張金良，仝 亮，王 卿，段 沛,2，尚毅梓,3

(1．黃河勘測規(guī)劃設計研究院有限公司，河南 鄭州 450003； 2.西北農(nóng)林科技大學水利與建筑工程學院，陜西 楊凌 712100; 3.中國水利水電科學研究院流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室，北京 100038)

通常認為多年平均輸沙量大于1億t，或者多年平均含沙量超過10 kg/m3的河流為多沙河流，目前世界上的多沙河流有13條，其中黃河年輸沙量排在首位[1]?！八?、沙多，水流挾沙量大”是多沙河流的突出特征，譬如黃河潼關(guān)站多年平均輸沙量高達9.2億t，多年平均年徑流量僅為335.3億m3[2]。若水流挾帶泥沙能力不足，泥沙沿程淤積，在其下游就會形成“地上懸河”。泥沙淤積是多沙河流下游潰壩，形成漫灘洪水，威脅灘區(qū)居民生命財產(chǎn)的根源[3]。

國際上通常在多沙河流的上中游建造水庫攔截泥沙以減少下游淤積[4]。與常規(guī)水庫顯著不同，多沙河流水庫的運用方式主要是蓄水攔沙和調(diào)水調(diào)沙[5]，即當汛期來沙時，空庫或低水位運用迎汛，當洪水裹挾大量泥沙入庫時，使用如排沙底孔等排沙設施進行排沙減淤；河水沙量較少時，方能攔蓄徑流，蓄水興利[6]。多沙河流在常年輸沙的作用下，河道及水庫內(nèi)的淤積是不可避免的，河流泥沙治理就顯得尤為重要[7]。上中游的水土流失是下游泥沙的主要來源，所以治理的關(guān)鍵和根本是水土保持[8]，主要由覆蓋坡面、緩截水勢、截排水流、蓄存水能4種方法控制水流沖刷力，進而防止水土流失[9]，通過治溝工程、治坡工程等措施實現(xiàn)。根本治理所需時間長、見效慢，還需同步進行下游河道的流路治理，防止洪水災害。多沙河流的下游曲折多彎，河床易沖易淤，由于彎道的形態(tài)約束，造成表層水流指向凹岸，后潛入河底朝凸岸流去，而底層水流則指向凸岸，后翻至水面流向凹岸，呈現(xiàn)凹岸沖刷而凸岸淤積的現(xiàn)象[10-11]?！坝偻箾_凹”造成了主流擺動不定，使得下游河段河勢呈現(xiàn)出游蕩性變化特征。“微彎型整治”就是利用多沙河流這一河流動力學特點，設置人工彎道，利用凸岸淤積來防沙排沙[12]。

黃河是世界上最復雜難治的多沙河流，黃河下游的泥沙、懸河等問題尤為突出[13]。從自然形態(tài)上來看，黃河下游地形地貌特征獨特，斷面寬淺、灘槽高差較小，尤其是河南段游蕩性河道“洲灘密布、汊道交織”，而且有洪水變化急劇、同流量下的含沙量不穩(wěn)定的復雜演變特點，以及水流分散，主流擺動不規(guī)律，河勢變化劇烈，河床易發(fā)生沖淤且幅度大等特征[14]。而黃河下游灘區(qū)不僅是滯洪沉沙的場所和行洪輸沙的通道，也是老百姓賴以生存的家園。在國家全面建設小康社會、大力推進生態(tài)文明建設的大背景下，黃河長期存在著防洪運用和經(jīng)濟發(fā)展的矛盾：由來已久的“人水爭地”矛盾，灘區(qū)脫貧致富投入與防洪管理調(diào)度大局之間愈發(fā)凸顯的矛盾，黃河下游生態(tài)保護與灘區(qū)無序開發(fā)、低端供給之間的矛盾等，無不昭示黃河下游灘區(qū)治理矛盾的復雜性[15]。

本文以我國在黃河下游治理方式的轉(zhuǎn)變?yōu)橹骶€，闡述黃河下游復雜難治的特點，對每個時期最前沿的治理技術(shù)進行評述，并討論生態(tài)治理技術(shù)的發(fā)展方向，期望對黃河下游治理有所啟發(fā)。

1 黃河下游治理方略的演變及其成效

黃河下游以“善徙、善淤、善決”聞名于世[16]。自公元前600余年至1938年下游河段發(fā)生決口近1 600次，重大改道5次，決溢縱橫面積達到約25萬km2，涉及河北、山東、河南、江蘇、安徽五省[17]。頻繁的水患給下游沿岸百姓帶來了巨大的災難，黃河安危事關(guān)國家政治安定和經(jīng)濟發(fā)展，古往今來，許多治河思想與方略應運而生[18]，總體而言，可分為3個階段。

1.1 第一階段：黃河下游河道“治水防洪”

春秋以前，由于認知水平有限、治理手段落后，黃河治理局限于防洪保安，表現(xiàn)出從“水來土擋”到“筑堤分流”逐漸合理的演變過程。傳說中共工率眾“壅防百川，墮高堙卑”，而后鯀“障洪水”未果，禹采用“因水之流”“疏川導滯”之法最終成功治水，便體現(xiàn)了治河思想的演變[19]。春秋時期，齊國的管仲主張“筑堤防洪、除害興利”，這是最早有關(guān)黃河下游修筑堤防的文字記載[20]。戰(zhàn)國時期，黃河下游的河岸堤防相互連貫形成一體，有記載“做堤去河二十五里”[21]，表明筑堤防洪已成為當時治河的主要手段。西漢末年，先前的堤防已很難有效防洪，黃河下游決口和泛濫頻繁發(fā)生。賈讓提出“治河三策”：上策是避免人水沖突，擴寬河道；中策是在黃河河道的狹窄處分水；下策是對已形成的堤防工程進行加固[22]。這一治河策略體現(xiàn)了“不與水爭地”的原則。受當時歷史背景所限，決策者只采納了下策，但也隱含了“寬河固堤”的思想[23]。東漢初期，漢明帝令王景治理黃河，達到“河汴分流，復其舊跡”的良好效果，上段滎陽一片堤距數(shù)十里，兩岸堤防間設置充足的寬度容納洪水并沉積泥沙，“左右游波，寬緩而不迫”，使河床淤高明顯變慢[24]，實際踐行了賈讓“治河三策”中的上策。此后數(shù)百年內(nèi)，黃河下游未出現(xiàn)大型改道[25]。北宋時期，黃河下游水患再度嚴重，新改河道行河不久就嚴重淤積。任伯雨提出“寬立堤防，約攔水勢，使不至大段漫流”的治河方略[26]，表明了當時我國水利學家已經(jīng)意識到“若未能妥善解決河道淤積問題，即使黃河改道也很難持久”，黃河水患與泥沙淤積有著密切的聯(lián)系。在戰(zhàn)亂動蕩的兩宋之際，黃河決堤后便改道南下，夾雜著大量泥沙淤塞了入海通道，致使洪水排泄不暢，四處泛濫。明朝時期，萬恭和潘季馴明確提出黃河難治的根源在于泥沙[27]，認為黃河不應分流，宜采用堤防約束使其合流，再沖刷河道淤沙，并攜沙入海，實現(xiàn)“淤不得停，則河深，河深則永不溢”，該治河主張被后人總結(jié)為“束水攻沙”。清朝時期，靳輔、陳潢延續(xù)“束水攻沙”的治河思路，直到清朝末期，黃河下游未發(fā)生大的災害。清朝后期，自然環(huán)境變化加上治河投入減少，歷經(jīng)宋、明、清初所治理的明清故道比降逐漸變緩，下游河床淤積抬升再趨嚴重[28]，行河七百余年的明清古道被廢棄，由此形成利津入海的現(xiàn)行河道。

1.2 第二階段：全河“治水與治沙”相結(jié)合

1949年以后，政府認識到黃河河道“上沖下淤”的自然規(guī)律，于1953年制定出“蓄水攔沙”方案，在三門峽建設大型水庫攔截上游來沙。然而，三門峽水利樞紐1960年下閘蓄水后不久就產(chǎn)生了嚴重淤積。隨后總結(jié)三門峽水庫的慘痛教訓，在涇河、渭河、延水、洛河等主要支流繼續(xù)修筑10座水庫，同時展開植樹造林、種草等水土保持工作[29]，實際的治理效果也表明了“在上中游攔泥蓄水，在下游防洪排沙”是行之有效的治河策略[30]，后世稱之“上攔下排”治河方略[31]，為黃河后期進行“調(diào)水調(diào)沙”奠定了基礎。

自1973年10月起，三門峽水庫開始采用“蓄清排渾”運用，平水期控制水位305m，降低水庫運行水位，增強排沙輸沙能力，并通過水輪發(fā)電機組進行發(fā)電；來較大洪水時，水庫敞泄排沙運用，把非汛期淤積的泥沙排出水庫。經(jīng)過改建并采用“蓄清排渾”運用之后，水庫淤積的泥沙得到了有效控制，三門峽水庫逐漸進入淤積平衡狀態(tài)。

1986年，黃河水利委員會總結(jié)經(jīng)驗提出了“攔、用、調(diào)、排”四字治河方略[32]。其中“攔”，即在上中游通過植樹造林種草等水土保持措施和干支流水庫的死庫容運用實現(xiàn)攔截泥沙?！坝谩?，即用洪用沙，在全河段采取引洪放淤、引洪漫地、淤背固堤等措施?！罢{(diào)”，即調(diào)水調(diào)沙，通過建設黃河干支流水庫來調(diào)節(jié)水量和泥沙，將原有不利的水沙不平衡轉(zhuǎn)變成適宜的水沙相適應，進而排沙排洪，同時減少下游河道淤積?！芭拧保闯浞掷弥猩嫌嗡畮鞌r沙，使得下游河道沖刷，從而比降變陡，排洪排沙能力加大，排沙排洪入海。

2002年，水利部將控制黃河洪水的方略定為“上攔下排，兩岸分滯”，將處理與利用黃河泥沙的方略定為“攔、排、調(diào)、放、挖”。其中“放”，即對下游兩岸進行處理時利用好一部分洪水攜帶的泥沙，“挖”就是通過挖河淤背，進而對黃河干堤加固，逐漸發(fā)展成“相對地下河”。至此，先后經(jīng)歷了“寬河固堤”“蓄水攔沙”“上攔下排，兩岸分滯”“調(diào)水調(diào)沙”和“攔、用、調(diào)、排”等治河方略，真正使治黃由下游防洪走向了全河治理。

1.3 第三階段：黃河下游流域“分區(qū)治理”

2000年以來，黃河流域下墊面條件、進入下游的水沙過程及社會經(jīng)濟發(fā)展水平顯著變化[33]，原來的河道行洪區(qū)(灘區(qū))人類活動頻繁，進一步加大了治理難度。黃河下游灘地作為流域的重要成分，既是行洪、滯洪、沉沙的場所，也是沿黃居民生產(chǎn)、生活、發(fā)展的區(qū)域[34-35]。目前黃河下游山東灘區(qū)、河南灘區(qū)居住有上百萬人口，在灘區(qū)從事生產(chǎn)活動，影響并制約著防洪工程的建設及其調(diào)度運用[36]。此外，1949年之后4次加高加固的堤防工程雖然確保了黃河下游70余年安瀾，但也阻隔了灘區(qū)與沿黃30余座大中城市的協(xié)同發(fā)展，制約了“黃河流域生態(tài)保護與高質(zhì)量發(fā)展”目標的實現(xiàn)[37]。

2018年，黃河勘測規(guī)劃設計研究院有限公司首次提出“分區(qū)治理”的新思路，在現(xiàn)狀“寬河固堤”的格局下改造黃河下游灘區(qū)，使用泥沙放淤、挖河疏浚等手段進行施工建設，形成不同功能區(qū)域。最主要的是適當加高臨堤2 000 m以內(nèi)區(qū)域形成“高灘”，將其劃為生態(tài)宜居區(qū)，按照20年一遇防洪標準建設，用以安置灘區(qū)原有居民，解決群眾的防洪保安難題；“二灘”為“高灘”和“嫩灘”之間的區(qū)域，經(jīng)過人工改造達到5年一遇的防洪標準，同時在政府的引導和扶持下，按市場經(jīng)濟規(guī)律發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)、環(huán)保工業(yè)等，解決移民的生產(chǎn)生活問題[38]；對貼近河道的“嫩灘”，可建設生態(tài)濕地景觀，還能在汛期與黃河河道共同行洪輸沙。這是一種流域綜合治理模式，特色十分突出，通過“三灘”(“二灘”“高灘”和“嫩灘”)的生態(tài)建設，可將黃河下游塑造為“人-水-沙”和諧共存的濱河廊道[39]。

該模式在防洪標準制定、移民安置等方面均有一定政策依據(jù)[40]，且遵循了河流水沙輸移的自然規(guī)律，具有充分的可行性?！案邽钡暮樗烙鶚藴式ㄔO達到了普通縣城的水平；“二灘”按照一般耕地的防洪標準來規(guī)劃建設，能夠抵擋住小型洪水。如此按照保護對象及其重要程度進行的洪水防御，被稱為“洪水分級設防”。黃河下游中、小洪水發(fā)生頻繁，采用該治理模式，泥沙多在“嫩灘”落淤，對灘區(qū)居民的生產(chǎn)生活影響較小。只有遭遇到數(shù)十年一遇的大洪水乃至特大洪水，“二灘”乃至“高灘”才會和河道共同行洪輸沙，泥沙在整個灘區(qū)落淤，這便是“泥沙分區(qū)落淤”。此外，“三灘”彼此之間未設置隔斷，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)灘-槽水沙的自由交換，而且在各種量級的洪水發(fā)生后，其退水均能以自然狀態(tài)回歸河道，這也是該模式有別于以往“束水攻沙”和“寬河固堤”等方略淤灘刷槽的重要特點。

2 多沙河流流域治理的前沿技術(shù)

黃河下游的治理問題需要從流域的角度來解決，這是多年工程實踐獲得的寶貴經(jīng)驗[41]。基于這一思路，21世紀以來治黃工作者們圍繞多沙河流水庫運用[42]、治沙工程結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化及河道灘區(qū)生態(tài)治理[43]等相關(guān)技術(shù)開展積極探索并取得重要成果。

2.1 攔沙水庫減淤興利運用新技術(shù)

多沙河流水庫運用技術(shù)發(fā)展主要經(jīng)歷了3個階段：

第一階段以三門峽水庫初期蓄水攔沙運用技術(shù)為代表，庫區(qū)淤積嚴重，無法實現(xiàn)開發(fā)目標。蓄水攔沙運用技術(shù)可進一步細分為“蓄洪攔沙”和“蓄洪排沙”兩種運用方式，值得注意的是，此處蓄洪攔沙運用過程中，水庫的蓄水工作不僅在泥沙含量較低的非汛期進行，而且也在泥沙含量較高的汛期內(nèi)進行，因而該運用方式較適合具有較大攔沙庫容的水庫，這類大型水庫經(jīng)過長期蓄水攔沙后，仍有一部分庫容滿足各種興利調(diào)度要求[44]。我國官廳水庫、三門峽水庫在起初的運用上曾采用過這種運用方式，結(jié)果水庫泥沙大量淤積，運行方式在后期被迫調(diào)整。后期對水庫采取的蓄洪排沙運用方式，是指在水量與含沙量的量級較大的季節(jié)(汛期)，只對一部分洪水進行攔蓄，且這一時期的限制水位會根據(jù)排沙水位而受到限制，當庫水位超過該限制水位時，水庫主動棄水[45]。已有的劉家峽、石泉、馮家山等水庫采用此類運用方式，通過控制水位運用，限制水庫泥沙淤積在某一高程以下，可長期保持一定的有效庫容用于興利調(diào)度。

第二階段以三門峽水庫兩次改建后“蓄清排渾”運用為代表，有效庫容得到保持，實現(xiàn)了部分開發(fā)目標?！靶钋迮艤啞边\用技術(shù)進一步細分為汛期滯洪運用、汛期控制低水位運用和汛期控制蓄洪運用等形式[46]。其中，汛期滯洪運用是指在汛期采取空庫迎洪、滯洪排沙，水庫對洪水按泄洪能力自然滯洪，僅起到緩滯作用，洪水過后立即敞泄沖刷，把汛前蓄水期和滯洪期淤積的泥沙沖刷排出水庫，排沙效果較好，能大大減少水庫的淤積，如黑松林、紅領(lǐng)巾、洗馬林等水庫均采用此運用方式。汛期控制低水位運用即汛期水庫不泄空，而是采取限制一定的低水位進行控制運用，一般為排沙限制水位。當洪水到來時，庫水位限制這一水位運行，大部分洪水排沙出庫，因排走汛期大部分泥沙，依靠年際間來水的豐枯過程，可以基本控制水庫淤積。青銅峽水庫和改建后的三門峽水庫采用的運用方式屬于此類型[47]。汛期控制蓄洪運用是在汛期含沙量較高的洪水時采取低水位控制運用，將泥沙排至庫外，而含沙量較低的小洪水可以適當加以攔蓄，以提高水庫的興利效益，滿足用水需求。這種運用方式主要解決水庫排沙與蓄水興利的矛盾，如山西的恒山水庫?！靶钋迮艤啞边\用技術(shù)是我國多沙河流水庫較廣泛采用的技術(shù)。

第三階段以小浪底水庫攔沙初期“調(diào)水調(diào)沙”運用為代表，實現(xiàn)了水庫及河道減淤，提升了綜合利用效益[48]?！罢{(diào)水調(diào)沙”是以下游河道泥沙沖淤情況為依據(jù)，對水庫運用方式進行靈活且及時的調(diào)節(jié)，再充分利用水庫下游河道大流量洪水過程的輸沙能力，盡可能多地把水庫和下游河道中的淤沙輸送入海，這一運用方式可視作對“蓄清排渾”的進一步深化[49]。21世紀以后，黃河水利委員會在總結(jié)三門峽、青銅峽、天橋、王瑤、巴家嘴等已建水庫“蓄清排渾”運用經(jīng)驗的基礎上，提出多沙河流水沙聯(lián)合調(diào)控技術(shù)，該技術(shù)核心在于對主汛期入庫的水量和沙量進行靈活調(diào)節(jié)，通過對水庫的蓄、泄水時間和數(shù)量進行有目的地控制，盡可能延長攔沙水庫使用年限，將減少水庫淤積與下游河道減淤有機結(jié)合起來[50]。

2.2 流域治沙工程新結(jié)構(gòu)及新工藝

黃河治沙工程有著悠久的歷史，隨著人們對黃河泥沙問題認識的深入，加上實踐經(jīng)驗的不斷總結(jié)，一些傳統(tǒng)治沙工程的建筑材料、建筑物類型、結(jié)構(gòu)工藝形式等實用性能不斷改進，其中以淤地壩和丁壩的發(fā)展最為典型。

淤地壩是以攔泥淤地為目的而修建在溝道中的壩工建筑物，在黃河流域水土流失治理中發(fā)揮著重要作用[51]。明朝時期陜西省子洲縣首次“天然聚湫”形成黃土洼淤地壩，時至今日，黃河流域已有淤地壩5.88萬座，淤地面積約940 km2，累積攔減入黃泥沙95.4億t，年均攔減入黃沙量超過3億t[52]。以往的淤地壩全部為均質(zhì)土壩，潰決風險高，即便增設混凝土溢洪道或在建筑材料中添加漿砌石等措施，僅可一定程度上減小潰決的風險，不能從本質(zhì)上解決臨壩身過流而導致壩體受損的問題[53]。況且，作為小型水利工程，很多淤地壩的泄洪設施并不完善，極端氣象條件下作用不穩(wěn)定。2013年陜西延河遭遇持續(xù)強降雨，上千座淤地壩不同程度受損；2016年內(nèi)蒙古達拉特旗西柳溝和罕臺川小流域發(fā)生特大暴雨，數(shù)十座淤地壩發(fā)生決口。黃河勘測規(guī)劃設計研究院有限公司開展淤地壩免管護研究，歷經(jīng)十余年探索研究，于2020年提出了一種全新的壩工結(jié)構(gòu)[54]，它在土壩壩體上設置防沖刷保護層，沖刷保護層是以當?shù)攸S土為原料，由黃土、固化劑、細砂按照6∶3∶1的比例摻和，實現(xiàn)了原料就地取材，在提高性能的同時還降低了成本。

丁壩是河道整治建筑物，因其具有保護河岸、調(diào)整水流等功能被廣泛應用，但對于黃河下游不利的河道形態(tài)，傳統(tǒng)土石結(jié)構(gòu)的丁壩在對高含沙水流控導、自身安全防護等方面都出現(xiàn)了不同程度的問題。對此加以改進，形成了壩垛結(jié)構(gòu)和丁壩壩頭保護結(jié)構(gòu)兩種設計，在黃河下游游蕩型河段整治中普遍采用[55]。

傳統(tǒng)水利工程以建設水工建筑物為手段，目的是改造和控制河流。然而，河流不應只看到可供開發(fā)水資源的一面，同時更是河流系統(tǒng)水生生物生命的承載。我國水利行業(yè)工作者基于生態(tài)的規(guī)劃和設計理念，對現(xiàn)有水利工程進行了深入的思考與反思，意識到河流治理不但事關(guān)河流的資源功能，還有河流的生態(tài)功能，相應地水利工程也應當在符合工程設計原理的基礎上，更應該符合自然原理。目前，河堤工程仿生態(tài)改造及其新材料的研發(fā)已經(jīng)提上日程，且不局限于設計壩型滿足防洪要求，更主張兼顧防洪安全與生態(tài)友好的河道整治工程形式與設計。將使用近自然的河道工程結(jié)構(gòu)和材料，實現(xiàn)有利于水生生物繁衍生息的目的[56]，構(gòu)建“韌性河道”，并在黃河下游的游蕩性河段示范應用。

2.3 河道灘區(qū)生態(tài)環(huán)境治理新技術(shù)

黃河是連接河源區(qū)、上中下游及河口等生態(tài)區(qū)域單元的“廊道”，近年來黃河流量衰減，加之持續(xù)的河道治理使河灘邊界發(fā)生變化，出現(xiàn)“人進水退”局面，污水進入河道、人水爭地等造成的水環(huán)境污染、生態(tài)受損等問題凸顯。

從生態(tài)視角解析，河道形態(tài)和人水爭地是生態(tài)問題的癥結(jié)，并隨著時間的推移產(chǎn)生“人水爭地—河道形態(tài)破壞—生態(tài)問題—人水爭地”的惡性循環(huán)。因此，對河道形態(tài)和空間結(jié)構(gòu)進行人工干預，是破解生態(tài)問題負循環(huán)的根本途徑。黃河下游河流生態(tài)系統(tǒng)包含水、土等非生物環(huán)境與人類等生物要素兩大部分，其特征主要表現(xiàn)在：水少沙多、懸河的自然特征，土地無序開發(fā)、人水爭地的社會特征以及土地、村鎮(zhèn)綴塊化、物種單一等生態(tài)特征[57]?！岸墤液印睂е铝撕樗L險仍然存在，生態(tài)水文過程異常，水陸交錯帶邊緣效應喪失；人水爭地導致了洪水風險高、灘區(qū)經(jīng)濟受損、發(fā)展受限、農(nóng)業(yè)農(nóng)村環(huán)境污染等[58]。這些問題導致了黃河下游生態(tài)環(huán)境破壞加劇、生態(tài)景觀格局破碎的局面。

在問題識別、功能定位調(diào)整的基礎上，2019年6月黃河勘測規(guī)劃設計研究院有限公司提出黃河下游生態(tài)治理目標。一是以消除“二級懸河”為目標，重塑寬灘河流地貌，扭轉(zhuǎn)“二級懸河”特征，恢復自然河流健康的斷面形態(tài)，從結(jié)構(gòu)上喚醒河流邊緣效應，修復水陸交錯帶的濕地生境，提高生境質(zhì)量，增強寬灘河流生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性[59]。二是以重構(gòu)生態(tài)空間為目標，布局生活、生產(chǎn)、水沙等最適生態(tài)位，增加生態(tài)系統(tǒng)類型；科學布局人工綴塊，連塊成廊，功能融合，構(gòu)建層次多樣的生態(tài)空間優(yōu)化格局。三是以增效生態(tài)過程為目標，加強寬灘河流生態(tài)空間的異質(zhì)性，發(fā)展高效循環(huán)農(nóng)業(yè)，綠色移民生態(tài)建鎮(zhèn)，保護和培育生物多樣性，促進河-灘-人復合整體有序性和自組織結(jié)構(gòu)完善，提高生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)效率。

為此，筆者所在團隊系統(tǒng)構(gòu)建了多沙河流灘區(qū)生態(tài)環(huán)境治理關(guān)鍵技術(shù)體系，包括研發(fā)基于河湖生態(tài)增長極的選址方法、基于多維平衡的水體規(guī)模論證方法、水體生境模擬和數(shù)模驗證技術(shù)、懸浮過濾人工濕地及濕地公園生態(tài)水凈化系統(tǒng)、雨污管網(wǎng)防堵控流技術(shù)和污水處理總氮智控技術(shù)、生態(tài)仿生水工新結(jié)構(gòu)、新型高效原位水質(zhì)凈化技術(shù)等新型技術(shù)與方法，進一步保障水生態(tài)文明目標的實現(xiàn)。

3 討 論

黃河之所以難治，根源在于泥沙問題。自然條件下，黃河每年都會生產(chǎn)約16億t泥沙，其中有12億t流入大海，剩下的滯留在黃河下游。隨著滯留的泥沙不斷抬高河床，使得堤壩相對河面高度變低，如果發(fā)生洪水，便會導致洪水泛濫[60]。歷史上黃河下游的治理一直圍繞防洪開展。2000年以來，隨著小浪底水庫建成運用，黃河下游治理進入了一個全新時期，下游防洪風險得到了有效控制，然而，上中游經(jīng)濟社會發(fā)展導致用水劇增，黃河下游水量持續(xù)衰減，下游居民大量在灘區(qū)從事生產(chǎn)活動。加之全球氣候變化、極端氣象天氣增加，導致下游治理面臨新的挑戰(zhàn)，流域洪災與旱災風險共存，灘區(qū)居民防洪與保安沖突。

最新研究提出的“分區(qū)治理”實質(zhì)是對黃河下游全流域進行的河道-灘槽協(xié)同治理，是對下游懸河不利形態(tài)進行重塑。具體來說，通過建設“高灘”和“二灘”有效消除“二級懸河”的倒比降，助力洪水自然漫灘并減小下游河道淤積。從已開展的原型實驗發(fā)現(xiàn)，嫩灘淤積減少幅度更大，實踐經(jīng)驗及模型實驗均表明該模式可有效遏制黃河下游河床進一步抬升。表1為采用“寬河固堤”“束水攻沙”和“分區(qū)治理”不同方略治理黃河下游的減淤效果。由表1可見，遭遇千年一遇高含沙洪水，“寬河固堤”“束水攻沙”和“分區(qū)治理”3種治理方略的河道淤積量分別為2.06億t、1.45億t和1.03億t，其中“嫩灘”的泥沙淤積量分別為1.53億t、1.68億t和0.77億t；遭遇百年一遇高含沙洪水，河道淤積量分別為2.01億t、1.44億t和0.98億t，其中“嫩灘”淤積量為1.42億t、1.59億t和0.69億t；遭遇十年一遇高含沙洪水，河道淤積量分別為7.72億t、6.98億t和6.00億t，其中“嫩灘”淤積量分別為3.85億t、3.76億t和2.99億t；遭遇“96·8”洪水，河道淤積量分別為2.45億t、2.30億t和1.95億t，其中“嫩灘”淤積量分別為0.27億t、0.26億t和0億t。

表1 不同治理方略下的黃河下游減淤效果 單位：億t

注：括號內(nèi)數(shù)值為下游河道“嫩灘”泥沙淤積量。

以黃河下游禪房斷面為例，評估該斷面分別采用“寬河固堤”“束水攻沙”和“分區(qū)治理”方略后，“二級懸河”倒比降消除效果，結(jié)果見表2。由表2可見，采用“寬河固堤”治理模式后，若遭遇漫灘洪水，禪房斷面灘槽高差將達到5.5 m，灘槽橫向倒比降最高為0.6‰，若臨近主槽生產(chǎn)堤決口，流速約為3.0 m/s，黃河大堤偎水7.5 m；采用“束水攻沙”方案，遭遇十年一遇洪水，灘地橫向流速最高將達到3.5 m/s。分區(qū)治理方案通過“二灘”再造和“高灘”淤筑，“二級懸河”不利局面基本消除，灘槽橫向倒比降不復存在，洪水自然漫灘，堤根偎水深度僅有0.9 m。

表2 “二級懸河”倒比降消除效果評價指標

目前，“分區(qū)治理”新模式在黃河下游河南段已有規(guī)劃建設試點。該模式的實施要點可總結(jié)為[61]：①由黃河大堤向主槽的灘地依次分區(qū)改造為“高灘”“二灘”和“嫩灘”，各類灘地設定不同的洪水上灘設防標準，不足部分通過改造治理達標；②根據(jù)灘區(qū)特點針對性地進行河道整治，穩(wěn)定主槽，工作包括開展“二級懸河”治理、低洼地整治和利用疏浚主槽泥沙對灘區(qū)進行塑造；③劃分并建設生態(tài)移民安置區(qū)、高效生態(tài)農(nóng)業(yè)(旅游觀光)區(qū)、生態(tài)濕地3個功能區(qū)，實施分區(qū)治理。不過該模式構(gòu)建是一項系統(tǒng)工程，在論證實施的過程中我們需要回答“為什么以前沒有這種模式，現(xiàn)在這種模式還有什么技術(shù)障礙，現(xiàn)在這種模式如何行得通，做這個事情有什么保障”4個關(guān)鍵問題，這就需要在泥沙科學預測、洪水主動防御、產(chǎn)業(yè)合理布局、灘區(qū)有序開發(fā)、多維安全保障、流域綜合管理方面形成一整套技術(shù)體系。如前所述，目前已掌握了保障該模式落地實施的一些關(guān)鍵科學技術(shù)、如攔沙水庫減淤興利運用新技術(shù)，流域治沙工程新結(jié)構(gòu)及新工藝、河道灘區(qū)生態(tài)環(huán)境治理新技術(shù)等。

長遠來看，在黃河下游河道“寬河固堤”的格局下改造黃河下游灘區(qū)，并采取生態(tài)治河的系列措施，黃河下游寬灘區(qū)規(guī)劃為不同功能區(qū)域，實現(xiàn)“洪水分級設防，泥沙分區(qū)落淤，灘槽水沙自由交換”的設計理念，如若實施，將很大程度上有助于黃河下游生態(tài)廊道構(gòu)建，并為連接沿黃城市群及打造黃河下游生態(tài)經(jīng)濟帶提供良好資源基礎條件。

4 結(jié) 語

不利的河道形態(tài)、灘區(qū)經(jīng)濟發(fā)展與治河的矛盾以及人水無法和諧共生等問題，造成了黃河下游治理形勢嚴峻、灘區(qū)良好發(fā)展建設任務艱巨、沿黃城市群生態(tài)空間匱乏的局面，下游灘區(qū)也成了治黃工作的重點和難點。盡管黃河下游問題復雜難治，但中華民族幾千年來一直在積極探索和不懈嘗試，竭力謀求最好的治理模式。從治水防洪為主，到治水與治沙相結(jié)合，再到黃河下游灘區(qū)綜合治理，以及當今的水庫運用、生態(tài)治理等模式，無不體現(xiàn)了中華人民的智慧和勤勞。

本文重點介紹了黃河下游“分區(qū)治理”新方略，這一方略不僅完好地體現(xiàn)了黃河下游灘區(qū)水沙交互和行洪滯洪沉沙功能，而且進一步鞏固和加強下游原有“寬河固堤”治理格局，是對《黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃》的落實實施。該模式將灘地分區(qū)設定不同的防洪標準，在保證防洪的基礎上，在這些灘地安置群眾，發(fā)展生態(tài)產(chǎn)業(yè)，從而實現(xiàn)治河與惠民雙贏的目的。

黃河下游作為整個流域范圍內(nèi)人水矛盾最為突出的區(qū)域，區(qū)域內(nèi)社會、自然、經(jīng)濟等因素交織相互影響，錯綜相連。仍需深入研究游蕩型懸河生態(tài)恢復重建與寬灘治理關(guān)鍵技術(shù)，這對于確保多沙河流自然屬性及其社會屬性的整體協(xié)調(diào)意義重大，同時對筑牢國家生態(tài)安全屏障、推進生態(tài)文明建設、滿足居民對優(yōu)美生態(tài)環(huán)境新期待也有重大意義。