评估堤防管理策略在多股河段缓解洪峰效果：以黄河下游为例

为什么这条河的故事重要

中国黄河下游以哺育数百万人而闻名，同时也因造成毁灭性洪水而臭名昭著。几个世纪以来，大量泥沙淤积使河床抬升，在许多地方水面高于周围地面，形成所谓的“天河”。本研究提出一个简单但至关重要的问题，具有全球意义：我们应当如何布置堤防——相距较远还是相距较近——才能抑制危险的洪峰，又不将水位推得更高，从而增加周边居民的风险？

拥挤平原上的不安河道

研究聚焦于黄河下游一段275公里的河段，该处河道在多处分裂并围绕沙洲汇合，形成科学家所称的多股河。这一地带穿过密集耕作的土地和快速发展的城镇。数十年的工程建设，包括高堤和上游水坝，虽在一定程度上减轻了洪水和泥沙问题，但也压缩了河道，加剧了主河道的淤积，并使“悬河”状况恶化。在某些地段，河床现在比附近的泛滥平原高出一米以上，因此堤防一旦决口，水会奔涌而下，淹及下方的社区和农田。

沿河布防的两种方式

作者比较了夹河滩至高村这一关键多股河段的两种人工堤防布局：“宽间距”方案和“窄间距”方案。宽间距选项中，堤防平均相距2至5公里，保留了广阔的泛滥平原，允许洪水扩散并减速。窄间距选项则将堤防拉得更近，收窄主河道所在的通道。窄间距更好地保护现有泛滥平原上的定居点，减少搬迁和基础设施迁移的成本，但也让洪水的扩散空间变小。第三种“现行做法”——由许多小而标准较低的地方堤防组成——作为基线进行比较。

模拟未来洪水

为测试这些设计在不同规模风暴下的表现，团队构建了一个二维水力流动模型，使用了一种广泛应用的水动力学程序。他们用1996年和2020年两次重大洪水的实测水位和流速校准模型，结果显示模拟值与观测值高度吻合。随后他们运行了21个“假设”情景，结合了三种洪水强度（常见的5年、10年，以及罕见的100年一遇洪水）与不同的堤防布局和防护标准。这使他们能够追踪多个关键断面处洪峰流量和水位如何变化。

峰值下降，水位上升

模拟结果表明，与现有的低堤零散格局相比，宽间距和窄间距两种堤防方案均能显著削减洪峰，且随着洪水变大这种效益更明显。在100年一遇洪水情景下，宽间距设计在下游宝成断面最多可减少约986立方米每秒的峰值流量，而窄间距方案的最大减少约为670立方米每秒。然而也存在权衡：将河道限制在更强的堤防之间会抬高该通道内的水位。窄间距——对河道挤压最大——在某些点可导致最多约1.45米的水位上升，而宽间距将涨幅维持在约0.6到1.1米左右。上游断面甚至可能看到峰值流量的轻微增加，而下游断面获得最强的减少，这反映了洪水在泛滥平原上的扩散与暂时蓄滞过程。

在安全、空间与成本之间平衡

当作者把不同洪水规模下的水位变化合并为总体评分时，宽间距方案表现最佳：它在强烈削减危险洪峰的同时，将水位上升控制在相对适中的范围内。窄间距方案仍能降低峰值并帮助保护经常受淹且人口密集的地区，但代价是更高的水位和更小的河流自然调节空间。研究还指出其尚未充分捕捉的因素：长期的泥沙淤积和河床演变，几十年内可能改变任一设计的有效性。

对沿大河居民的意义

对黄河沿岸以及世界其他大河的居民和规划者而言，结论相当明确。通过更宽的堤防通道给河流留出更多空间，是减轻最严重洪灾（尤其是罕见但灾难性的事件）的有力方式。然而这伴随更高的土地与搬迁成本，并继续使部分泛滥平原面临水患风险。相反，较窄的堤防在日常条件下能保护更多社区，但会抬高水位、减少安全裕度。作者认为，高风险且洪险严重的区域应优先采用宽间距堤防，而人口稠密且风险较温和的地区可在权衡后合理采用窄间距。明智的防洪管理需要将堤防布局既与水动力学相适应，也与沿河居民的现实情况相结合。

引用: Chen, J., Zhang, L. & Wang, H. Evaluating flood peak attenuation effectiveness of levee management strategies in braided river reaches: a case study of the lower Yellow River. Sci Rep 16, 7277 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38415-9

关键词: 防洪, 堤防设计, 黄河, 多股河流, 洪水模拟