探討黃河下游泥沙的治理與開發(fā)

李 鵬 索 彬 湯克章

（齊河縣河務(wù)局，山東 齊河251100）

1 黃河下游泥沙災(zāi)害初步研究

災(zāi)害按照起因分自然災(zāi)害和人為災(zāi)害！根據(jù)原因、發(fā)生部位和發(fā)生機理劃分有地質(zhì)災(zāi)害、天氣災(zāi)害和環(huán)境災(zāi)害、生化災(zāi)害和海洋災(zāi)害等。而黃河主要是泥沙災(zāi)害，泥沙災(zāi)害是由于泥沙的長期侵蝕、搬運、堆積而形成的自然現(xiàn)象和過程。泥沙運動的直接表現(xiàn)是泥石流、滑坡、土壤流失。泥沙運動還可以帶來其他的災(zāi)害。例如因泥沙運動產(chǎn)生的洪水災(zāi)害，滑坡災(zāi)害。本文重點在研究泥沙災(zāi)害，就此以黃河下游為例做出討論！

2 下游泥沙災(zāi)害的形成及結(jié)構(gòu)

黃河下游區(qū)域災(zāi)害較多，像洪水災(zāi)害、土地沙化、河岸侵蝕、洪澇、以及土壤鹽堿化等因泥沙運動引起的災(zāi)害。

2.1 洪水災(zāi)害

洪水災(zāi)害在黃河下游發(fā)生的危害性是很大的。而黃河災(zāi)害之所以頻繁發(fā)生的原因，基本與泥沙淤積有關(guān)，包括過去黃河頻繁的決堤，以及現(xiàn)在的提放建設(shè)。黃河下游從1950年至1996年，年均淤積約2.1億噸，這可造成兩堤間河道年均抬高3.8CM左右。從1964年至今，下游3 000 m3/s流量水位平均單位淤積上升量比1950年至1960年高2倍以上。由于灘地糙率明顯高于河槽，1958年至1998年期間，下游設(shè)防流量(相近于1958年洪峰流量)與3 000 m3／s流量的水位抬升量相近（圖1）。另外，二級懸河有助于形成“滾河”“斜河”等不利的防洪形勢。

圖1 主要水文站1958～1998年下游設(shè)防流量（相近于1958年洪峰流量）

黃河的不利地勢，增大了洪水災(zāi)害的可能性和危害性！隨著未來黃河水量引用的增加，下游徑流將繼續(xù)減小，河槽進一步萎縮，一旦黃河洪水泛濫，其造成的損失是不可估量的。

2.2 土地沙化

黃河來沙中占比例較高的是懸沙中沙粒組分（＞0.05 mm），床沙中沙粒組分達76%（根據(jù)1965年至1985年下游大斷面床沙粒度1133組觀測數(shù)據(jù)平均）因此，沙化土地的母質(zhì)是在水流動力的較強條件下堆積而來的沉積物。黃河下游的土地沙化現(xiàn)象嚴重，像決口沖積扇、廢棄河床、飲水渠道堆積等！

2.3 河岸侵蝕

沙和沙粉是黃河下游游蕩段河岸的主要組成物質(zhì)，此種物質(zhì)抗蝕力極差，然而黃河水流含沙量很高，河床比降大（2/10 000左右），水流具有很強的造床能力。故此，即使在自然狀態(tài)下，黃河下游游蕩段坍岸速率高達470 m/a（三門峽建庫前歷年平均值），然而同樣為多沙游蕩河流的布拉馬普特拉河坍岸速率只有（6～275）m/a，長江最大也只有200m/a。

河流上修建水庫，向下游泄放清水，河流的挾沙變得不飽和，河岸侵蝕有時會表現(xiàn)得十分強烈。黃河下游在三門峽水庫運用初期下游河岸侵蝕情況如圖2，此期，孟津至陶城埠共塌失灘地近327 km2。

圖2 三門峽水庫運用初期4a中黃河下游河岸侵蝕寬度

3 減災(zāi)策略

上述分析揭示出，由于黃河來沙相對偏多，泥沙在下游河床中和引水渠道中淤積強烈以及不合理淤積分布包括不同粒度泥沙的分布產(chǎn)生或加重了下游泥沙災(zāi)害。 黃河來沙偏多可以說是一種地質(zhì)現(xiàn)象，顯著減沙需付出很大的努力。但可以從改變泥沙分布的角度改造下游泥沙災(zāi)害環(huán)境。從大局著眼，顯然大幅度減少下游淤積，并將大量泥沙引入兩側(cè)平原是減輕下游泥沙災(zāi)害的優(yōu)選策略。大幅度減少下游泥沙淤積可通過調(diào)節(jié)來水來沙形成高含沙水流，或整治河槽形態(tài)，加大水流挾沙力的方法。 不過，輸沙入海產(chǎn)生的河口延伸將在長時期中成為加重下游淤積的一個重要影響因素，在黃河來沙不能充分減少的情況下，為實現(xiàn)長期穩(wěn)定河道的目的，應(yīng)盡量將來沙引入兩側(cè)平原堆積。 不僅要繼續(xù)進行正在實行的背河淤堤，而且要實行更大范圍的引水引沙，將黃河通過周期擺動讓泥沙均勻堆積在黃淮海平原的歷史現(xiàn)象變成人為控制的現(xiàn)實。由此可見，黃河下游的治河防洪，水資源利用和改造下游兩岸平原的災(zāi)害環(huán)境是相統(tǒng)一的。

4 黃河下游泥沙資源的利用

水有著同樣悠久的歷史，黃河泥沙的“用”將利用黃河泥沙作為一種資源和黃河會成為治黃發(fā)展史上輝煌的一篇。

4.1 黃河泥沙是寶貴的自然資源

千萬年來黃河泥沙作為一種自然資源，履行著“填海造陸”使命。廣闊的黃淮海平原正是由于黃河泥沙的存在，得以形成、擴大，中華兒女有了繁衍聲息的場所和豐富的土地資源。因此黃河泥沙是國土資源的一部分，不僅過去是，現(xiàn)在和將來也是。

黃河泥沙還是天然的肥料，富含氮、磷、鉀，大家知道黃河灘地種出來的水稻最香。

4.2 黃河泥沙利用現(xiàn)狀

以往黃河泥沙主要用于造陸、改良土壤種植水稻等農(nóng)作物，20世紀90年代后期開始用于下游兩岸堤防的加高加固，淤背、淤筑相對地下河。

最近，山東省研究生產(chǎn)了以黃河泥沙為主要原料的“黃河磚”，為黃河泥沙提供了又一用武之地。

另外，武漢大學、黃河河南河務(wù)局等單位聯(lián)合，在楊國祿教授領(lǐng)導下研制黃河淤沙固結(jié)技術(shù)。他們以“以沙治沙、以黃治黃”的理念，看到了黃河泥沙這一取之不盡的資源，以及廣闊的市場前景，把黃河泥沙作為一個產(chǎn)業(yè)之源，把黃河泥沙的開發(fā)利用作為一個產(chǎn)業(yè)，將黃河泥沙在它的出處資源化、產(chǎn)業(yè)化。他們認為黃河泥沙的綜合利用有利于黃河健康，有利于抑制懸河的發(fā)展，有利于疏通行洪河道；固沙之本在于水土保持，固沙之標在于減少淤積，泥沙之光在于發(fā)展產(chǎn)業(yè)。他們應(yīng)用泥沙工程學、材料學、結(jié)構(gòu)力學等交叉學科的相容性，從黃河淤沙的物理組成和力學性能研究入手，探索黃河泥沙資源化的可行性，提出黃河粗、細淤沙的科學固結(jié)方法和工藝。經(jīng)過大量的研究他們認為把黃河淤沙固結(jié)作為修筑堤防、拋石或其它建筑材料是完全可能的，也是可行的。

4.3 黃河泥沙應(yīng)用市場

4.3.1 造陸

據(jù)統(tǒng)計1950～2000年上海市造陸1000km2，上海市規(guī)劃2000～2050年再造陸1000km2。據(jù)王兆印教授介紹，長江口造陸每年需3.5億t泥沙，加上10%不能用來造陸的細泥沙，河口來沙不能少于3.8億t，才能維持河口平衡?，F(xiàn)在，上海每年缺沙1億t，未來50年缺沙約50億t。不僅如此，其它沿海地區(qū)造陸對泥沙有著巨大的需求。

黃河肩負著南至淮河、北至海河廣大地區(qū)的陸地延伸擴大與加高的任務(wù)。但是由于束水攻沙修筑堤防，陸地的延伸擴大僅限于入?？?，陸地的加高僅限于兩岸大堤之間，一段時期內(nèi)僅限于生產(chǎn)堤之間。以至于形成了懸河乃至二級懸河。兩岸大堤使黃河無法自由擺動，無法充分發(fā)揮其自身的造陸功能；同時兩岸大堤又是黃淮海平原社會及經(jīng)濟發(fā)展、人民生命財產(chǎn)的必要保障。因此黃河的造陸使命，自然應(yīng)該由黃河兩岸的兒女們來承擔。填補低洼地，擴大黃淮海平原具有廣闊的市場前景。

4.3.2 淤背、淤筑相對地下河

黃河兩岸標準化堤防的建設(shè)已初見成效，背河側(cè)淤寬100m，其高程與2000年水平設(shè)計洪水位齊平。未來一定時期內(nèi)淤筑相對地下河，也將有一個較大用沙要求。

4.3.3 河防及建筑

利用黃河河道中挖出的泥沙代替建筑材料，燒制成磚、燒結(jié)成石等，發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)。僅淄博高青縣用黃河泥沙燒結(jié)“黃河磚”每年需要黃河泥沙480萬m3。

利用楊國祿教授研制的黃河淤沙固結(jié)技術(shù)，用黃河泥沙制成其它建筑材料，如堤防加固、丁壩強基護面、黃河拋石、水土植保等水利、土木工程的建筑材料，用于水利工程、民用建筑等其它工程建設(shè)。

黃河泥沙的河防和建筑材料市場是一個亟待開發(fā)的、具有可觀經(jīng)濟和社會效益、廣闊而又長期的市場。

4.3.4 綠色市場

用黃河泥沙種植的蔬菜和糧食以無污染、營養(yǎng)豐富、味美著稱。黃河小北干流灘地種植的蘆筍以及河南原陽黃河灘地大米遠銷海外。黃河泥沙使黃河灘地成為天然的綠色農(nóng)場，它的使用歷史悠久，然而這一綠色農(nóng)業(yè)資源自古以來就是無序的免費使用。因此這是一個亟待開發(fā)和重視的綠色市場。

4.4 黃河泥沙利用及其市場開發(fā)的意義和必要性

泥沙是黃河難治的癥結(jié)，大量泥沙淤積在下游河道，使之成為舉世聞名的地上懸河。為了緩解黃河下游防洪的險惡局面，保障黃淮海平原的安全，人民治黃以來，先后四次加高大堤，堤防高度已達10m～14m。近年來黃河下游主槽淤積嚴重，“二級懸河”日益加劇，防洪形勢嚴峻。

清華大學王兆印教授經(jīng)過多年精心研究，提出了生態(tài)修復理論，根據(jù)植被——侵蝕動力學方程，將生態(tài)修復區(qū)分成不能自動恢復的植被惡化侵蝕增長區(qū)、需要付出努力人工修復的過渡區(qū)、可以自動修復的植被覆蓋率增加區(qū)。根據(jù)王教授生態(tài)修復理論，黃土高原生態(tài)環(huán)境極其脆弱，極易進入植被惡化區(qū)，遠離自動修復區(qū)。因此黃土高原的生態(tài)修復及山川秀美計劃是一個相當長期的工作。在未來一個很長的時期內(nèi)黃河泥沙仍將源源不斷地進入黃河。黃河小浪底水庫的攔沙減淤年限有限，20年左右攔沙庫容將淤滿，黃河下游河道又將面臨大幅度淤積抬高的局面。

4.5 黃河泥沙利用及開發(fā)方法

黃河泥沙的利用及開發(fā)方法可以是多種多樣的。開發(fā)初期，由于黃河泥沙利用市場尚未成型，國家可以投入一定的補貼鼓勵個人、企、事業(yè)單位共同參與，讓他們有利可圖，愿意積極參與。當泥沙產(chǎn)業(yè)市場開發(fā)成型時，國家、企事業(yè)單位、個人共同受益。

進行有序、自愿、自由的黃河泥沙利用開發(fā)。鼓勵，并大力開展跨學科的黃河泥沙應(yīng)用技術(shù)研究。讓黃河泥沙這一礦產(chǎn)資源能夠在建筑、材料等領(lǐng)域得到充分的開發(fā)利用。

4.6 引水引沙對策研究

在黃河流域引水用水建設(shè)中，總是以多引水、少引沙為目的。引水閘位置選擇在易引水避沙的地方，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中研究設(shè)計了各種各樣的防沙設(shè)施。從黃河下游引水引沙統(tǒng)計資料看，引水含沙量小于河道含沙量。這使原本水沙比例失調(diào)的黃河水，水沙條件惡化，不利于黃河的治理。新疆大學周著教授研制的分沙漏斗，可將引水中所引泥沙的95%分選出來，送回黃河。這一技術(shù)已在黃河支流北洛河、黃河小北干流得到應(yīng)用，一兩個分沙漏斗對黃河的影響可能不大，但是如果這項技術(shù)在黃河上下推廣開來，將使黃河水沙條件更加不利。

向排污的工廠必須處理污水一樣，為了黃河的利益，在引水用水的同時應(yīng)同等引沙用沙，棄沙則須交納泥沙的處理費用。泥沙和水一樣同為自然資源，在收取水費的同時應(yīng)同時收取沙費。應(yīng)制定具有黃河特色的引水、引沙政策。并鼓勵引水同等引沙，或多引沙。盡可能地避免水沙條件惡化。

總上所述，黃河下游泥沙的治理是一項長期而重要的任務(wù)。我們要將治與用相結(jié)合，將害轉(zhuǎn)化為利。

［1］林秀山.小浪底水利樞紐在黃河治理開發(fā)中的地位及工程任務(wù)[J].人民黃河, 1993(3):1-4.

［2］卞玉山,等.山東省引黃灌區(qū)渠首沙化的防治[J].人民黃河,1993(1):33-36.

［3］錢寧,等.黃河下游河床演變[J].北京:科學出版社,1965.