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        新形勢(shì)下黃河的治理方略

        2024-09-23 00:00:00張紅武
        人民黃河 2024年9期

        關(guān)鍵詞:治理方略;河道治理;灘區(qū)治理;水土保持;水沙調(diào)控;外流域調(diào)水;黃河流域

        中圖分類號(hào):TV85;TV882.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A doi:10.3969/ j.issn.1000-1379.2024.09.002

        引用格式:張紅武.新形勢(shì)下黃河的治理方略[J].人民黃河,2024,46(9):8-17.

        0引言

        黃河是華北平原的主要塑造者,按現(xiàn)行的省級(jí)行政區(qū)劃,其流域涉及和曾經(jīng)涉及的除現(xiàn)在熟知的九省區(qū)外,還有冀、京、津、皖、蘇等五省市[1-2] 。干流上游段占黃河總長(zhǎng)的63.5%,總落差3 496 m,其中瑪曲至龍羊峽段從高山峽谷中穿過(guò),龍羊峽至黑山峽段川峽相間、落差集中,這兩個(gè)河段蘊(yùn)藏著豐富的水能資源,多年平均天然徑流量約占黃河徑流總量的62%,是全河主要的來(lái)水區(qū)[3] 。蘭州至河口鎮(zhèn)河段,因支流入?yún)R而含沙量逐漸增大[4] 。黃河中游地區(qū)絕大部分屬黃土高原,暴雨引起黃土高原土壤強(qiáng)烈侵蝕使大量泥沙入黃[5] ,黃河超過(guò)80%的泥沙來(lái)自河口鎮(zhèn)至潼關(guān)的多沙區(qū)[3] 。黃河下游河道以善淤、善徙、善決著稱[2,6] ,公元前602 年至1938 年的2 540 a 中,經(jīng)歷了26 次改道、5 次大改道遷徙,下游至少“三年兩決口”[7] ,近千年幾乎一年一決口[8-9] 。歷代治河方法,主要為“疏”或“堵”[9] ,甚至在黃河立法時(shí)出現(xiàn)“以疏為主、疏堵結(jié)合”的表述[10] 。遠(yuǎn)古傳說(shuō)鯀禹治水的理念,將鯀治水失敗歸結(jié)于堵障,將禹的成功歸結(jié)于疏導(dǎo)。其實(shí)傳說(shuō)共工倚仗封地的較高地勢(shì)(因“共工”的合音為“鯀”,故兩者可能為一人,共工之子“句龍”實(shí)是“治水土定九州”的“禹龍”),決滔天洪水致使中原沼澤之地一片汪洋,從保他的民眾角度看,又可歸結(jié)于“疏”。

        自古以來(lái)江河治理典籍浩如煙海,尤以黃河問題最復(fù)雜[11-13] ,爭(zhēng)議最大,最有挑戰(zhàn)性,即使僅限于下游治理,現(xiàn)存著述也十分豐富,各時(shí)期都有代表性觀點(diǎn)出現(xiàn)[14-23](特別是張含英、張仁、張楚漢等更是以研究治黃方略為志[6,21] ),均與當(dāng)時(shí)自然狀況、社會(huì)制度、經(jīng)濟(jì)狀況息息相關(guān)。歷代治河之策,對(duì)于現(xiàn)代治黃依然可供借鑒。本文在闡述對(duì)當(dāng)今黃河治理影響較大的近代以來(lái)治河對(duì)策基礎(chǔ)上,探索新形勢(shì)下的治黃方略。

        1近代及人民治黃方略

        1.1近代治黃方略概述

        近代對(duì)黃河影響最大的事件首推1855 年銅瓦廂決口改道[1,9,24] ,是形成現(xiàn)行流路的直接原因。當(dāng)時(shí)正值風(fēng)起云涌的太平軍、捻軍農(nóng)民革命和英法聯(lián)軍入侵,清王朝無(wú)力顧及筑堤,黃河流路在蘭陽(yáng)至張秋之間遷徙20 余年,將魯西很多河道沖斷、淤?gòu)U、遷改,在漫流所及之處廣泛淤積。當(dāng)時(shí)治水以黃河為界,南北分治,使南四湖南流為主。民眾筑埝自保,右岸上段將改道前北堤作為南堤,左岸則以北金堤(屬于東漢黃河南堤)為擋水屏障[13] ,客觀上使海河水系很少再受黃河影響,現(xiàn)東壩頭至高村段兩岸大堤基本是以此為基礎(chǔ)修筑的,同時(shí)使這部分“寬河段”很寬,改道后原有村莊大部分留在堤內(nèi),從而灘區(qū)成為百萬(wàn)群眾賴以生存的家園[13] 。決口的洪水穿過(guò)運(yùn)河后匯進(jìn)大清河入渤海,使大清河迅速?zèng)_寬刷深。光緒初年后,隨著運(yùn)河西面修起堤防使漫流逐漸集中,引起進(jìn)入大清河水流的含沙量增加而轉(zhuǎn)向淤積,光緒九年至十一年,大清河兩岸建堤而初步形成“窄河段”,這段現(xiàn)存堤防基本屬于清代、民國(guó)等后人沿用明代潘季馴“束水攻沙”之策的體現(xiàn)[13] 。其治黃方略實(shí)際受西漢賈讓“治河三策”、張戎“以水攻沙”和東漢王景“筑堤理渠、絕水立門”以及同時(shí)期萬(wàn)恭等“因水治沙、以沙治河”方略的影響較大[1,9,25] ,他在治河實(shí)踐中逐漸構(gòu)建了由遙堤、縷堤、格堤等協(xié)調(diào)治理的堤防體系[5,20] 。而之后靳輔、陳潢等治河官員多繼承潘公方略,并有所創(chuàng)新。

        我國(guó)近代水利先驅(qū)李儀祉曾留學(xué)德國(guó),是接受西方水利教育的治黃代表人物[1,9,21] 。1933 年初他任國(guó)民政府黃河水利委員會(huì)委員長(zhǎng),主張治黃要上中下游并重,總結(jié)修筑谷坊和淤地壩之利,治理溝壑侵蝕,以攔減泥沙為治黃之本,改變了古人只重下游的治水思想[19] 。他受德國(guó)Engels 影響,認(rèn)為治黃試驗(yàn)是研究黃河“唯一可用的手段”,1933 年建議在武陟廟宮做露天試驗(yàn)[21] 。水利模型試驗(yàn)的奠基人Engels 早在1923 年即采用褐煤粉作為模型沙進(jìn)行黃河丁壩模型試驗(yàn),其弟子Otto Franzius 考察黃河后,1931 年在漢諾佛大學(xué)的鐵槽內(nèi)自行開展了概化黃河模型試驗(yàn)。在李儀祉協(xié)調(diào)下,1932 年國(guó)民政府委托Engels 在Obernach 水工實(shí)驗(yàn)室塑制直槽與連續(xù)彎曲流道代表中水河槽,先后開展了兩組黃河模型試驗(yàn),按模型任務(wù)書要求檢驗(yàn)潘季馴“束水攻沙”方略后,提出“固定中水位河槽”的治河方案[25] ,得到了治河部門推崇,并被李儀祉河槽治理方略所吸收或借鑒。其試驗(yàn)成果至今仍對(duì)黃河河道采取治導(dǎo)線布局,以及將北宋之后推行消減溜勢(shì)的埽工改建成下挑丁壩之法有引導(dǎo)作用,也表明當(dāng)代以治黃專家徐福齡、胡一三、張明德、王渭涇等為代表的以彎曲型治導(dǎo)線布局策略開展河道整治的做法,受到了西方近代水利科學(xué)的直接影響[8] 。

        1.2人民治黃方略

        自1946 年人民治黃以來(lái),在民國(guó)“寬河行洪”做法基礎(chǔ)上,采取“寬河固堤”等方略,取得了黃河下游歲歲安瀾的壯舉,體現(xiàn)出社會(huì)進(jìn)步乃治黃成功之本[4,20] 。但黃河畢竟是最復(fù)雜難治的河流,治河道路異常曲折。新中國(guó)第一代領(lǐng)導(dǎo)人十分關(guān)心“三年兩決口,災(zāi)害年年有”的黃河,決心以舉國(guó)體制治理黃河水患。黃河水利委員會(huì)受李儀祉、張含英等治河前輩“興建水庫(kù),蓄洪減沙”方略影響,1949 年前后已按挪威專家安利森1935 年查勘比選意見開展三門峽水庫(kù)等工程的前期工作,并于1952 年提出“興利除害、蓄水?dāng)r沙”治黃方針,同時(shí)在蘇聯(lián)專家指導(dǎo)下提出防洪治沙的思路是“干流水庫(kù)要大,支流水庫(kù)要多,水土保持工作要同時(shí)進(jìn)行”“節(jié)節(jié)蓄水,分段攔沙”[18] 。

        1955 年7 月30 日,全國(guó)人大一屆二次會(huì)議通過(guò)了《關(guān)于根治黃河水害和開發(fā)黃河水利的綜合規(guī)劃的決議》。1957 年三門峽一期工程按正常高水位354 m(大沽高程)施工,相應(yīng)庫(kù)容354 億m3(僅次于幾十年后長(zhǎng)江三峽工程正常水位下庫(kù)容393 億m3)[18] ,實(shí)為黃河下游防洪的中流砥柱。施工全面展開后很快發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)趕不上施工,而且開工之前對(duì)樞紐正常高水位選擇和水庫(kù)運(yùn)用方式兩方面的爭(zhēng)議依然持續(xù),清華大學(xué)黃萬(wàn)里教授和水電建設(shè)總局青年技術(shù)員溫善章是不同意見的代表[18] 。兩種意見可概括為“蓄水?dāng)r沙” 與“滯洪排沙”之爭(zhēng),當(dāng)時(shí)多數(shù)專家認(rèn)為后者不能制止下游河床繼續(xù)抬高,既沒解決防洪問題,亦未能發(fā)揮樞紐綜合效益,故不宜采用[18] 。隨著上中游水土保持效果不佳及李保如、沙玉清等專家開展泥沙模型試驗(yàn)[21,25]成果發(fā)布,不斷暴露出各方面擔(dān)憂,為此,周總理曾要求水利部對(duì)各種規(guī)劃方案、水庫(kù)上游浸沒影響和下游河道整治等問題作進(jìn)一步研究,指示黃河流域規(guī)劃委員會(huì)致電蘇聯(lián)電站部暫緩進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)。周總理1958 年4 月在現(xiàn)場(chǎng)會(huì)議聽取匯報(bào)后指出,修建三門峽水利樞紐的目的應(yīng)以“防洪為主,其他為輔”“先防洪,后其他”“確保西安,確保下游”為原則[18] 。三門峽水庫(kù)1960 年按“蓄水?dāng)r沙”運(yùn)用后,由于多沙支流擬建的“五大五小”攔泥庫(kù)均未落實(shí),當(dāng)初預(yù)計(jì)的水土保持減沙效果短期不能達(dá)到,因此水庫(kù)只運(yùn)行了3 a 便產(chǎn)生了嚴(yán)重淤積,不僅遠(yuǎn)沒有達(dá)到原規(guī)劃設(shè)計(jì)的開發(fā)治理目標(biāo),而且水庫(kù)回水淤積范圍超過(guò)潼關(guān),渭河和北洛河入黃口都淤起“攔門沙”,庫(kù)尾泥沙溯源淤積,出現(xiàn)“翹尾巴”現(xiàn)象,導(dǎo)致渭河洪水排泄不暢,兩岸土地鹽堿化面積增大,嚴(yán)重危及關(guān)中平原[22] 。后來(lái)不得不對(duì)工程兩次改建,運(yùn)用方式先改成“滯洪排沙”,1973 年又改為“蓄清排渾”[24] 。

        盡管如此,三門峽水庫(kù)依然發(fā)揮了調(diào)節(jié)水沙的重大作用,否則小浪底水庫(kù)發(fā)揮作用前黃河下游河道淤積更多、防洪壓力更大。參加過(guò)工程改建的夏震寰、何國(guó)楨、林斌文等專家曾指出,三門峽工程不僅在1960年運(yùn)用后多次幫助戰(zhàn)勝了極為嚴(yán)重的下游凌汛洪水,而且確保了伏秋大汛不決口。據(jù)分析,若無(wú)三門峽水庫(kù)滯洪攔沙,“82·8”洪水花園口洪峰流量將達(dá)17 000m/s,洪水位普遍較1958 年洪水位高1.2 ~2.2 m;而1977 年洪水屬于典型的高含沙洪水,水位表現(xiàn)異常高[25-26] ,將普遍較1958 年洪水位高 m 以上。

        通過(guò)該樞紐的實(shí)踐,讓人們認(rèn)識(shí)到只靠“攔”并不能解決黃河泥沙問題,必須將“排”作為“攔”的補(bǔ)充,采取“上攔下排”治河方略[21] 。“上攔”主要靠干支流水庫(kù)攔蓄洪水,調(diào)節(jié)水沙,還可采取淤地壩等水土保持工程措施來(lái)實(shí)現(xiàn),而“下排”主要面對(duì)“水少沙多”“水沙搭配不協(xié)調(diào)”“河勢(shì)不規(guī)順”三方面問題,依靠下游河道排洪入海,大量泥沙在河口地區(qū)堆積延伸,尤其按照李殿魁“三約束”理論治理河口,奇跡般穩(wěn)定現(xiàn)行入海流路近半個(gè)世紀(jì)[17] 。20世紀(jì)80年代根據(jù)黃河大洪水以及“75·8”淮河特大洪水的啟示,認(rèn)為三門峽至花園口段也是黃河的主要暴雨區(qū)之一,且隨著河床淤積抬升,下游防洪標(biāo)準(zhǔn)自行降低,故以王化云、張瑞瑾、謝鑒衡為代表的治黃專家,提出對(duì)于攔、排都不能解決的洪水開辟滯洪區(qū),從而形成“上攔下排,兩岸分滯”治黃方略[24] 。錢寧、趙業(yè)安等合作完成的“集中治理黃河中游粗沙來(lái)源區(qū)”研究成果[21] ,成為黃河水土保持治理方略的技術(shù)支撐。隨著“八七”分水方案的實(shí)施和小浪底水庫(kù)的建成,減輕了黃河水資源短缺壓力,達(dá)到下游不斷流的目的,通過(guò)調(diào)水調(diào)沙理論及實(shí)踐的突破[7] 提高河道輸沙入海效率,通過(guò)大規(guī)模黃河標(biāo)準(zhǔn)化堤防的修建倍增了黃河安瀾的可能性[7] ,并探索和總結(jié)出“攔、排、放、調(diào)、挖”綜合減沙措施[23-24] 。人民治黃取得下游年年伏秋大汛不決口的勝利,黃河中上游星羅棋布的淤地壩,勢(shì)必對(duì)持續(xù)攔減泥沙產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響,成為陸地生態(tài)系統(tǒng)中有效發(fā)揮保碳、減排、增匯等多種碳匯作用的場(chǎng)所。以2004—2023年潼關(guān)站多年平均沙量1.926 億t 計(jì),年均進(jìn)入下游泥沙量已減少約88%,顯然這些功績(jī)當(dāng)屬人民治黃標(biāo)志性巨大成就[23],都為黃河長(zhǎng)治久安打下了基礎(chǔ)。

        幾千年來(lái),治河方略經(jīng)歷了從水來(lái)土擋到筑堤分流、從治河防洪到水沙共治、從下游整治走向全流域治理的轉(zhuǎn)變。面對(duì)新條件、新要求對(duì)應(yīng)的新形勢(shì),需要在明晰新問題基礎(chǔ)上,提出更適用于全黃河治理、生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的治河方略。

        2治黃面臨的新形勢(shì)

        2.1概述

        在《黃河黃土黃種人》人民治黃50周年紀(jì)念??ǎ保梗梗?年)上,錢學(xué)森、張光斗等權(quán)威專家的文章強(qiáng)調(diào)了黃河的復(fù)雜難治性,其中錢老寫道:“比起治河,那發(fā)射人造衛(wèi)星是件簡(jiǎn)單工作了!”當(dāng)時(shí)筆者發(fā)表了《社會(huì)和科技的進(jìn)步乃治黃成功之本》一文[20] ,認(rèn)為“前4d908c68432c9be93a81c5e1804f2cfbbf4b8f2b180a107da16c44109746dc0f人未能實(shí)現(xiàn)的種種治黃方略,于今都可能獲得成功,即使采用諸如‘挖河筑堤’這種古老而簡(jiǎn)單的治標(biāo)之策,也能把黃河的事情辦好”。1996 年潼關(guān)沙量11.4億t,而2023 年沙量?jī)H0.95 億t,表明近年的來(lái)沙并沒給治河帶來(lái)多大壓力。麥升威、趙業(yè)安、潘賢娣、劉月蘭、王愷忱等對(duì)黃河下游及河口演變的分析深化了對(duì)河性的認(rèn)識(shí),費(fèi)祥俊、錢意穎、趙文林等對(duì)高含沙水流規(guī)律的探討,都為黃河治理理論的完善打下了基礎(chǔ)。而今水流挾沙力公式[26] 與動(dòng)床阻力公式[27-28] 兩大重要難題均取得突破,治導(dǎo)線的數(shù)學(xué)描述和摩阻曲線方程研究[29] 也有實(shí)質(zhì)性進(jìn)展;在規(guī)律研究和方案論證手段方面,黃河模型相似律[15,25] 、高含沙洪水理論與模擬技術(shù)[25] 、數(shù)學(xué)模型計(jì)算[27,30-31] 等方面的突破(尤其是水庫(kù)異重流相似理論與模擬方法[16] 達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平),使黃科院、清華大學(xué)、黃河設(shè)計(jì)公司、武漢大學(xué)等能通過(guò)大規(guī)模的模型試驗(yàn)及數(shù)學(xué)模型計(jì)算進(jìn)行治黃方案論證,尤其1987 年后,在李保如、李昌華、屈孟浩、竇國(guó)仁等前輩研究成果[21] 基礎(chǔ)上,開展的花園口至東壩頭河道整治(早在1936 年黃河水利委員會(huì)即在開封黑崗口旁購(gòu)地,擬建該段“巨型試驗(yàn)場(chǎng)”,1937年還委托清華大學(xué)施家煬進(jìn)行黃河河道整治模型試驗(yàn),后因日寇入侵上述兩項(xiàng)試驗(yàn)計(jì)劃被迫放棄[21] )、小浪底水庫(kù)攔沙期下游整治、下游規(guī)劃治導(dǎo)線檢驗(yàn)修訂及寧蒙河段河道整治等模型試驗(yàn),將黃河干流需重點(diǎn)治理的河段全部進(jìn)行了試驗(yàn)研究,并“能繼續(xù)檢驗(yàn)和探索各種黃河治理方案的得失”[20] ;在河道治理技術(shù)方面,清華大學(xué)、北京大學(xué)、黃河設(shè)計(jì)公司等承擔(dān)的“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專項(xiàng)研發(fā)的新型河道治理工程系列技術(shù)[32] ,可以多快好省地解決河道與灘區(qū)治理難題;在流域泥沙治理技術(shù)方面,清華大學(xué)與中國(guó)水科院聯(lián)合研發(fā)的鋼混預(yù)制管板樁組合法修建淤地壩等專利技術(shù)[19] 以及新工藝新材料淤地壩示范成果可確保新建淤地壩不潰決、舊壩提質(zhì)增效,且目前開展的內(nèi)蒙古水科院揭榜、筆者掛帥的“十大孔兌風(fēng)水復(fù)合侵蝕區(qū)泥沙阻控與近自然生態(tài)修復(fù)技術(shù)集成與示范”研究,借鑒孔兌沙源解析及入黃機(jī)制、風(fēng)-水-重力侵蝕產(chǎn)沙機(jī)理與輸移過(guò)程等成果和建立的“固-攔-輸-置”流域泥沙綜合防治體系,提升流域攔減泥沙和生態(tài)修復(fù)的技術(shù)支撐[3] 。

        2.2來(lái)水來(lái)沙形勢(shì)變化

        來(lái)水情況分析表明[23] ,隨著黃河中上游大量興建水庫(kù)與開展水土保持工作等,使下游洪水流量大幅度減?。郏常玻常常?。近40 a 來(lái)花園口站洪峰流量均小于8 000m3 / s,小浪底水庫(kù)運(yùn)用后下游洪峰流量更小,表明干支流水庫(kù)對(duì)大洪水的控制很有效,水土保持工程的作用也較大,使下游發(fā)生大洪水的概率變得極?。郏常玻?。

        20世紀(jì)80年代中期以來(lái),隨著上中游龍羊峽等水庫(kù)的蓄水運(yùn)用以及水土保持工作不斷加大力度[32] ,尤其是1999年以來(lái)實(shí)施退耕還林還草工程,同時(shí)溝道治理布局的淤地壩系持續(xù)大規(guī)模修建[34] ,黃土高原工程治理與植被構(gòu)建效應(yīng)逐漸顯現(xiàn)[35] 。相關(guān)規(guī)劃往往以潼關(guān)站年均沙量8 億~10 億t 為下游來(lái)沙條件[23] ,與近26 a 實(shí)際情況差別較大。吳賓格、姚文藝、徐建華等學(xué)者已關(guān)注這個(gè)問題。著名水利專家寧遠(yuǎn)2008年指出黃河下游來(lái)沙情況實(shí)際已出現(xiàn)趨勢(shì)性變少,并預(yù)估年均來(lái)沙量為3 億~4 億t[23] ,后來(lái)又在古賢水利工程相關(guān)報(bào)告專家評(píng)審會(huì)上談到下游未來(lái)年均輸沙量1 億t 左右也可能常見。國(guó)家發(fā)展改革委最近對(duì)于古賢水利樞紐的審批意見中采納了他的意見。劉曉燕等學(xué)者在“十二五”期間,基于流域尺度構(gòu)建的黃土丘陵溝壑區(qū)林草植被覆蓋率與產(chǎn)沙系數(shù)和梯田比與減沙幅度之間的響應(yīng)關(guān)系,在多年平均降雨條件下分析黃河龍門、渭河咸陽(yáng)和涇河張家山等5 個(gè)水文站以上的黃土高原主要產(chǎn)沙區(qū),現(xiàn)狀林草植被和梯田的減沙量為10.65 億t[33],折算至潼關(guān)站為9.7 億t,表明已占該區(qū)天然年均來(lái)沙量的60%,若考慮水庫(kù)、淤地壩攔沙量及灌溉引沙量,進(jìn)入下游沙量會(huì)更?。üP者根據(jù)各項(xiàng)研究數(shù)據(jù)[33] ,估計(jì)為3 億~4 億t/a,與劉曉燕團(tuán)隊(duì)最近預(yù)測(cè)的100 a后理想情況下來(lái)沙量接近)。此后,蔡蓉蓉等[36] 通過(guò)數(shù)據(jù)分析,預(yù)測(cè)潼關(guān)站年均徑流量與沙量分別為249 億m、3.1 億t;王光謙等[37] 預(yù)測(cè)潼關(guān)站未來(lái)10、50 a 平均年輸沙量分別為2.83 億、4.12 億t;胡春宏等[38] 預(yù)計(jì)未來(lái)50~100 a 潼關(guān)站年均徑流量、輸沙量分別為210 億m與3億t?!笆濉眹?guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃兩個(gè)項(xiàng)目預(yù)測(cè)[39-40] :未來(lái)25~30 a 中游龍門等五站年均沙量大概率不超過(guò)3 億t,2070 年后年均沙量為4 億t 左右;另一個(gè)項(xiàng)目2017 年初預(yù)測(cè)潼關(guān)站未來(lái)30 a內(nèi)年均沙量為2.2 億t,未來(lái)50 a 內(nèi)年均沙量為2.2 億t 以下[40](與2017—2023 年7a實(shí)測(cè)年均1.97 億t 接近),對(duì)應(yīng)的徑流量年均為300 億~350 億m,其上限與2017—2023 年年均徑流量346.5 億m3接近。

        鑒于水土保持、水利工程建設(shè)及退耕還林(草)力度還有不斷加大趨勢(shì),而今農(nóng)民對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)修復(fù)的追求遠(yuǎn)低于對(duì)財(cái)富增長(zhǎng)的渴望,上山種地?zé)崆樵絹?lái)越低,隨著“光伏產(chǎn)業(yè)治沙模式”的大力推廣,將持續(xù)減少支流入黃沙量,全流域采(用)砂對(duì)減沙也有貢獻(xiàn),故預(yù)測(cè)來(lái)沙量時(shí)應(yīng)將近20 a“現(xiàn)狀資料”的權(quán)重加大一些,否則就會(huì)出現(xiàn)所取時(shí)間尺度越大預(yù)測(cè)沙量越大的結(jié)果。再者,徑流量有的年份以伏汛為主,有的以秋汛為主,資料代表性也不應(yīng)相同,秋季植被抗蝕能力大,故此時(shí)徑流量與輸沙量之間的關(guān)系不密切[34] 。此外,氣候變化引起降雨量與來(lái)水量呈周期性變化[41] ,受治沙措施影響較大的產(chǎn)沙量并非如此。黃河比其他河流更加難治的癥結(jié)是“沙多”,而今該病癥明顯減輕,未來(lái)黃河治理難度當(dāng)大為減小,故應(yīng)承認(rèn)根治黃河確實(shí)不是夢(mèng)幻。

        2.3治黃面臨的新問題

        新形勢(shì)下黃河治理主要暴露出如下新問題。

        1)下游寬河段整治尚存在河勢(shì)控制不力、輸沙能力不足問題(齊璞等對(duì)現(xiàn)方案產(chǎn)生異議后提出“雙岸整治”方案[24] ,也值得研究);“二級(jí)懸河”形態(tài)造成的堤溝河發(fā)育,大洪水時(shí)易產(chǎn)生橫河、斜河、順堤行洪而引發(fā)堤防出險(xiǎn)[42] ;屬于基本農(nóng)田的灘地邊沿遭受沖刷而坍塌不止,在進(jìn)入下游沙量不足已成常態(tài)條件下,灘邊不再遵循“此沖彼淤”規(guī)律,農(nóng)田蝕退后很難淤還,河槽因塌灘變寬后,降低對(duì)水流的約束而使中水流路擺動(dòng)不定[43] ,由耕地坍塌而成的濕地會(huì)隨時(shí)沖失,不僅影響糧食與生態(tài)安全,而且河道與灘區(qū)也將處于復(fù)雜難治的惡性循環(huán)之中。

        2)黃河下游使用傳統(tǒng)拋石壩結(jié)構(gòu)修建河道工程,須長(zhǎng)期搶險(xiǎn)拋石后方能維持穩(wěn)定,但水流強(qiáng)度加大或河勢(shì)突變時(shí),壩垛根石仍會(huì)走失甚至發(fā)生壩體坍塌等險(xiǎn)情,必須繼續(xù)搶險(xiǎn)防護(hù),耗費(fèi)巨量人力物力,且所需塊石必須開山采石,嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境[40] 。此外,傳統(tǒng)丁壩壩頭凸入河內(nèi),激化水流與壩岸之間的矛盾,消耗水流能量而降低輸沙效率[42] ,還大量占用灘岸耕地(通常一道丁壩占地約1.33 hm)[40] 。

        3)下游寬河段內(nèi)形成總面積達(dá)3 154 km的灘區(qū)(約72%為耕地),是中水河槽面積5 倍以上。以往大洪水時(shí)灘區(qū)承擔(dān)行洪、滯洪、沉沙重任[42] ,解決下游“窄河段”過(guò)洪能力不足的問題。1958 年汛后,灘區(qū)干群以為將建成的三門峽水庫(kù)攔蓄洪水且中游大規(guī)模減沙措施均能生效,大建生產(chǎn)堤[14] ,幾十年來(lái)屢清屢建,規(guī)模越來(lái)越大,竟然出現(xiàn)了汛前在生產(chǎn)堤上破口、汛后再堵的局面。由于近28a幾乎沒出現(xiàn)漫灘洪水,目前灘區(qū)更是存在高灘不高、生產(chǎn)堤亂建狀況,河道排洪受到影響,灘區(qū)群眾經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展同防洪安全的矛盾長(zhǎng)期沒得到解決[44-45] 。

        4)下游大堤堤線很不規(guī)律,堤距最寬處竟達(dá)24km,是陶城鋪至利津河長(zhǎng)307 km“窄河段”堤距的幾十倍,更是艾山卡口的87 倍,使堤距呈“上寬下窄”狀態(tài)[13] 。如此堤線、堤距及窄河段河道工程布局狀況,在只重視寬河段采取“寬河固堤”方略[24] 的影響下一直未被糾正,反以艾山卡口過(guò)流能力不足為由開辟滯洪區(qū),并給灘區(qū)加上過(guò)高的滯洪、行洪要求[40] 。從設(shè)計(jì)洪水講,盡管已將1843年調(diào)查洪水重現(xiàn)期從當(dāng)初210 a 改為600~1 000 a,后又改成“至少1000 a”而減少了偏差[46] ,但這個(gè)先定頻率曲線走向再確定設(shè)計(jì)洪水成果的方法不可靠[13,47-48] ,且設(shè)定的防洪調(diào)度方案余地偏大,不能利用中游干支流已建水庫(kù)與下游河防工程科學(xué)地“上攔下排”,導(dǎo)致將北金堤與東平湖相關(guān)區(qū)域劃為滯洪區(qū),制約了相關(guān)地區(qū)發(fā)展[40,49-50] 。

        5)按保守計(jì),黃河已建水庫(kù)總調(diào)節(jié)庫(kù)容285.5 億m,占黃河現(xiàn)狀河川徑流量的53%[51] 。然而,現(xiàn)在具有且能發(fā)揮較大調(diào)控能力的大型骨干工程只有龍羊峽、小浪底這兩座相距約為2 500km 的水利樞紐,對(duì)寧蒙河段及禹門口至潼關(guān)河段,尚無(wú)能力通過(guò)真正有效的調(diào)水調(diào)沙改變河床淤積狀況,中間可發(fā)揮承上啟下作用并能給予足夠水流動(dòng)力的古賢與黑山峽工程都未建成[3] ,水沙調(diào)控的主體框架目前尚沒有形成,對(duì)下游水資源更沒有能力優(yōu)化配置。

        6)上游寧蒙河段1986年以來(lái)由于水沙關(guān)系失調(diào)、主槽淤積萎縮、河情惡化,在汛期遭多沙支流突發(fā)高濃度泥流淤堵而形成“沙壩”,河水上漲倒流進(jìn)而引起決堤洪災(zāi);在初春上游解凍開河后冰水洶涌齊下,相擁相撞,易在狹窄、彎曲、淺灘阻流處卡冰結(jié)壩,致使水位陡漲出現(xiàn)漫堤潰決凌災(zāi)[3] ,其危害程度與發(fā)生次數(shù)均超伏秋大汛洪災(zāi)。對(duì)于流域治理,采用粉質(zhì)壤土修筑的淤地壩,暴雨期易沖毀或潰壩,甚至造成連鎖反應(yīng),故工程攔沙可能出現(xiàn)泥沙“零存整取”后果;而長(zhǎng)期大規(guī)模實(shí)施的林草植被存在建植難、穩(wěn)定性差等問題[35],在水資源日趨短缺的現(xiàn)實(shí)下,大片植被退化或枯死,生物措施效果不佳,而且促使地下水超采區(qū)不斷擴(kuò)大。此外,龍門至潼關(guān)河段早春河面流冰壅塞河道也會(huì)引起凌汛洪水災(zāi)害。

        7)黃河流域是資源性缺水流域,人均水資源量?jī)H為全國(guó)平均水平的23%,農(nóng)田灌溉用水定額不到全國(guó)平均的15%[51] 。筆者1993 年6 月赴美期間拜會(huì)了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者李政道,他對(duì)黃河治理問題饒有興致,告別之時(shí)還欣然題詞“一定要重視黃河生態(tài)保護(hù)問題!”也表明我們?cè)趯で笾吸S之路時(shí),國(guó)際學(xué)者已超前關(guān)注黃河生態(tài)保護(hù)問題。果然目前經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)黃河水資源需求激增,導(dǎo)致生態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)日趨增大,不少區(qū)域出現(xiàn)了湖泊萎縮、濕地干涸、地下水超采、地面沉降、土壤沙化等生態(tài)災(zāi)害。

        3新形勢(shì)下治黃方略

        3.1黃河水少沙多解決方略

        3.1.1應(yīng)對(duì)沙多的方略

        針對(duì)黃河沙多問題,必須采取工程措施對(duì)黃土高原侵蝕狀況進(jìn)行治理,大減入黃沙量,實(shí)乃治本之策[5,19] ,即大量修筑淤地壩系及必要的擋土墻,將溝壑與坡地變成相對(duì)平原[5,20] 。按照現(xiàn)在的經(jīng)濟(jì)與施工能力,完全能夠在干支溝上下游布局壩系,提高土壤侵蝕基準(zhǔn)高程,將占流域中上游總面積約30%但入黃泥沙占入黃總沙量80%以上的水土嚴(yán)重流失區(qū)(根據(jù)對(duì)流域水沙阻控及其效率的研究,進(jìn)入下游的粗沙實(shí)際是流域廣大土壤侵蝕區(qū)粗顆粒的集體貢獻(xiàn),多沙區(qū)作用更大,中游粗沙區(qū)未必是入黃泥沙的主要貢獻(xiàn)者,現(xiàn)在80%入黃沙量總量減少,實(shí)際對(duì)應(yīng)面積卻比以前有所增加),修建成錯(cuò)落有致的相對(duì)平原,同時(shí)采用需水閾值較小的鄉(xiāng)土植物合理配置的近自然生態(tài)修復(fù)措施,即可將入黃泥沙減少80%以上[5,32] ??陀^講,蘭州、延安等地在黃土高原大規(guī)模實(shí)施削山填谷而“造地、建城”,和上述改變侵蝕基準(zhǔn)面對(duì)策的原理是一致的,對(duì)于減少入黃泥沙也無(wú)疑有效[4] 。至于孔兌突發(fā)性洪水淤堵干流形成“沙壩”災(zāi)害,可運(yùn)用“水沙調(diào)控、支流攔沙堤外放淤”處治模式[3] 。

        有學(xué)者認(rèn)為自然修復(fù)對(duì)保持水土也很有效,其實(shí)在高強(qiáng)度降雨條件下植被對(duì)泥沙的阻控作用不大。比如,20 世紀(jì)30 年代前黃河流域人類活動(dòng)對(duì)植被破壞較少,但1933 年出現(xiàn)高強(qiáng)度降雨后,陜縣水文站出現(xiàn)了39.1 億t 的罕見輸沙量;再如,林草植被覆蓋率在85%以上的延安云巖河(流域面積為1 785 km),其控制站新市河站2013 年7 月實(shí)測(cè)輸沙量竟達(dá)建站以來(lái)最大值1 645 萬(wàn)t。表明在高強(qiáng)度暴雨作用下,高蓋度林草植被仍然擋不住出現(xiàn)很大的侵蝕產(chǎn)沙量。從社會(huì)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)的角度講,持續(xù)利用工程措施主動(dòng)攔減入黃泥沙更為有效和必要。

        2003年筆者提出了“兩道防線”方案[8] ,同時(shí)認(rèn)為在黃土高原修建攔沙治溝工程對(duì)于黃河下游減沙最易生效。為克服傳統(tǒng)淤地壩易潰決的缺陷,可運(yùn)用清華大學(xué)與中國(guó)水科院聯(lián)合發(fā)明的預(yù)制管板樁組合法及除險(xiǎn)加固技術(shù)提升淤地壩結(jié)構(gòu)[19] 。

        隨著林草植被大片退化,暴露出生物治理措施抗干旱、病蟲害等風(fēng)險(xiǎn)能力不足。近年筆者到黃河上中游督查發(fā)現(xiàn),即使根系發(fā)達(dá)的鄉(xiāng)土植物,大量種植后也對(duì)生態(tài)和地下水產(chǎn)生嚴(yán)重影響?,F(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)為爭(zhēng)取獲得更多的補(bǔ)償大片荒地被劃為草地,為完成種草任務(wù),粗暴地用大型設(shè)備開槽,嚴(yán)重破壞原始地表而風(fēng)蝕嚴(yán)重,表明在有一定鄉(xiāng)土植被基礎(chǔ)的荒地,不應(yīng)強(qiáng)力推行林草治理措施。因此,應(yīng)按通過(guò)工程措施改變侵蝕地理環(huán)境的治理思路,以提升水沙處置、生態(tài)服務(wù)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)等功能為目標(biāo),因地制宜研發(fā)侵蝕源泥沙阻斷、減風(fēng)阻沙固沙治沙和滯水減蝕技術(shù),重視淤地壩系持續(xù)攔減泥沙作用,形成全要素多維梯級(jí)協(xié)同治理局面,且要以“宜荒則荒”和不嚴(yán)重破壞地表為原則。

        3.1.2解決水少問題的方略

        黃河中上游地區(qū)煤炭、石油、天然氣和有色金屬資源豐富,是我國(guó)重要的能源、化工、原材料和基礎(chǔ)工業(yè)基地,具有“富甲能源熱土,唯缺水資源” 的突出特點(diǎn)[3] ,也是我國(guó)畜牧業(yè)和糧食生產(chǎn)基地;中游汾渭盆地及下游黃淮海平原更是糧、棉、油穩(wěn)產(chǎn)豐產(chǎn)區(qū)。

        應(yīng)該承認(rèn),黃河上已建水庫(kù)對(duì)水資源調(diào)節(jié)能力有限,不少水量并未有效利用而入海。為此,在北金堤等分滯洪區(qū)未解放和下游窄河段尚未擴(kuò)寬的情況下,可在啟用概率極小的北金堤滯洪區(qū)石頭莊溢洪堰、渠村分洪閘等附近建設(shè)平原水庫(kù),同時(shí)恢復(fù)山東位山水利樞紐1958 年修建前黃河、汶河自然進(jìn)出東平湖條件,達(dá)到河湖不分家的自然調(diào)蓄狀態(tài),恢復(fù)魯西南洪水入黃狀態(tài)[17] ,甚至在南四湖洪水位高時(shí)恢復(fù)北流入黃功能,這些顯然是增加黃河下游水量最易實(shí)現(xiàn)且投資最小的方案。再將東平湖和沿黃已建、擬建的白云、董口、楊莊集、古宋金河等引黃平原水庫(kù)相互連通,即可協(xié)同發(fā)揮水資源調(diào)配與水生態(tài)修復(fù)作用[13] ,特別是能利用現(xiàn)有引黃濟(jì)冀補(bǔ)淀、引黃濟(jì)津、引黃濟(jì)青等工程自流向華北、膠東等地供水,使地下水位漏斗區(qū)深層地下水位回升。在三門峽水庫(kù)尚不能正常蓄滯洪條件下,若多水秋汛來(lái)臨則科學(xué)補(bǔ)水,每年可多供水180 億~300 億m給海河流域,其效益極其顯著[40] 。同時(shí),上述互連平原水庫(kù)還可作為下游防洪體系的有機(jī)組成,發(fā)揮分滯洪作用。

        解決黃河水少的關(guān)鍵措施是外流域調(diào)水。為直接增加黃河下游水量,按照李殿魁2001 年提出的構(gòu)建國(guó)家水網(wǎng)的設(shè)想[17] ,可利用黃河鄭州桃花峪段南岸所處獨(dú)特位置,在南水北調(diào)中線工程以東沿鴻溝修建有航運(yùn)功能的運(yùn)河,在入黃口修建調(diào)節(jié)閘,對(duì)進(jìn)入黃河的水量加以調(diào)控。《漢書》問世前“河”專指黃河,故稱此運(yùn)河為“河南運(yùn)河”[52] ,向南同淮河、漢江流域河流相連通,沿途經(jīng)過(guò)幾大暴雨中心,直達(dá)丹江口水庫(kù),將黃河下游河道當(dāng)成淮河、漢江相關(guān)區(qū)域無(wú)法承受的洪水的入海通道,把災(zāi)害水轉(zhuǎn)化成下游河道沖沙、工農(nóng)業(yè)發(fā)展及河口生態(tài)用水,解放沙潁河大片滯洪區(qū),并改變沙潁河上游洪災(zāi)頻繁及南陽(yáng)局部暴雨災(zāi)害嚴(yán)重的局面。

        早在1987年,國(guó)家計(jì)委即批準(zhǔn)南水北調(diào)西線工程列入國(guó)家“七五”期間超前期工作項(xiàng)目,著名專家吳致堯任設(shè)計(jì)總工,1988年率談?dòng)⑽涞龋保福拔粚<疫M(jìn)行了連續(xù)半年的現(xiàn)場(chǎng)查勘,研究通天河、雅礱江、大渡河引水方案,編寫了《南水北調(diào)西線規(guī)劃研究報(bào)告》,次年提交《南水北調(diào)西線工程初步研究報(bào)告》[18] 。研究表明,西線工程調(diào)水入黃的位置高,受水范圍大,可靈活對(duì)極度干旱缺水的西北內(nèi)陸河湖區(qū)應(yīng)急供水,還可“東西互濟(jì)”,提高黃淮海平原及相關(guān)地區(qū)引黃能力[4] ;通過(guò)調(diào)整黃河分水指標(biāo),采用補(bǔ)充和置換方式提高西北地區(qū)城市供水保障能力;依靠適度補(bǔ)水和生態(tài)改善的雙重作用,提高西部糧食生產(chǎn)能力。

        更迫切的是通過(guò)南水北調(diào)西線工程解決能源工業(yè)項(xiàng)目缺水問題。黃河流域被稱為“能源流域”,青、甘、寧、蒙、晉、陜等?。▍^(qū))大批新能源和能源化工項(xiàng)目因缺水無(wú)法實(shí)施,預(yù)計(jì)2035 年能源工業(yè)缺水量在30 億m 以上,西線工程無(wú)疑是保障國(guó)家能源安全、助力能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要保證[4] 。

        南水北調(diào)西線工程實(shí)施后,可以還水于河,置換被擠占的生態(tài)水,保障黃河上中游地區(qū)生態(tài)環(huán)境用水;有利于推進(jìn)風(fēng)光水儲(chǔ)一體化基地建設(shè),保證河道外綠洲生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定,遏制烏蘭布和、庫(kù)布齊、騰格里沙漠?dāng)U張,有效減少黃河上游地區(qū)風(fēng)沙對(duì)東部和京津冀地區(qū)的侵襲,從而捍衛(wèi)西北、華北地區(qū)的生態(tài)安全[4] 。

        川水北調(diào)會(huì)減少長(zhǎng)江流域梯級(jí)水電站的發(fā)電用水,勢(shì)必導(dǎo)致相關(guān)企業(yè)利益損失。從規(guī)劃調(diào)水量看,西線調(diào)水對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)不會(huì)造成大的影響,從生態(tài)資源價(jià)值化的角度,以多種且靈活方式對(duì)水資源調(diào)出地區(qū)給予一定補(bǔ)償和支持是可行且合理的。跨區(qū)域調(diào)水重在考慮國(guó)家總體效益,長(zhǎng)江沿線梯級(jí)電站的電量減少也可通過(guò)項(xiàng)目補(bǔ)償、資源置換、資產(chǎn)重組、業(yè)績(jī)考核等方式予以調(diào)節(jié),更可考慮引藏水入川,將與四川存在界河的西藏豐富之水調(diào)入,置換或補(bǔ)充四川所需水量,同西線調(diào)水方案結(jié)合起來(lái),即“川水濟(jì)黃、藏水補(bǔ)川”[53] ??衫媒鹕辰呀ɑ蛞?guī)劃的梯級(jí)樞紐多部位補(bǔ)水,溝通怒江、瀾滄江與雅魯藏布江,調(diào)取更多西藏之水,為黃河全流域水沙調(diào)控增加更大動(dòng)力,是黃河流域與華北平原戰(zhàn)略性水資源持續(xù)配置方案,可破解生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展的剛性約束。藏水外調(diào)方式和形式較靈活,還能減少單位調(diào)水量投資及對(duì)生態(tài)的影響,屬于關(guān)系中華民族永續(xù)發(fā)展的根本大計(jì)。

        筆者通過(guò)調(diào)研認(rèn)為景來(lái)紅、張金良等優(yōu)化提出的西線工程方案已較合理、可行,其調(diào)水選址、輸水選線、工程實(shí)施等已有可靠方案,一期工程可望近期開工。

        3.2新形勢(shì)下黃河下游治理方略

        3.2.1下游寬河段治理方略

        2012年,十分關(guān)心黃河的前輩錢正英提請(qǐng)寧遠(yuǎn)帶領(lǐng)王光謙、胡春宏、張紅武等到黃河下游考察,提出“穩(wěn)定主槽、改造河道、完建堤防、治理懸河、灘區(qū)分類”治理思路[50] 。黃河水利委員會(huì)隨之組織開展了系統(tǒng)研究和論證工作,再經(jīng)過(guò)“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專項(xiàng)研究[40] ,進(jìn)一步證明這一治河思路是正確的,同時(shí)認(rèn)為可行治河方略的提出,應(yīng)以尊重古人智慧和現(xiàn)已實(shí)施的舉措為原則,而不宜追求別出心裁的“創(chuàng)新”。為此,寬河段須以“兩道防線”為治理思路,在現(xiàn)有穩(wěn)定靠溜河彎工程與“節(jié)點(diǎn)”即“束流節(jié)制工程”依托和約束下[12] ,對(duì)兩岸與護(hù)灘控導(dǎo)工程聯(lián)壩相連的生產(chǎn)堤,采用投資少、施工便捷的“鋼筋混凝土預(yù)制板樁組合壩”專利技術(shù)[42] ,改建成工程結(jié)構(gòu)堅(jiān)固的防護(hù)堤,作為第一道防線,發(fā)揮控制流路及避免有可能發(fā)生洪災(zāi)的作用,確保10 000 m/s以下洪水不上灘(加上合理的設(shè)計(jì)超高,今后洪水實(shí)際很難上灘);再利用異型板樁與透水樁護(hù)岸技術(shù),將傳統(tǒng)工程改造成“平順護(hù)彎”形式,對(duì)拋石結(jié)構(gòu)壩垛升級(jí)改造,實(shí)現(xiàn)不搶險(xiǎn)與利輸沙目標(biāo)(僅此舉即可節(jié)約土地約1.33萬(wàn)hm,土地效益千億元以上),以“平順護(hù)彎、以彎導(dǎo)流”為整治原則,以中常洪水河勢(shì)穩(wěn)定控制及稀遇洪水行洪共適應(yīng)為目的,實(shí)施流路控導(dǎo)、主槽輸沙能力提升工程措施。目前當(dāng)務(wù)之急是在工程對(duì)岸被劃為基本農(nóng)田的灘區(qū)邊沿實(shí)施保灘治灘工程,遏制灘沿坍塌后退與河道不穩(wěn)定勢(shì)頭,從而形成“槽灘共治”的局面。

        為堅(jiān)持底線思維,由已完成標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的大堤(包括險(xiǎn)工與防滾河工程)構(gòu)成第二道防線;再將大堤與控導(dǎo)工程的連接道路加固升級(jí)成格堤,便于群眾交通的同時(shí),限制萬(wàn)一出現(xiàn)的漫灘洪水的擴(kuò)散范圍,形成三堤共存的局面,故可稱黃河下游寬河段治理方略為“三堤共存、槽灘共治”[40] 。該項(xiàng)目的“河道輸沙閾值及水沙調(diào)控作用潛力研究”課題組,統(tǒng)籌防洪保安、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展需求,提出了黃河下游生態(tài)治理思路[44-45,54] 。張金良、蘇茂林等專家通過(guò)調(diào)研認(rèn)為生態(tài)保護(hù)需求與灘區(qū)現(xiàn)狀發(fā)展不協(xié)調(diào),灘區(qū)居民外遷會(huì)衍生一系列問題,全部外遷更存在較大困難,建議結(jié)合“黃河下游河道與灘區(qū)綜合提升治理”“二級(jí)懸河”治理等措施,打造“大堤生態(tài)防護(hù)、高灘建鎮(zhèn)安居、二灘生態(tài)農(nóng)業(yè)、嫩灘生境成廊、河槽綠色航運(yùn)”的綠色生態(tài)走廊,推進(jìn)灘區(qū)防洪和經(jīng)濟(jì)社會(huì)一體發(fā)展[54] 。尤其在臨河側(cè)選用根系不影響堤防質(zhì)量的適宜植物,構(gòu)建防沖促淤喬灌草結(jié)合防護(hù)林體系,筑牢黃淮海平原生態(tài)安全屏障。

        實(shí)施黃河下游河道與灘區(qū)治理提升工程和生態(tài)走廊建設(shè),能破解下游治理與灘區(qū)群眾防洪保安、生態(tài)保護(hù)、高質(zhì)量發(fā)展之間的矛盾。相對(duì)于保護(hù)耕地和解放部分灘區(qū)等方面產(chǎn)生的系統(tǒng)性綜合效益,預(yù)算投資所占比例很小,下述窄河段擴(kuò)寬經(jīng)費(fèi)更可忽略不計(jì),資金即使由獲益最大的豫魯兩省政府自籌或社會(huì)融資,也不難解決。此外,可為河南打造“出??凇?,黃河下游段可采用“上黃(河) 下運(yùn)(河)” 的立交平穿過(guò)黃方案[55] 連通京杭運(yùn)河,實(shí)現(xiàn)南北兩岸水系連通,向南可達(dá)江淮,向北可抵京津冀,有效助力華北平原實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)。

        筆者團(tuán)隊(duì)在黃河下游辛店集至周營(yíng)河段修建鋼結(jié)構(gòu)異型板樁組合壩、鋼管輪胎透水樁、Z 型鋼板樁護(hù)灘等示范工程[40] ,共同發(fā)揮中水河勢(shì)穩(wěn)定控制、輸沙能力提升與特殊洪水行洪共適應(yīng)的作用,經(jīng)近幾年洪水考驗(yàn),頗有抗水毀能力強(qiáng)、施工速度快、工程造價(jià)低、不搶險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

        3.2.2下游窄河段治理思路

        近80 a 來(lái)黃河河務(wù)部門根據(jù)修防和臨時(shí)搶險(xiǎn)需要,在山東窄河段重點(diǎn)險(xiǎn)段修建了不少河道工程,使本來(lái)就存在不少堤線急彎之處的窄河段,進(jìn)一步形成“限制性彎曲河段”,除東阿井圈險(xiǎn)工13 號(hào)壩修建后出現(xiàn)僅有275 m 河寬的艾山卡口外,還有不少局部明顯阻水的卡口[13] 。如周孟護(hù)灘工程,將主流直逼對(duì)岸霍家溜險(xiǎn)工,將本已很小的有效過(guò)流寬度減少50%以上;再如,濟(jì)南曹家圈鐵路大橋處河寬僅444 m,利津小李險(xiǎn)工處河寬僅441 m。

        實(shí)事求是地講,即便是受極端天氣影響產(chǎn)生的特大洪水,經(jīng)過(guò)河南境內(nèi)已建的小浪底、三門峽、故縣、陸渾、河口村等水庫(kù)攔蓄后,若按現(xiàn)行對(duì)特大洪水防洪調(diào)度方案推算,下游洪峰流量依然不可能大于1958年洪峰流量(當(dāng)年沒有水庫(kù)攔蓄且下游堤防遠(yuǎn)非今日可比,這場(chǎng)世紀(jì)大洪水不分洪仍安然入海),故通過(guò)對(duì)山東窄河段局部卡口擴(kuò)寬即可明顯增加河道過(guò)洪能力[13,40] 。若運(yùn)用異型板樁技術(shù)實(shí)施卡口擴(kuò)寬,則可節(jié)省工程空間和投資,并保障防洪安全。如果再將窄河段內(nèi)過(guò)于礙洪的河道工程進(jìn)一步改造或拆除,不僅可消除人造“橫河”“斜河”和人為險(xiǎn)情,而且可減輕上游河段防洪壓力,更能解放北金堤等蓄滯洪區(qū),并改善上游寬河段灘區(qū)治理的約束條件和防洪體系運(yùn)行方式[40] 。

        3.3構(gòu)建水沙調(diào)控體系

        3.3.1新時(shí)期須發(fā)揮三門峽水庫(kù)的巨大作用

        在入黃沙量已大幅減少且國(guó)家更加重視實(shí)施攔減泥沙工程措施和生態(tài)建設(shè)的形勢(shì)下,隨著上中游攔減泥沙工程不斷修建,三門峽入庫(kù)沙量必然越來(lái)越少。同時(shí)在現(xiàn)有設(shè)計(jì)洪水成果留有較大余地前提下,三門峽水庫(kù)運(yùn)用方式應(yīng)盡早優(yōu)化調(diào)整[22] ,通過(guò)限規(guī)模短期滯洪,適度發(fā)揮調(diào)蓄洪水泥沙與調(diào)度水資源的作用,在小浪底水庫(kù)汛前調(diào)水調(diào)沙期伺機(jī)排沙,給水沙調(diào)控提供足夠的含沙濃度,提高小浪底水庫(kù)調(diào)控水沙的效率,提高發(fā)電調(diào)控效果[22] 。即使不修正設(shè)計(jì)洪水成果,也能通過(guò)三門峽水庫(kù)的攔蓄作用降低花園口百年一遇以上洪峰流量,確保黃河發(fā)生萬(wàn)年一遇洪水時(shí)不使用北金堤與東平湖滯洪區(qū)。

        黃河秋汛洪水時(shí)干支流來(lái)水如果遭遇,在下游漫灘有限制、水文預(yù)報(bào)精度尚難提高的現(xiàn)狀下,小浪底水庫(kù)攔峰錯(cuò)峰調(diào)度就可能冒超過(guò)允許水位的風(fēng)險(xiǎn)[56] 。為此,可利用秋汛含沙量小的特點(diǎn)[2] ,提前啟用三門峽水庫(kù)攔蓄洪水至非汛期水位,甚至有所突破,降低小浪底斜心墻堆石壩高水位時(shí)的安全風(fēng)險(xiǎn),并為后續(xù)非常洪水預(yù)留庫(kù)容,兩水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度有利于干支流洪水錯(cuò)開下泄[22] 。

        在三門峽與小浪底等水庫(kù)優(yōu)化調(diào)控下,下泄流量可適當(dāng)增大,以便打破不游河床表面粗化層的制約[57-58] ,在灘槽高差不足的灘地修建防護(hù)堤,可使河槽不斷沖刷而增加下游過(guò)洪能力。應(yīng)該承認(rèn),三門峽水利樞紐不愧為國(guó)之重器,其調(diào)控水沙的巨大作用一旦激發(fā),治黃興利局面立即改觀。即便按《2021 年黃河中下游洪水調(diào)度方案》要求設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以上洪水必須充分運(yùn)用三門峽水庫(kù)攔洪滯洪,萬(wàn)年一遇“上大洪水”三門峽水庫(kù)最高運(yùn)用水位332.65 m,滯蓄洪量50.33億m,仍然能使花園口洪峰流量控制在12 000 m/s以內(nèi)(削峰率77.1%)。

        附帶指出,在中上游較多產(chǎn)沙區(qū)實(shí)際土壤侵蝕模數(shù)相對(duì)于設(shè)計(jì)依據(jù)明顯變小[59] 、不少已建淤地壩攔沙不足的現(xiàn)狀下,從技術(shù)層面判斷,下游來(lái)沙量總會(huì)向不斷減少的趨勢(shì)發(fā)展,這種條件盡管有利于“懸河” 治理,但河口造陸難免受到影響甚至出現(xiàn)岸線蝕退等嚴(yán)重生態(tài)問題,到那時(shí)人們會(huì)真正認(rèn)識(shí)到泥沙資源的重要性。為遏制岸線蝕退、維持河口生態(tài),需對(duì)三門峽等工程排沙設(shè)施進(jìn)行改造,通過(guò)巧妙調(diào)配為下游河道及河口供沙,有效恢復(fù)水庫(kù)自身攔沙庫(kù)容。

        3.3.2古賢、黑山峽與三門峽工程是構(gòu)建水沙調(diào)控體系主要構(gòu)架的關(guān)鍵

        黃河上游寧蒙河段洪凌災(zāi)害嚴(yán)重及多條溝道易突發(fā)高含沙山洪入黃而淤堵干流,導(dǎo)致該地區(qū)土地資源、能源資源、礦產(chǎn)資源富集的優(yōu)勢(shì)難以發(fā)揮[3] ;黃河水少沙多且時(shí)空分布不均,干支流建立的水庫(kù)零散分布,未能協(xié)同控泄調(diào)節(jié)。因此,建立水沙調(diào)控與流域水資源調(diào)度體系的主要構(gòu)架,是實(shí)現(xiàn)黃河流域水沙調(diào)控與高質(zhì)量發(fā)展的必由之路[32] 。

        已進(jìn)入建設(shè)階段的古賢水利樞紐位于中游北干流河段,對(duì)其下游調(diào)控能力強(qiáng)大。最近研究表明[57] ,該樞紐在主汛期下泄高效輸沙流量,可顯著沖刷小北干流,將潼關(guān)高程降低1.3 m 左右,進(jìn)而引起渭河溯源沖刷發(fā)展至涇河口,恢復(fù)渭河下游過(guò)洪能力,防洪壓力大為減小。再通過(guò)三門峽、小浪底水庫(kù)調(diào)控水沙,即能長(zhǎng)期保持小浪底水庫(kù)的有效庫(kù)容和調(diào)水調(diào)沙功能[56] ,為下游河床不抬高提供水動(dòng)力保障。此外,古賢工程如對(duì)入庫(kù)洪水采取分級(jí)控制運(yùn)用,可降低“上大洪水”進(jìn)入三門峽庫(kù)區(qū)的滯洪水位,減少灘庫(kù)容損失,持續(xù)保持?jǐn)r減洪水和調(diào)控水沙的能力。古賢水庫(kù)運(yùn)用后,冬季不再有大量流冰進(jìn)入壺口以下河段,解除壺口至潼關(guān)河段冰凌災(zāi)害。

        黑山峽河段地處甘肅、寧夏交界處,是黃河上游最后一個(gè)可建高壩大庫(kù)的峽谷河段。擬建的黑山峽水利樞紐高位供水優(yōu)勢(shì)顯著,在黃河調(diào)水調(diào)沙及調(diào)電中具有承上啟下、興利除害的地位,在黃河水沙調(diào)控體系中具有不可替代的重要作用。據(jù)趙業(yè)安等研究[58] :“黃河上修建水庫(kù)進(jìn)行徑流年調(diào)節(jié)及多年調(diào)節(jié),其必要條件是總庫(kù)容至少相當(dāng)于年入庫(kù)沙量的100 倍?!秉S河已建和規(guī)劃的水利樞紐中,只有龍羊峽和黑山峽工程位于水多沙少河段,總庫(kù)容符合上述必要條件,可長(zhǎng)期保持巨大的有效庫(kù)容。此外,清華大學(xué)、北京大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院、黃科院等聯(lián)合研究表明[3] :“黑山峽水利工程通過(guò)調(diào)蓄并提高下泄水溫,使寧夏河段不再封河,解決內(nèi)蒙古河段上段的冰塞問題;通過(guò)對(duì)上游梯級(jí)電站反調(diào)節(jié)多發(fā)電,使其放手進(jìn)行水沙調(diào)控,扭轉(zhuǎn)寧蒙河段河情惡化趨勢(shì),還能進(jìn)一步加大萬(wàn)家寨、古賢、三門峽、小浪底等水庫(kù)的水沙調(diào)控作用?!?/p>

        4結(jié)論

        本文分析認(rèn)為新形勢(shì)下黃河依然存在水資源嚴(yán)重不足、傳統(tǒng)淤地壩攔沙不穩(wěn)定、林草植被建植難、“二級(jí)懸河”形態(tài)仍存、灘區(qū)發(fā)展與治河矛盾突出、寬河段河勢(shì)仍難控制、部分河道工程易出險(xiǎn)等問題。以尊重古人智慧和現(xiàn)已實(shí)施的舉措為原則,在肯定現(xiàn)有“上攔下排”等治黃方略前提下,得出如下結(jié)論:

        1)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與科技進(jìn)步,歷代先賢未能成功實(shí)施的治河策略而今大部分能成功。當(dāng)代治黃方略涉及全流域治理,可采用工程措施與淤地壩修筑技術(shù)改變水土嚴(yán)重流失區(qū)的侵蝕地理環(huán)境,結(jié)合喬灌草近自然修復(fù)良性生態(tài)治理技術(shù),大幅度減少入黃沙量;通過(guò)全河水沙調(diào)控體系構(gòu)建,優(yōu)化配置水沙資源,破解防洪、生態(tài)建設(shè)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展難協(xié)調(diào)問題,而且有能力將外流域調(diào)水入黃作為治黃舉措。

        2)寬河段應(yīng)以靠溜險(xiǎn)工、控導(dǎo)工程為依托,對(duì)生產(chǎn)堤升級(jí)改建成結(jié)構(gòu)堅(jiān)固的防護(hù)堤,構(gòu)成第一道防線;利用新技術(shù)將傳統(tǒng)壩垛升級(jí)改造,達(dá)到不搶險(xiǎn)與利輸沙目標(biāo),按“平順護(hù)彎、以彎導(dǎo)流”的原則整治河槽,同時(shí)在工程對(duì)岸灘區(qū)邊沿實(shí)施護(hù)灘工程,形成“槽灘共治”局面;堅(jiān)持底線思維,由大堤及其防護(hù)工程構(gòu)成第二道防線,再將大堤到控導(dǎo)工程的道路升級(jí)為格堤,防范萬(wàn)一漫灘洪水?dāng)U散,形成“三堤共存、槽灘共治”治理方略。對(duì)窄河段只需局部擴(kuò)寬即可大幅增加過(guò)洪能力,另需將明顯礙洪工程進(jìn)行改造或拆除,解放相關(guān)滯洪區(qū)并降低寬河段灘區(qū)行洪要求。

        3)全河最突出的問題是水沙調(diào)控體系的主體構(gòu)架還未構(gòu)建完成,在入黃沙量越來(lái)越少且設(shè)計(jì)洪水成果所留余地過(guò)大條件下,三門峽水庫(kù)運(yùn)用方式應(yīng)盡早優(yōu)化調(diào)整。只有及早建成古賢與黑山峽水利樞紐,并激發(fā)三門峽這一大型骨干水庫(kù)的調(diào)控作用,才能共同構(gòu)建起黃河水沙調(diào)控體系的主體構(gòu)架,真正建立起全河水沙調(diào)控機(jī)制。通過(guò)全河水沙調(diào)控、水資源優(yōu)化配置,確保水沙關(guān)系協(xié)調(diào),遏制寧蒙等河段河情惡化勢(shì)頭,促進(jìn)流域生態(tài)建設(shè)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展相協(xié)調(diào),使治黃事業(yè)處于良性循環(huán)狀態(tài),實(shí)現(xiàn)黃河成為幸福河的目標(biāo)。

        4)為解決黃河下游水少問題,在南水北調(diào)中線工程以東沿鴻溝修建“河南運(yùn)河”,向南與淮河、漢江流域溝通,將淮河、漢江上游災(zāi)害水或多余水調(diào)引入黃,變成黃河輸沙、工農(nóng)業(yè)及生態(tài)興利用水;恢復(fù)黃河、汶河洪水進(jìn)出東平湖條件及南四湖洪水入黃功能,將沿黃已建和擬建平原水庫(kù)連通,緩解下游水資源供需矛盾,最大限度實(shí)現(xiàn)黃淮海平原的水資源優(yōu)化調(diào)配。

        5)實(shí)施南水北調(diào)西線工程(即“川水濟(jì)黃”),為國(guó)家能源安全和促進(jìn)西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供水資源支撐。進(jìn)一步實(shí)施藏水外調(diào)補(bǔ)川舉措后,能永續(xù)給黃河水沙調(diào)控增添足夠的水流動(dòng)力,為黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展提供水資源保障,還能夠減少西線工程單位調(diào)水量的成本及對(duì)生態(tài)的影響。因此,“川水濟(jì)黃、藏水補(bǔ)川”這一戰(zhàn)略性水資源優(yōu)化配置方案,實(shí)屬關(guān)系中華民族永續(xù)發(fā)展的根本大計(jì)。

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