胡春宏，陳建國，陳緒堅

（中國水利水電科學研究院，100048，北京）

一、黃河泥沙治理中要進一步加強“調(diào)”的作用

新中國成立后，黨和政府對黃河治理工作一直十分重視，投入了大量人力物力，在上中游流域采取各種水利水保措施，開展了大規(guī)模的水土流失治理工作。在干流上從龍羊峽到小浪底修建了18座水庫，對黃河下游大堤進行了4次加高加固，創(chuàng)造了60年來下游伏秋大汛歲歲安瀾的奇跡，黃河治理取得了舉世矚目的成就。

近30年來，隨著流域經(jīng)濟社會的迅猛發(fā)展、人類活動的日益加劇和自然氣候的變化，黃河來水來沙過程發(fā)生了顯著的變化，水少、沙多、水沙關系不協(xié)調(diào)的矛盾更加突出，導致上游寧蒙河段河道淤積加重，防洪、防凌問題十分突出；中游小北干流河道河勢擺動加劇，潼關高程居高不下，渭河下游洪澇災害嚴重；下游主河槽淤積萎縮，河道頻繁斷流，“二級懸河”加劇，形成所謂小流量—高水位—大災害的局面。黃河洪水災害的威脅日趨嚴峻，嚴重威脅著黃河的健康，制約了流域社會、經(jīng)濟和環(huán)境的持續(xù)發(fā)展。黃河如何治理才能實現(xiàn)長治久安與黃河何時才能實現(xiàn)長治久安，一直是社會各界高度關注的問題。因此，進一步加強新時期、新形勢下黃河泥沙治理綜合措施研究，特別是黃河水沙調(diào)控體系建設與完善的研究，維持黃河健康，是十分必要，也是十分迫切的。

在黃河開發(fā)治理中，始終把泥沙處理問題放在突出位置。經(jīng)過長期的探索，人們已充分認識到解決黃河泥沙問題的艱巨性、復雜性與長期性，必須采用多種措施來綜合處理和利用泥沙，并逐步形成了采用“攔、排、放、調(diào)、挖”等措施綜合處理泥沙的黃河治理方略。其中，“攔”主要是靠中上游地區(qū)的水土保持和干支流控制性骨干工程攔減泥沙；“排”是通過河道整治，規(guī)順流路，形成窄深河槽，將攔不住的泥沙通過河道盡可能多地輸送入海；“放”是利用河道灘地與兩岸洼地處理和利用一部分泥沙；“調(diào)”是利用干支流骨干工程調(diào)節(jié)水沙過程，使之適應河道的輸沙特性，盡可能多輸沙入海，以減少河道淤積，節(jié)省輸沙水量；“挖”是在局部淤積嚴重的河段和河口河段挖河疏浚，結合淤背固堤和淤高低洼地面，增加可用土地，處理和利用泥沙。長期以來，廣大治黃工作者對黃河泥沙治理的各種措施和技術進行了深入系統(tǒng)的研究，未來需要重點研究協(xié)調(diào)黃河水沙治理的各種措施，避免突出某一單項措施及其目標效益，而導致其他目標效益受損。如過分強調(diào)水庫的攔沙作用，水庫淤積將加劇庫區(qū)上游干支流的洪澇災害，水庫下泄清水的沖刷也影響下游河道的穩(wěn)定性，甚至影響河口的生態(tài)環(huán)境,水庫的攔沙庫容也將快速用完。三門峽水庫的初期運用就是一個典型的例子。因此應研究如何充分發(fā)揮水庫攔沙的作用和調(diào)控泥沙的作用，建立調(diào)控協(xié)調(diào)的水沙關系，使下游河道既能有效減淤，又可長期使用水庫的攔沙庫容。

“攔、排、放、調(diào)、挖”等處理泥沙的措施在黃河不同河段和不同時期的作用是不同的。據(jù)研究，黃河干支流水庫攔沙的潛力與能力較大，但水庫的攔沙庫容是有限的，只能在一定時期內(nèi)發(fā)揮作用，應通過水庫調(diào)控出庫水沙過程，合理利用水庫“攔”的能力改善下游河道沖淤；黃河干流河道的輸沙潛力與能力也較大，河道輸沙是長期的，應充分利用河道“排”的能力輸沙到河口造陸和輸沙至深海；灘區(qū)放淤潛力與能力相對較大，灘區(qū)放淤是有條件的，應合理利用“放”的能力改善灘槽泥沙分布；水庫調(diào)控是黃河干流泥沙空間配置最重要的措施，通過水庫“調(diào)”進行“攔、排、放”，加強水庫聯(lián)合調(diào)控運用，改善水庫調(diào)控水沙的效果；“挖”的作用是處理局部河段的泥沙，其能力受挖河能力和泥沙利用能力的影響，作用相對較小。綜上所述，5種處理黃河泥沙措施中，“攔”和“放”兩種措施是階段性的，“排”和“調(diào)”兩種措施能夠相對長期發(fā)揮作用，“調(diào)”和“攔、排、放”需要相互結合。因此，未來在黃河泥沙處理中應充分發(fā)揮水庫“調(diào)”的作用，加強研究水庫“調(diào)”的控制技術，通過水庫聯(lián)合運用改善水沙關系，結合 “攔、排、放”等措施盡可能延長水庫有效庫容使用壽命，長期維持河道基本輸水輸沙能力。黃河小浪底水庫從2002年以來的10次調(diào)水調(diào)沙運用充分說明“調(diào)”在黃河泥沙治理中的作用。據(jù)統(tǒng)計，10次“調(diào)水調(diào)沙”運用，黃河下游800多km河道普遍發(fā)生沖刷，下游河道共沖刷泥沙量3.814億t，主河槽平均下降約1.5 m，河道最小過流能力由1 800 m3/s提高到4 000 m3/s，黃河河口三角洲生態(tài)系統(tǒng)得以恢復和改善。韓其為院士的研究表明，黃河調(diào)水調(diào)沙具有巨大的潛力，采用75%的水量調(diào)水調(diào)沙，就有可能解決黃河下游河道淤積的問題。

二、黃河水沙調(diào)控體系建設與協(xié)調(diào)水沙關系

黃河來水來沙量的減小、水沙量年內(nèi)分配的變化及來沙系數(shù)的增加是導致黃河干流河道淤積萎縮的主要原因，而汛期洪峰流量的減小則加重了主河槽的淤積。為實現(xiàn)黃河的長治久安，促進流域和相關地區(qū)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，必須采取有效途徑，協(xié)調(diào)黃河的水沙關系。建設黃河水沙調(diào)控體系為達到此目的提供了可能和保障。

為了解決黃河“水少、沙多、水沙關系不協(xié)調(diào)”的問題，維持黃河健康，所需要采取的有效措施是“增水、減沙、調(diào)節(jié)水沙過程”。增水主要是通過外流域調(diào)水和流域內(nèi)節(jié)水等途徑實現(xiàn)，其中外流域調(diào)水是最直接、最有效的措施。減沙主要包括3種措施：一是黃土高原水土保持措施攔沙，特別是攔減粗泥沙；二是利用黃河上中游骨干水庫和主要多沙支流上的大中型水庫攔沙；三是利用小北干流和下游等灘區(qū)放淤。調(diào)節(jié)水沙過程就是通過對黃河水沙調(diào)控體系中水庫群的合理調(diào)控運用，最大限度地將黃河不利的水沙過程改變?yōu)閰f(xié)調(diào)的水沙過程，多輸送泥沙入海，減少河道淤積，擴大并維持河道主槽過流能力。“增水、減沙、調(diào)節(jié)水沙過程”這3種治理途徑均屬于黃河水沙調(diào)控體系的不同實施目標，通過黃河水沙調(diào)控體系不同調(diào)度運用，可實現(xiàn)上述3種途徑的治理目標。因此，建立完善的黃河水沙調(diào)控體系是今后黃河治理的重要措施之一。

圖1 黃河水沙調(diào)控體系示意圖

黃河水沙調(diào)控體系由理論基礎和技術措施兩部分組成，如圖1所示。黃河水沙調(diào)控體系的理論基礎是流域水沙資源優(yōu)化配置的理論與模型，其作用是科學分析與配置黃河水沙的分布，明確水沙的去向，把水沙合理地配置到流域的河道內(nèi)、河道外、水庫內(nèi)、灘區(qū)、筑堤、造地、入海和綜合利用等。技術措施是指水沙調(diào)控工程體系，包括工程和非工程措施：①以干流的龍羊峽、劉家峽、大柳樹、磧口、古賢、三門峽和小浪底等大型水利樞紐為主體，支流的陸渾、故縣、河口村和東莊等水庫為補充的聯(lián)合調(diào)控運用，配合下游的河道整治工程等，是調(diào)節(jié)黃河水沙過程的主要手段，應充分發(fā)揮黃河干支流上大型骨干水庫的水沙調(diào)控功能，調(diào)節(jié)出更為協(xié)調(diào)的黃河水沙過程；②水土保持與多沙、粗沙區(qū)的治理，灘區(qū)綜合治理（生產(chǎn)堤、放淤等），河口造陸和泥沙資源綜合利用等是黃河減沙的重要手段，通過這些措施，可減少進入下游河道的泥沙，并使黃河泥沙配置更為合理；③跨流域調(diào)水工程和流域內(nèi)節(jié)水工程等是黃河增水的重要手段，可有效增加進入黃河的水量，提高河道的輸沙能力。黃河水沙調(diào)控體系的主要目的是：調(diào)控出協(xié)調(diào)的水沙過程，減輕黃河河道的淤積，維持河道主河槽的基本泄洪輸沙功能；有效管理黃河洪水，為防洪安全提供重要保障；優(yōu)化配置黃河水沙資源，確保黃河不斷流，改善生態(tài)環(huán)境，以水資源的持續(xù)利用支持經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，維持黃河的健康。

據(jù)分析，黃河下游協(xié)調(diào)的水沙關系應具有以下特征：①從年平均值來說，來沙系數(shù)應小于0.012，流量應大于1 850 m3/s，即含沙量小于 21 kg/m3；②對于不漫灘洪水，洪峰與沙峰要同步，洪峰流量為 2 500～3 500 m3/s，平均來沙系數(shù)小于0.012，洪峰歷時在7天左右，洪量在15億m3以上；③對于漫灘洪水，洪峰與沙峰要同步，洪峰流量大于 5 500～6 000 m3/s（相當于洪峰流量與平灘流量的比值大于1.5），平均來沙系數(shù)小于0.015，洪峰歷時為7～8天，洪量在35億m3以上。

目前，在黃河干支流建成了以龍羊峽、劉家峽、三門峽、小浪底水利樞紐工程為主，陸渾、故縣水庫工程為輔的水沙調(diào)控工程體系，在黃河流域防洪、減淤、供水等方面發(fā)揮了重要作用。尤其是小浪底水庫建成后，通過水庫攔沙和調(diào)水調(diào)沙，顯著地改善了進入黃河下游的水沙關系，抑制了黃河下游河道淤積抬高的態(tài)勢，黃河下游河道中水河槽過流能力已恢復至4 000 m3/s。據(jù)分析，小浪底水庫的水沙調(diào)控運用，可以在2020年前將黃河下游河道中水河槽過流能力維持在4 000 m3/s左右。但小浪底在2020年前后水庫攔沙庫容淤滿后，黃河下游河道淤積抬高問題又將凸顯，防洪形勢將又趨嚴峻。小浪底水庫攔沙庫容淤滿后，調(diào)水調(diào)沙庫容為10億m3，一般可調(diào)節(jié)蓄水庫容僅5億m3左右，依靠小浪底水庫調(diào)節(jié)水量，不能滿足維持黃河下游中水河槽的水流動力要求。黃河小北干流放淤是處理黃河粗泥沙的重要措施之一，對控制潼關高程、減少小浪底入庫泥沙、減緩下游河道淤積、改善灘區(qū)土地利用條件等具有戰(zhàn)略意義；在現(xiàn)狀工程條件下，進入小北干流放淤區(qū)河段的水沙過程、放淤過程及歷時完全受制于天然水沙過程，可放淤的機會相對較少。這主要是由于黃河水沙調(diào)控工程體系尚不完善，一些重要的工程還沒有建設。興建古賢、磧口等水庫后，可以控制小北干流河段來沙，提高小北干流放淤的效率，增加進入灘區(qū)的粗泥沙，減少進入黃河下游的粗泥沙，減緩黃河下游河道淤積。這些工程與小浪底水庫聯(lián)合調(diào)水調(diào)沙，塑造協(xié)調(diào)的水沙關系，增大河道的造床流量，充分利用黃河下游河道的輸沙能力，多“排”沙入海，實現(xiàn)“攔、調(diào)、排”的相互結合，可長期維持黃河下游河道中水河槽的行洪輸沙功能。通過干流多座水庫工程聯(lián)合調(diào)水調(diào)沙，使小北干流河段明顯沖刷，不僅可以恢復小北干流河道主河槽過流能力，而且可使潼關高程顯著下降，減少黃河倒灌渭河的概率，減輕渭河中下游防洪壓力，同時為小北干流河段大規(guī)模放淤提供條件。因此，通過工程措施建設與完善黃河水沙調(diào)控體系，是調(diào)節(jié)黃河協(xié)調(diào)水沙關系的關鍵措施之一，對于優(yōu)化配置黃河泥沙分布具有重要作用。

三、2020—2050年黃河中下游干流治理目標概述

黃河干流治理的目標隨著治理措施的不同和來水來沙的變化是不同的，治理目標的控制性指標也可用多種形式表達。為簡化分析，突出黃河治理的主要矛盾，僅確定最為關鍵的參數(shù)作為黃河干流治理的控制性指標。鑒于本文主要研究古賢水庫在黃河治理中的作用，以下將主要論述受古賢水庫影響的黃河中下游治理目標。

1.中游治理目標

黃河中游河道的主要問題是20世紀60年代三門峽水庫運用以來潼關高程居高不下，造成匯流區(qū)和渭河下游侵蝕基準面抬高、淤積加重，渭河下游河道由三門峽建庫前的地下河變成了現(xiàn)在的地上河，防洪形勢嚴峻。因此，將黃河中游河道治理的控制性指標確定為潼關高程的降低值。

三門峽水庫運用方式調(diào)整與潼關高程控制研究成果表明，通過調(diào)整三門峽水庫的運用方式，在目前偏枯的水沙條件下使潼關高程下降1 m左右是可能的。古賢水庫對小北干流及三門峽庫區(qū)減淤作用研究成果表明，在3種水沙系列條件下，古賢水庫不同起調(diào)方案運用30～40年內(nèi)，隨著其下游河道的沖刷，潼關高程將有較大幅度的下降，最多可降低1.8 m左右。

根據(jù)黃河流域綜合規(guī)劃建議，古賢水庫建成運用的時間為2020年。綜合考慮可將黃河中游治理目標定為：2020年前，主要通過調(diào)整三門峽水庫運用方式降低潼關高程1 m左右；2020—2050年，主要通過古賢和三門峽水庫聯(lián)合調(diào)控運用及小北干流放淤，降低潼關高程2 m左右。

2.下游治理目標

黃河下游河道的主要問題是，20世紀80年代后期，由于龍羊峽和劉家峽水庫的建成與運用，加之沿黃工農(nóng)業(yè)用水的大量增加及降雨量減少等因素影響，黃河下游來水來沙條件發(fā)生了顯著變化，致使下游河道主河槽嚴重淤積萎縮，平灘流量顯著減小，“二級懸河”加劇，形成小流量—高水位—大災害的局面，這種形勢還有不斷加劇的趨勢，成為21世紀初期黃河下游防洪治理面臨的關鍵問題之一。因此，將黃河下游河道治理的控制性指標確定為下游河道能夠塑造與維持的中水河槽的平灘流量。

實測資料分析表明，當進入下游的水量維持在1986—2003年的水平（花園口水文站斷面年平均徑流量為259億m3）時，黃河下游河道的平均平灘流量約為3 800 m3/s。黃河河道水沙動力學模型計算結果表明，在目前來水來沙條件下，通過小浪底水庫的單獨調(diào)節(jié)運用，可以在5～8年左右塑造出一個平灘流量約為4 000 m3/s的中水河槽，然后通過調(diào)節(jié)水庫適當?shù)某鰩炫派潮?，可以在小浪底水庫攔沙庫容淤滿前得以維持。

小浪底水庫與古賢水庫聯(lián)合調(diào)度運用的數(shù)學模型計算結果表明，古賢水庫的投入運用可使小浪底水庫調(diào)節(jié)運用塑造和維持的下游河道4 000 m3/s左右的中水河槽多維持10年左右。之后，下游河道開始回淤，平灘流量減小，在兩個水庫聯(lián)合運用的第10～30年間，下游河道平灘流量基本維持在3 500 m3/s左右。

綜合上述實測資料分析和數(shù)學模型計算結果，在黃河流域綜合規(guī)劃建議的古賢水庫2020年建成并與小浪底水庫聯(lián)合調(diào)水調(diào)沙運用的情況下，黃河下游河道的治理目標可確定為：2030年前維持下游中水河槽的平灘 流 量 為 4 000 m3/s左 右 ，2030—2050年維持下游中水河槽的平灘流量為3 500 m3/s左右。

四、古賢水庫在黃河中下游水沙調(diào)控與泥沙治理中的作用

擬建的古賢水庫壩址位于黃河北干流河段下段，上距磧口壩址235.4 km，下距壺口瀑布10.1 km，控制了黃河80%的水量和66%的沙量，是黃河水沙調(diào)控體系七大控制性骨干工程之一。目前以小浪底水庫、三門峽水庫（包括萬家寨水庫等）和下游河道整治為中心的中下游水沙調(diào)控工程體系，在攔沙和調(diào)水調(diào)沙運用，降低潼關高程，減少下游河道泥沙淤積，塑造與維持下游河道4 000 m3/s平灘流量的中水河槽中發(fā)揮了顯著作用，但也存在著調(diào)控能力不足和攔沙庫容有限等明顯問題，使潼關高程的進一步降低和下游河道中水河槽長期維持無法實現(xiàn)，迫切需要在小浪底水庫攔沙庫容淤滿前，在中游建成古賢水庫，完善黃河中下游水沙調(diào)控體系。古賢水庫優(yōu)越的地理位置，巨大的攔沙庫容和水沙調(diào)控能力，對于調(diào)控協(xié)調(diào)的水沙關系，實現(xiàn)2050年前黃河中下游治理目標具有十分重要的和不可替代的作用。

1.對中下游河道減淤的作用

據(jù)不同水沙系列下古賢水庫調(diào)度運用對黃河小北干流和下游河道減淤作用研究表明，古賢水庫不同運用方案小北干流河道減淤量為25.78億～28.99億 m3，不淤年限在 55～60年左右；小浪底和古賢兩庫聯(lián)合調(diào)度運用，下游河道減淤量為118.8億～144.6億t，不淤年限可達43～58年?？梢姽刨t水庫運用對黃河小北干流和下游河道具有顯著的減淤效果。

2.對降低潼關高程的作用

古賢水庫壩址距潼關約200 km，攔沙庫容為118.2億m3。汛期通過水庫攔沙和調(diào)水調(diào)沙運用，調(diào)控進入小北干流河段的水沙關系，結合三門峽水庫運用方式調(diào)整，使潼關河段發(fā)生持續(xù)性沖刷，從而實現(xiàn)潼關高程在2020—2050年期間降低2 m左右的目標，有效減輕黃渭洛匯流區(qū)和渭河下游的防洪壓力。

3.與小浪底水庫聯(lián)合運用的作用

不同水沙系列小浪底水庫和古賢水庫聯(lián)合調(diào)度運用對黃河下游河道減淤作用研究表明，僅小浪底水庫單獨運用，下游河道減淤量為58.5億～71億t，不淤年限為21～27年，如圖2所示。小浪底和古賢兩庫聯(lián)合調(diào)度運用，下游河道減淤量增加到118.8億～144.6億t，不淤年限可達 43～58年，減淤量和不淤年限均為小浪底水庫單獨運用時的2倍以上，即兩座水庫聯(lián)合調(diào)度運用對維持下游河道健康的作用大于各水庫單獨運用作用之和，具有1+1>2的效果。特別需要指出的是，小浪底水庫1999年運用以來，攔沙庫容已使用了約25億m3，尚有近50億m3，應抓緊時間建設古賢水庫，發(fā)揮兩庫聯(lián)合調(diào)度運用的效果，同時還可以延長小浪底水庫攔沙庫容的使用年限，更大程度地發(fā)揮水庫的調(diào)控作用。

4.對維持下游河道中水河槽的作用

小浪底水庫攔沙和調(diào)水調(diào)沙，已使黃河下游河道中水河槽的過流能力恢復至近4 000 m3/s，但小浪底在2020年前后水庫攔沙庫容淤滿后，黃河下游河道淤積抬高問題又將凸顯，僅依靠小浪底水庫調(diào)節(jié)水沙過程，黃河下游河道流量4 000 m3/s左右的中水河槽將不能維持，到2030年下游河道中水河槽將萎縮到流量3 000 m3/s左右。而古賢水庫通過水庫攔沙和與小浪底水庫聯(lián)合調(diào)水調(diào)沙運用，協(xié)調(diào)進入黃河下游河道的水沙關系，提高下游河道輸沙能力，盡量多排沙入海，減緩河道淤積抬升，能夠?qū)崿F(xiàn)下游河道在2050年前維持流量3 500～4 000 m3/s中水河槽的治理目標?？梢姽刨t水庫在2050年前在維持下游一定規(guī)模的中水河槽中具有極其重要和不可替代的作用。

5.對黃河中下游泥沙優(yōu)化配置的作用

古賢水庫位于黃河北干流河段下段，特殊的地理位置與對黃河水沙的控制能力，可以在黃河中下游泥沙優(yōu)化配置中發(fā)揮重要作用。水庫調(diào)控是黃河水沙優(yōu)化配置的重要措施之一，通過古賢水庫攔沙，可攔截進入小浪底水庫和下游河道的泥沙總量為118.2億m3，顯著減輕小浪底水庫和下游河道的淤積。通過古賢水庫水沙調(diào)控，可為小北干流灘區(qū)放淤創(chuàng)造條件。據(jù)分析，小北干流放淤采用甘澤坡樞紐進行有壩自流放淤，安置泥沙的潛力為107.5億 m3，比無古賢水庫的無壩放淤多放淤99.1億m3；通過古賢水庫與小浪底水庫聯(lián)合調(diào)水調(diào)沙運用，能夠調(diào)整小浪底水庫淤積形態(tài)，延長小浪底水庫有效庫容使用年限，并可優(yōu)化下游河道灘槽泥沙分布與比例、下游河道輸沙能力和輸送到河口的泥沙數(shù)量，使黃河泥沙分布更趨于合理。

五、結 語

黃河泥沙問題十分復雜，必須采用“攔、排、放、調(diào)、挖”等措施綜合處理泥沙，未來應進一步加強“調(diào)”的作用，通過水庫聯(lián)合運用調(diào)控出協(xié)調(diào)的水沙關系，通過“攔、排、放”等措施盡可能延長水庫有效庫容使用壽命，長期維持河道基本輸水輸沙能力和優(yōu)化配置黃河泥沙的分布。

黃河難以治理的癥結在于“水少、沙多、水沙關系不協(xié)調(diào)”，解決這一問題的有效途徑是有針對性地實行 “增水、減沙、調(diào)節(jié)水沙過程”。黃河水沙調(diào)控體系的建設是實現(xiàn)上述治理目標的重要措施，應加緊建設與完善。

綜合考慮黃河水沙調(diào)控體系建設狀況，黃河中下游干流治理目標可確定為：2020年前降低潼關高程1 m左右，2020—2050年降低潼關高程2m左右；2030年前維持中水河槽的平灘流量為4000m3/s左右，2030—2050年維持中水河槽的平灘流量為3500m3/s左右。

古賢水庫在黃河水沙調(diào)控工程體系和中下游治理中起著非常重要和不可替代的作用，為達到黃河中下游在2050年前的治理目標，階段性實現(xiàn)黃河長治久安，發(fā)揮兩座水庫聯(lián)合調(diào)度運用1+1＞2的作用，建議在小浪底水庫攔沙庫容淤滿之前，盡早建成古賢水庫。

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