。1)現(xiàn)行河道的演變和形成。山東黃河現(xiàn)行河道是1855年(清咸豐五年)黃河在河南蘭陽(yáng)(今蘭考縣境內(nèi))銅瓦廂決口,從東壩頭改道東北流,穿過(guò)運(yùn)河奪大清河入渤海后形成的。改道之初兩岸并無(wú)堤防,為多股漫流狀態(tài)。直到同治末年,新河堤防才逐漸興建,到光緒十年(公元1884年)全面完成。1938年6月,國(guó)民黨軍隊(duì)在鄭州花園口扒開黃河大堤,企圖阻止日軍進(jìn)攻,致使黃河改道南行經(jīng)淮河入黃海。1947年3月,花園口決口堵復(fù),黃河回歸山東故道。此后,黃河下游河道一直穩(wěn)定在現(xiàn)行流路之中。
。2)山東黃河沿岸地形特點(diǎn)。山東黃河沿岸地形以平原為主,由黃河泛濫沖積而成,是華北平原的組成部分。平原地勢(shì)以黃河為分水嶺,地面坡降平緩,微向東南傾斜。大堤以北為黃海平原,屬海河流域;大堤以南為黃淮平原,屬淮河流域。山地主要分布在右岸,自梁山縣至濟(jì)南為中低山區(qū),隸屬泰山山系北麓。左岸有幾處不連續(xù)的小山。在中低山區(qū)與沖積平原接壤處,分布著一些湖泊及洼地。
。3)山東河道特點(diǎn)。河道比降上陡下緩,輸沙能力上大下小,泥沙沿程淤積,河床逐年淤高,形成地上懸河,河床普遍高于背河地面3~5米,而且還在逐年上升;堤距上寬下窄,寬河道排洪能力大,高村站以上河道堤距5~20公里,河道排洪能力20000立方米每秒,比降約為1/6000,河道寬淺,河心沙洲多,水流散亂,主槽變化劇烈。高村~陶城鋪是從游蕩型向彎曲型轉(zhuǎn)變的過(guò)渡型河段,堤距一般為2~8公里,河槽寬0.6~1.3公里,比降約1/8000。該段河道由于堤距較寬,河道平面變化較大,河槽有較大的橫向擺動(dòng)。陶城鋪~利津堤距0.5~4公里,河槽寬0.3~1.0公里,屬?gòu)澢秃佣,堤距較窄。由于兩岸險(xiǎn)工、控導(dǎo)工程多,較好地約束了河道的擺動(dòng)范圍,河槽比較穩(wěn)定,一般平面變化不大。窄河道排洪能力小,只能排10000立方米每秒,比降約1/10000。
。4)洪水特性。黃河洪水按照出現(xiàn)時(shí)期的不同劃分為桃、伏、秋、凌四汛。十二月至次年二月為凌汛期,凌情嚴(yán)重時(shí)形成冰壩壅水,易造成決口,形成災(zāi)害。三至四月桃花盛開之時(shí),上中游冰雪融化,形成洪峰,稱為“桃汛”;七至八月暴雨集中,河水猛漲,稱為“伏汛”,歷史上大洪水多發(fā)生在這一時(shí)期;九至十月流域多降大雨,形成洪峰,稱為“秋汛”。伏汛、秋汛習(xí)慣上稱作伏秋大汛,也就是我們現(xiàn)在說(shuō)的汛期。伏秋大汛的洪水多由黃河中游暴雨形成,發(fā)生時(shí)間短,含沙量高,水量大。黃河決口成災(zāi)主要發(fā)生在伏秋大汛和凌汛期。
暴雨洪水出現(xiàn)時(shí)間主要在7~10月份。洪水來(lái)源主要有五個(gè)地區(qū),即上游的蘭州以上地區(qū)、中游的河口鎮(zhèn)至龍門區(qū)間、龍門至三門峽區(qū)間、三門峽至花園口區(qū)間(分別簡(jiǎn)稱河龍間、龍三間、三花間),以及下游的汶河流域。上游地區(qū)洪水洪峰小、歷時(shí)長(zhǎng)、含沙量小。中游的三個(gè)地區(qū)是最主要的洪水來(lái)源區(qū),一般不同時(shí)遭遇。來(lái)水主要有以下兩種情況:一是以三門峽以上來(lái)水為主形成的大洪水簡(jiǎn)稱“上大洪水”。如1933年洪水,其特點(diǎn)是洪峰高、洪量大、含沙量也大,對(duì)黃河下游威脅嚴(yán)重;二是以三花間來(lái)水為主形成的大洪水簡(jiǎn)稱“下大洪水”。如1958年洪水,其特點(diǎn)是洪水漲勢(shì)猛、洪峰高、含沙量小、預(yù)見期短,對(duì)黃河下游防洪威脅最為嚴(yán)重。汶河洪峰形狀尖瘦、含沙量小,除威脅大清河及東平湖堤防安全外,當(dāng)與黃河洪水相遇時(shí),影響東平湖對(duì)黃河洪水的分滯洪量,從而增加山東黃河窄河段的防洪壓力。
冰凌洪水,只在黃河上游寧蒙河段和下游花園口以下河段出現(xiàn),主要發(fā)生在河道解冰開河期間,其特點(diǎn)是峰低、量小、歷時(shí)短、水位高。凌峰流量一般為1000~2000立方米每秒,全河最大實(shí)測(cè)值不超過(guò)4000立方米每秒;洪水總量上游一般為5~8億立方米,下游為6~10億立方米;洪水歷時(shí),上游一般為6~9天,下游一般為7~10天;由于河道中存在著冰凌,易卡冰結(jié)壩壅水,使河道水位在相同流量下比無(wú)冰期高得多,例如1955年利津站凌峰流量1960立方米每秒,相應(yīng)水位達(dá)15.31米,比1958年10400立方米每秒的洪水位還高1.55米。凌洪的另一顯著特點(diǎn)是流量沿程遞增,因?yàn)樵诤拥婪鈨鲆院,攔蓄了一部分上游來(lái)水,使河槽蓄水量不斷增加,由于“武開河”時(shí)這部分水量被急劇釋放出來(lái),向下游推移,沿程冰水越積越多,形成越來(lái)越大的凌峰流量。黃河下游冰凌洪水,自三門峽水庫(kù)防凌蓄水運(yùn)用以來(lái),減少了“武開河”的機(jī)遇,減輕了下游防凌壓力。
洪水災(zāi)害。歷史上黃河水災(zāi)嚴(yán)重,尤其是黃河下游,頻繁的決口、改道給兩岸人民帶來(lái)了深重災(zāi)難。據(jù)歷史文獻(xiàn)記載,自周定王五年(公元前602年)至1938年的2540年中,黃河在下游決口的年份達(dá)543年,決堤次數(shù)達(dá)1590多次,黃河河道遷徙26次,三年兩決口,百年一改道。洪災(zāi)波及范圍北達(dá)天津,南抵江淮,包括冀、魯、豫、皖、蘇五省,總面積約25萬(wàn)平方公里。每次泛濫決口或改道都給人民帶來(lái)了深重災(zāi)難,如1933年8月,陜縣洪峰流量22000立方米每秒,下游兩岸決口50多處,淹沒(méi)冀、魯、豫、蘇四省30縣,受災(zāi)面積6592平方公里,受災(zāi)人口273萬(wàn)多人,死亡1.27萬(wàn)余人。1938年6月國(guó)民黨扒開花園口大堤,黃河奪淮入海,淹及豫、皖、蘇三省44縣,受災(zāi)人口1250萬(wàn),死亡89萬(wàn)。黃河下游凌汛災(zāi)害也很嚴(yán)重, 1855年銅瓦廂改道至1955年的一百年中,發(fā)生凌汛決溢的有29年,平均三年半就有一年凌汛災(zāi)害,建國(guó)后,1951年、1955年凌情嚴(yán)重,分別在利津縣王莊和五莊決口成災(zāi)。
。5)水沙特點(diǎn)。一是水少沙多,年輸沙量之多、含沙量之高,居世界河流之冠。二是水沙異源,黃河泥沙90%來(lái)自中游的黃土高原。上游的來(lái)水量占全流域的54%,而來(lái)沙量?jī)H占9%;三門峽以下的支流伊、洛、沁河的來(lái)水量占10%,來(lái)沙量占2%左右,這兩個(gè)地區(qū)相對(duì)講水多沙少,是黃河的清水來(lái)源區(qū)。中游河口鎮(zhèn)至龍門區(qū)間來(lái)水占14%,來(lái)沙量占56%;龍門至潼關(guān)區(qū)間來(lái)水占22%,來(lái)沙量占34%,這兩個(gè)地區(qū)水少沙多,是黃河泥沙主要來(lái)源區(qū)。三是年際變化大,年內(nèi)分布不均。1958年來(lái)沙量達(dá)27.8億噸,1987年最小為2.48億噸,相差11倍,年內(nèi)分布很不均衡,汛期沙量在天然情況下占全年的80%以上,汛期又集中于暴雨洪水,三門峽水庫(kù)“蓄清排渾”運(yùn)用以來(lái),汛期下泄沙量占全年沙量的97%。四是含沙量變幅大,同一流量下的含沙量可相差10倍左右,1977年8月三門峽站最大含沙量達(dá)911立方米每公斤,非汛期含沙量一般小于10立方米每公斤。
進(jìn)入山東黃河高村站的水量多年平均為388億立方米(1951-1999年),其中最大為1964年,達(dá)873億立方米,最小為1997年,為103億立方米。汛期(7-10月,下同)平均來(lái)水量為223億立方米, 占全年的57.5%,其中最大為1964年,達(dá)528億立方米,最小為1997年,僅為31.8億立方米。非汛期平均來(lái)水量為165億立方米, 占全年的32.5%,其中最大為1964年,達(dá)344億立方米,最小為1997年,為71.6億立方米。
進(jìn)入高村站的泥沙多年平均為9.55億噸(1951-1999年),其中最大為1958年,達(dá)25.6億噸,最小為1987年,為1.69億噸。汛期平均來(lái)沙量為7.7億噸, 占全年的80.6%,其中最大為1958年,達(dá)22.8億噸,最小為1991年,為1.03億噸。非汛期平均來(lái)沙量為1.85億噸, 占全年的19.4%,其中最大為1971年,達(dá)4.35億噸,最小為1960年,僅為0.31億噸。
2000至2001年進(jìn)入高村站的水量年平均為131億立方米,汛期、非汛期來(lái)水量分別為39.8、90.8億立方米,較多年均值分別偏少66.2%、82.2%、45.0%;沙量年平均為0.970億噸,汛期、非汛期來(lái)沙量分別為0.283、0.687億噸,較多年均值分別偏少89.8%、96.3、62.9%.
。6)河道沖淤。由于黃河進(jìn)入我省的水量少、沙量多,泥沙在河道內(nèi)不斷淤積,河床逐漸抬高,自1950年7月至1999年5月山東黃河河道(高村至利津)共淤積28.94億立方米,平均年淤積0.591億立方米,其中主槽平均年淤積0.278億立方米,灘地平均年淤積0.312億立方米。3000立方米每秒相應(yīng)水位高村至利津5個(gè)水文站平均抬高3.59米,每年平均抬高0.073米。1986年至2000年,由于來(lái)水來(lái)沙條件不利,沖刷河槽的大洪水較小,山東黃河淤積抬高加快。其中1985年10月至1995年10月十年間就淤積抬高1.21米,年均抬高0.12米,尤其是1990~1996年,3000立方米每秒水位年均升高0.18米。河道平槽流量由6000立方米每秒,減少為2000~3000立方米每秒,并且槽高、灘低、堤根洼的局面進(jìn)一步加劇。據(jù)1995年河道測(cè)量成果計(jì)算,東明油房寨斷面主槽比灘地平均高1.06米,灘唇比堤根高3.4米,堤根比背河地面高1.8米,灘唇高出背河地面5.2米。橫比降達(dá)1/2400(河道比降為1/6000),一旦發(fā)生大洪水,易出現(xiàn)橫河、斜河、主溜直沖大堤,給防守帶來(lái)很大困難。