2 三义寨引黄闸洪水标准及河道冲淤研究

2.1 流域概况

黄河是我国第二条大河，位于东经96°～119°，北纬32°～42°之间，西起青藏高原的巴颜喀拉山，东临渤海，北抵阴山，南至秦岭，流域面积75.2万km²（包括内流区为79.5万km²）。黄河发源于青藏高原巴颜喀拉山北麓的约古宗列盆地，流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南、山东九省（自治区），在山东垦利县注入渤海。干流全长5464km。流域地势大体是西高东低，约可分为三个阶梯，西部在青藏高原东侧，海拔在3000.00m以上，中部属黄土高原，海拔为1000.00～2000.00m，东部属华北平原，海拔在100.00m以下。自河源至内蒙古托克托县的河口镇为上游，河口镇至河南郑州桃花峪为中游，桃花峪至入海口为下游。

黄河上游兰州以上河段，河长2119km，流域面积222551km²。该河段植被较好，河源区多湖泊、沼泽，对洪水的调蓄作用较大。兰州至河口镇河段，流域面积163415km²，河长1352.6km，河道大部分穿行于宁蒙河套地区，河床宽阔，纵坡平缓，两岸为干旱半干旱黄土丘陵及沙漠地区，洪水行经此河段有较大的削减。

中游河口镇至龙门河段（以下简称河龙间），河长725.1km，流域面积111591km²，河道穿行于山、陕峡谷之间。流域内黄土区占68%，植被较差，沟壑纵横，支流众多，呈羽毛状汇入黄河。

龙门至三门峡河段（以下简称龙三间），流域面积190864km²，其中黄土区占59%，其间有泾、渭、北洛河和汾河汇入。干流河长242.1km，其中龙门至潼关河段长125.8km，河道宽度10km左右，对来自龙门以上的陡峻洪峰一般可削减20%～30%。

三门峡至小浪底河段（以下简称三小间），河长130km，为峡谷河段，比降为1‰左右，流域面积5734km²，流域内为土石山区，小支流众多，流域面积大于100km²的有16条，北岸支流分布较多，面积较大，河道较长，且比降较大；南岸支流较少，面积较小，河道较短，且比降较小。两岸支流大体上呈羽毛状汇入黄河。

小浪底至花园口河段（以下简称小花间），河长128km，自孟津以下河道出峡谷，宽3000～9000m，有较大的滞洪削峰作用。区间面积35881km²，有伊洛河与沁河两大支流汇入。

下游花园口至入海口，河长768km，河道高悬于地面之上，为举世闻名的地上“悬河”，全靠大堤束水行洪。上段流经河南境内，河道宽阔，一般堤距10km左右，河道槽蓄作用较大。下段流经山东境内，河道狭窄，堤距1～3km。该区流域面积22407km²，有金堤河和大汶河两支较大支流汇入。

目前黄河干流上已建的大型水利工程有龙羊峡、刘家峡、三门峡、小浪底水库等，其中龙羊峡水库设计总库容247亿m³，对黄河上游的洪水有较大的调节作用。小浪底水库设计总库容126.5亿m³，是黄河下游防洪工程体系的骨干工程之一。

2.2 气象

工程区的气象特征选择开封气象站1961～1990年资料统计分析，该地区多年平均气温14.1℃，最高气温42.9℃（1966年7月19日），最低气温-16℃（1971年12月27日）。多年平均地温16.1℃，最高地温69.7℃（1986年6月28日），最低地温-20.4℃（1990年1月31日）。多年平均降水量619.3mm。多年平均蒸发量1937mm。最大风速达20m/s以上，最大风速的风向多为北风或北偏东风。对工程最不利的风向是北风，据1961～1990年资料统计，北风最大风速均值为12.6m/s。开封气象站1961～1990年开封气象站气象资料统计见表2.2-1。

2.3 水文基本资料

黄河自1919年就开始设站观测。新中国成立前测站较少，新中国成立后，在干流各河段及较大支流上都设有水文观测站，雨量站更是遍及全流域，基本上能控制黄河各河段的水情和雨情。与黄河下游防洪工程建设有关的水文测站有黄河干流的花园口（秦厂）、小浪底、三门峡（潼关），伊洛河的东湾（嵩县）、陆浑、龙门镇、长水（故县）、宜阳、白马寺（洛阳）、黑石关，沁河的山路平、五龙口、小董（武陟），大汶河的戴村坝等，以上各站均为黄河干支流的一等水文站，测验精度较高，其实测水文资料均经过黄河水利委员会和各省有关单位的系统整编和多次复核审查，其精度可以满足黄河下游及大汶河设计洪水分析计算的要求。

从历次资料复核和审查情况看，认为新中国成立前特别是抗日战争期间水文资料的观测精度较差，新中国成立后水文资料的观测精度较高。

2.4 洪水

2.4.1 洪水特性

黄河下游开封市河段洪水主要由中游地区暴雨形成，洪水发生时间为6～10月。黄河中游的洪水，分别来自河龙间、龙三间和三花间这三个地区。各区洪水特性分述如下。

（1）河龙间和龙三间。河龙间属于干旱或半干旱地区，暴雨强度大（点暴雨一般可达400～600mm/d，最大点暴雨达1400mm/d），历时较短（一般不超过20h，持续性降雨可达1～2d），日暴雨50mm以上的笼罩面积达20000～30000km²，最大可达50000～60000km²。一次洪水历时，主峰过程为1d，持续历时一般可达3～5d，形成了峰高量小的尖瘦型洪水过程。区间发生的较大洪水，洪峰流量可达11000～15000m³/s，实测区间最大为18500m³/s（1967年），日平均最大含沙量可达800～900kg/m³。该区间是黄河粗泥沙的主要来源区。

龙三间的暴雨特性与河龙间相似，但由于受到秦岭的影响，暴雨发生的频次较多，历时较长，一般为5～10d，秋季连阴雨的历时可达18d之久（1981年9月）。日降雨强度为100mm左右，中强降雨历时约5d，大于50mm雨区范围达70000km²。该区间所发生的洪水为矮胖型，洪峰流量为7000～10000m³/s。该区间除泾河支流马莲河外，为黄河细泥沙的主要来源区，渭河华县站的日平均最大含沙量为400～600kg/m³。

以上两个区间洪水常常相遭遇，如1933年和1843年洪水。这类洪水主要是由西南东北向切变线带低涡天气系统产生的暴雨所形成，其特点是洪峰高、洪量大，含沙量也大，对黄河下游防洪威胁严重。下游防洪中把这类洪水简称为“上大洪水”。

（2）三花间。三花间属于湿润或半湿润地区，暴雨强度大，最大点雨量达734.3mm/d（1982年7月），一般为400～500mm/d，日暴雨面积为20000～30000km²。一次暴雨的历时一般为2～3d，最长历时达5d。该区间所发生的洪水，多为峰高量大的单峰型洪水过程，历时为5d（1958年洪水）；也发生过多峰型洪水过程，历时可达10～12d（1954年洪水）。区间洪水的洪峰流量一般为10000m³/s左右，实测区间最大洪峰流量为15780m³/s，洪水期的含沙量不大，伊洛河黑石关站日平均最大含沙量为80～90kg/m³。三花间的较大洪水，主要是由南北向切变线加上低涡或台风间接影响而产生的暴雨所形成，具有洪水涨势猛、洪峰高、洪量集中、含沙量不大、洪水预见期短等特点，对黄河下游防洪威胁最为严重。这类洪水称为“下大洪水”。

小浪底水库建成后，威胁黄河下游防洪安全的主要是小花间洪水，据实测资料统计，小花间的年最大洪峰流量从5～10月均有出现，而较大洪峰主要集中在7月、8月。值得注意的是，小花间的大洪水，如223年、1761年、1931年、1935年、1954年、1958年、1982年等，洪峰流量均发生在7月上旬至8月中旬之间，时间更为集中。

由于小花间暴雨强度大、历时长，主要产洪地区河网密集，有利于汇流，故形成的洪水峰高量大。一次洪水历时约5d，连续洪水历时可达12d。

2.4.2 洪水遭遇与组成

由于黄河流域面积大，上中下游各区的气候特性和暴雨特性各不相同，故各区所发生的洪水并不同时遭遇。从实测和调查资料统计分析，花园口站大于8000m³/s的洪峰流量，都是以中游地区来水为主所造成的；兰州站相应来水流量一般仅2000～3000m³/s，组成花园口洪水的部分基流。下游为地上河，汇入水流较少。花园口站各类较大洪峰流量、洪水流量组成见表2.4-1。

表2.4-1中可以看出，以三门峡以上来水为主的洪水，三门峡洪峰流量占花园口的90%以上，12天洪量占花园口的85%以上。以三花间来水为主的洪水，三门峡洪峰流量占花园口的20%～30%，12天洪量占花园口的40%～60%。

从表2.4-1中还可看出，以三门峡以上来水为主的“上大洪水”和以三花间来水为主的“下大洪水”一般不相遭遇。

2.4.3 干流有关站及区间设计洪水

（1）设计洪水峰、量值。与黄河下游防洪工程建设设计洪水有关的干流站及区间有三门峡、花园口、三花间。以上各站及区间的设计洪水，曾进行过多次频率分析。在1975年，为满足黄河下游防洪规划的需要，曾对三门峡、花园口、三花间等站及区间的洪水进行了比较全面的频率分析（采用洪水系列截止1969年），其中主要站及区间的成果经水电部1976年审查核定。

在小浪底水利枢纽初步设计和西霞院水利枢纽可行性研究中，分别于1980年、1985年、1994年三次对以上各站及区间的设计洪水进行了分析计算，设计洪水成果与1976年审定成果相比减小5%～10%，根据水利部规划设计总院审查意见，仍采用1976年审定成果。各有关站及区间设计洪峰流量、洪水流量值见表2.4-2。

近期完成的《黄河下游长远防洪形势和对策研究报告》中，将三门峡、花园口站的洪水系列延长至1997年，对其设计洪水成果又进行了复核。复核后的三门峡、花园口两站设计洪水成果较原审定成果略有减小，但变化不大。三门峡洪峰流量减小10%左右，时段洪量减小5%左右；花园口各频率洪峰、洪量减少5%以内；三花间设计洪峰流量减小10%左右，设计洪量变化不大；小花间设计洪峰流量减小10%左右，设计洪量减小5%左右。洪水成果尚未审查，从安全考虑，本次仍推荐采用1976年审定成果。

（2）设计洪水过程线。黄河下游大堤的设防标准是以花园口断面的洪水为准，按放大典型洪水的方法计算设计洪水过程。

根据黄河下游洪水的来源及特性，以三门峡以上来水为主的“上大洪水”，选1933年8月洪水为典型。以三花间来水为主的“下大洪水”，选1954年8月、1958年7月、1982年8月洪水作为典型。各典型洪水地区组成情况见表2.4-3。

从表2.4-3中可知，“下大洪水”的三个典型小陆故花间（无控制区）洪水占三花间的比例在40%以上，12d洪量的最大比例可达58%，与无控制区占三花间的面积比（62.8%）接近，因此，三个典型年可以代表无控制区来水为主的洪水，对黄河下游防洪是安全的。

设计洪水的地区组成：对不同来源区的洪水采用不同的地区组成，对三门峡以上来水为主的“上大洪水”，地区组成为三门峡、花园口同频率，三花间相应；对三门峡至花园口区间来水为主的“下大洪水”，地区组成为三花间、花园口同频率，三门峡相应。设计洪水过程组成：按峰、量同频率控制放大。

2.4.4 工程运用后黄河下游的设计洪水

小浪底水库建成后，黄河下游防洪工程体系的上拦工程有三门峡、小浪底、陆浑、故县四座水库；下排工程为两岸大堤，设防标准为花园口流量22000m³/s；两岸分滞工程为东平湖滞洪水库，进入黄河下游的洪水须经过防洪工程体系的联合调度。

（1）水库联合防洪运用方式。

1）小浪底水库防洪运用方式。当五站（龙门镇、白马寺、小浪底、五龙口、山路平）预报（预见期8h）花园口洪水流量小于8000m³/s，控制汛限水位，按入库流量泄洪；预报花园口洪水流量大于8000m³/s，含沙量小于50kg/m³，小花间来洪流量小于7000m³/s，小浪底水库控制花园口8000m³/s。此后，小浪底水库须根据小花间洪水流量的大小和水库蓄洪量的多少来确定不同的泄洪方式。

①水库在控制花园口8000m³/s运用过程中，当蓄水量达到7.9亿m³时，反映了该次洪水为“上大洪水”且已超过了5年一遇标准，小浪底水库可按控制花园口10000m³/s泄洪。此时，如果入库流量小于控制花园口10000m³/s的控制流量，可按入库流量泄洪。当水库蓄洪量达20亿m³，且有增大趋势，说明该次洪水已超过三门峡站100年一遇洪水，为了使小浪底水库保留足够的库容拦蓄特大洪水，需控制蓄洪水位不再升高，可相应增大泄洪流量，允许花园口洪水流量超过10000m³/s，可由东平湖分洪解决。此时，如果入库流量小于水库的泄洪能力，按入库流量泄洪；入库流量大于水库的泄洪能力，按敞泄滞洪运用。当预报花园口10000m³/s以上洪量达20亿m³，说明东平湖水库将达到可能承担黄河分洪量17.5亿m³。此后，小浪底水库仍需按控制花园口10000m³/s泄洪，水库继续蓄洪。当预报花园口洪水流量小于10000m³/s，仍按控制花园口10000m³/s泄流，直至泄空蓄水。

②水库按控制花园口8000m³/s运用的过程中，水库蓄洪量虽未达到7.9亿m³，而小花间的洪水流量已达7000m³/s，且有上涨趋势，反映了该次洪水为“下大洪水”。此时，小浪底水库按下泄发电流量1000m³/s控制运用；当水库蓄洪量达7.9亿m³后，开始按控制花园口10000m³/s泄洪。但在控制过程中，水库下泄流量不小于发电流量1000m³/s。

2）三门峡水库的调洪运用方式。

①对三门峡以上来水为主的“上大洪水”，水库按“先敞后控”方式运用，即水库先按敞泄方式运用；达本次洪水的最高蓄水位后，按入库流量泄洪；当预报花园口洪水流量小于10000m³/s时，水库按控制花园口10000m³/s退水。

②对三花间来水为主的“下大洪水”，三门峡水库的运用方式为：小浪底水库未达到花园口百年一遇洪水的蓄洪量26亿m³前，三门峡水库不承担蓄洪任务，按敞泄运用。小浪底水库蓄洪量达26亿m³，且有增大趋势，三门峡水库开始投入控制运用，并按小浪底水库的泄洪流量控制泄流，直到蓄洪量达本次洪水的最大蓄量。此后，控制已蓄洪量，按入库流量泄洪；直到小浪底水库按控制花园口10000m³/s投入泄洪运用时，三门峡水库可按小浪底水库的泄洪流量控制泄流，在小浪底水库之前退水。

3）陆浑、故县水库调洪运用方式。当预报花园口洪水流量达到12000m³/s且有上涨趋势时，水库关闸停泄。当水库蓄洪水位达到蓄洪限制水位时，按入库流量泄洪。当预报花园口洪水流量小于10000m³/s，按控制花园口10000m³/s泄洪。

（2）工程运用后黄河下游洪水情况及设防流量。按照以上水库联合调度运用方式，对各级各典型设计洪水进行防洪调度计算，经过河道洪水演进，黄河下游开封市附近控制断面的各级洪水流量见表2.4-4。根据《黄河近期重点治理开发规划》近期应确保防御花园口站洪峰流量22000m³/s堤防不决口。从该表中可以看出，花园口22000m³/s设防流量相应的重现期为近1000年。

2.5 径流、泥沙

2.5.1 黄河下游水沙特性及近期变化特点分析

小浪底水库投入运用之前，进入下游的水沙量用三门峡、黑石关和武陟（小董）三站之和来表示；小浪底水库投入运用之后，进入下游的水沙量用小浪底、黑石关和武陟三站之和来表示。

（1）来水来沙异源。黄河中下游干支流主要控制站的水沙特征值见表2.5-1。1950年7月～1999年6月，多年平均进入黄河下游（三黑武）的水量、沙量分别为407.1亿m³、12.05亿t。黄河具有水沙异源的特性。进入黄河下游的水沙主要来自3个区间：一是河口镇以上，来水多来沙少，水流较清，河口镇多年平均水量占三黑武的56.2%，而年沙量仅占9.8%；二是河口镇至三门峡区间（以下简称河三区间），来水少来沙多，水流含沙量高；三是伊洛河和沁河，为黄河又一清水来源区，两条支流合计，多年平均年水量占三黑小的9.6%左右，而年沙量仅占1.9%。表明进入下游的水量大部分来自河口镇以上，沙量则主要来自河口镇以下的河三区间。

（2）水沙量年际、年内分布不均。水沙量年际间分布不均。进入下游的最大年沙量为1933年的37.63亿t，为最小年沙量1.85亿t（1961年）的20.3倍；最大年水量为753.7亿m³（1964年），为最小年水量178.7亿m³（1991年）的4.2倍。

水沙量年内分布不均，主要集中于汛期。三黑武多年平均汛期水量占全年水量的55.9%，汛期沙量占全年沙量的87.7%。

（3）近期水沙变化特点。20世纪80年代中后期以来，进入下游的年平均水量为275.2亿m³，仅占长系列来水量的67.6%，汛期水量减少尤其突出，仅为长系列的56.6%；20世纪80年代和90年代沙量分别为8.0亿t、9.52亿t，也比长系列减少。水量减少主要是由于黄河处于相对枯水期，同时工农业用水也迅速增加；沙量减少主要是由于中游地区暴雨强度和频次减少，同时水土保持也起一定作用。由于龙羊峡水库调节，进入黄河下游水沙量及年内分配变化和三门峡入库水沙变化类似，汛期来水比例减少。

1999年10月小浪底水库蓄水运用以来至2010年10月，进入下游（小黑武）的年平均水沙量分别为233.7亿m³和0.63亿t，仅为长系列的57.4%和5.2%，汛期来水比例进一步减少，仅为全年水量的37.1%，沙量集中在汛期，汛期沙量占全年的91.3%。

2.5.2 水平年来水来沙条件分析

目前完成的《黄河流域综合规划》采用基准年为2008年，规划近期水平年为2020年，规划在分析黄河水沙变化特点和未来水沙变化趋势的基础上，研究提出了2020年水平流域主要控制站设计水沙条件，并选取1968～1979年+1987～1996年22年系列作为典型水沙代表系列分析预估未来下游河道冲淤演变趋势，该水沙代表系列四站（龙门、河津、华县、状头）及进入下游的水沙条件表2.5-2。

由表2.5-2可以看出，选取的水沙代表系列四站年均水量为278.03亿m³，年均沙量为10.77亿t，平均含沙量38.7kg/m³。经河道及水库冲淤调整后，进入下游年平均水量为279.33亿m³，年平均沙量为6.94亿t。2008～2020年，由于小浪底水库的继续拦沙，进入下游的沙量较少，为4.63亿t，平均含沙量为16.0kg/m³，2020年后随着小浪底水库拦沙期的结束，进入下游的沙量及含沙量又有明显增加。

2.6 河道冲淤

2.6.1 河道基本情况

黄河干流在孟津县白鹤镇由山区进入平原，经华北平原，于山东垦利县注入渤海，河长881km。由于进入黄河下游水少沙多，河床不断淤积抬高，主流摆动频繁，现状下游河床普遍高出两岸地面4～6m，部分地段达10m以上，并且仍在淤积抬高，成为淮河和海河流域的天然分水岭。下游河道基本情况见表2.6-1。

从孟津县白鹤镇至河口，除南岸郑州以上的邙山和东平湖至济南为山麓外，其余全靠大堤控制洪水，按其特性可分为四段：高村以上河段，长299km，河道宽浅，水流散乱，主流摆动频繁，为游荡型河段，两岸大堤之间的距离平均为8.4km，最宽处20km；高村至陶城铺河段，长165km，该河段在近20年间修了大量的河道整治工程，主流趋于稳定，属于由游荡型向弯曲型转变的过渡型河段，两岸堤距平均为4.5km；陶城铺至河口河段，现状为受到工程控制的弯曲型河段，河势比较规顺，长322km，两岸堤距平均为2.2km；宁海以下的河口段两岸有胜利油田，随着黄河入海口的淤积、延伸、摆动，流路发生变迁，现状流路为1976年改道的清水沟流路，已行河至今，由于进行了一定的治理，1996年改走清8汊河以来，河道基本稳定。

黄河下游河道在平面上上宽下窄，河道断面多为复式断面，一般有滩槽之分。主槽部分糙率小、流速大，是排洪的主要通道。主槽过流能力占全断面过流能力的百分数，夹河滩以上大于80%，夹河滩—孙口为60%～80%。滩地糙率大、流速低，过流能力小，但对洪水有很大的滞蓄削峰作用，陶城铺以上特别是高村以上河宽滩大，削减洪峰流量的作用十分明显，如1958年花园口站最大洪峰流量为22300m³/s，孙口站的洪峰流量仅为15900m³/s。1958年后，沿滩唇修建了生产堤，影响了洪水漫滩，加速了主槽淤积，形成槽高、滩低、堤根洼的二级悬河局面。为了扭转这种情况，1974年经国务院批准废除生产堤，但是迟迟未能落实，1992年才按国家防洪要求，破除口门长度达生产堤总长度的50%。

2.6.2 河道冲淤特性

黄河下游河道的冲淤变化主要取决于来水来沙条件、河床边界条件以及河口侵蚀基准面。其中来水来沙是河道冲淤的决定因素。每遇暴雨，来自黄河中游的大量泥沙随洪水一起进入下游，使下游河道发生严重淤积，尤其是高含沙洪水，下游河道淤积更为严重，河道冲淤年际间变化较大。黄河下游河道呈现“多来、多淤、多排”和“少来、少淤（或冲刷）、少排”的特点。利用多年观测资料分析，天然情况下，黄河下游河道多年平均淤积3.61亿t，河床每年以0.05～0.1m的速度抬升。

1950年以来黄河下游建立了系统的水文观测站，1960年以来黄河下游进行了系统的大断面统测，为分析黄河下游的冲淤特性提供了重要的科学依据。黄河下游各河段冲淤量统计见表2.6-2和表2.6-3。

2.6.2.1 天然情况下河道冲淤特性

1950～1960年为三门峡水库修建前的情况，年均水沙量约480亿m³，平均含沙量37.5kg/m³，黄河下游河道年平均淤积量为3.61亿t。随着水沙条件的变化，淤积量年际间变化大。发展趋势是淤积的，但并非是单向的淤积，而是有冲有淤。总的来看，具有下列特性。

（1）沿程分布不均，宽窄河段淤积差异大。从纵向淤积分布看，艾山以上宽河段淤积量明显大于艾山以下窄河段。艾山以下窄河段年均淤积量为0.45亿t，占全下游淤积量3.61亿t的12.5%；艾山以上淤积量占全下游淤积量3.61亿t的87.5%。

（2）主槽淤积量小，滩地淤积量大，滩槽同步抬升。20世纪50年代发生洪水次数多，大漫滩机遇多，大漫滩洪水一般滩地淤高，主槽刷深，不漫滩洪水、平水和非汛期主槽淤积。受来水来沙条件的影响，滩地年平均淤积量2.79亿t，主槽淤积量0.82亿t。该时期滩地淤积量大于主槽淤积量，但由于滩地面积大，淤积厚度基本相等，滩槽同步抬高。

2.6.2.2 近期河道冲淤特性

1986年以来，由于龙羊峡水库的投入运用，进入下游的水沙条件发生了较大变化，主要表现在汛期来水比例减少，非汛期来水比例增加，洪峰流量减小，枯水历时增长，下游河道主要演变特性如下。

（1）河道冲淤量年际间变化较大。1985年10月至1999年10月下游河道总淤积量30.10亿t，年均淤积量2.15亿t。与天然情况和三门峡水库滞洪排沙期相比，年淤积量相对较小，该时段淤积量较大的年份有1988年、1992年、1994年和1996年，年淤积量分别为5.01亿t、5.75亿t、3.91亿t和6.65亿t，四年淤积量占时段总淤积量的74.3%。1989年来水400亿m³，沙量仅为长系列的一半，年内河道略有冲刷，河道演变仍遵循丰水少沙年河道冲刷或微淤，枯水多沙年则严重淤积的基本规律。

（2）横向分布不均，主槽淤积严重，河槽萎缩，行洪断面面积减少。该时期由于枯水历时较长，前期河槽较宽，主槽淤积严重。从滩槽淤积分布看，主槽年均淤积量1.67亿t，占全断面淤积量的69.9%。滩槽淤积分布与20世纪50年代相比发生了很大变化，该时期全断面年均淤积量为50年代下游年均淤积量的65%，而主槽淤积量却是50年代年均淤积量的2倍。

（3）漫滩洪水期间，滩槽泥沙发生交换，主槽发生冲刷，对增加河道排洪有利。近期下游低含沙量的中等洪水及大洪水出现几率的减少使黄河下游主河槽淤积加重，河道排洪能力明显降低。1996年8月花园口洪峰流量7860m³/s的洪水过程中，下游出现了大范围的漫滩，淹没损失大，但从河道演变角度看，发生大漫滩洪水对改善下游河道河势及增加过洪能力是非常有利的。

（4）高含沙量洪水机遇增多，主槽及嫩滩严重淤积，对防洪威胁较大。1986年以来，黄河下游来沙更为集中，高含沙量洪水频繁发生。高含沙量洪水具有以下演变特性。

1）河道淤积严重，淤积主要集中在高村以上河段的主槽和嫩滩上。

2）洪水水位涨率偏高，易出现高水位。

3）洪水演进速度慢等特性。

2.6.2.3 小浪底水库运用以来下游河道冲淤特性

小浪底水库运用以来，黄河下游各个河段均发生了冲刷，截至2010年10月白鹤至利津河段累计冲刷19.40亿t。下游河道各河段断面法冲淤量见表2.6-4。

从冲刷量的沿程分布来看，高村以上河段冲刷较多，高村以下河段冲刷相对较少。其中高村以上河段冲刷14.02亿t，占冲刷总量的72.3%；高村至艾山河段冲刷2.66亿t，占下游河道冲刷总量的13.7%；艾山至利津河段冲刷2.72亿t，占冲刷总量的14.0%。

从冲刷量的时间分布来看，冲刷主要发生在汛期。汛期下游河道共冲刷13.28亿t，占年总冲刷量的68.5%，河段呈现出全线冲刷；非汛期下游河道共冲刷6.12亿t，占年总冲刷量的31.5%，艾山以上河段呈现出冲刷，其中冲刷主要发生在花园口至高村河段，冲刷量6.83亿t，冲刷向下游逐渐减弱，艾山至利津则淤积0.81亿t。

2.6.3 河道冲淤变化预测

黄河下游河道的冲淤变化极其复杂，主要取决于来水来沙条件和下游河道的边界条件等因素。根据选取的设计水沙代表系列，利用水沙数学模型对2008～2020年下游河道冲淤变化过程进行计算预测，见表2.6-5。

2008年7月至2020年6月，由于小浪底水库继续发挥拦沙作用，下游河道持续冲刷，下游利津以上河道累计冲刷量为4.30亿t，年均冲刷0.36亿t，冲刷主要发生在高村以上河段，冲刷量占全下游的74.2%，高村以下河段冲刷量占全下游河段的25.8%。由于该时段处于小浪底水库的主要拦沙期，进入下游的水流含沙量较低，有利于主河槽的冲刷，平滩流量增加，高村以上河段水沙过程基本不漫滩，冲刷主要在主槽；高村以下河段，大洪水漫滩，滩地发生淤积，河槽发生冲刷，高村至艾山、艾山至利津河段滩地淤积量分别为0.12亿t、0.08亿t，主槽冲刷量分别为0.74亿t、0.57亿t。

1961～1964年三门峡水库蓄水拦沙运用时期，年平均水沙量分别为592.7亿m³和7.79亿t，设计水沙量与其相比，水沙量均有所减少；1961～1964年全下游累计冲刷24.04亿t，冲刷主要发生在高村以上河段，占全下游冲刷量的68%，该次预测的设计成果冲刷量也主要发生在高村以上河段，与实际情况比较相符。

从纵剖面分析，花园口以上河段、花园口—高村、高村—艾山、艾山—利津河段，主槽的冲刷深度分别为0.52m、0.41m、0.38m、0.32m，主槽冲刷下切，且冲刷量有上大下小的特点。与三门峡蓄水拦沙期相比，1961年10月至1964年10月，花园口、夹河滩、高村、艾山和利津，主槽的冲刷深度分别为1.30m、1.32m、1.33m、0.75m和0m。

2.7 堤防工程设计水位

水利部审定的《黄河下游防洪“九五”可行性研究报告》，对2000年设计洪水位进行了预估，开封市堤段邻近断面成果见表2.7-1。本次采用水力因子法、流量面积法、冲淤改正法及水位涨率法等方法，按冲淤变化后的2020年河道边界，计算出2020年沿程设计洪水位（见表2.7-1）。通过对本次计算的2020年水平设计洪水位与《黄河下游防洪“九五”可行性研究报告》2000年水平设计洪水位对比，可以看出，2020年设防水位略低于2000年水平设防水位。考虑到小浪底水库拦沙完成后，黄河下游河床还要淤积升高，为统一建设标准，仍然采用2000年水平设计洪水位，作为堤防工程建设的依据。

根据《黄河下游防洪“九五”可行性研究报告》推算的2000年水平各水文站、水位站及临黄大堤10km间距对应桩号的沿程设防水位，按距离直线内插求得开封市右岸堤段每公里桩的设防水位（黄海高程），见表2.7-2。

2.8 三义寨引黄闸设计水位

2.8.1 设计水平年

根据《黄河下游标准化堤防工程规划设计与管理标准（试行）》（黄建管〔2009〕53号），黄河下游水闸工程（包括新建和改建）防洪标准：以防御花园口站22000m³/s的洪水为设计防洪标准，设计洪水位加1m为校核防洪标准。

工程建成后第30年作为设计水平年。三义寨引黄闸计划2013年建成，设计水平年以工程建成后的第30年作为设计水平年，即2043年为设计水平年。

2.8.2 设计和校核防洪水位

（1）设计防洪水位的起算水位。小浪底水库投入运用以来，水库拦沙和调水调沙运用，黄河下游河道呈现冲刷态势。根据《黄河下游标准化堤防工程规划设计与管理标准（试行）》，设计防洪水位以小浪底水库运用后，黄河下游河道淤积恢复到2000年状态的设防水位作为起算水位。根据黄委会关于印发《黄河下游病险水闸除险加固工程设计水位推算结果》的通知（黄规计〔2011〕148号），小浪底水库运用后下游河道2020年左右冲刷达到最大，2028年左右淤积恢复到2000年状态，即以2028年设防水位作为起算水位。

三义寨引黄闸位于夹河滩水文站与石头庄水位站之间，因此，三义寨引黄闸的设计防洪水位的起算水位可以根据夹河滩、石头庄站的水位按照距离内插求出。夹河滩和石头庄断面2000年水平设防水位分别为78.35m、69.41m，插值计算得三义寨引黄闸处设防水位为75.77m，作为起算水位。

（2）设计防洪水位。根据黄河水利委员会关于印发《黄河下游病险水闸除险加固工程设计水位推算结果》的通知（黄规计〔2011〕148号），黄河下游河道2028年左右淤积恢复到2000年状态后，花园口—高村河段年平均淤积抬升速率为0.062m/年。2028～2043年该河段共淤积抬升0.93m，计算得三义寨引黄闸2043年防洪水位为76.70m。

（3）校核防洪水位。校核防洪水位：H_校核=H_设防+Δh=76.70+1.00=77.70（m）。

2.8.3 设计引水位

（1）设计引水相应大河流量。设计引水相应大河流量，应遵循上、下游统筹兼顾的原则，按表2.8-1采用。夹河滩和高村站设计引水相应大河流量分别为500m³/s和450m³/s，三义寨引黄闸取水口位于夹河滩（二）水文站（迁站之前）下游仅约4km，距高村水文站较远，因此，引黄闸处设计引水相应大河流量采用夹河滩站流量，即为500m³/s。

（2）设计引水位。设计引水相应大河流量的水位即为设计引水水位，设计引水水位采用工程修建时前三年平均值。

根据夹河滩、高村站实测流量成果，点绘2009～2011年夹河滩、高村水文断面处水位流量关系，见图2.8-1和图2.8-2。

设计引水位推算采用以下两种方法。

方法一：利用夹河滩2009～2011年实测水位流量关系曲线，查出大河流量500m³/s时，相应的水位平均值=73.76m，夹河滩至三义寨河段大河比降取0.163‰，推算至三义寨引黄闸引水口处大河的水位为71.17m，换算为黄海为69.96m。

方法二：由2009～2011年夹河滩、高村水文站断面处水位流量关系曲线，分别求出当大河流量500m³/s相应的水位平均值=73.89m、=59.72m，进而利用直线内插求得三义寨引黄闸引水口处大河的设计引水位71.19m，换算为黄海为69.98m。

两种方法计算结果差别不大，另外，根据三义寨引黄闸附近三义寨断面（闸上游500m）和丁圪垱断面（闸下游500m）2011年4月16日实测大断面测量时的水边点高程70.31m和69.61m，推算三义寨引黄闸处约为70.09m，相应夹河滩水文站日均流量为640m³/s，闸前水位与以上两种方法计算差别不大。

综合以上分析，从引水安全出发，选取三义寨引黄闸引水口处大河流量500m³/s时相应水位69.96m，作为三义寨引黄闸的设计引水位。

2.8.4 引水能力复核水位

小浪底水库运用以来，通过水库拦沙和调水调沙使黄河下游主槽发生持续的冲刷下切，同流量水位明显下降，因此，引水闸底板高程设计时，还应充分考虑水库对下游河槽继续冲刷下切的影响。根据《小浪底水库拦沙后期防洪减淤运用方式研究技术报告》中推荐方案计算成果，从2008年起，黄河下游主槽累计最大冲刷量为7.69亿t，其中花园口至高村冲刷3.14亿t。

考虑到2008～2011年花园口—高村河段实际已冲刷1.75亿t，因此在2011年现状基础上，花园口—高村河段还可以冲刷1.39亿t，根据主河槽面积，求得相应河槽平均降低约0.4m，则相应大河500m³/s流量时的三义寨引黄闸前最低水位为69.56m。

2.8.5 最高运用水位

根据黄河下游河道河势变化分析，当河道洪水流量达5000m³/s时，开闸引水可能引起河道主流变化，将大溜拉至引水口附近，造成大溜顶冲工程的危险局面，因此，在黄河流量达到5000m³/s以上时，不宜开闸引水。

黄河防总颁布的2000年黄河下游各控制站断面水位—流量关系成果，夹河滩和石头庄断面2000年5000m³/s流量相应水位分别为76.69m、67.94m，插值计算得三义寨引黄闸前水位为74.16m，2028～2043年河床淤积抬升0.93m，分析得出，设计水平年（2043年）三义寨引水闸前5000m³/s水位抬升至75.09m，以此作为三义寨引黄闸最高运用水位。