黄河长垣段调水调沙功能分析

张修萍，李嘉良

（1.新乡黄河河务局长垣黄河河务局，河南 长垣 453400；2.中国广东核电集团 台山核电合营有限公司，广东 台山 529228）

0 引言

黄河发源于青藏高原巴颜喀拉山北麓的约古宗列盆地，流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、山西、陕西、河南、山东九省（区），自河南孟津，出峡谷进入华北大平原，在山东垦利注入渤海，干流总长5464 km。 由于黄河流经黄土高原，含沙量大，造成下游河床淤积抬高，历史上决口、改道频繁，给沿黄地区人民带来了深重的灾难。

新中国成立后，国家非常重视黄河的治理，先后修建了龙羊峡、刘家峡、盐锅峡、八盘峡、青铜峡、三盛公、天桥、三门峡、小浪底9 座水利水利枢纽。 为保持抵御花园口22 000 m3/s 洪水的标准，对近1 400 km 的下游临黄大堤进行了4 次全面加高培厚。 同时利用锥探压力灌浆、 截渗墙和放淤固堤等措施，对黄河大堤进行加固处理，临河险工坝埽基本改为石坝，堤防的抗洪能力显著提高。 为了控导河势、护滩保堤， 截至2004 年底， 黄河下游共有各类险工214 处，坝、垛和护岸6313 道，工程全长414.69 km。控导工程233 处， 坝、 垛和护岸4399 道， 工程长436.51 km，滚河防护工程87 处，防护坝417 道。 取得了人民治黄60 多年岁岁安澜的巨大成就， 使沿黄人民安居乐业，社会和谐发展[1]。

1 泥沙淤积造成的悬河威胁黄河两岸安全

1.1 “地上悬河”的形成

由于黄河泥沙的淤积，下游河床高出堤外地面，成了举世闻名的“地上悬河”[2]。 郑州市花园口对岸的原阳滩地比新乡市高20 m，开封市黄河的滩面比开封高13 m，济南泺口比济南市高出5 m，假如果黄河决堤，将会给两岸群众生命财产带来巨大灾难。据统计，每年黄土高原上约有16 亿t 的泥沙泻入黄河下游， 其中有4 亿t 淤积在近800 km 的下游河道，造成了历史上黄河的“三年两决口，百年一改道”，给黄河两岸人民带来深重灾难。 60 余年来，黄河治理工作者，千方百计探索减少泥沙淤积、降低河床的方法和途径，初步形成了“上拦下排、两岸分滞”的防洪工程体系。 黄河下游河道上宽下窄，为解决排洪能力上大下小的矛盾， 防御超标准洪水，先后开辟了北金堤滞洪区、东平湖分洪区，以及山东齐河、垦利两处展宽工程。 在黄河上游修建了大量的水库后，调节了径流、削减了洪峰，为经济发展提供了水源、电力，对拦住部分泥沙起到了很好的作用。

1.2 “二级悬河”的形成

由于黄河多年来水少沙多、水沙条件不平衡，在河道生产堤的影响下造成黄河下游河道严重淤积，形成“二级悬河”。 河槽排洪、输沙基本功能下降，逐渐形成“槽高、滩低、堤根洼”的不利局面。 20世纪80 年代，黄河下游洪水流量一般在5 000 m3/s就漫滩，2000 年后“二级悬河”流量已是不足3 000 m3/s 就漫滩，濮阳河段在2002 年调水调沙实验期间流量不足1800 m3/s 情况下就发生了漫滩，形成“小水滩大灾”。 随着“二级悬河”形势的不断加剧，一旦发生较大洪水，势必发生横河、斜河、滚河等重大河势变化，严重威胁着堤防和滩区人民生命财产的安全。

1.3 黄河断流的形成

黄河含沙量大、河道宽浅，淤积严重[3]，近年来降水量的减少，以及对水资源的无序开发、利用，黄河从1991 年起连续9 年出现断流，1997 年断流长达226 天，曾经断流到开封，入海口300 多天无水入海。 1997 年，国务院第一次召开研究黄河断流会议，提出治黄要求：黄河不断流。

2 调水调沙对维持黄河健康生命的作用

2.1 小浪底水库协调黄河水沙关系的作用

调水调沙，就是通过水库联合调控，把自然状态下不协调的水沙关系塑造成协调的水沙关系，从而实现黄河下游河道主河槽不淤积或不冲刷，以及水库减淤的目标。2002 年黄河进行第一次调水调沙实验， 它是一项人类历史上首次开展的大规模的、系统的、有计划的调水调沙实验，第一次将调水调沙治黄思想由理论转化为实践，实现了治黄工作者多年的夙愿， 取得了良好的经济和生态环境效益。到2004 年，在连续3 年的调水调沙实验中，通过水库联合调度、泥沙扰动和引水控制等手段，花园口站最大流量分别为3 170、2 720、2 970m3/s。 实现了下游河道减淤甚至全线冲刷。 3 次不同类型的调水调沙实验，把2.6 亿t 泥沙送入渤海，其中黄河主河槽冲刷泥沙1.483 亿t，有效地减少了小浪底水库和下游河道的泥沙淤积，下游河槽过流能力由调水调沙实验前的1 800 m3/s 恢复到了3 000 m3/s。

2.2 联合调度黄河洪水泥沙关系的作用

黄河调水调沙2002 年至2009 年共进行了9次，从2005 年6 月的黄河第四次调水调沙开始，该项工作由性质实验正式转入实际运用。2009 年第九次调水调沙方案是：（1） 采用在小浪底水库进行联合调度方式；（2） 针对三门峡以上来水来沙和小花间来水在小浪底、三门峡、陆浑、故县4 库水沙联调，并在花园口实现协调对接；（3）在万家寨、三门峡、小浪底干流水库群进行水沙联调、人工异重流塑造和泥沙扰动的调动。

2009 年的调水调沙入海总量34.88 亿m3，冲刷下游河道泥沙0.3429 亿吨，河道主槽最小过洪能力从2008 年的3 810 m3/s 提高到3 880 m3/s。 同时向海口三角洲湿地补水1 508 万m3，取得了黄河连续10 年不断流的佳绩。 在9 次调水调沙中，累计入海水量为331 亿m3，累计入海沙量为5.75 亿吨，使下游河道主河槽不断刷深， 河底高程平均下降了1.5m。

2010 年6 月～8 月，黄河水利委员会积极应对、科学调度，又进行了3 次黄河调水调沙。

2010 年6 月19 日～7 月8 日，实施了本年度第一次调水调沙。 本次调水调沙小浪底水库排沙0.527 亿t，冲刷黄河下游河道主河槽泥沙0.2541 亿t，最小过流能力由2009 年的3 880m3/s 进一步增大到4 000 m3/s；再次成功地在小浪底库区塑造了异重流并实现排沙出库。 7 月4 日19 时，小浪底水库出库实测最大含沙量288kg/m3，排沙比达到150%，实现了“1+1＞2”的减淤目标，库区淤积形态得到进一步改善。 同时，还成功进行了黄河三角洲生态调水暨刁口河流路恢复过水试验，进一步丰富了湿地生态系统的生物多样性。

7 月24 日～8 月3 日，小浪底水库以上泾、渭、洛河和小浪底水库以下伊洛河流域同时暴发洪水，由于两个洪水来源区的洪水含沙量有较大差异，且干流上有三门峡、小浪底水库，伊洛河上有陆浑、故县水库，客观上具备了进行“清水”和“浑水”掺混的条件。 在统筹考虑干支流防洪减灾和水库、河道减淤的前提下，黄河水利委员会通过三门峡、小浪底、陆浑、故县水库“时间差、空间差”的组合调度，实施了基于黄河中游水库群4 库水沙联合调度的第二次调水调沙，将不同来源区洪水、泥沙在空间尺度上进行了对接掺混，把天然状态下不和谐的水沙关系塑造为协调的水沙关系，使小浪底水库出库沙量达0.261 亿t，冲刷黄河下游花园口至利津河段泥沙0.101 亿t。

2010 年8 月11 日～21 日， 实施了基于黄河中游水库群3 库水沙联合调度的第三次调水调沙。 此次调水调沙主要开展了三门峡、小浪底水库联合速蓄速冲试验，深化了对水库群联合水沙调度技术和异重流排沙规律的认识， 取得了较好的试验效果。小浪底水库出库沙量为0.487 亿t，冲刷黄河下游花园口至利津河段泥沙0.118 亿t。

2010 年的3 次调水调沙以贯彻“由控制洪水向洪水泥沙管理转变”为指导思想，以塑造协调水沙关系和实现水库、河道减淤为目标，通过科学调控，再次塑造了小浪底水库人工异重流，并尽可能增大小浪底水库异重流排沙比， 减缓了库区泥沙淤积，并借助协调的水沙关系输沙入海。

3 黄河长垣河段调水调沙功能和业绩

黄河长垣河段地处黄河特殊的地理位置，位于黄河下游上端东坝头以下，大河由西向东折向东北拐弯处，河段长度56 km，该河段滩地广、河面宽、河床浅，泥沙淤积严重，河势变化频繁，主流摆动不定。堤距一般在10 km 左右，最宽处为大车集至山东闫潭闸，堤距为24 km。 河道曲折系数为1.15，河面比降2.65‱～1.70‱，属于游荡性河段。

黄河长垣河段，在2002 年至2010 年调水调沙期间按要求做了部分工作，对周营段面统计资料进行综合分析，周营河段水位与流量关系对比如表1所示。

表1 周营控导工程断面2002 年至2010 年水位与过流能力Table 1 Water level and flow capacity of Zhouying Kongdao engineering section from 2002 to 2010

从黄河长垣河段2002 年至2010 年同水位下流量对比分析得知，同水位下流量增加，河槽被冲刷，说明过流能力加大，黄河调水调沙效果显著。

从上表可以看出，对2002 年至2010 年同水位下流量进行对比分析可知， 同水位下流量增加，河槽被冲刷，说明过流能力加大，黄河调水调沙效果显著。

4 黄河2011 年汛前调水调沙规划

黄河2011 年汛前调水调沙，也是黄河第13 次调水调沙。 从6 月19 日开始，黄河防总联合调度万家寨、三门峡、小浪底水库，实施黄河2011 年汛前调水调沙，历时约20 天，控制花园口站最大流量4 000 m3/s 左右。 为确保防洪工程、滩区和涉水生产安全，黄河防总已向河南、山东、山西、陕西省防汛指挥部和有关水利枢纽、 电网管理单位通报了2011年汛前调水调沙有关情况，要求自6 月18 日起，黄河中下游沿黄各级防汛指挥部、黄委会各有关单位及相应水利枢纽管理机构启动防汛运行机制，加强防汛值班、工程查险抢险和涉水生产安全管理。

在黄河调水调沙期间，黄河防总办公室将密切关注天气形势变化，及时滚动分析水雨情，确保调水调沙工作顺利进行。 黄河调水调沙始于2001 年[4]。主要目的在于深化对黄河水沙运动规律的认识，减少水库淤积， 维持或扩大下游主河槽过洪能力，并促进河口三角洲生态系统的良性维持，努力实现生态调度与调水调沙的有机结合。

5 结语

黄河调水调沙已经进行了10 年， 实现了黄河下游河道减淤的目标，对研究黄河自身的水沙规律及河道输沙理论提供了支持，检验了黄河下游河道整治工程的作用，水库水沙联合调度、异重流联合调度及多水库不同孔洞水沙组合调度，为今后在调水调沙中通过水库调度实现设计的出库水沙过程积累了宝贵的经验。 实践证明，利用调水调沙减轻黄河下游淤积是可行的。 人们对黄河下游防汛形势的严峻性有了新的认识，认识到保证黄河输沙用水十分必要和紧迫，黄河调水调沙任务十分艰巨，明确了黄河治理开发中急需研究解决的问题。 最后，需要特别说明的是， 由于黄河泥沙问题的复杂性，单靠调水调沙一项措施还不能完全解决黄河下游河道淤积问题，要靠“拦、排、放、调、挖”多种措施，综合处理和利用泥沙。 从长远来看，要根本解决黄河泥沙问题，必须采取法律、行政、政策、经济、技术等多种措施，加快上中游地区水土保持力度，减少入黄泥沙，谋求黄河的长治久安。

[1] 黄委会建设与管理局. 黄河工程管理基本资料手册[M]. 北京：中国图书出版社,2005:120.

[2] 杨道富，务新超，史学建. 用盆地沉积理论研究黄河造陆历史及贡献[J]. 黄河水利职业技术学院学报究,2000（1）:10-13.

[3] 杨道富，王卫红. 黄河下游窄河段挖河断面不同尺度的减淤效果及对河势影响的试验研究[J]. 泥沙研究,2005（6）:51-57.

[4] 黄河水利委员会.中国水利报[N].2002-10-21（4）.