科學修建穿黃工程是京杭大運河全線通航高效穿黃的關鍵

張紅武

（清華大學 黃河研究中心，北京 100084）

1 研究意義與背景

1.1 京杭大運河全線通航是經濟高質量發展的需要

航運是運河工程的最主要功能，無論是隋唐大運河還是京杭大運河，都對我國古代經濟社會發展做出了不可估量的貢獻［1－3］。我國現代鐵路、公路、航空交通網絡已基本形成，然而內陸航運仍然是現代交通網絡不可或缺的一環［4－5］。例如，京杭大運河南北航運隔斷至今盡管已有120 余年［5］，但是黃河以南1 052 km 長的運河，依然是2007 年國務院批復的《全國內河航道與港口布局規劃》確定的“兩橫一縱兩網十八線”中唯一縱向的國家高等級航道。如今千噸級輪船自山東濟寧沿運河仍能南下蘇杭、通達上海等長江沿岸，魯煤南運任務一直主要由這條黃金水道承擔著［5］。京杭大運河黃河以南段干線是我國貨運量僅次于長江的內河航道，目前依然是我國東部南北走向的運輸大動脈，2018 年完成貨運量約6.3 億t。

在力爭實現“碳達峰、碳中和”目標的背景下，水運低碳的特點被人們普遍認可。內陸航運與鐵路運輸和公路運輸存在一定的可替代性，據測算，內陸航運的碳排放強度約為133 g／元、公路運輸為398 g／元、鐵路運輸為875 g／元，可見以上3 種運輸方式中，內陸航運的碳排放強度最低，僅為公路的1／3，充分顯示出水運在節能減排方面的優勢。要實現我國的雙碳目標面臨很大壓力，迫切需要構建高標準現代綠色交通體系［6］，充分發揮內陸航運與海運運能大、運價低、污染小、能耗低等優勢，不斷滿足新時代經濟高質量發展的要求［7－8］。正因為如此，筆者同張元方等7 位國務院參事2019 年通過調研和分析，認為［9］：1）修建京杭大運河穿黃工程、恢復大運河全線通航，是地方經濟持續發展、交通優化、華北生態改善與旅游升級等方面的迫切需要，是中華民族永續發展根本大計的重要組成部分，建議國家發展改革委加強對工程前期論證的領導和組織協調，相關部門協同做好方案比選工作，及早形成技術可行的工程方案；2）為使大運河成為我國經濟高質量發展的戰略支撐和不竭的動力源泉，盡快發揮其對華北生態環境修復的巨大作用，建議盡早開工建設京杭大運河穿越黃河工程。2020 年9 月，筆者等提交了《關于修建京杭大運河穿黃隧道實現大運河全線通航的建議》，得到了國務院領導批示與國家發展改革委負責同志的重視。附帶指出，為溝通京杭大運河內陸航運與海運聯系，筆者于2023 年5 月20 日在渤海灣（滄州）－海灣合作論壇的主旨演講中建議通過適當深挖和局部擴展建設白洋淀出海通道：按盡量利用老河道與洼淀的原則，初擬出海通道方案，從白洋淀東接趙王新河，向東北45.5 km 接大清河，流30.5 km 后與京杭大運河相逢，遂入大清河下游的獨流減河，向東南流48.3 km 后穿過由蓄水洼淀修建而成的北大港平原水庫，再開挖5.3 km 新河，穿過2 km寬沙井子水庫與青靜黃排水渠后進入子牙新河，行約11 km 東流渤海，通道全長約154 km，出?？谖挥谔旖蚋叟c黃驊港之間（見圖1）；采用深挖之土修建湖堤河堤，同時墊高城區周邊大片尚未建樓之地，提高雄安城區防洪減災能力。該方案若用中交疏浚集團的大型抽沙設備實施，按二級航道標準，估算投資268 億元。若如此，則該出海通道亦為高效泄洪通道，且與京杭大運河及沿途水道相交，可補齊雄安新區缺少港口的短板，以京杭大運河與海運為骨干形成華北河湖?，F代綠色航運體系與水資源豐枯互濟網絡，使華北腹地同我國南部經濟發達地區緊密聯系，為保障中國經濟繁榮與水安全持續發揮重要作用［9－11］。

圖1 白洋淀出海通道示意

1.2 京杭大運河穿黃工程形式研究現狀

1958—1960 年黃委設計院曾主持過黃河位山水利樞紐工程設計工作，當時的任務書包括了京杭大運河濟寧至臨清段平交穿黃工程的設計，在蘇聯專家的指導下，確定的穿黃建筑物包括穿黃南閘、南岸防沙閘、南岸沖沙閘、南岸抽水站、東馬海船閘、穿黃北閘、北岸沖沙閘、北岸抽水站，擬在位山水利樞紐上游國那里村以西平交穿黃［4］。由于穿黃問題過于復雜，當時模型試驗難以定量模擬黃河泥沙沖淤變形規律，大家對平交穿黃信心不足，因此穿黃南閘等都沒有施工［9］。進入21 世紀以來，山東省和交通部多次將恢復濟寧以北的運河航線提上議程，開展黃河以北段運河復航前期研究工作［10］。山東省政協原副主席李殿魁在2001 年發表的《論我國水系網絡化建設：兼論新世紀人民治黃的創新思路》一文中［2］，提出了構建現代化高質量水利基礎設施網絡（相當于目前大力推進的構建國家水網的雛形）的建議，高瞻遠矚地呼吁實現京杭大運河全線航運，統籌解決水資源、水生態、水環境、水災害問題。此后，他和筆者以及同為全國政協委員的蘇國萃等共同開展研究，針對京杭大運河穿黃方案提出了初步方案，并于2011 年同山東省交通設計部門合作完成了《京杭大運河穿越黃河隧道工程項目建議書》［10］。山東省政府《關于加快內河水運發展的意見》（魯政發〔2011〕48 號）提出，到2020 年建成“一干多支、干支直達、溝通南北”的京杭大運河高等級航道網。為明確京杭大運河黃河以北段通航的可行性和必要性，交通運輸部2018 年給山東、河北、天津和北京下發了關于開展京杭大運河黃河以北段通航深化研究的通知，要求山東省對通航的運輸需求、航運用水、穿黃工程、通航線路等重點問題開展專項論證。于是，山東省將“積極推進大運河穿黃工程、黃河以北段復航工程的研究”列為山東省內河水運建設的主要任務之一?！笆濉逼陂g，首批國家重點研發計劃項目“黃河下游河道與灘區治理研究”（編號2016YFC0402500）［12］項目組，對穿黃工程線位、穿黃隧道布局等進行研究［9］，認為：穿黃位置選在明清黃運交匯點上游路那里村以東基本可行；穿黃隧道按凈高11.5 m、航道凈寬25 m、總寬大于50 m 可雙向駛船，隧道頂采用不易被沖毀且隧道以上河床不需預留很厚土層的高強度微拱形鋼板結構［9］，因而不受“黃河沖刷嚴重必須預留足夠河床厚度”的制約。為便于工程實施，項目組研究認為不能采用盾構機施工，給出了立交平穿黃河方案的施工原則為“精心準備，先引后圍，先右后左，水庫調配”［9］，采取“先引后圍”措施便于采用打樁等常規方法對穿黃工程底部軟基進行處理。此外，還提出在穿黃工程兩側各設置兩個間距約100 m 的跨堤樁墩，同側上下游跨穿黃工程的樁墩間距約80 m，臨河樁墩宜避開險工而立于壩田之中，以此為基礎修建一座東西向懸索橋。右堤橋梁底部高于穿黃隧道頂部，便于減小穿黃隧道頂部高強度微拱形鋼板的受力；左堤橋面與玻璃觀景平臺高程接近，承擔荷載的同時便于發揮固定玻璃觀景平臺的作用。在兩岸大堤以外高程40 m 處分別設置玻璃觀景棧道，可對穿黃過往船只起到高空防護作用。

2019 年2 月，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發《大運河文化保護傳承利用規劃綱要》，明確提出要“研究論證黃河以北段全線復航的必要性、可行性和技術經濟性”。為此，2019 年中交水運規劃設計院有限公司、黃河勘測規劃設計研究院有限公司聯合組成“京杭大運河黃河以北（山東段）通航穿黃工程研究”項目組，選擇陶城鋪斷面作為穿黃線位（河底高程為36 m，1985 國家高程基準，下同），擬訂了3 種形式的穿黃方案［1］。

二是上跨黃河方案，即采用渡槽跨越方案，渡槽全長3 174 m。按連續梁結構進行跨徑布置，相當于大型橋渡工程。該方案可避免與黃河平交存在的問題，但實際運行時需要采用升船機把船升高和降低，難以實現高效通航的目標。

三是下穿黃河方案，即穿黃工程選用盾構隧洞結構，布置上下行兩條分別長3 400、3 455 m 的通航隧洞，中心線間距72.5 m，灘地最大埋深40 m，河底最小埋深30 m。根據Ⅱ級航道2 000 t 級船舶控制設計船型尺度（寬度15.8 m，高度3.0 m，設計吃水深度2.0 m）和斷面系數要求，每個通航隧洞內徑為26.1 m，內設單向航道，其下部矩形寬21 m，上部矩形寬小于24.5 m，水深6.5 m，水面以上通航凈高7 m。該方案同樣需要利用升船機升降過往船只。

上述3 種方案相對于所選高程較低的穿黃線位頗為匹配，但黃河依然把運河南北隔開，導致黃河以南運河之水無法自然向北流，不能恢復南水北濟的條件，即使全線通航也不具備自然改善華北平原生態環境的功能［9－10，13］。不過，盡管上述方案的實施與運行效果會大打折扣，過船效率不高，但相對于一直斷航的現狀，也是有意義的。

2 高效通航的穿黃隧道方案

2.1 穿黃線位研究

修建能夠滿足高效通航條件的穿黃工程，是實現大運河全線通航的關鍵環節。黃河下游河道已淤成著名的地上“懸河”，客觀上為修建京杭大運河立交（上方為黃河、下方為運河）平穿（黃河兩岸運河水面自然銜接，區別于下穿很深的隧洞方案）黃河隧道工程創造了良好條件。為克服下穿幾十米的隧洞方案難以高效通航的缺陷，所選穿黃線位的黃河河底高程不能過低，故需要選擇文獻［1］的陶城鋪穿黃斷面上游約20 km的影唐至十里堡段作為穿黃河段，該河段屬于寬河段向窄河段過渡的尾部段，河槽河床縱比降約0.14‰，灘地橫比降為0.50‰～0.67‰，河槽高程比下游陶城鋪斷面高3 m 左右，設防流量11 000 m3／s 可作為穿黃工程的設計洪水條件［14］。

實測河勢套繪資料表明，該河段流路已得到控制，主流擺動范圍基本穩定在200 m 以內。根據《黃河下游防洪工程“十三五”可行性研究報告》規劃治導線成果，穿黃河段整治河寬為600 m，隨著黃河防洪工程的日趨完善［14－15］，進入線位河段的大洪水減少。

根據黃河左右岸遺留運河狀況，在穿黃河段內自上而下選取大田樓、路那里、十里堡3 個線位進行比選。從盡量利用原運河、減少村鎮拆遷量、滿足運河立交平穿黃河通航的豎向條件、同兩岸南北原運河連接順暢、對黃河防洪和東平湖污染影響小、便于運河增水等方面，進行反復比選，認為可將路那里大斷面主槽上游約330 m 處作為推薦線位（見圖2），穿黃工程長約3 500 m。該線位借助河道北段挖低后的梁濟運河進入穿黃隧道，并在運河水質明顯比東平湖差的客觀條件下，能減輕運河對東平湖的污染，過黃河河槽后進入河南臺前縣域內［16－17］，地面平均高43.5 m，穿過黃河北堤后穿越北金堤滯洪區的線路與金堤河平交，金堤河水進入新建京杭大運河連接段，既可解決金堤河的退水問題，又可成為運河北段水源之一。過金堤河后即進入山東陽谷縣，順勢與運糧河及京杭大運河相連，同現行道路交叉少且總里程較短。此外，該線位上下游兩岸河道工程完善，工程約束能力強，特別是推薦線位上游左右岸緊密呼應的影唐險工與朱丁莊護灘工程以及左側臨近推薦線位的棗包樓護灘工程，已穩定控制流路，不需要建設控導工程和險工以增強河勢穩定性［1］。工程區域地勢西高東低，由西南向東北自然傾斜，坡降為1／9 000～1／5 000，高程為40～50 m［8］。

圖2 穿黃工程所在河段及推薦線位

大田樓線位河底高程較高，在豎向條件方面便于實施運河立交平穿黃河通航工程，但相對于兩岸運河原河道偏向上游，新建京杭大運河連接段較長，工程投資與協調難度較大。而十里堡線位堤距較窄且險工對峙，河勢相當穩定，河底高程約38 m，穿黃工程長度可縮短至約1 600 m，同北岸原運河連接較為順暢，能夠避開或緩解對河南轄區的影響，協調工作量小，是穿黃工程頗為理想的線位；在東平湖以北又可回歸老運河故道，即從八里灣向西，過東平湖經戴家廟鄉至十里堡入黃，成為一段有歷史遺存和文化傳承的航道，但對東平湖的污染影響比南水北調東線工程還大，且滿足運河立交平穿黃河通航的豎向條件方面余地小，故暫不推薦。

推薦的線位在南水北調東線穿黃隧洞上游約20 km處，其上游約14 km 即為1949 年8 月設立的孫口水文站（觀測項目主要有水位、流量、含沙量、冰情等），能夠及時提供洪水通過穿黃工程前的水沙信息。

(1)矩陣T第8,9,14,17,20列為零向量列,且對應的未知數行為0，因此可在系數矩陣T中直接剔除相關列組成矩陣T′。

2.2 穿黃隧道方案研究

京杭大運河全線復航的控制性工程就是穿黃航運通道，為實現高效穿黃目標，不能采取諸如南水北調中線與東線穿黃工程那樣的隧洞方案，使水流呈明流狀態并滿足航運需要，故必須采取立交平穿黃河隧道方案。根據2013 年國務院批復的《海河流域綜合規劃》，京杭大運河黃河北岸至天津段約500 km 規劃為Ⅲ級航道，天津至北京段141 km 規劃為Ⅵ級航道。京杭大運河現正常通航的大部分河段水深為3～6 m，寬度為25～70 m。為留有余地，穿黃航運通道參照《內河通航標準》（GB 50139—2004）Ⅱ級航道標準“可通航2 000 t，水深2.6～3.0 m，限制性航道水深4 m”，綜合考慮取穿黃隧道水深5.5 m，水面以上通航凈高取7 m。

按上述分析，穿黃隧道內部凈高取12.5 m 可滿足通航要求，比初步研究所取平穿黃河隧道凈高11.5 m有更大余地，更有利于高效穿黃，其單向航道凈寬仍然取25 m［9］（大于上述下穿黃河方案每個通航隧洞內單向航道上部矩形寬度，更大于水下矩形寬度21 m），總寬55 m 即可雙向行船?？稍诖爸骱降浪娓叱桃陨系膬蓚仍O置凈寬8 m、凈高4 m 的車輛通行隧道，以便在配合船只航行或處理應急事件的同時，產生道路交通效益。

參照上述推薦線位主槽下游330 m 的路那里斷面多年套繪資料，得知該斷面受小浪底水庫修建后靠溜險工附近沖刷嚴重的影響，深槽處平均高程約為40 m，比文獻［1］的陶城鋪穿黃斷面河底高程36 m 高4 m，而黃河南岸京杭大運河底高程清淤前約為27 m，從而可為“上黃（河）下運（河）”的立交平穿過黃方式創造有利的空間條件。

路那里斷面沖淤變形套繪結果見圖3。2018 年（下游來水量較為充足）汛后該斷面深泓點高程為35.31 m，2019 年入?？刂普纠驅崪y水量略微減少，2020 年汛前4 月17 日實測深泓點高程為34.10 m（為小浪底水庫修建后該斷面的最低深泓點）。中水流量持續沖刷時河勢規順［18－19］，主流同路那里斷面偏離正交的角度不大，深泓點高程并不是最低值，如：2020 年下游利津站實測水量為359.6 億m3，經過秋汛持續沖刷，10 月16 日實測深泓點高程為36.32 m；2021 年利津站水量高達443.8 億m3，其中8 月下旬至10 月，受華西秋雨持續影響，黃河中下游地區發生歷史罕見秋汛洪水，干流9 d 內相繼出現3 次編號洪水，潼關水文站發生1979 年以來最大洪水，多座水庫突破歷史最高蓄水位，黃河下游出現長歷時、大流量洪水過程，經過流量約5 000 m3／s 的洪水持續沖刷后，11 月8 日實測深泓點高程為36.93 m。至于大水期主流趨中與河勢下挫，主流頂沖險工丁壩的角度變?。?0］，壩頭局部沖刷強度減弱，路那里斷面深泓點高程更不是最低值，可認為小浪底水庫修建后下游沖刷最深時路那里斷面深泓點高程為34.10 m（文獻［1］的陶城鋪穿黃斷面相同條件下最大沖刷水深為30.68 m，兩者相差3.42 m，略小于上述河底高程高差4 m）。推薦穿黃線位右側主槽位于路那里斷面上游約330 m 處，基本位于上游左岸棗包樓護灘工程與右岸國那里險工之間的過渡段，能避開靠溜險工，深泓點高程應明顯高于路那里斷面深泓點，據動床模型試驗，兩者相差3～5 m，穿黃線位最低點高程相應近似為37～38 m，可取下限值37 m。實際工程若需要使穿黃斷面的深泓點高程提高1 m，可將推薦穿黃線位再上移100～150 m 即可，同時還具有進一步避開靠溜險工而便于采取防護措施的優點。

圖3 路那里斷面沖刷變形套繪結果

在上下游一定范圍內利用鋼結構板樁組合技術［16－17］對右岸傳統險工改造升級后，即可在增加主槽過流寬度與能力的條件下明顯減少局部沖刷。在不高于斷面深泓點高程的隧道頂采用表層經過防腐抗磨處理的高強度微拱形鋼板，可在防沖的同時減少隧道頂厚度。其實，隧道頂部高程即使高于37 m 而接近深槽的平均高程40 m，也不影響黃河過流能力。假如隧道頂部高程為40 m，研究表明，穿黃斷面主槽底局部被定床限制后，必然引發沖積河流系統偏離原有的相對平衡狀態，在水流與河床相互作用的過程中，總是朝著使沖刷不斷減小的方向調整［21－23］，表現出沖刷程度時空衰減規律而逐漸趨于新的平衡（遵循系統趨衡響應原理［6］），并不改變洪水期河床通過沖刷而增加過流斷面面積的自然特性［22］，穿黃隧道頂部的河槽水流會通過自然沖刷兩側灘岸（以向左側擴展為主），自動調整出均衡的斷面形態［18，23－24］，其過流面積不減反增，流態變得相對穩定，同原來極不勻稱的斷面形態相比，能有效緩解水流與河岸之間的矛盾［12，25］，改善摩阻特性而便于河槽形態的趨衡調整，更有助于穿黃河段過洪與輸沙能力的提高。

鑒于梁濟運河通航水位為34～37 m［1］，按一定比降流到黃河南岸時水位降低后恰好便于通過穿黃隧道。隧道頂若采用表層經過防腐抗磨處理的高強度微拱形鋼板，厚度為0.4 m（比初步研究所取厚度大10 cm，隧道內頂部高程為36.6 m），可滿足設計需要，即可在防沖的同時減小隧道頂厚度。黃河北岸聊城運河經過清淤處置后河底標高能達到24 m，再由南岸運河底經過清淤后，河底標高不難挖到25 m，故由穿黃隧道內部凈高12.5 m，可確定穿黃工程底部高程為24.1 m。

隨著新方法、新工藝、新材料的不斷發展，在上述平穿黃河隧道方案的基礎上，完全可建設更為理想的京杭大運河穿黃工程。例如，可在將生產堤提升改造為防洪堤且通過圖4 所示的“鋼壁墻”與隧道連接為一體后，將灘地土體挖去，上面鋪設特種玻璃成為觀景平臺，能讓游客透過玻璃棧道看到運河行舟的美景，增加旅游效益。左岸若自影唐險工尾部始，經棗包樓工程至路那里斷面，將生產堤升級改造為防洪標準為10 000 m3／s 的防洪堤后［12，14］，穿黃工程線位實際漫灘上水的可能性很?。ń?0 a 來孫口水文站最大流量為1985 年的7 100 m3／s，近30 a 來該站每年最大流量均不大于1996 年的5 800 m3／s，古賢等水庫發揮作用后［21］，洪峰流量將明顯減?。?，假如出現超標準洪水漫過玻璃觀景平臺，只要及時清淤就不影響游客的別樣體驗。

圖4 隧道＋玻璃觀景平臺穿黃方案

如此“上黃（河）下運（河）”立交平穿過黃工程，在上下游一定范圍內必須采取高標準的防護措施，除在右岸對險工丁壩進行必要改造［16－17］并對堤防底層與高強度微拱形鋼板頂部接口進行防護處置外，還必須采用具有防腐性能的高強度新材料對穿黃隧道頂部進一步處置，再以1 ∶6 的坡降向上下游展開，發揮良好的防滲漏與防沖刷效果，確保隧道附近的黃河堤防不出現滲漏險情。

3 對京杭大運河通航其他影響因素的分析

3.1 位山水利樞紐工程對京杭大運河全線通航的影響

20 世紀50 年代三門峽水庫修建前編制的《關于根治黃河水害和開發黃河水利的綜合規劃的報告》［7，19－21］，提出了河道梯級開發的方案［4］。1958 年5月1 日，開工興建梁山縣與東阿縣之間的位山水利樞紐工程引黃閘，后來相繼修建了東平湖水庫圍壩、攔河閘、攔河壩、進湖閘、出湖閘等工程［4］。位山水利樞紐修建時，有關方面以“有利于樞紐綜合利用和東平湖蓄水”為由，將東平湖與黃河、運河分開，筑起東平湖西堤，堵死了南四湖（微山湖、昭陽湖、獨山湖、南陽湖等4 個相連湖的總稱）洪水自然入黃通道，京杭大運河張壩口以北段部分被截入東平湖湖區內；尤其在1958 年開挖了國那里至南四湖的梁濟運河，從而導致黃河以南徑流南去的局面，從根本上改變了戴村壩至南旺樞紐工程南北分流的格局，這就是京杭大運河不能全線通航的根本原因［3］。應該承認，當年修建位山攔河壩縮窄了過洪斷面，因擔心洪水泄流不暢而試圖通過上述工程手段把本應進入黃河的洪水（包括菏澤、濟寧境內的排澇泄洪之水）逼向東平湖與南四湖，至今在黃河洪水較大時還分水入南四湖，使這部分水流入淮河流域。

1960 年5 月位山水利樞紐投入運用后出現了嚴重的淤積問題，特別是三門峽水庫1962 年3 月運用方式由“蓄水攔沙”改為低水位“滯洪滯沙”后，位山水利樞紐對黃河淤積影響更大。在有關專家的建議下，1963 年10 月21 日國務院同意了位山水利樞紐破壩方案［9］，11 月22 日采用炸藥起爆破除。1966 年冬按Ⅵ級航道開挖疏通黃河以南運河時，為解決河床南低北高問題，陸續建設郭樓節制閘、船閘和國那里入黃閘（入黃閘1972 年基本完工，1976 年試用3 次暴露出運營與泥沙淤積等方面的問題，且上閘首一直有滲水等難以排除的險情隱患，1980 年6 月實施土壩圍堵工程后停用，1989 年將閘拆除）。1969 年梁山縣國那里村至濟寧湖口村88 km 運河通航，梁濟運河遂單向南流，黃河南岸至濟寧以北的老運河被廢棄。由此徹底打破了當年京杭大運河形成的“魯水濟運、七分北流”的局面，尤其黃河以北廣大區域失去了南水北濟的條件，逐漸使運河北段斷航，隨著水資源供需矛盾日益激化，引發了黃河以北平原嚴重缺水和整個地面沉降的地質災害，方顯現出位山水利樞紐修建前南岸本應入黃水量的寶貴。從60 a 后的今天看，當年李駕三提出“恢復到建壩前河湖不分家的自然調蓄狀態”的破壩方案［4，9］頗有戰略眼光。此后趙業安等著名專家多次建議總結位山水利樞紐失敗教訓，呼吁糾正所造成的不利影響［5，9］。筆者也曾主張位山水利樞紐遺址南岸盡早恢復到樞紐修建前黃河、汶河洪水進出東平湖的自然狀態，并通過河湖庫水系連通，大力推進黃河下游河湖水環境綜合治理與水生態保護修復［4，14］，使京杭大運河全線通航后有充足的水源。

3.2 京杭大運河全線通航的有利條件分析

黃河治理局面的巨大改觀也是大運河全線通航的有利條件。古賢水庫建成生效未來可期［11－14］，在沿黃已建和擬建的平原水庫聯合調度下黃河下游通航是不難實現的。只要對黃河下游傳統河道工程改造升級［16－17］，就能夠穩定流路與水深，同時黃河治理取得了巨大的減沙成就［15］，黃河水沙已向有利方向轉化（如2008—2022 年黃河中游潼關站年均來沙量1.75億t，僅為1919—1960 年年均值的1／8），“河床不抬高”已成現實［19］，下游洪水實難發生，對京杭大運河全線通航起關鍵作用的穿黃隧道安全已不成問題。

受1843 年這一可靠性差的調查洪水點據影響，黃河中下游現行洪水設計流量偏大、重現期偏小，當年從事這項工作的老專家認為成果可能偏大20%～30%，調度運用方式預留的余地也人為偏大，致使黃河下游生態保護及高質量發展遇到的人為問題較多［14］。例如：一方面黃河水資源供需矛盾突出，另一方面在來水量較大的年份（如2018—2021 年入海水量遠大于黃河下游輸沙與河口生態所需水量總和，其利津水文站年均實測水量為312.2 億～443.8 億m3），在三門峽水庫尚不能對秋汛洪水攔蓄情況下［21］，黃河不能以“懸河”態勢利用引黃濟冀、引黃濟津、引黃濟青等自流供水能力很大的引黃設施伺機向兩岸足量補水，使漏斗區深層地下水回升，為相關地區生態保護和高質量發展做出積極貢獻［9］，其作用是其他手段無法比擬的，同時還制約著黃河下游對京杭大運河全線通航的貢獻。由此說明，科學構建華北水網體系必須充分發揮黃河和大運河的作用。

為改變黃河下游這種被動局面，必須按合理的洪水設計成果與水庫調度運用方式，在黃河發生稀遇洪水時不再使用北金堤滯洪區與東平湖進行分洪滯洪［14］，而是在北金堤滯洪區渠村等分洪閘附近建設平原水庫（人工湖），同時整合東平湖與沿黃已建和擬建的白云、董口、楊莊集、古宋金河、齊河、利民、金橋、濱源、東津等引黃平原水庫［9，19］，構建區域水網體系，確保京杭大運河穿過黃河后有充足水源。在黃河秋汛到來無庫容可用之時［4］（尤其渭河秋汛來水是黃河干流擬建的古賢工程無法攔蓄的），或者在下游非灌溉期小浪底等水庫棄水時或調水調沙泄流初期，相機儲蓄黃河水。將下游地區以眾多引黃人工湖和相關河道為單元構成的河湖水系，利用“懸河”落差合理調度，作為黃河防洪抗旱與生態調控體系的有機組成部分［20－21］，發揮中上游水庫難以發揮的調控作用。特別是當黃河出現較大洪水或者在前期預測失誤、中游水庫調度不當時，這些人工湖能發揮分滯洪及防洪減災作用，優化配置水資源、修復生態、調節和補充地表及地下水資源，給下游地區經濟社會發展與生態保護帶來巨大效益。

3.3 京杭大運河北段水源保障有利條件分析

李殿魁［3］早在20 世紀末就多次強調指出：“山東不缺水，是京杭大運河斷航才造成了山東、華北缺水?！苯甑淖C明是2022 年6 月26 日11 時至28 日6時，山東普降暴雨到大暴雨，濟寧等局地累計降雨量達280～391 mm，全省降雨量折合水量145.7 億m3，媒體稱“山東兩天時間下了12 141 個大明湖”！顯然“山東不缺水”對解決京杭大運河全線通航的水源問題是有利的。

京杭大運河穿黃通航一旦成功，就可實現黃淮海流域河流的互通，充分發揮灌溉、分洪、排澇等功能。穿黃工程正常運行后水位與南四湖水位自然銜接，京杭大運河北段即具備了基本的水源條件。南四湖有53 條河流入湖，洪水位36 m 時湖水量50.7 億m3；梁濟運河是濟寧、菏澤境內的主要排水泄洪通道，沿途有泉河、趙王河等10 多條主要支流匯入，對全線通航黃河以北段補水量較大［9］；金堤河流經河南、山東兩省，多年平均天然徑流量為2.7 億m3。明清時期以汶水濟運，同時讓南四湖北流濟運，保證了京杭大運河的穩定發展。當時黃河在江蘇入黃海，現在山東省水資源比明清時更加豐沛，尤其現可稱為“運河水柜”甚至“運河水脊”的東平湖，是大運河山東段最大水源地。倘若充分發揮南四湖、東平湖、梁濟運河、金堤河的配水作用，南北分流（濟北為主），再加上引黃補水，則京杭大運河北段通航的水深不難維持。

上述黃河以南區域洪水回歸北流后能明顯減輕淮河洪水壓力，既可為國家節省防災救災資金，又可在魯西南降雨量偏大時通過京杭大運河穿黃工程向北排水，利用運河北段行水回灌，有效補給沿岸地下水，顯著減輕華北地區地面沉降的地質災害影響，產生較大的減災與生態效益。此外，金堤河在臺前縣張莊附近穿黃河大堤入黃河，出口受黃河河槽逐年淤積抬高的影響，地表徑流和地下徑流出路不暢，金堤河下游成為積水區，導致中下游地下水埋深淺，洪、澇、旱、堿曾交替為害，農業產量長期較低。金堤河在入黃河前建有提排能力約為100 m3／s 的張莊提排站，用于排澇并可防止黃河漲水時倒灌。若采取必要的工程改造與沉沙處理措施，讓金堤河水注入京杭大運河，實現黃河流域與海河流域的連通，則可減少金堤河洪澇災害損失，對河南和山東都頗為有利，并能夠節省提排站大量的運行費用［9］。

國家對南水北調東線工程及其配套工程以恢復京杭大運河航運為主的功能定位有一定的局限性［19］，需要對局部制約渠段加以改造，才能更好地發揮其作用。鑒于黃河以南相關湖泊水位與河流的流量并不是恒定的，因此需要在穿黃工程南端運河東岸，利用板樁組合技術修建堰頂漸變式溢流堰，向東平湖區排泄富余之水［9］，以穩定穿黃隧道水位，保證船舶往來暢通。

4 結論

1）采取“上黃（河）下運（河）”的立交平穿過黃方式，科學修建穿黃隧道工程，是實現京杭大運河全線通航并高效穿黃的最佳方案。為使全線通航的京杭大運河成為我國經濟高質量發展的戰略支撐和不竭的動力源泉，同時發揮南方洪水對華北生態環境修復的巨大作用，國家相關部門應以“功成不必在我”的精神境界和“功成必定有我”的歷史擔當，以高效通航的國家利益為重，協同做好穿黃工程方案比選工作，形成科學合理的工程技術方案。

2）以河勢穩定的影唐至十里堡段作為穿黃河段，選取大田樓、路那里、十里堡3 個線位，再從滿足運河穿黃工程高效通航的豎向條件、同黃河兩岸連接順暢程度、對黃河防洪和東平湖污染影響、便于運河增水等方面進行比選，可將路那里河道大斷面主槽上游約330 m處作為推薦穿黃線位（穿黃隧道工程長約3 500 m），北岸穿越北金堤滯洪區的線路與金堤河平交，可使金堤河成為運河北段的水源之一，之后順勢與運糧河及京杭大運河相連。

3）通過河床沖刷觀測與模型試驗資料分析，確定穿黃線位最低點高程為37 m，其可作為穿黃隧道頂部高程；參照Ⅱ級航道標準，綜合確定穿黃隧道水深為5.5 m、水面以上通航凈高為7.0 m、穿黃隧道內部凈高為12.5 m、單向航道凈寬為25 m，總寬55 m 可雙向駛船；采用400 mm 厚、表層經過防腐抗磨處理的高強度微拱形鋼板，可確定穿黃隧道工程底部高程為24.1 m，同黃河兩岸運河清淤后的底部高程能夠自然銜接。為便于航船過往，既能讓游客透過玻璃棧道看到運河行舟的美景，又不影響超標準洪水行洪，將生產堤提升改造為高標準防護堤的基礎上，在北部高程45 m 處鋪設特種玻璃，使其成為觀景平臺，提升為隧道（南部河槽）＋玻璃觀景平臺（北部灘地）形式的穿黃工程方案。

4）為使運河平穿黃河后有充足的水源，須將位山水利樞紐遺址南岸區域基本恢復到位山水利樞紐修建前黃河、汶河洪水進出東平湖的狀態，將梁濟運河改造成北流之河，充分發揮南四湖、東平湖、金堤河及梁濟運河對京杭大運河北段的配水作用，讓五湖兩河之水南北分流（濟北為主），加上穩定的引黃補水，再利用沿黃已建和擬建的引黃平原水庫配水，可確保京杭大運河黃河以北段通航有充足水源。

5）在“上黃（河）下運（河）”立交平穿過黃隧道工程南端運河東岸修建堰頂漸變式溢流堰，向東平湖區排泄富余之水，穩定穿黃隧道水位，保證京杭大運河船舶過往暢通。京杭大運河穿黃通航一旦成功，自然形成黃淮海流域水系連通，就可充分發揮灌溉、分洪、排澇等功能，產生巨大的經濟、社會與生態效益。