多沙宽河段渠槽滩库开发治理方法

摘要

本发明涉及一种多沙宽河段渠槽滩库开发治理方法，在多沙河段两侧原防洪大堤之间沿河道走向修筑有两主堤(新防洪大堤)构成的窄河槽，并在上、下游修筑大坝，在窄河槽至少一个主堤的内或外侧修筑有供水引沙渠，在窄河槽一侧或两侧外修筑有输水航运渠，输水航运渠与窄河槽或供水引沙渠相邻，或者为分体式，在主堤或渠堤与原防洪大堤之间的滩区可改造为由围堤围成的滩地和塘库，滩地可作为永久性的生产生活及建设发展用地，长期保留的塘库可用于非汛期蓄存水源及供水、汛期蓄洪补枯，并可用于滞蓄洪水。本发明的多沙宽河段渠槽滩库开发治理方法，可以有效防洪和处理利用泥沙，确保防洪安全，也可以提供充足的清水水源，供水成本低，并能开发利用该河段的水能、航运、旅游等资源，对改善生态环境有积极意义。

说明书

一、技术领域：

本发明涉及水利工程技术领域多沙河段开发治理方法，特别是涉及一种多沙宽河段渠槽滩库开发治理方法。

二、背景技术：

1855年黄河下游在铜瓦厢决口改道，夺大清河在山东省垦利县入渤海形成现行河道，河道长878km，落差约118m，两岸有临黄大堤1371km。河道上宽下窄、比降上陡下缓、排洪能力上大下小。河道内有滩地3544km²，占河道面积的84％，居住了河南、山东两省180多万人。150年来，当黄河还是一条天然河流时，减轻洪水威胁及其带来的灾害被视为治黄第一要务，虽然泥沙问题也逐步受到重视。

自1946年开始人民治黄60余年来，由于采取“宽河固堤，稳定主槽”的指导方针，为争取防洪主动，控制主溜摆动，在下游河道内兴修了大量的险工和控导工程，并初步建成了由三门峡、陆浑、故县和小浪底等4座干支流水库，东平湖、北金堤、南展、北展和大功等5个分滞洪区，河道整治工程及防洪大堤组成的黄河下游防洪工程体系，形成了“上拦下排、两岸分滞”控制和处理洪水，“拦、排、放、调、挖”处理和利用泥沙的治河方略，并取得了60余年伏秋大汛没有发生决口的伟大成就。但也应该清醒地认识到，我们为此所付出的惨痛代价。据统计，20世纪50年代，河道累计淤积泥沙36.1亿吨，由于洪水时水沙滩槽交换，泥沙77％淤在滩地上，23％淤在主槽，自然情况下，滩槽长期趋于同步抬高状态。由于泥沙在“宽河道”内的不断淤积，使河床以年平均0.1m的速度抬升。同样为防御花园口22000m³/s的洪水，大堤却不得不一次又一次地加高培厚。截至到目前，黄河下游已完成了四次全面大修堤。不仅如此，以淤筑“相对地下河”、稳定中水河槽为目标的，新一轮标准化堤防和河道整治工程建设，正在如火如荼地进行着。结果使得黄河下游河道成为一条横亘于黄淮海大平原，比新乡市地面高出20m，比开封市地面高出13m，平均高于两岸地面3～7m的“悬河”。

同时，由于自1958年汛后起，滩区普遍修建生产堤，隔断了水沙滩槽交换的通道，加上1985年以后进入下游的水沙显著减少，河道淤积主要集中在生产堤间，1965～1999年，黄河下游累计淤积泥沙54.17亿立方米，其中，79％的泥沙淤积在生产堤间，21％的泥沙淤积在生产堤外滩地上，使得河槽萎缩，滩唇高于堤根最大达6.0米，滩面横比降比纵比降大3倍，形成了槽高、滩低、堤根洼的“二级悬河”。对下游防洪造成更大威胁。

事实就是最好的证明：2002年黄河小浪底水库建成后的首次调水调沙试验期间，高村水文站最大流量只有2980m³/s，而濮阳、荷泽河段多处滩区进水、大面积受灾。由于滩面横比降大(12‰)，很快在滩地上形成400m×2m的串沟，串沟直冲大堤，并在堤河低洼地带顺堤行洪。2003年，黄河发生了自1982年以来最严重的一次洪水，但经三门峡、小浪底、陆浑、故县水库四库联调，洪水在花园口仅形成2500m³/s左右的流量。但就是这洪峰流量2500m³/s的洪水，就造成蔡集工程失控，下游滩区共有9处滩区漫滩，淹没面积47万亩，被水围困人口15万人，紧急外迁3.4万人。更有甚者，1996年8月洪水，花园口的洪峰流量7600m3/s，但相应水位高达94.73m，比1958年22300m3/s的相应水位高0.91m，比1982年15300m3/s的水位高0.74m。河南境内河段的水位几乎全线达到历史最高的水平。一百多年没有上过水的原阳、封丘高滩漫滩进水，淹没面积和水深均超过新中国成立以来的最高记录。

以目前的“宽河”治理黄河下游的指导思想，不仅滩区180多万人年年还要遭受洪水的威胁，而且大功和北金堤分滞洪区约300万人的发展也会受到防御特大洪水的限制。同时，下游引黄灌溉和引黄供水也因泥沙和水源的限制而得不到很好的发展，据统计：下游引黄涵闸总设计能力达3300多m³/s，引水干渠一般只能引到设计过流能力的60％，实际每年引水110m³左右，引沙1.2亿t；设计灌溉面积300多万hm²，实际灌溉面积不足200万hm²。

此外，在“宽河”状态下，不仅下游宽河段几十万千瓦的水能资源不能加以开发利用，而且由于主流来回摆动，水深太浅，就连河流最基本的航运功能，在宽河段都无法实现。更谈不上宽河段滩区、旅游等资源的开发利用了。

针对目前“宽河固堤，稳定主槽”的治河方略。不少治黄专家就不同角度提出了塑造窄深河槽的治河方略。例如齐璞提出的双岸整治方案：基于窄深河槽，按洪水期顺直微弯流路布置双岸整治工程，以缩窄河宽、增加槽深，使洪水冲刷向纵深方向发展，增大平滩流量，从而使水资源短缺、二级悬河及滩区、河口泥沙等诸多问题便得到妥善解决。崔树彬的渠化设想是：渠化方案采用“两渠挟一河”。“两渠”，即从小浪底或桃花峪坝下开始修两条渠道，沿黄河滩区直至河口，沿途有分水分沙或配水配沙的可远程监控涵闸。钱正英院士提出放弃“宽河固堤”，新修黄河大堤，缩窄堤距的战略思想：在治黄工作中“宽河固堤”不是通常意义的“宽河”，而是10km甚至20km以上的“宽河”。这种格局并非黄河下游的天然形态，并非黄河的自然规律，而是在人类对进入黄河下游的洪水和泥沙不能控制，没有能力整治游荡性河道的情况下，在历史上形成的，和当时生产力水平相适应的一种低级的人工防洪体系。反而，“宽河固堤”为游荡性河道提供广大的空间，以大面积的土地作为滞洪滞沙区，以牺牲这些地区来求得黄河下游流路的相对稳定。

三、发明内容：

本发明是克服现有技术存在的不足，设计并制作出一种多沙宽河段渠槽滩库开发治理方法。

技术方案：

一种多沙宽河段渠槽滩库开发治理方法，在多沙河段两侧一定距离宽度位置修筑有原防洪大堤，在原防洪大堤之间沿河道走向修筑有两主堤构成窄河槽，在多沙宽河段的上、下游修筑大坝，所述窄河槽与上、下游大坝相交处分别设有闸门组D1、D2，在所述窄河槽至少一个主堤的内或外侧修筑有供水引沙渠，单个供水引沙渠与窄河槽公用一主堤，供水引沙渠与上、下游大坝相交处分别设有闸门或闸门组G1、G2，在窄河槽一侧或两侧的供水引沙渠外侧修筑有输水航运渠，输水航运渠与窄河槽或供水引沙渠相邻，即两者公用一渠堤或主堤，或者输水航运渠与窄河槽或供水引沙渠为分体式，即输水航运渠有独立的双输水航运渠堤，输水航运渠与上游大坝相交处设有船闸H1和闸门组E1，与下游大坝相交处设有船闸H2和闸门组E2。输水航运渠的过流能力根据该河段以下沿河引水需求及该河段来水和输水航运渠等级要求等情况综合考虑确定。

在汛期河水上涨，含泥沙量大时，打开窄河槽上、下游大坝的闸门组D1、D2泄洪排沙，或同时打开输水航运渠上、下游大坝的闸门组E1、E2用于航运；在非汛期，关闭窄河槽上、下游大坝的闸门组D1、D2，打开输水航运渠上、下游大坝的闸门组E1、E2用于航运。

原防洪大堤与主堤或供水引沙渠堤或输水航运堤之间的滩区，包括有由围堤围成的滩地和塘库，滩地和塘库间隔分布，在该滩地上设有消力沉沙池，该消力沉沙池通过平坡或缓坡排水渠与所述塘库连通，窄河槽或供水引沙渠通过倒虹吸或闸门与所述消力沉沙池连通。

滩地短期可用于堆沙，直至齐平或略低于现防洪大堤，使其成为永久性的生产生活及建设、发展用地。

塘库则是永久保留的沿河引用清水的水源湿地，非汛期可用于蓄存水源、汛期可用于蓄洪补枯或分滞洪水。塘库底部的平均高程齐平或略低于窄河槽槽底高程。上、下游围堤临塘库一侧的边坡须衬砌，临滩地一侧的边坡无需衬砌，其高程应至少齐平围成该水库两端的渠堤或原防洪大堤最低位置的高程。

所述输水航运渠横断面为矩形或U型完全衬砌而成，其渠底为阶梯结构衬砌，输水航运渠的渠底上、下阶面均水平或近似水平衬砌，即输水航运渠上、下阶面的渠底纵坡为远小于河道纵比降缓坡或平坡，上、下阶面之间存在一定高度差，在上、下阶面交接处附近设有船闸室，或同时设有水电站。输水航运渠的过流能力根据该河段下游沿河引水需求、上游来水及航运需求等情况综合考虑确定。

窄河槽上游段包括中心的主槽和主槽两侧的边滩(窄河槽上游段为设有边滩、主槽的复式结构，末段为仅有主槽单式结构，且边滩的宽度由最大(首段)沿程逐渐收缩至零(末段)，首段最大过流能力必须满足防御非常洪水的要求，其中主槽边坡全部衬砌，边滩和主槽底部可全部或局部衬砌)，输水航运渠的渠底高程大于或等于主槽的底部高程，供水引沙渠的渠底高程大于或等于输水航运渠的渠底高程。

在供水引沙渠与沉沙池连通的出口处设有小型水电站，在排水渠上设有曼滩和拦污栅用于拦沙和拦污，排水渠末端设有小型水电站。

输水航运渠与窄河槽或供水引沙渠为分体式时，输水航运渠其中一侧的航运渠堤与供水引沙渠堤或主堤之间存在部分预留地带，在该预留地带可设有港区码头。

两主堤堤顶至少齐平或略高于原防洪大堤。

所述塘库在原防洪大堤上设有引水闸门或水电站。

所述供水引沙渠上游在大坝入口处设有排沙洞和清水入口，排沙洞内设有闸门G1，清水入口设有水电站。在汛期可以打开排沙洞内闸门G1排沙，在非汛期关闭排沙洞闸门G1。

所述输水航运渠在相邻的滩地设有港区码头。

所述窄河槽在下游大坝交接处设有闸门组D2和闸门组D3，闸门组D2使窄河槽与下游原河道连通，闸门组D3使窄河槽与下游蓄水湖区连通，所述输水航运渠的下游通过闸门或水电站与窄河槽连通，输水航运渠下游大坝通过船闸H2和闸门组E2使输水航运渠同时与蓄水湖区连通。

本发明的有益效果：

1、本发明的多沙宽河段渠槽滩库开发治理方法，可以有效防洪和排沙。窄河槽的作用是在汛期能迅速泄洪和排沙，确保防洪安全。窄河槽通过倒虹吸可以有效的将洪水和泥沙排放到滩区的消力沉沙池内，有利于防洪，再将泥沙外移，并在沉沙池与塘库之间设有拦沙的曼滩和拦污栅，从而使塘库内水质清澈。滩地可以用来建设港区码头等，也可用于发展农业生产或居住，塘库可以用来对外供水。滩地可直接堆沙至少数百亿吨，长期还可实施中远距离输沙至原防洪大堤外，其堆沙容积是无限的。可有效减少窄河槽河段以下河道的淤积，并有利于河口三角洲的治理和开发。

2、本发明的多沙宽河段渠槽滩库开发治理方法，供水方便、成本低。不仅可使灌区和城市引用清水，节省巨大的引黄渠道淤积泥沙的处理费用，而且还可通过蓄洪补枯，每年多供清水数十亿立方米，使黄河下游两岸扩大灌溉面积，发展高效农业，有了充足的水源保障。

3、本发明的多沙宽河段渠槽滩库开发治理方法，能充分利用水力资源发电。可有效地开发利用黄河下游宽河段的水能资源，例如供水引沙渠的上游大坝处设有水电站，供水引沙渠与沉沙池入口处可设有水电站，与塘库连通的排水渠出口及塘库出口也可设有水电站，而且在输水航运渠的两端坝口和中间阶梯处设有水电站等。

4、本发明的多沙宽河段渠槽滩库开发治理方法，充分利用河流进行航运。输水航运渠的设置可使黄河下游宽河段达到三级双线通航标准。

5、本发明的多沙宽河段渠槽滩库开发治理方法，不仅可使黄河下游宽河段100多万滩区居民永远摆脱因洪水困扰带来的苦难，还可提供给他们大量的从事畜牧业、水产养殖业、运输业、制造业、维修加工业、服务业、旅游业等的就业和创业机会，对建立和谐社会有重大的积极意义。

6、本发明的多沙宽河段渠槽滩库开发治理方法，可开发黄河下游宽河段1200平方公里左右的低滩区为塘库，对改善生态环境有重要作用。

7、本发明的多沙宽河段渠槽滩库开发治理方法，黄河下游宽河段的原两岸防洪大堤，塘库段予以保留，堆沙段的石料拆除用于修筑新大堤或滩库围堤。将标准化堤防工程中建设的防汛专用公路改为民用，并通过加修通往码头和附近城镇的公路，构成发展黄河下游旅游和客货运输的陆路交通网。为未来吸引投资，最终建立起以现大堤为基地的高新产业走廊，提供优良的投资环境。

8、本发明的多沙宽河段渠槽滩库开发治理方法，提供旅游资源。高效的农业、种植业、养殖业等观光园区，将是附近城市居民休闲度假的好去处。一座“水上长城”，一条水上运输大动脉，十几座水电站和大型港区、数十座滩地水库，则会吸引更多的国内外游客，非常利于推广实施。

四、附图说明：

图1是本发明多沙宽河段渠槽滩库开发治理结构示意图之一；

图2是图1的A-A剖面结构示意图；

图3是图1的B-B剖面结构示意图；

图4是图1的C-C剖面结构示意图；

图5是图1的I部放大结构示意图；

图6是图1的J部放大结构示意图；

图7是图1的K部放大结构示意图；

图8是图1的L部放大结构示意图；

图9是图1的M部放大结构示意图；

图10是图1的N部放大结构示意图；

图11是图1的D-D剖面结构示意图；

图12是图1的河道渠化出口结构示意图；

图13是输水航运渠及其与滩区间的部分应用结构示意图；

图14是供水引沙渠及其与滩区间的部分应用结构示意图；

图15是本发明多沙宽河段渠槽滩库开发治理结构示意图之二；

图16是图15的E-E剖面结构示意图；

图17是图15的F-F剖面结构示意图；

图18是图15的O部放大结构示意图；

图19是图15的河道渠化出口结构示意图。

图中标号1为河段上游大坝，2为河段下游大坝，3为主堤(窄河槽两侧大堤)，4为窄河槽，5为滩区，位于原防洪大堤与主堤或供水引沙渠堤或航运堤之间的滩区，并包括有由围堤围成的滩地51和塘库52，其中滩地51和塘库52间隔分布，6为输水航运渠渠堤，7为输水航运渠(航道)，8为船闸室，9为原防洪大堤，10为倒虹吸，11为船闸，12为供水引沙渠，13为供水引沙渠堤，14为放水闸门，15为围堤，16为曼滩和拦污栅，对排水渠拦沙和拦污，17是输水航运渠阶梯式衬砌的渠底，18为引水通道(连通于供水引沙渠与沉沙池)，19为下游原河道，20为引湖通道，21为排沙洞，22为清水入口，23为放水通道闸门，24为消力沉沙池，25为排水渠，26为预留地带(输水航运渠与窄河槽分离式时，位于输水航运渠与窄河槽或输水航运渠与窄河槽外侧的供水引沙渠之间地带)，27为水电站，28为港区码头，41是边滩(在上游两侧主堤之间间距较宽，设在窄河槽两边与主堤之间)，51是滩地，52是塘库。

五、具体实施方式：

实施例一：参见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14，一种多沙宽河段渠槽滩库开发治理方法，在多沙河段两侧一定距离宽度位置修筑有原防洪大堤9，在原防洪大堤9中心沿河道走向修筑有两主堤3构成窄河槽4，在多沙河段的上、下游修筑大坝1、2，所述窄河槽4与上、下游大坝1、2相交处分别设有闸门组D1、D2，在所述窄河槽4两个主堤3的外侧修筑有供水引沙渠12，单个供水引沙渠12与窄河槽4公用一主堤3，供水引沙渠12与上、下游大坝1、2相交处分别设有闸门或闸门组G1、G2，在窄河槽4一侧的供水引沙渠12外侧修筑有输水航运渠7，输水航运渠7与供水引沙渠12相邻，即两者公用一渠堤，输水航运渠7与上游大坝1相交处设有船闸H1和闸门组E1，与下游大坝2相交处设有船闸H2和闸门组E2。输水航运渠7的过流能力根据该河段以下沿河引水需求及该河段来水和输水航运渠等级要求等情况综合考虑确定。

在汛期河水上涨，泥沙量大，打开窄河槽4上、下游大坝1、2的闸门组D1、D2泄洪，或同时打开输水航运渠7上、下游大坝1、2的闸门组E1、E2用于航运，在非汛期，关闭窄河槽上、下游大坝的闸门组D1、D2，打开输水航运渠上、下游大坝的闸门组E1、E2用于航运。其中在上、下游大坝1、2的滩区5位置还设有闸门或闸门组F1、F2，F1用于对滩区5的塘库52供水，也可以用于特大洪水时候放洪使用，F2用于从塘库52放水使用。

所述输水航运渠7的渠底17为阶梯结构衬砌(如图3所示)，即输水航运渠7的渠底上、下阶面均水平或近似水平衬砌，上、下阶面之间存在一定高度差，在上、下阶面交接处附近设有船闸室8，船闸室8内设有上、下船闸11，同时在输水航运渠7阶梯处设有水电站27(如图3、图7、图13所示)。

输水航运渠7的渠底17高程大于或等于窄河槽4的底部高程，供水引沙渠12的渠底高程大于或等于输水航运渠7的渠底17高程(参见图4示意)。另外，由于上游两侧主堤3之间间距较宽，在窄河槽4两边与主堤3之间，设有边滩区41，采用窄河槽4缩窄河宽、增加槽深，使河槽冲刷向纵深方向发展，具有极强的输沙潜力和泄洪能力。为防止过度冲刷带来的不利影响，或者有特殊要求时，也可在槽底局部衬砌。

原防洪大堤9与供水引沙渠堤13或输水航运堤6之间的滩区5，滩区5包括有由围堤15围成的滩地51和塘库52，滩地51和塘库52间隔分布，在该滩地5上设有消力沉沙池24，该消力沉沙池24通过排水渠25与所述塘库52连通，窄河槽4通过倒虹吸10与所述消力沉沙池24连通，供水引沙渠12通过倒虹吸10(与滩地不相邻时)或直接通过闸门(与滩地相邻时)与消力沉沙池24连通(如图9、图10所示)。在汛期，窄河槽4不仅能直接沿纵向向下游泄洪、排沙，而且能通过与消力沉沙池24连通的倒虹吸10横向分洪排沙，有利于防洪和利用泥沙。滩区5的滩地51可以用来建设港区码头等，也可用于发展农业生产或居住，塘库52可以用来作为对外供水使用。滩地51可直接堆沙至少数百亿吨，长期还可实施中距离输沙至原防洪大堤9外，其堆沙容积是无限的。可有效减少窄河槽4河段以下河道的淤积，并有利于河口三角洲的治理和开发。

供水引沙渠12通常时间是较清的水，所以在供水引沙渠12与沉沙池24连通的出口处设有小型水电站27，在排水渠25上设有曼滩和拦污栅16用于拦沙和拦污，排水渠25末端设有小型水电站27(如图14所示)。

所述供水引沙渠12上游在大坝1入口处设有排沙洞21和清水入口22(如图8所示)，排沙洞21内设有闸门G1，主要用于汛期开闸放水引沙，清水入口22设有水电站27，其中排沙洞21位于接近窄河槽4一侧，清水入口22位于排沙洞21外侧。

所述输水航运渠7的靠近滩区5的一侧设有港区码头28(如图13所示)。

所述窄河槽4在下游大坝2交接处设有闸门组D2和闸门组D3(如图12所示)，闸门组D2使窄河槽4与下游原河道19连通，保证对下游正常供水，闸门组D3使窄河槽4通过引湖通道20与下游蓄水湖区连通，保证非汛期储水和航运使用，所述输水航运渠7的下游与窄河槽4通过放水通道闸门23连通，用于向原河道19供水，输水航运渠7下游大坝2通过船闸H2和闸门组E2使输水航运渠7通过引湖通道20与蓄水湖区连通。

实施例二：参见图15、图16、图17、图18、图19，编号与实施例一相同，意义相同，不重述，不同的是：输水航运渠7与窄河槽4为分体式或部分分体式，输水航运渠7有两侧渠堤(航运堤)6，在一侧的航运堤6与供水引沙渠堤13之间存在部分预留地带26，该实施方式主要适用于河道因地势走向可能出现弯曲回旋，然而输水航运渠7要尽量保持平直为宜，所以输水航运渠7不一定完全与窄河槽4保持平行，即输水航运渠7可以根据实际需要，整体与河道窄河槽4保持一直，局部与窄河槽4相邻或与窄河槽4分离，从而有利于航行。

另外在输水航运渠7一侧滩区5的部分可以设有港区码头28，或者输水航运渠7另一侧预留地带26上设有港区码头28。

实施例三：图未画，意义与实施例一基本相同，相同之处不重述，不同的是：供水引沙渠建筑在窄河槽的两个主堤内侧，从而输水航运渠与窄河槽公用一主堤。

实施例四：图未画，意义与实施例一基本相同，相同之处不重述，不同的是：由于窄河槽一侧的输水航运渠存在，将该侧(输水航运渠一侧)的供水引沙渠省去，并在输水航运渠上设有向外供水的引水闸门，实现向外供水或排沙。