黄河泥沙基本特性分析及治理措施建议*

　　

(1.黄河河口管理局，山东 东营　257091；2.中国水利水电科学研究院，北京　100048)

黄河是中华民族的母亲河，也是世界上最为复杂难治的河流。黄河干流河道全长5464km，流域面积79.50km2。黄河具有善淤、善决、善徙的特征，其安危始终是中华民族的心腹之患。在长期治理黄河的实践中，许多仁人志士提出和实践过多种设想和对策。大约在4000多年前，大禹采用的治河方法是疏导为主；西汉时期，贾让主张的治河策略是分流治理；东汉时期，王景提出的治河方略是宽河筑堤；明朝时期，潘季驯采用的治河思想是“筑堤束水，以水攻沙”，其后明清两代治河工作者，大多遵循潘季驯的治河思想。由此可见，治河思想不是一成不变的，而是随着黄河来水来沙过程及流域地理环境的变化而变化。本文在分析黄河泥沙基本特性的基础上，回顾了黄河泥沙治理过程，提出了未来黄河泥沙治理措施建议，试图为维持黄河健康生命提供科技支撑。

1　黄河泥沙的基本特性

1.1　含沙量高

在中国的大江大河中，长江流域面积排第一位，黄河流域屈居第二。虽然流域面积巨大，但黄河流经的地区大多为干旱和半干旱区域，所以黄河沿程产生的径流量非常少。尽管黄河水量贫乏，但其沙量确为世界罕见。据统计，黄河实测年均水量464亿m3，年均沙量15.60亿t，年均含沙量33.60kg/m3，年均沙量和年均含沙量均为中国各大江河之首。黄河的水量不及长江的1/20，沙量却是长江的3倍。

由此可见，像黄河这样沙量大、含沙量高的河流，在世界大江大河中也是绝无仅有的。

1.2　主要来源区

黄河流域水沙来源区域有所不同，黄河水量的主要来源区是黄河上游，黄河泥沙的主要来源区是黄河中游，造成这种现象的原因是黄河流经的区域自然地理环境千差万别，导致黄河水沙来源极不均匀。输沙模数能表征流域泥沙的集中程度，黄河中游输沙模数较高的区域有三个，分别为从河口镇到延水关之间的支流、无定河的支流、北洛河及泾河支流，其输沙模数均超过了10000t/(km2·a)，表明这些区域来沙非常集中。其中粗泥沙(粒径大于0.05mm) 的主要来源包括两个地区：ⓐ从皇甫川到秃尾河各支流的中下游地区，粗泥沙模数10000 t/(km2·a)；ⓑ无定河中下游及白宇山河源区，粗泥沙模数为6000～8000 t/(km2·a)。黄河的泥沙和粗泥沙总量中，约有3/4 集中分别来自河口镇至潼关间的11万km2和10万km2区域，其中一半又分别来自5万km2和3.8万km2区域，这些地区都是黄土丘陵沟整区[1]。

1.3　时间分布不均匀

黄河泥沙年际变化非常不均匀，表现为丰沙年份和枯沙年份交替出现。以花园口站为例，实测水文资料显示，花园口站历史上出现过两个连续枯沙系列，分别是1922—1932 年和1969—1974年。黄河泥沙不仅年际变化大，而且与水量的丰枯不完全同步，视暴雨落区的不同，而出现多种水沙组合。年水量最大最小的比值约为3.10～3.40，年沙量最大最小的比值约为4～10，沙量的年际变幅大于水量的变幅。如三门峡站年水量最大为659亿m3，最小为202亿m3，相差3.20倍，而年沙量最大为39.10亿t，最小为4.88亿t，相差8倍。从年内分配的角度讲，黄河水沙分布也非常不均匀，表现为来水来沙主要集中在汛期，实测资料表明，黄河汛期的水量占年水量的比例在60%左右，而黄河汛期的沙量占年沙量的比例高达85%以上，造成这种现象的主要原因是黄河泥沙主要来源于暴雨洪水期，每年10d左右的暴雨洪水期间所输送的沙量是年来沙量的主体。分析流域实测资料可知，不仅黄河干流沙量年内的集中程度大于水量年内的集中程度，而且黄河支流沙量年内的集中程度更高。

2　治理过程回顾

2.1　治黄初期“蓄水拦沙”

20世纪50年代初期，提出了用“蓄水拦沙”方法达到综合性开发的治河思想。三门峡水库是治理黄河的第一期工程，但建成投入运用后，很快就出现问题，水库淤积严重，而且淤积部位向库区末端发展，潼关高程抬高4.50m；同时黄河下游河道发生强烈冲刷，由于河道整治工程不完善，坍塌滩地约300km2，给滩区人民的生产和生活带来很大困难。实践表明，三门峡水库“蓄水拦沙”运用确实从流域大尺度范围实现了调控黄河泥沙的分布，是人类实现黄河泥沙资源优化配置的伟大尝试，而且从防洪减灾的角度出发，三门峡水库“蓄水拦沙”治理黄河的方向也是正确的，但具体实施规划却脱离了当时社会、经济和技术的发展实际，对水土流失的客观现状和规律认识不足，对水土保持的前景过于乐观，对泥沙问题认识不足，因此，规划决策失误造成的被动局面在所难免[2]。

2.2　20世纪60年代“上拦下排”

在总结 “蓄水拦沙”经验教训的基础上，1964年，治黄工作者提出了“上拦下排”的黄河治理方向。一方面，黄河水利委员会组织相关人员对黄河中游进行大规模的现场查勘，积极开展“上拦”工程的探索实验，另一方面对黄河下游进行大量的调查研究，提出应该在三门峡水库“滞洪排沙”运用期间，进行黄河第二次大修堤，工程重点是对黄河下游薄弱堤段进行加高帮宽，对危险河段开展河道整治工程建设，以达到加大黄河下游河道排洪输沙能力的目的。但令人遗憾的是:此期间实践的重心仍然是“上拦”，如在1964年提出的《关于近期治黄意见的报告》，其中建议重点修建8座干支流大拦泥水库，而对增强下游河道排沙能力没有提出具体措施[3]。

2.3　20世纪70年代“蓄清排浑”

1973年11月，三门峡水库开始采用“蓄清排浑”运用，即在非汛期时以蓄水为主，到了汛期，尤其是洪水期，降低水位，将非汛期淤积在水库的泥沙泄排出库。实践证明，三门峡水库“蓄清排浑”运用是成功的，基本上实现了库区的冲淤平衡，保持了有效库容，也未增加下游河道的淤积。“蓄清排浑”运用成功的原因是枢纽具备了足够的泄流能力及灵活的启闭设备，潼关以下库区形成了高滩深槽的地形条件；运用方式符合黄河来水来沙特点；较好地利用了黄河下游河道“汛期多排、非汛期少排”“大水排大沙”的输沙规律。但是，这种运用方式也有局限性，受到了调沙库容小和来水来沙条件的限制，1986年以来，在连续出现的汛期洪水小、含沙量大的不利水沙条件下，潼关以下库区出现了累积性淤积，潼关高程升高，汛初时有小水强迫排沙，增加了下游河道的淤积。尽管如此，“蓄清排浑”运用方式为多沙河流的治理提供了宝贵的经验[4]。

2.4　20世纪末至今“综合利用”

20世纪末，经过历代治黄工作者多年的实践和探索，黄河泥沙综合利用的治理思想已现雏形。黄河泥沙综合利用的措施主要包括“拦、排、调、放、挖”。“拦”是黄河泥沙处理的基础，必须长期不懈地抓下去，任何时候都不能动摇。“排”“调”是具有黄河特色的泥沙处理措施，必须是在充分把握黄河泥沙输移规律的基础上才能发挥作用。目前，由于对黄河泥沙输移规律认识尚不深入，对于怎样开展黄河“排”“调”泥沙处理措施，学界仍存在较大争论，需要开展充分的前期科研工作。黄河泥沙量巨大，而“挖”“放”泥沙处理措施所需的工程投资巨大，技术难点较多，所以依据目前的人力财力水平，黄河“挖”“放”泥沙处理措施仅为处理黄河泥沙的辅助措施，但也有学者提出：在黄河下游水资源日趋紧张的情况下，对黄河下游窄河道实施挖河疏泼、吹填固堤是一项不可替代的治河措施[5]。

3　治理建议

3.1　建设与保持黄河干流高效输沙通道

近年来，随着黄河流域经济的快速发展，黄河汛期的引水大增，用于河道输沙的水量锐减，造成黄河河道主槽严重淤积萎缩，危及黄河生命。为了确保黄河防洪安全，建设黄河干流高效输沙通道迫在眉睫。研究表明，目前，联合调控龙羊峡水库和刘家峡水库，黄河上游宁蒙河段平滩流量能达到2000m3/s；将来，龙羊峡水库、刘家峡水库及黑山峡水库联合调控运用，宁蒙河段可建设与保持平滩流量约2500m3/s的高效输沙通道。近期小浪底水库调控运用，配合下游河道整治工程，可建设与保持平滩流量约4000m3/s的高效输沙通道；远期小浪底水库与古贤水库联合运用，可长期稳定黄河下游平滩流量约4000m3/s的高效输沙通道。建设与保持高效黄河干流输沙通道需要恢复必要的高效造床输沙流量及其过程，因此，在分配黄河水量时，要高度重视预留一定数量的输沙水量，充分利用有限的输沙水量塑造出高效造床输沙流量过程。

3.2　持续开展黄土高原水土保持工作

加大黄土高原治理力度，积极开展黄土高原水土保持工作，是区域经济发展的需求，也是根治黄河的必由之路。黄土高原是黄河泥沙的主要来源区，以生态环境脆弱治理难度大著称于世，尤其是黄土高原为多沙粗沙来源区，地形特点为坡陡沟深，每逢暴雨季节，水土流失极其严重，巨量泥沙汇入黄河，所以根治黄土高原多沙粗沙来源区势在必行。目前，黄土高原多沙粗沙来源区的治理主要依靠地方政府组织实施，力度较小，建议将黄土高原多沙粗沙来源区的治理纳入国家重点工程，由国家组织实施。20世纪70年代，国家曾对黄土高原多沙粗沙来源区进行了5年集中治理，入黄泥沙很快就减少了3 亿t，而且其减沙效益持续了几十年。今后，持续开展黄土高原水土保持工作，黄河中上游地区的生态环境必将得到极大的恢复，汇入黄河干流的泥沙量也将大大地降低。

3.3　加大下游游荡性河段整治力度

黄河下游河道河型自上而下分别为游荡型河段、过渡型河段、弯曲型河段、河口河段。黄河下游河道输沙能力整体而言是较大的，而且灵敏度较高，能够随水沙条件变化而迅速调整，相比而言，游荡型河段比过渡型河段和弯曲型河段的输沙能力偏低，调整能力偏差，究其原因是游荡型河段河床宽浅散乱，河床断面形态不利于输水输沙，实测资料表明，游荡型河段多年平均只能排走80%左右的来沙量，而艾山以下弯曲型河段能排走97%以上的来沙量。因此，必须加大黄河下游游荡河段整治力度，将宽浅散乱的河道改造成为稳定、窄深、归顺的排洪输沙通道，使下游河道不再淤积，长期保持一定水平的输水输沙能力。

4　结　语

黄河流域自然地理条件差别很大，水沙来源地区分布不均。上游是黄河水量的主要来源区，中游是黄河泥沙的主要来源区，存在水沙异源的特点。随着实践和认识的不断深入，黄河泥沙“拦、排、调、放、挖”的综合利用思想体系初步形成，“拦”是黄河泥沙处理的基础，必须长期不懈地抓下去，任何时候都不能动摇。“排”、“调”体现了人们认识自然、利用自然、改造自然的聪明才智，充分运用了黄河所特有的水流泥沙运行规律，这是其他泥沙处理对策所不具备的，因此“排”、“调”应当成为泥沙处理对策的中心。黄河泥沙未来治理措施包括建设与保持黄河干流高效输沙通道、持续开展黄土高原水土保持工作、加大下游游荡性河段整治力度、稳定河口泥沙输运入海通道。

[1]胡春宏，陈建国，郭庆超，等.黄河水沙调控与下游河道中水河槽塑造[M].北京：科学出版社，2007.

[2]李文学，李勇，姚文艺,等.黄河下游河道行洪能力对河道萎缩的响应关系[J].中国科学E辑，2004，34(增刊)：126-132.

[3]陈建国，胡春宏，董占地,等.黄河下游河道平滩流量与造床流量的变化过程研究[J].泥沙研究，2006(5)：10-16.

[4]苏运启，申冠卿，韩巧兰，等.黄河下游河道排洪能力分析方法及其工程实践[M].郑州：黄河水利出版社，2006.

[5]胡春宏，陈绪坚，陈建国.黄河水沙空间分布及其变化过程研究[J].水利学报，2008，39(5)：518-527.