黄河河口段泥沙治理技术探讨（刘丕建）

摘要：治理黄河河口是九条治理黄河途径之一，关键是泥沙问题。本文对挖河固堤、口门疏浚两种泥沙治理的技术，结合实践，对效果加以分析，探讨了技术和实施的可行性。

关键词：河口 挖河固堤 效果 口门疏浚

1、前言

目前，黄河水资源紧缺的矛盾日益突出，致使进入下游河道的径流量骤减，利津站最小流量连续几年徘徊在30—60m3/s之间。由于河道长时间的小流量行水，水动力输沙作用减弱，造成河口河段以淤为主，且淤积的主要部位在主槽，使得横向宽度缩窄，纵向抬高，平滩水深减小，主槽整体呈淤积萎缩态势。在口门段形成的拦门沙，造成河口河段泄水泄沙不畅、淤积加快、水位抬高、流路摆动。因此，河口的防洪形势依然比较严峻，其主要问题是解决河口淤积及其影响的措施甚少。

维持黄河健康生命是我们的治理终极目标，其中治理黄河河口，以尽量减少其对下游河道的反馈影响是九条治理黄河途径之一。对于河口，应当综合治理，多措并举。目前来说，利用挖河固堤、口门疏浚等方法，适时结合调水调沙，籍以增加河道的输沙能力，减少河道的淤积，才能有效地减少河道淤积对黄河下游的反馈影响。

2、河口河道概况

黄河河口地区位于渤海湾与莱州湾之间，其范围为东径118º10′～119º15′，北纬37º15′～38º10′，属陆相弱潮强烈堆积性河口，是1855年黄河改道流入渤海以来，泥沙淤积、填海造陆形成。河道摆动的顶点在宁海附近，包括北至套尔河口，南抵支脉沟口的扇形地带，面积约6000km2。黄河在东营市，流经利津、东营、河口、垦利四个县区注入渤海，境内河道长138公里。河道特点是上窄下宽，河势多变，防洪形势严峻。麻湾到王庄河段长30km是全河有名的“窄胡同”，最窄处小李险工河段仅460米，下首渔洼以下河段为河口河段，河道宽浅。

3、挖河固堤治理泥沙

通过几十年来的治黄实践，人们对黄河规律性的认识逐步加深，提出了用“拦、排、放、调、挖”的综合措施治理黄河泥沙。在黄河水动力输沙作用日益减弱，河道主槽淤积日益加重的形势下，利用挖河清淤疏浚的方法，增加河道的输沙能力，减少河道的淤积，理顺河势。同时将挖出的泥沙用于加固堤防，加以配合其他措施，逐步使黄河下游形成相对地下河，从根本上改变地上悬河的被动局面。

3.1、三次挖河固堤工程简介

自1997年11月至2004年12月，为了探索黄河挖河减淤的方法措施，解决一些关键技术问题，在黄河河口地区分三次实施了挖河固堤工程。三次挖河固堤工程上界为纪冯险工，下界为清3断面，涉及河道总长为53.6km，共挖泥沙1057万m3，加固堤防24.8km。第一次挖河工程位于河口段朱家屋子至清2断面，采用挖掘机和组合泥浆泵开挖两种施工方式；第二次挖河工程上起义和险工，下至清三断面，采用80 m3/h挖泥船和组合泥浆泵开挖；第三次挖河固堤工程由义和险工向上游挖至纪冯险工，采用120m3/h挖泥船开挖。

3.2、三次挖河固堤工程效果分析

挖河固堤工程启动后，山东河务局组织有关单位对河道冲淤和水文要素进行了现场观测。为了分析挖河减淤效果，根据1997年至2005年取得的原型观测资料，利用武汉大学开发的挖河固堤工程减淤计算复合一维数学模型，计算了挖河与不挖河两种情况下研究河段的河道冲淤量。计算时段为1997年汛后（11月1日）至2005年5月，进口断面以利津水文站的日平均流量和平均含沙量为边界条件，出口断面以丁字路口按统计平均的水位流量关系给出边界条件。通过计算，1997年11月至2005年5月8年间，利津至清6断面在实际挖河的条件下河床累计总变形量（包括挖沙量和冲淤量）为2322万m3，相应模拟的不挖河条件下冲刷748万m3，两者相减，差值为1584万m m3，扣除这期间三次挖河的总挖方量为1056.9万m3， 其净减淤量为528万m3，减淤比为0.667，即挖0.667 m3沙可减淤1 m3，可见减淤效果十分明显。

根据观测资料还得出挖河工程在挖河段上下游河段引起了溯源和沿程冲刷，其影响程度为越靠近挖河段越强；挖河之后，观测河段相同流量级的水位均有大幅度的降低，平滩流量增大明显；挖河工程在减少河道淤积作用方面具有时效性，约2年。挖河固堤还提高了大堤防渗能力，提高了堤防的整体稳定性和抗震能力。

3.3、对下步挖河固堤段落、规模及时机的建议

河口段的淤积延伸是造成黄河下游河道淤积的重要因素之一。因此，应选在河口段进行挖河疏浚，同时配合调水调沙，使河口流路保持通畅，将更多泥沙输送入海，以减轻溯源淤积影响。运用武汉大学的数学模型，在黄河口走清水沟流路以来的水沙系列中选择丰水丰沙、丰水枯沙、枯水丰沙、枯水枯沙四个典型水文年，考虑的水沙条件、挖河位置和开挖断面形态三个因素，计算不同挖槽断面形态和挖河段的减淤效果。根据模拟的计算的统计结果，初步认为挖河位置越靠下游减淤效果越好，但差异并不很大；开挖成窄深河槽的减淤效果最好；开挖长短对挖河的减淤效果影响不大，但开挖越长，其减淤量越大，同样的挖河断面形态，挖河的减淤量与挖河长度成正比；时效性大约为两年。由于实行了全河调水，挖河固堤工程只能动水开挖，综合考虑凌汛等气象条件以及汛期来水的影响，3—6月份是施工的最佳时机，10—11月亦可进行施工。

4、黄河河口口门疏浚

黄河河口拦门沙俗称“铁板沙”，是河海动力相互作用后径流能量锐减，咸淡水混合，泥沙絮凝加速沉积而成的堆集体，是造成河口河段泄水泄沙不畅、淤积加快、水位抬高和流路摆动的因素。其危害主要有壅高上游水位、加快河床淤积、增加封河机遇、引发分流改道。可以看出对拦门沙进行人工措施治理十分必要，由于目前进行口门疏浚工程技术还不十分成熟，需要进行疏浚试验工程。

4.1、2004年口门疏浚试验及结果分析

2004年5—6、10—11月，山东河务局在黄河口门汊3下游5.267km处进行了口门疏浚试验。试验段选自高潮线至低潮线之间，设计试验台时768个，开挖长约5.0km，宽度为20-38m，平均挖深约为1.7m，工程量约为33万m3。堆沙区选择在沙嘴南侧的潮间带上，沿河道平行方向，并修筑长管袋围堰挡沙。口门疏浚的主要设备有海狸1600型挖泥船，辅助船只及相应的管道等。

通过对挖泥船的适应性和生产效率的观测，初步得出如下结论：一是海狸1600型挖泥船实施口门疏浚可行，5-6月份好于10月份，平均生产率分别为267m3/h、207 m3/h；二是风浪、潮流对船体运行的影响较大，现场验证，当风力＜6级、潮流速＜1.7m/s时，挖泥船运行正常；三是口门坚硬的“铁板沙”增加了疏浚的难度；围堰采用充沙长管袋修筑比较适用河口区域；建议加大工程规模，加大开挖断面的宽度和深度进行口门疏浚试验。

4.2、口门疏浚试验方案的比较及选定

通过对以往黄河河口疏浚实践的调查分析，口门疏浚试验工程主要有以下五种方案：船拖耙具和射流冲沙疏浚、绞吸式挖泥船疏浚、调水调沙配合扰沙船扰沙疏浚、利用潮汐能采用定向爆破拦门沙、脉冲射流技术。通过对以上五种疏浚技术和设备的优缺点及适应性的分析比较，结合2004年口门疏浚试验，黄河河口口门采用海狸1600型绞吸式挖泥船和2005年研制的超汽蚀螺旋桨河床扰动船两种技术措施相结合、配合调水调沙对拦门沙疏浚。海狸1600型绞吸式挖泥船在2004年试验时已得出是可行的。超汽蚀螺旋桨河床在2005年7月在济南河段扰沙作业试验中，取得良好效果。

4.3、口门疏浚试验工程主要施工参数

疏浚河口拦门沙的主要目的是降低侵蚀基准面，冲刷尾闾河段主河槽，增加主河槽的过水断面，提高尾闾河道的泄洪排沙能力。因此口门疏浚试验工程应在2004年试验的基础上进行，主要目的是检验口门疏浚降低侵蚀基准面对上游河道冲刷的效果。位置选择在高潮线至低潮线之间，拦门沙处，路线为顺水流方向即东南方向。河槽冲淤受来水来沙条件的影响很大，拦门沙开挖纵横断面的设计需综合考虑河口形态、来水来沙条件、床沙组成等因素。目前，还没有建立数学模型确定参数，结合1997年11月至2004年12月三次挖河固堤的研究及观测成果，口门疏浚试验工程的疏浚河底高程由清7断面疏浚河底高程，按10/000比降与口门疏浚断面的底高程平顺连接，疏浚其底高程以上至拦门沙顶部高程之间的部分，疏浚底宽度可为120m，边坡1∶5。由于拦门沙距两侧堤防很远，泥沙不能用于加固堤防，可输往深海强潮流区或结合造陆输往滩涂低洼及口门浅海区。施工设备采用海狸1600型绞吸式挖泥船和超汽蚀螺旋桨河床扰动船，扰动船在调水调沙期间施工，扰起的泥沙随水流输送到浅海区或深海区。

4.4、加强观测研究

口门疏浚过程中要加强原型观测，主要观测拦门沙河段冲淤变化、疏浚前后流速变化、尾闾河道水位变化、施工设备在动水条件下的适应性等。一是进行水文原型观测研究，通过河道断面观测、水位观测、水文测验观测，计算分析挖沙减淤效果；二是进行挖沙船及扰沙船施工技术观测研究，通过适应性观测、施工水下断面检测、生产效率及消耗分析，为以后挖河疏浚设备的选择打下基础；三是把原型观测结果，结合数学模型及物理模型进行综合分析研究。

4、结论

河口治理在整个治黄大局中的地位非常重要，是新时期黄河三角洲经济社会的不断发展和胜利油田的深入开发强烈要求较长期相对稳定入海流路的要求，是维持黄河健康生命和人水和谐的需要。建议一要加大挖沙降河力度，增加河道的输沙能力，减少河道的淤积；二要尽快开展对河口拦门沙扰动疏浚试验，推动拦门沙疏浚治理进程，抑制其自然发育速度，增强河道排沙入深海的能力；三要增加科学研究和观测经费，结合挖河固堤、口门疏浚实践加大河口的观测研究力度，继续开展专题研究工作。

作者单位：山东黄河河务局