(1.黄委会黄河水利科学研究院；2.山东黄河河务局)

作者简介：刘月兰(1939-)，女，山东莱西人，黄委会水科院教授级高工
① 山东河务局：山东黄河挖河固堤启动工程原型观测试验研究报告1999.2.

　　黄河下游艾山以下河段处于黄河下游的下段，上、中游来水来沙条件受到干流河道的沿程调节，因此上中游治理措施对该河段的减淤作用往往不甚显著，而流域人类活动对黄河下游水沙条件改变所造成的不利影响，又往往集中反映在该河段，该河段多年平均淤积0.2亿m³左右，约为下游河道淤积总量的15%，但由于河槽狭窄，河床抬升较快，历来防洪、防凌负担重，因此有必要在该河段寻求就地处理泥沙的措施，挖河固堤便是这种措施之一。

开挖的泥沙淤高两岸大堤背后，淤筑宽度100m，高程与设防水位平，淤筑长度10km。

1.2 河口流路情况

　　开挖河段朱家屋子～CS6断面处于人工控制的弯曲性河段与河口的衔接段，河段的冲淤受来水来沙的影响，也受河口流路条件的影响。黄河口1976年在西河口附近改道清水沟流路，至1996年已行河20年，河口淤积外延38km，1996年5月在清8断面以上950m处实行人工改汊，河长较原河长缩短16km，当年汛期来水来沙条件较为有利，西河口以下发生溯源冲刷，至1998年汛期西河口以下河长为55.5km，较改汊前短10km左右，相当于清水沟流路行河10年后1986年汛期的流路长度。

1.3 挖河前河段冲淤特点

　　挖河河段处于素称“窄胡同”的麻弯至王家庄河段下游，河槽及堤距较上段增宽，从河势上看该河段处于王家庄弯道与西河口弯道间过渡段的下段，其冲淤特性具有明显的过渡段河道的冲淤特性。表1黄委会勘测规划设计研究院：黄河下游窄河段挖河固堤启动工程原型观测试验研究报告.1999.6为挖河前后利津站来水来沙条件及河段冲淤量对比，由表1可见，挖河以前朱家屋子～CS6河段汛期淤积较多，非汛期有少量的淤积，其上下游河段利津～朱家屋子及CS6～清6河段受弯道冲淤影响，表现为汛期冲刷，非汛期淤积。来水来沙条件与1998年相接近的1984年7月～1998年6月及1990年7月～1998年6月，朱家屋子～CS6河段多年平均淤110万m³～140万m³，其中汛期淤100万m³左右。利津 朱家屋子多年平均淤积200多万m³；CS6 清6多年平均淤积200万m³～400万m³；利津～清6多年平均淤积500～700万m³。

表1 利津站来水来沙条件及各河段冲淤量

Conditions of incoming water and sediment at Lijin station and amount of
scouring and depositing in river reaches

　　图2(a)为利津～清6河段各断面深泓点高程汛前与汛后对比，可见汛后10月份，处于两弯道间的过渡段较其上下游的弯道段深泓点明显抬高，经过非汛期的冲淤调整，主要是过渡段在非汛期深泓点冲刷降低，弯道段略有升高，到第二年汛前二者差别减小。从横断面上看，如图2(b)中的弯道段的清2断面，非汛期淤出边滩，使汛前断面主槽更为窄深，汛期则冲刷边滩；处于过渡段的断面如朱家屋子等断面，非汛期被冲出窄深的深槽，深泓点降低，汛期则被淤平，形成宽浅的断面。

2 挖河以后挖河试验河段冲淤演变分析

2.1 来水来沙条件

　　1998年6月挖河工程结束，6月6日破除挖河河段上围堤通水，至10月9日利津站来水量为93.27亿m³，来沙量3.72亿t，1998年10月至1999年5月，利津站来水量22.2亿m³，来沙量0.057亿t，1998年6月～1999年5月来水量115.4亿m³，来沙量3.78亿t，见表1。

　　由表1可见，1998年汛期来水量与90年代(1990.7～1998.6)平均接近，来沙量略多一些；非汛期来水来沙量较90年代平均偏少较多。

　　1998年汛期来水来沙过程可大致分为几个时段如表2，第一时段为汛前三门峡水库泄空，集中下泄中小流量，扣除沿程引水后，6月6日～6月28日利津站平均流量为538m³/s，最大流量1030m³/s，总水量10.7亿m³，沙量为0.256亿t，平均含沙量为23.9kg/m³，来沙系数为0.044，较汛期其它时段来沙系数高，而且来沙组成偏粗，>0.05mm的粗泥沙为0.0632亿t，占总沙量24.7%。见表2、表3，本次水沙过程造成挖河河段严重的淤积，共淤积317万m³。

表2 1998年6月～1999年5月利津站各时段来水来沙量

Amount of incoming water and sediment in the periods from June 1998
to May 1999 at Lijin station

表3 利津站各时段来沙组成(1998年6～10月)

The size composition of incoming sediment in various periods at Lijin station

　　6月28日～7月13日利津站发生断流。

　　7月中旬黄河中游来水形成1998年汛期第一场洪水，7月22日利津站最大流量2460m³/s，最大含沙量75kg/m³。7月14日至7月30日平均流量1511m³/s，平均含沙量为55.41kg/m³，来沙系数为0.037，泥沙组成也较粗，仅次于第一时段，挖河河段淤积104万m²，是挖河河段淤积较多的时段。

　　汛期第二场洪水也来自黄河中游，但大汶河有洪水加入，形成8月29日利津站洪峰3060m³/s，但含沙量较第一场洪水低，泥沙也偏细一些，从7月31日至9月25日，挖沙河段有所冲刷。

　　9月25日～10月9日利津站发生断流，断流后的余流及深槽存蓄死水形成一些淤积。

　　1998年10月9日～1999年5月水量为22.2亿m³，最大流量480m³/s，挖河河槽发生明显的冲刷。

2.2 挖河后观测河段冲淤演变分析

2.2.1 挖河后观测河段冲淤量及冲淤分布

　　从挖河河段通水以前的1998年6月4日(非挖河河段为5月11日)至汛末10月9日在利津～清6河段进行了6次大断面观测，从1998年10月9日至1999年5月14日的非汛期又进行了2次大断面观测。汛期、非汛期及年冲淤量如表1。其中挖河河段朱家屋子～CS6断面汛期(6月4日～10月9日)淤积423.7万m³，非汛期冲刷123.1万m³，年淤积300.6万m³；挖河河段以上朱家屋子至利津河段年淤积103.3万m³；挖河河段以下CS6～清6河段年淤积423.1万m³；观测河段利津～清6年淤积827万m³。

2.2.2 挖河以后河道冲淤演变过程分析

　　河床演变是河床和水流相互作用所产生的河床冲淤变化。长时期的水沙过程塑造了与之相适应的河床边界条件，二者中任何一方发生改变都会引起新的冲淤调整。挖河以后改变了挖河河段的河床边界条件，也必然引起河床冲淤调整，这种调整是随着河床边界条件改变程度的增大而加剧，随着河床调整后与水沙条件相适应程度而衰减。1998年挖河以后，挖河河段及其上下游河段冲淤过程如表4^[1]，由表4可见：

　　(1)初期低流量时段挖河河段严重淤积

　　1998年6月初挖河工程结束，6月6日～7月5日经历了初期低流量水沙过程，图2(c)中通水以前6月4日和经历了初期低流量水沙过程后7月5日河槽平均河底高程对比可见，挖河以后，挖河河段与上下游河段相比，平均河床高程降低，挖河河段进口段比降增大，出口段比降变小，加上本时段枯水，含沙量较高，来沙系数大，来沙组成粗(见表2，表3)，挖河河段产生了严重的淤积，如表4所示，共淤积317万m³，占汛期(6月4日～10月9日)总淤积量的75%，为年淤积量(1998年6月4日～1999年5月13日的105%，占挖沙总量的58%，淤积泥沙集中在开挖的河槽中，平均淤积厚度1.44m，考虑到6月28日～7月5日利津站断流，从6月7日～6月28日开挖河槽淤积率为6.5cm/d。邻近挖河河段的朱家屋子至前左发生了溯源冲刷，断面平均河床高程下降0.08m～0.23m。挖河河段以上利津～朱家屋子河段淤积量也较少，为11.9万m³；挖河河段以下CS6～清6河段淤积95.3万m³。

接着8月22日～9月25日挖河河段中段五七闸～十八户间发生冲刷，冲刷50.3万m³；9月25日～10月9日上段十八户～朱家屋子、直至挖河河段以上朱家屋子～前左都发生了冲刷，见表4。

　　从挖河工程结束6月4日～10月9日两次大断面测验期间，挖河河段共淤积423.7万m³，挖河河段以上利津至朱家屋子淤80.9万m³，挖河河段以下CS6～清6河段冲刷54.1万m³，如表4。

　　(4)非汛期挖河河段持续冲刷

如表4所示，从1998年10月9日至1999年5月13日，挖河河段发生持续冲刷，共冲刷123.1万m³，使1998年6月～1999年5月开挖河段的淤积量保持300.6万m³。由图2(c)中1998年汛末(10月9日)与1999年汛初(5月16日)纵剖面比较可见，非汛期观测河段的冲淤演变与汛期洪水期相反，非汛期两个弯道段产生了淤积，中间的过渡段产生冲刷，其中挖河河段冲刷量较多，由挖河河段断面图2(b)可见，冲刷部位集中在开挖的河槽内，形成了窄深的河槽。

表4 挖河河段及其上下游河段冲淤量(10⁴m³)

Amount of scouring and depositing in dredging reach and in its upstream and downstream

　　综上所述，山东黄河挖河固堤试验工程经历了1998年6月～1999年5月的水沙过程，从来水来沙条件看，接近90年代平均情况而稍为不利一些，特别是初期枯水流量，来沙系数大，来沙组成较粗；从河口条件看，1996年5月河口改汊，流路缩短，至1998年汛期，西河口以下河长55.5km，相当于原清水沟流路行河10年的河长，流路较顺畅；从河势条件看，挖河河段处于两弯道间过渡段的下段，与下弯道相衔接。挖河以后，挖河河段长11km，开挖河槽底宽200m，平均挖深2.5m，其下游弯道段CS6～清2间13.4km，进行疏通，疏挖断面底宽20m，由于上下游过水断面开挖不配套，再加上下游弯道段经过枯水期惯常的回淤，行水初期挖河河段出流不畅，出口段坡降减小，形成了汛初低流量阶段开挖的河槽的严重淤积，以及汛期第一场洪水期间的较多淤积，前一时段的淤积主要是由于挖河工程对边界条件改变后输沙能力降低，及来水来沙条件不利形成的；后一时段的淤积除了挖河对输沙能力调整外，主要是洪水过程中过渡段河道发生的惯常淤积。由于前两个时段开挖河槽的严重淤积及第一场洪水时下游弯道段的冲刷，增大了挖河河段的输沙比降，形成了洪水以后及非汛期挖河河段的冲刷，这种冲刷大致抵销了汛期洪水时挖河河段的惯常淤积，使1998年6月～1999年5月挖河河段的总淤积量基本保持了汛初时段所形成的300万m³的淤积，淤积量占挖河总量的54.8%。

2.2.3 冲淤量与历年比较

　　与近期水沙条件相近的1984年7月～1998年6月及1990年7月～1998年6月相比如表1。可见，1998年汛期及全年挖河河段淤积量明显增多，年淤积量由多年平均淤110万m³～140万m³变为300万m³，多淤了160万m³～190万m³，由于1997年11月～1998年6月挖河河段挖沙量约528万m³，尚有228万m³未淤完，加上不挖河时多年平均淤积110～140万m³，挖河河段减淤338～368万m³，挖河河段的挖沙减淤比为1∶0.64～1∶0.70。另外其上游河段利津～朱家屋子年淤积量也有所减少，由多年平均淤积220万m³～240万m³变为103万m³，其下游河段基本持平。挖沙河段及其以上河段当年减淤量450～500万m³，挖沙减淤比为1∶0.9左右。

2.2.4 挖河对河势的影响

　　从图2(b)可以看出，挖槽有吸引流势的作用，经过非汛期冲刷出的深槽都处于挖槽内；从横断面变化看，傍挖槽的一岸一般有塌岸，另一边淤长边滩，但河弯走向改变不大。

3 挖槽回淤率分析

　　以上从河床演变诸方面分析了挖河河段冲淤演变过程及原因，因为黄河下游挖河是为了防洪减淤，挖河河段及其上下游总的冲淤演变反映了挖河这项治河措施的防洪减淤作用；但从工程角度考虑，挖河河槽的回淤程度是衡量工程可行性的主要指标。

　　在黄河上进行疏浚挖槽并进行较为详细的观测尚属首次。在1998年6月～1999年5月的水沙条件下，挖河河段淤积300.6万m³，主要集中在挖槽内，年平均淤积厚度为1.4m，日均淤积率为0.37cm/d；其中汛期的前2个月(6月7日～7月29日)淤积421万m³，平均淤积率约为3.63cm/d；通水初期22天(6月7日～6月28日)淤积317万m³，淤积率为6.5cm/d。

　　范家骅教授黄永健①。S*、N*电厂取水口挖槽回淤数值计算。中国水利水电科学研究院1986.9曾用国内外一些挖槽回淤的实测资料总结出挖槽回淤率与CH(C为来水含沙量，H为挖槽水深)关系，说明挖槽淤积率随CH增大而增加，从时间进程上看，挖槽完成初期淤积率高，时间延长淤积率降低。如英国泰晤士河口伍尔威治河段试挖沟8日平均淤积率约为9cm/d；长江浏河口外航道3个月平均淤积率为1cm/d左右，两年平均淤积率为0.3cm/d；印度孟买港航道年平均淤积率为0.25cm/d等。

　　以上国内外挖槽的资料不详细，但从挖槽淤积率量级及变化趋势分析与黄河试验挖槽是颇为接近的，黄河来水含沙量高，以1998年汛初第一时段分析，来水含沙量为23.9kg/m³，其中d>0.05mm的较粗泥沙含沙量为5.9kg/m³，在平均流量538m³/s时时段平均水深3m左右，CH值为17.7，22天平均挖槽回淤率为6.5cm/d，与国内外试挖槽相比，挖槽回淤率的数量级较为接近，而以同一CH值对应的挖槽回淤率比较也并不偏高。

　　罗肇森^[2]在“河口航道开挖后回淤计算”中提出挖槽后挖槽淤积厚度增量P在同样来水来沙条件下与挖槽前、后水深比值H₁/H₂、挖槽后单宽流量变化率Δq/q₁及挖槽方向与水流方向交角θ有关系

式中 n为水流与挖槽交叉时的转向系数，n<1.0。

　　即挖槽后水深越大，交角θ越大，淤积厚度越大，随着挖槽后单宽流量增加，淤积厚度减小。

　　另外据金镠^[3]等分析，由于天然河床物质和未来槽内沉积物的沉积密度不同，抗冲性也就不同，虽然挖槽内水流动力下降，但在一定浚深范围内仍能与槽内回淤物质的抗冲性相匹配，这一挖深就能较长时间得以维持。对于黄河挖槽而言，槽内淤积泥沙较原河床组成变细，槽内沉积物密度较前减小，加上挖槽对流势吸引作用，可能使槽内单宽流量增大，挟沙力提高，促成1998年洪峰以后及非汛期挖槽发生较多的冲刷，使挖槽在经历一年之后(1998年6月4日～1999年5月13日)仍保持一个深槽，平均深度1.2m左右，见图2(b)。

4 小结

　　1.山东挖河试验河段在1998年6月～1999年5月的水沙条件下，挖河河段淤积300万m³，占挖沙总量的54.8%。淤积主要集中在开挖的河槽内。

　　2.挖河河段的冲淤演变受当年来水来沙条件的影响，也受河口流路演变进程的影响，同时也与河段所属河性及上下游河道冲淤过程有关系。1998年6月～1999年5月，黄河利津站汛期来水来沙量接近1990年7月～1998年6月90年代的平均值，沙量稍多一点，非汛期来水量很少，仅为90年代非汛期平均值的43%，沙量也很少。河口流路1996年5月人工改汊，至1998年6月河口流路长55.5km，相当于清水沟流路行河10年后的河长。挖沙河段处于两弯道间过渡段的下段，河段的冲淤既受挖河对河床边界条件改变的影响，也具有过渡段河道洪淤枯冲的冲淤特性。

　　3.挖河以后，破坏了河床边界条件与来水来沙间长时期建立的相对平衡关系，通水初期挖河河槽淤积发展很快，20余天淤积317万m³，随后在汛期第一场洪水过程中，挖河河段又淤积104万m³。洪水以后由于下接弯道段在洪水时发生冲刷，改变了挖河河段出口条件，挖河河段发生自下而上的冲刷，峰后至汛末基本保持冲淤平衡；非汛期挖河河槽内产生了明显的冲刷，使挖河河段年总淤积量保持300万m³，挖河河槽平均淤厚1.4m左右。

　　4.与水沙条件接近的年份相比，挖河河段淤积量增多，但与不挖河相比挖河河段有所减淤，挖沙量与减淤量比为1∶0.7左右，挖河河段以上利津～朱家屋子河段较多年平均也有所减淤，挖河河段及以上河段当年挖沙减淤比为1∶0.9左右。

　　5.从横断面冲淤变化看，挖槽有吸引流势的作用，使挖槽一岸冲刷，彼岸淤长，但对总的河势调整不大。

　　6.与国内外一些试挖河槽相比，黄河挖槽回淤率及淤积发展过程颇为接近，国内外经验值得借鉴。在今后工程实施中对影响挖槽淤积速率的主要因素如开挖河段与下游衔接关系、增加挖深与增大单宽流量的关系、挖槽方向与水流方向交角等应进行优化。

参 考 文 献

[1] 刘月兰等。山东黄河挖河试验河段冲淤情况分析。人民黄河，1999，(4)4-6.

[2] 罗肇森。河口航道开挖后的回淤计算。泥沙研究，1987，(2).14-15.

[3] 金镠，虞志英。淤泥质海岸挖槽回淤预测的沉积动力学途径 以杭州湾试挖槽为例。泥沙研究，1999，(5).41-42.