1 项目重大意义

黄河问题研究属于事关国计民生的重大社会公益性研究。历史上黄河由暴雨洪水和冰凌洪水造成的水灾遍及全河，洪灾主要集中在下游，突出表现为频繁的洪水决口、泛滥和河流改道。黄河治理特别是下游治理，历来是民族兴邦的大事。自1946年人民治黄以来，黄河下游防洪取得了70年伏秋大汛不决口重大成就，初步形成了“上拦下排，两岸分滞”的防洪工程体系。

黄河下游大量泥沙淤积在中常洪水行洪通道，形成了“二级悬河”。在下游两岸大堤间的河道内，由于历史上黄河频繁改道，逐渐形成总面积约为3 000km²的广大滩区，长期被认为是稀遇洪水的行洪排洪空间。随着社会经济的发展，滩区居住的近190万人的生产生活用地不断挤压河道行洪空间，防洪安全与滩区发展的矛盾愈发突出。

随着学科进步、模拟手段发展、工程材料改进和国家支撑能力的增强，黄河河道与滩区治理将面临新机遇和挑战。“黄河下游河道与滩区治理研究”是国家重点研发计划项目之一，系国家重点研发层面首次设置的针对黄河下游河道与滩区治理的科研项目，为持续性支撑和引领黄河治理开发研究这一涉及国民经济和社会发展的主要研发领域提供了可能。

2 项目总体目标

针对黄河下游“二级悬河”凸显和防洪压力加大，滩区生产挤压行洪空间和受灾风险增高的多重现实问题，以及黄河水沙调控体系主要构架尚未形成、游荡型河段河势控制技术不足、河道输沙潜力难以挖掘和泥沙处置途径不清晰四方面技术需求，重点突破不同洪水条件下黄河下游河道稳定控制与行洪相适应，中小流量下河槽输沙能力提升机理与技术，黄河下游宽滩区稀遇洪水行洪空间确定方法及滩区良性治理三个关键技术问题。为此，项目总体目标为：明确黄河下游未来防洪最不利标准、防洪形势及河床演变趋势，提出游荡型河道综合稳定及河槽输沙能力提升的理论与技术措施，制定下游河床整体不淤高和滩地良性治理的技术方案，并进行河道与滩区治理工程示范，形成黄河下游河道与滩地治理体系，为黄河下游未来50年的治理提供科学技术支撑。该成果可应用于水利、水运、水电工程领域的研究中，可提高项目规划设计的效率，节省前期工作量和费用，加快前期工作进度，具有广阔的推广应用前景。

3 项目研究内容

（1）黄河下游未来洪水条件及其灾害情景。分析水沙时空演变特征，研究不同边界条件、驱动因素与特殊洪水事件的响应机制，确定未来50年下游来水来沙过程；建立集成分布式理论模型，结合实测洪水资料的非一致性洪水频率计算和参数估计方法，确定未来特殊洪水条件；通过预测、适应校正的多次迭代，形成防洪参数的概率分布区间，模拟下游多因素组合条件下的洪水演进过程，分析最不利条件下的洪水淹没范围、淹没水深、淹没历时等洪灾情景参数，预测未来凌情与凌汛灾害影响，确定下游未来防洪最不利标准；分析不同治理方案下河道与滩区洪灾情景，判明黄河下游未来防洪形势。

（2）黄河下游滩槽演变趋势和河槽变幅。揭示宽河段“二级悬河”河床形态病变成因及滩槽相互影响机理；预测未来50年滩槽冲淤情景和形态演化趋势；确定下游主槽稳定性平衡态的水文-地貌条件；研究黄河口未来50年堆积对下游河道的影响；揭示下游滩槽系统演变机理及河槽摆动幅度对水沙过程和入海流路变化的响应模式；基于冲积河流非平衡理论，评估未来50年黄河下游滩槽的稳定性和维持4 000m³/s流量的河槽形态、变幅与滩区规模，提出黄河下游治理方略。

（3）黄河下游河道输沙阈值及水沙调控作用潜力。分析排洪输沙能力时空演变特征及成因，揭示排洪输沙多因素耦合机理；构建河道稳定通量指标与输沙要素的相关关系图谱及其量化表达，提出维持4 000m³/s流量河床不淤高的输沙阈值；构建水库群调度与下游河道水沙演进一体化数值模型，分析水库调控和下游水沙响应关系及输沙潜力；基于未来水沙变化，考虑维持河道稳定通量的输沙阈值需求及水库群多目标优化调控后的输沙能力，开展外动力作用泥沙处置需求和功效研究，通过效益分析提出泥沙处置方案及潜力。

（4）黄河下游河势稳定控制与输沙能力提升技术。求解并优化主槽输沙的最佳断面与平面形态，研究稳定流路和输沙最优的主槽形态，揭示黄河下游游荡型河道综合稳定及河槽输沙能力提升的机理，给出能耗最小、输沙最大的控导工程边界形式；研究黄河下游中小水输沙及洪水期滩槽行洪情形，确定常态和特殊洪水行洪输沙共适应的河道工程边界空间布局方案；研发施工快、造价低、基础一次稳定、抗水毁能力强、可调控的河道治理工程技术，不抢险、不影响水沙交换的束流输沙专用技术。

（5）黄河下游滩区功能约束及其良性治理体系。评估下游滩地治理现状，找出关键影响因子，建立滩区功能定位的约束性指标体系和多目标规划模型，揭示滩区功能约束机制；开展特殊洪水演进过程模拟，得出未来防洪最不利条件下的洪灾情景参数，确定滩区规模及治理方案；开展滩区风险评价，提出治理适应性技术措施；研究滩区治理评价体系，构建黄河下游滩区良性治理体系。

（6）综合治理决策支持系统开发及治理方案优化。集成水文、水动力、泥沙输移、水库群优化调度、滩区功能规划等模型与虚拟现实技术，开展综合治理决策支持系统、水沙输移模型、多方案模拟集成及优化的研究；进行多因素多参数多工况条件下水库调度、下游洪灾情景模拟演示与预报预警研究；采用并行求解技术，制定出治理方案集，并在多目标约束条件下进行方案优化，实现滩槽良性治理与行洪安全的协同目标。

（7）黄河下游河势控制与滩区治理示范研究。结合“十三五”拟建的东明老君堂下延工程，开展集成示范研究，包括输沙能力提升工程、河势稳定控制与行洪共适应的工程和格堤生成技术等内容；优化工程设计和施工技术后对工程进行实施，通过原型观测，分析输沙和河势控制效果，综合评价示范工程治理效果，分析滩槽综合治理效益，提出推广建议，编制技术手册。

4 项目预期效益

项目预期产出的相关基础理论成果具有重要的科学价值，如：滩槽系统演变机理、能耗最小时水文-地貌条件及河道形态、河道综合稳定性判别、河槽输沙能力提升的动力学机理、滩区功能约束机制。项目预期将改进目前我国传统的河流整治技术体系，提出维持河槽稳定的技术措施；确定常态和特殊洪水行洪输沙共适应的工程边界空间布局；开发施工快、造价低、基础一次稳定、抗水毁能力强、可调控的专用工程技术。这些成果将为黄河下游综合治理提供工程设计所需要的相关参数、提出工程优化方案，为水利部门决策提供科学依据。示范工程采用的河道制导技术和滩区的避水工程可提升黄河下游滩地的利用率，对支持当地经济可持续发展将起到促进作用，对其它地区河流和滩区治理也有借鉴意义。