河心滩逐渐淤积，下首靠河情况较好，但其送溜作用不太明显，主流出枣树沟工程后北上，受滩地作用影响，折而向东，撇东安工程(下首100m 回水靠河)，顺直流向桃花峪工程。主溜上提导致东安控导工程上游滩区严重坍塌，解村断面附近主溜持续上提，因此，十三五防洪工程上延续建了966m 桩坝。因桃花峪迎送溜能力不足，加上铁桥的梳篦作用，老田庵控导工程靠河位置一直偏下，主流呈直线流向下游，保和寨控导工程基本不靠河。

2.3 不利河势影响

近年来，孤柏嘴工程全部靠河靠溜，但由于流量较小，加之含沙量较高，孤柏嘴工程下游河心滩淤积，导致主流分叉影响孤柏咀工程送溜能力。孤柏嘴河段主流沿右岸行河并坐弯，右岸滩地逐渐坍塌，主溜在受到王村滩区嫩滩的影响下逐渐向北。驾部控导工程上首由于淤积形成的河心滩，随着长期较小流量影响而持续加大,受河心滩影响，驾部工程逐渐脱河。主流在工程下首脱离治导线，并于驾部下游坐弯，直冲大虹桥滩岸。

2.3.1 孤柏嘴送溜不利

孤柏嘴河段主流沿右岸行河并坐弯，导致右岸滩地进一步坍塌，主溜逐渐由南向北，偏离规划治导线。孤柏嘴河段滩地坍塌情况卫星图如图1 所示。

图1 孤柏嘴工程卫星图（2020.12.31花园口流量637m³/s）

2.3.2 驾部控导河势下挫

驾部控导工程上首河心滩逐年淤积，加之孤柏咀工程送溜不利，导致主流偏离治导线，目前仅下首几座坝靠溜，主溜在驾部下游坐弯，直冲大虹桥滩区，造成滩岸大面积坍塌，更加剧了畸形河势的发展。驾部下首河势下挫情况如图2 所示。

图2 驾部工程卫星图（2020.12.31花园口流量637m³/s）

2.4 岸线条件影响

2016 年汛后，国道234 黄河大桥开工建设。大桥的建设加剧了驾部以下不利河势的发展。由于国道234 大桥施工栈桥在施工结束后未按要求拆除出主河道，形成一定阻水作用，目前主流在驾部控导下游坐弯后形成南北横河，顶冲左岸滩地引起严重坍塌。截至2021 年汛前，大河水边线脱离规划治导线最宽达1600m，长度达4300 余米，滩区坍塌基本农田达3000 余亩。为保护滩区土地，地方政府投资建设了北郭乡河段滩岸坍塌应急抢护工程[2]，对坍塌严重河段滩岸进行了加固处理。结合该护滩工程，鑫舟黄河浮桥有限公司对左岸桥头滩岸进行了局部裹护加固。

受大虹桥滩岸影响，荥阳枣树沟控导工程河势主溜摇摆不定。上游约200m 处河势南挑，形成斜河，对16 ～22 坝造成威胁。

2.5 出险原因总结

综合分析该河段近年主流线套汇情况、工程靠河情况、大流量遥感图、视频影像等资料，认为近年枣树沟工程在4000m³/s 流量级情况下多次出险的主要原因是，孤柏咀工程送流能力较弱，导致驾部工程不靠河，在驾部工程下首坐弯，形成了自西北向东南方向的斜河不利河势，主流顶冲枣树沟工程16 ～19 坝，再加上国道234、荥武浮桥、大虹桥护岸工程等岸线条件的影响，在枣树沟工程附近形成了上宽下窄的喇叭“卡口”河段，河面窄、流速快，这样在大流量、高流速水流的长时间冲刷下，造成枣树沟工程16 ～19 坝冲刷深度和范围远大于设计深度和范围，同时流速快，根石走失较为严重，再加上枣树沟部分坝垛为抗冲刷相对较弱的长管袋结构，造成枣树沟工程16 ～19 坝多年屡次出险，且抢险时间长、抛石量大。2021 年秋汛枣树沟工程抢险情况如图3 所示。

图3 枣树沟工程抢险现场

3 处理措施建议

要从根本上解决驾部至枣树沟河段的斜河问题，归顺该河段的不利河势，其根本措施是续建该河段的控导工程，也可以采取切滩导流、河道疏浚，配合现有工程预加固等临时措施。

2021 年8 月，黄委完成了《黄河下游“十四五”防洪工程可行性研究报告》（简称“十四五”项目），“十四五”项目中明确提出，孤柏咀工程下延800m 桩坝，驾部工程下延700m 潜坝，枣树沟工程下延1000m 潜坝。目前，“十四五”项目已通过水利部审查。未来随着控导工程的续建，该河段河势将得到进一步归顺，工程连续多年出险的情况将会得到改善。

但是考虑到“十四五”项目具体实施还需要一定时间，同时，即使“十四五”项目实施落地了，由于该河段在枣树沟控导对岸短短2km 范围内，建有国道234、荥武浮桥、护岸工程，河段岸线条件非常复杂。另外，郑州市各级政府高度重视枣树沟多年多次出险的情况，多次督促要求河务部门尽快查找出险原因，采取工程措施，保证枣树沟险情不再发生。

鉴于以上“十四五”项目实施时间和实施效果的不确定性，为尽快改善该河段的不利河势，减少枣树沟出险情况，建议对驾部、枣树沟工程前的部分嫩滩实施切滩导流，同时对易出险的枣树沟部分坝垛进行预加固。

3.1 切滩导流

枣树沟频繁出险原因之一为现状流路偏离规划流路。为了改善该河段不利河势，可以对规划治导线范围内的嫩滩进行切滩导流。切滩导流是归顺黄河下游畸形河势的有效手段[3]。在水资源严重紧缺、缺乏大洪水进行裁弯取直的今天，切滩导流能够在长期小水流量过程条件下遏制畸形河湾发育、有效归顺河势、控导主流，可以有效解决大洪水排洪、小水畸形河势发育的问题。切滩导流主要实施位置为驾部工程上首滩岸淤积处及枣树沟工程上首滩岸淤积处。

长期小流量加之含沙量较高，驾部控导工程上首河心滩逐年淤积，流量较小时，河心滩影响水流走势。如流量加大，持续在4000m³/s 左右时，洪水虽然可以漫过驾部控导工程上首的河心滩，但河道主河槽已经形成，主溜依然沿现有河势流路行洪，驾部控导工程前仅会靠边溜或漫水，河势流路不会有太大的改变。因此，建议对驾部工程上首1～36 坝前、长约3.8km 的嫩滩进行切滩导流。

受驾部送溜及大虹桥滩岸影响，荥阳枣树沟控导工程河势主溜摇摆不定，近年来河势下挫，工程上首河心滩淤积[4-5]，为了更好地归顺流路，建议对枣树沟上首-6 坝以上长约3.2km 的嫩滩进行切滩导流。

3.2 枣树沟预加固

根据枣树沟2010—2021 年汛前主流线套绘图可知，近年枣树沟工程着溜点大致在4 ～20 坝。据已有资料，2010 年以来枣树沟控导6 ～20 坝多次出险。鉴于安全考虑，建议对1 ～22 坝，共22 道坝的根石进行抛石预加固。

4 结论

4.1 出险原因分析

综合分析该河段近年来河势演变及岸线情况认为，枣树沟工程在4000m³/s 流量级情况下，近年多次出险的主要原因是孤柏咀工程送流能力较弱[6]，导致驾部工程不靠河，在驾部工程下首坐弯，形成了自西北向东南方向的斜河不利河势[7]，导致主流顶冲枣树沟工程16 ～19 坝；加之国道234、荥武浮桥、大虹桥护岸工程等岸线条件的影响，在枣树沟工程附近形成了上宽下窄的“卡口”河段，河面窄、流速快，根石走失较为严重；再加上枣树沟部分坝垛为长管袋结构的综合因素，导致枣树沟工程16 ～19 坝多年屡次出险。

4.2 处理措施建议

考虑到枣树沟工程多年连续出险的主要原因是斜河不利河势、上宽下窄卡口段以及控导工程结构形式，结合“十四五”防洪工程，为了改善该河段不利河势、减小枣树沟工程出险概率，建议对规划治导线范围内的嫩滩进行切滩导流，同时对枣树沟工程根石进行预加固。切滩导流主要实施位置为驾部工程上首1 ～36 坝前、长约3.8km的嫩滩及枣树沟上首-6 坝以上长约3.2km 的嫩滩，并对枣树沟工程1 ～22 坝根石进行预加固。

4.3 启示

通过分析枣树沟出险原因以及2021 年秋汛河南黄河控导出险情况，并结合2021 年秋汛大流量期间的卫星遥感图可知，畸形河势、大溜顶冲的卡口河段更易发生险情，且险情重、持续时间长，如枣树沟工程、黑岗口工程。未来，在调水调沙期或伏秋汛期等可能发生大流量行洪的前期，可根据大流量遥感影像图，针对每处靠河控导工程，判别出大溜顶冲和卡口并存部位、大溜顶冲部位、靠溜部位，按极易出险、易出险、可能出险等对每道坝进行分级分类，形成控导工程险情风险图，提前制定抢险方案并预置抢险人员、物资和设备，做到抢早、抢小、抢住，在保证滩区人民群众生命财产的同时，将控导工程出险造成的损失降至最低。