黃河水沙分布狀況及治理思路

朱莉莉，張治昊，盧書慧，張旭東

（1.黃河上中游管理局，陜西 西安，710021；2．中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100048；3.黃河河口管理局，山東 東營 257091）

黃河水沙分布狀況及治理思路

朱莉莉1，張治昊2，盧書慧3，張旭東3

（1.黃河上中游管理局，陜西 西安，710021；2．中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100048；3.黃河河口管理局，山東 東營 257091）

采用實測資料分析和理論探討相結(jié)合的方法，研究黃河水沙分布狀況及治理思路。研究認(rèn)為：近年來，受人類活動的影響，黃河水沙分布發(fā)生了較大的變化，河道防洪形勢也發(fā)生了相應(yīng)變化。在充分認(rèn)識多沙河流河床演變的自然規(guī)律的基礎(chǔ)上，提出黃河水沙治理思路包括：減少上中游粗泥沙來源、利用洪水塑造河道主槽、增大高效輸沙流量出現(xiàn)幾率、強化水庫水沙調(diào)控作用、改造游蕩性河段河槽形態(tài)。

黃河治理；水沙分布；水沙調(diào)控；高效輸沙；水土流失；河道整治

Abstract:This paper studies the distribution of water and sediment in the Yellow River and its management ideas by means of the combination of measured data analysis and theoretical discussion.In recent years,due to the impact of human activities,the distribution of water and sediment in the Yellow River has undergone great changes,and the flood control situation has also changed accordingly.On the basis of fully understanding the natural law of the river bed evolution of the sandy river,the author puts forward the idea of reducing the sediment and sediment in the upper reaches of the Yangtze River,using the flood to shape the main channel of the river channel,increasing the chance of efficient sediment transport flow,Sand control role,transformation ofwanderingriver channel shape.

Keywords:Yellowriver control,distribution ofwater and sediment,Regulation of water and sediment,Efficient sediment transport,soil erosion and river regulation

黃河是一條多泥沙河流，大量泥沙造成黃河善淤、善徙、善決的特性，給兩岸人民帶來極大危害。人民治黃以來，創(chuàng)造了黃河60多年伏秋大汛不決口的奇跡，保證了人民生命財產(chǎn)的安全。與此同時，黃河流域的水沙資源開發(fā)利用也在大力開展，為兩岸社會經(jīng)濟的發(fā)展提供了最為重要的物質(zhì)條件。任何改變流域天然狀態(tài)的活動都會造成流域水沙在時空的重新分布，因此近幾十年來黃河水沙分布狀況伴隨著人民治黃的發(fā)展發(fā)生了較大的變化。清楚地了解這些年來水沙的分布狀況，以及如此分布所造成的河道和防洪形勢，是進一步治理和可持續(xù)開發(fā)的基礎(chǔ)[1]。本文在分析黃河水沙分布現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，探討未來黃河水沙治理思路。

1 黃河水沙分布現(xiàn)狀

1.1 黃河水量分布

黃河流域天然徑流量為580億m3，經(jīng)過長時期開發(fā)治理，年均用水量達263億m3，占天然徑流量的45.3%。其中農(nóng)業(yè)用水占90%左右，主要分布在上游寧蒙河段、中游汾、渭河的中下游及黃河下游，分別占39.6%、28.0%和29.2%。由利津進入河口地區(qū)的水量為336.15億m3，占到龍門、河津、狀頭、咸陽(簡稱為龍河狀涇咸)以上來水量的65%。

流域來水量分布各年代變化很大。二十世紀(jì)60年代來水量最大，龍河狀涇咸以上年均還原水量超過580億m3，全流域用水量為187.45億m3，龍河狀涇咸以上用水量占全流域的70%，主要是上游地區(qū)灌溉引水，中下游用水量都不大。二十世紀(jì)70年代流域用水量開始大幅度增加，但上中游用水量增加并不多，主要是下游用水量增長迅速。二十世紀(jì)80年代全流域用水量增長迅速，達324.08億m3，為各年代最大值。二十世紀(jì)90年代至今，流域降水減少，龍河狀涇咸還原水量僅422.58億m3，為各年代最低值，受流域來水量減少及節(jié)水措施大力推廣的共同影響，流域用水量也有所降低。由此可見，人類活動對水量分布的影響越來越大，流域用水量比例從早期的32%增加到現(xiàn)在的69%，而進入河口地區(qū)水量的比例從94%減少到只有42%。

1.2 黃河沙量分布

黃河流域二十世紀(jì)年平均來沙量(龍門+河津+咸陽+狀頭)為16億t左右，上中游水利水保綜合治理措施(包括水利工程、水保措施、引沙、河道調(diào)整等)攔截沙量約占27%，河道淤積量約占23%，下游引沙量占8%，輸送至利津沙量為48%。

泥沙在各地區(qū)的分布隨時間變化是不同的。在基本為天然狀態(tài)的二十世紀(jì)50年代，上中游攔沙量和中游河道淤積很少，來沙的20%淤積在下游河道，1958年以后大引大灌造成引出沙量較大，占到20%，來沙的70%都輸送至利津以下的河口地區(qū)。二十世紀(jì)60年代以后，干流大型水利工程的修建、流域水利水保綜合治理措施、流域水資源利用率的不斷增高等都對泥沙的分配產(chǎn)生較大影響。二十世紀(jì)90年代至今，泥沙分布變化較大，近40%的泥沙攔截在上中游地區(qū)，中游龍門—潼關(guān)干支流河道淤積占10%，下游河道淤積和引沙占20%，僅有30%的來沙輸送至利津以下的河口地區(qū)[2]。

2 黃河水沙治理思路

2.1 減少上中游粗泥沙來源

人民治黃60年的成功經(jīng)驗和失敗教訓(xùn)，使治黃工作者認(rèn)識到，黃河“水少沙多”的基本特性在短期內(nèi)是不可改變的，即使來沙量減一半，黃河仍是世界上含沙量最高的一條大河。因此治理黃河的指導(dǎo)思想應(yīng)建立在黃河是多泥沙河流的客觀現(xiàn)實上，努力去認(rèn)識它特有的規(guī)律，走黃河特色的治河之路。只有充分認(rèn)識多沙河流河床演變的自然規(guī)律，掌握并運用在治理中，才能做到人與河流和諧并存。黃河下游河道的淤積主要是粗泥沙 (中值粒徑大0.05 mm)造成，其淤積量占總淤積量的50%左右，而其來沙量僅占總來沙量的25%左右。這些粗泥沙主要來自粗泥沙來源區(qū)，重點是窟野河、皇甫川。因此，水土流失的治理應(yīng)首先集中在多沙粗沙區(qū)，同時利用水庫庫容攔截泥沙，盡量攔截粗泥沙[3]。

2.2 利用洪水塑造河道主槽

黃河河道具有“大水多排沙”、“大水淤灘刷槽”、“大水河走中泓、水流集中、河身變窄深”等自然演變特性。從長期的實踐經(jīng)驗總結(jié)的“淤灘刷槽、灘高槽穩(wěn)、槽穩(wěn)灘存、灘存堤固”這一河道槽、灘、堤辨證統(tǒng)一的關(guān)系，以及“有槽則泄洪排沙能力大，洪水位表現(xiàn)低，河道主溜變化小”、“守堤不如守灘，守灘必須定槽”等經(jīng)驗，都說明在治理過程中，充分利用較大洪水對干流河道的有利作用，盡量保持較大洪水的自然過程，不超過河道堤防安全的特大洪水，一般不要輕易進行人為削減，這與清水河流的防洪是不同的。為此，黃河上中游在修建水庫時要有足夠的泄水排沙能力，不適當(dāng)?shù)南鳒p一般洪水，就會給防御特大洪水帶來困難。黃河下游每發(fā)生一次大洪水，盡管防洪比較緊張，但洪水過后，主槽刷深，行洪能力增大，總的來說是有利的。

2.3 增大高效輸沙流量出現(xiàn)幾率

黃河干游河道有其特殊規(guī)律，具有較高的輸沙能力。同時，隨著來水來沙條件變化，輸沙能力調(diào)整非常迅速，呈現(xiàn)出“多來、多淤、多排”、“少來、少淤(或沖刷)、少排”的輸沙特點。而且主槽輸沙能力大，灘地輸沙能力小，水流平灘滿槽時輸沙能力最大。這平灘滿槽的流量也可稱之為高效輸沙流量，根據(jù)歷年資料分析，黃河現(xiàn)狀河道的高效輸沙流量約為3000～5000 m3/s。因此，在黃河流域治理開發(fā)時，應(yīng)增大黃河干流高效輸沙流量出現(xiàn)的機率，以利黃河河道高效排洪輸沙，減少黃河干流河道淤積。

2.4 強化水庫水沙調(diào)控作用

作為多年平均情況，當(dāng)洪峰來沙系數(shù)小于0.01 kg/m6時，下游河道保持不淤。因此從黃河本身規(guī)律出發(fā)，在總的來水來沙量不變的情況下，應(yīng)當(dāng)強化水庫水沙調(diào)控作用，調(diào)節(jié)水沙過程，改善淤積部位，維持有利的河道。黃河下游全長800 km，具有上寬下窄的格局，在同樣的沖淤量下，窄河段的河床升降幅度自然要比寬河段大得多。上段防洪能力大，下段防洪能力小。因此，如何使窄河段不淤或少淤，關(guān)系十分重大。下段沖淤變化不僅與上游來水來沙有關(guān)，還與寬河道的調(diào)整有關(guān)。根據(jù)分析，在三門峽水庫下泄清水條件下，當(dāng)流量超過約2500 m3/s且水量大于30億m3，沖刷才能發(fā)展至艾山以下窄河段；在上游下泄渾水情況下，當(dāng)流量超過4000 m3/s，艾山以下窄河段才能發(fā)生沖刷[4]。

2.5 改造游蕩性河段河槽形態(tài)

游蕩性河道的河槽形態(tài)是隨著來水來沙條件的變化而發(fā)生相應(yīng)調(diào)整的。來水多來沙少時河槽沖刷下切，相反小水帶大沙則淤槽；高含沙量洪水能塑造窄深河槽，輸沙能力增大，但后續(xù)洪水又起到破壞作用。游蕩性河段比降較陡，水沙變幅大，各種水沙組合相互制約，相互破壞，使游蕩性河段寬淺散亂，輸沙能力較低。特別是高含沙量洪水在游蕩性段嚴(yán)重淤積，對防洪非常不利。因此，為提高河道輸沙能力，改造游蕩性河道的河槽形態(tài)，把游蕩性河道中水河槽整治成穩(wěn)定的規(guī)順河槽十分必要。

3 結(jié)論

近年來，受人類活動的影響，黃河水量分布發(fā)生了較大的變化，流域用水量比例大幅度增加，而進入河口地區(qū)水量大幅度減少；同時，黃河泥沙分布也發(fā)生相應(yīng)變化，近40%的泥沙攔截在上中游地區(qū)，中游龍門—潼關(guān)干支流河道淤積占10%，下游河道淤積和引沙占20%，僅有30%的來沙輸送至河口地區(qū)。治理黃河的指導(dǎo)思想應(yīng)建立在黃河是多泥沙河流的客觀現(xiàn)實上，努力去認(rèn)識它特有的規(guī)律，走黃河特色的治河之路。總結(jié)以往治黃經(jīng)驗與教訓(xùn)，認(rèn)為要從減少上中游粗泥沙來源、利用洪水塑造河道主槽、增大高效輸沙流量出現(xiàn)幾率、強化水庫水沙調(diào)控作用、改造游蕩性河段河槽形態(tài)等幾方面進行治理，才能做到人與河流和諧并存。

[1]胡春宏，等著.黃河水沙過程變異及河道的復(fù)雜響應(yīng)[M].北京：科學(xué)出版社，2005.

[2]潘賢娣，李勇，張曉華，等著.三門峽水庫修建后黃河下游河床演變[M].鄭州：黃河水利出版社，2006.

[3]胡春宏，陳建國，郭慶超，嚴(yán)軍.黃河水沙調(diào)控與下游河道中水河槽塑造[M].北京：科學(xué)出版社，2007.

[4]李文學(xué)，李勇，姚文藝等.黃河下游河道行洪能力對河道萎縮的響應(yīng)關(guān)系[J].中國科學(xué) E 輯，2004，34(增刊)：126-132.

Distribution of Water and Sediment in Yellow River and Its Thinking

Zhu Lili,Zhang Zhihao,Lu Shuhui,Zhang Xudong

（1.Administration Bureau ofthe Upper and Middle Reaches ofthe YellowRiver,Xi'an 710021,Shaanxi；2.China Institute ofWater Resources and Hydropower Research,Beijing10048,China；3.YellowRiver Cross Administration Bureau,Dongying257091,Shandong）

TV143

B

1673-9000（2017）05-0003-02

2017-04-29

國家十三五重點研發(fā)計劃重點專項（2016YFC0402408）；國家自然科學(xué)基金項目（L1624052）。

朱莉莉（1973-），女，河南西平人，高級工程師，主要從事水土保持規(guī)劃設(shè)計工作。

張治昊（1974-），男，山東文登人，高級工程師，主要從事水力學(xué)及河流動力學(xué)研究。