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水利部提出21世纪黄河下游“堤防不决口、河道不断流、水质不超标、河床不抬高”宏观治理目标。其中最难的是河床不抬高。黄河长期的泥沙淤积使黄河下游形成比降很陡的河床,又是洪水危害的根本原因,若河床不再抬高,洪水不漫滩便可得到根本性解决。
1.黄河中上游的治理已经使下游的防洪形势发生不可逆转变化
(1)黄河洪水变化[1]
由于海河流域的治理,华北平原上的河流已经相继都变成干河,只偶尔才会有洪水下泄。黄河流域也属干旱、半干旱地区,中上游大量兴建水库,灌溉农业与水土保持的发展,引起下垫面汇流的巨大变化,也使黄河实测洪水大幅减小。
黄河下游防洪形势变化与治理前景展望
(2)黄河年沙量变化
黄河中游的潼关站控制黄河流域面积的91%、径流量的90%、泥沙的近100%。
20世纪60年代以前,实测输沙量基本可以代表水利水土保持措施实施前的天然情况。20世纪80年代中期以来,随着龙羊峡水库的蓄水运用以及黄土高原水土流失治理力度进一步加大,尤其是1999年以来实施退耕还林还草工程、2003年以来实施“淤地坝亮点工程”,黄河径流量、输沙量明显减少。
2、小浪底水库运用15年下游河道强烈冲刷过流能力迅速增大
小浪底水库是一座以防洪、防凌、减淤为主,兼顾供水、灌溉、发电,除害兴利,综合利用的枢纽工程,水库的调水调沙运用方式应充分体现开发任务的要求,尽可能充分滿足各方面的需求,为黄河下游河道治理做出应有的贡献。从2000年至2014年,小浪底库区淤积量为31亿立米,下游河道冲刷25亿t,平滩流量迅速增大,表1给出河槽过洪能力变化[3]:高村以上河段河床平均冲刷2米多,目前花园口站以上河段平滩流量大于7200m3/s, 夹河滩站以上河段平滩流量大于6500m3/s,高村站以上平滩流量达6100m3/s以上,平滩流量最小的孙口河段也有4350m3/s,加上高1.5m生产堤的作用在高村以上可过15000m3/s大流量。艾山以下河段平滩流量也达到6800-8050m3/s。今后小浪底水库还要进行调水调沙,河段平滩流量还会增大。
目前黄河下游生产堤虽是地方修建,但高2至3米。堤宽4至8米具有相当大的规模的生产堤普遍存在,应该考虑生产堤对滩区防洪中的保障作用!黄委会破除生产堤的决定是有问题的,因为淤滩与河槽冲刷没有必然联系,二级悬河形成是由于小水淤槽与河道不能自由摆动的结果。正因如此,破生产堤受到地方和群众的强烈抵制。钱正英院士主张把生堤变成防洪大堤是有道理的,在下游防洪中应考虑该生产堤实际作用。
黄河下游防洪形势变化与治理前景展望
小浪底水库死库容淤满即可利洪水相机排沙输沙入海,河槽还会发生刷,平滩流量还会继续增大。
3.小浪底水库泥沙多年调节可以长期发挥作用
“拦、排、调、放、挖”以调为核心的治河方略,也为下游形成窄深河槽提供了技术支撑。三门峡水库的改建成功,创造了在多沙河流上长期保持水库有效库容的范例。然而三门峡水库的“蓄清排浑”运用方式经验有其局限性。其一是受潼关高程的限制,调沙库容小,不能对黄河泥沙进行多年调节,其二是水位变幅小,不能产生强烈的溯源冲刷,形成充分利用洪水输沙的出库水沙条件,因而不能充分利用下游河道的输沙能力。小浪底是峡谷型水库(坝前水位可由254降至200米),具有进行泥沙多年调节能力,会有更多的泥沙调节到洪水期输送,为进一步整治游荡性河道创造了条件。其调节库容可以长期利用{4-6}。
经过多年研究,当小浪底水库初期死库容淤满后,通过小浪底水库泥沙多年调节,相机利用洪水排沙,把泥沙调节到洪水时输送,可以控制下游主槽不抬高,甚至河床下切。因为每当发生高含沙量洪水时,主河槽都是冲的,洪水存在“涨冲落淤”的输沙特性。黄河泥沙随洪水来,洪水多,来沙多,水库排沙机会多,会有更多泥沙调节到洪水期输送;没有洪水没有沙!水庫不排沙,蓄水拦沙发电,取消输沙用水需求!因此黄河下游不需要从千里迢迢的长江上游为黄河下游输沙人海调水!
小浪底水库初期运用拦沙下泄清水与人造峰冲刷,淤满调沙库容以后,相机利用洪水排沙,这两个组合起来,有可能使下游河床长期继续发生冲刷。
4.黄河下游高效泄洪输沙通道建设与治理前景
(1)黄河窄深河槽的过洪输沙潜力[7]
对黄河干支流不同河段的高含沙水流输沙特性的对比分析表明,窄深河槽有利于高含沙水流输送,适宜输送的含沙量不是低含沙量,而是含沙量大于200kg/m3的高含沙水流。造成河道多来多排的原因,在低含沙水流时是因水流的流速达到1.8~2m/s,床面进入高输沙动平整状态;对高含沙水流而言,是因为黄河泥沙组成细,含沙量增高后流体的黏性增大,而河床对水流的阻力并没有增加所致,仍可利用曼宁公式进行水力计算。
在窄深河段随着流量的增大,河道由淤积变为冲刷:形成窄深河道“多来多排”的输沙规律;宽浅河道“多来多排多淤”:其中主槽“多来多排”,而滩地则“多来多淤”。目前的山东河道在流量2000~3000m3/s,不仅可以输送实测含沙量小于200kg/m3的洪水,待含沙量增加到400~500kg/m3时,更有利于输送,该段河道具有巨大的输沙潜力。
水深增大对河道的过洪能力影响最大。造成窄深河槽过洪能力大的主要原因,是河槽的过流能力与水深的1.67次方成正比。洪水泄洪能力的增加主要是靠河床冲刷水深增大来实现的。
(2)双岸整治是形成高效排洪输沙通道必要选择
目前采用的微弯整治是引用弯曲河道整治办法,只能减少游荡范围[8,9]。可研报告中“河道整治工程不完善”说明无法达到稳定主槽,及形成窄深河槽的目的,是产生目前背着石头撵河的被动局面,如张王庄、老田庵、韦滩等大量河道整治工程长期不靠流晒太阳的根本原因,黄河下游这种做法在世界上尚无成功先例。
双岸整治工程经常靠河,因而提高工程的利用率,将大量节省投资。基于国外河道航道整治经验,密西西比河、密苏里河及我国的汉江上都有成功的先例。虽然各自的整治目的不同,但整治方法却是相同的,都是通过缩窄河宽,增大水深和流速。
5.建议尽早兴建桃花峪水库控制下大洪水与河槽进一步冲刷等
目前黄河下游出现了1960年三门峡水库投入运用初期下泄清水下游河道强烈刷,水位降低需要修建花园口等水利枢纽进行纵向控制的局面。兴建桃花峪水库可以发挥有以下作用:
(1)可进一步控制黄河干流小浪底水库以下干支流无控制区的洪水。
(2)对小浪底水库投入运用后下泄的清水进行调配,满足中原经济区发展的需要。
(3)控制黄河下游河道上河段河床冲刷,保证花园口以上河段引水,使黄河下游的冲刷能充分向下游发展。
黄河经过今后若干年的治理开发,可以从一条灾害频繁之河变为一条效益巨大之河。黄河泥沙问题得到根本性解决,黄河将发生巨变—洪水不再泛滥,黄河的水资源得也到充分利用。没有必要投资几十亿元加固百年不着流左岸大堤淤背工程与河南省提出的投资上千亿的滩区大移民的治理方案。
参考文献
(1)齐璞,孙赞盈,齐宏海,黄河新情况,新问题,新的治理措施[J],中国工程院刊,2014(8),p64-68
(2)黄委会,黄河水沙变化研究,2014年10月
(3)2014年9月齐璞,尤联元给李克强总理信《在黄河滩区大批扶贫搬迁完全没有必要》,
1.黄河中上游的治理已经使下游的防洪形势发生不可逆转变化
(1)黄河洪水变化[1]
由于海河流域的治理,华北平原上的河流已经相继都变成干河,只偶尔才会有洪水下泄。黄河流域也属干旱、半干旱地区,中上游大量兴建水库,灌溉农业与水土保持的发展,引起下垫面汇流的巨大变化,也使黄河实测洪水大幅减小。
黄河下游防洪形势变化与治理前景展望
(2)黄河年沙量变化
黄河中游的潼关站控制黄河流域面积的91%、径流量的90%、泥沙的近100%。
20世纪60年代以前,实测输沙量基本可以代表水利水土保持措施实施前的天然情况。20世纪80年代中期以来,随着龙羊峡水库的蓄水运用以及黄土高原水土流失治理力度进一步加大,尤其是1999年以来实施退耕还林还草工程、2003年以来实施“淤地坝亮点工程”,黄河径流量、输沙量明显减少。
2、小浪底水库运用15年下游河道强烈冲刷过流能力迅速增大
小浪底水库是一座以防洪、防凌、减淤为主,兼顾供水、灌溉、发电,除害兴利,综合利用的枢纽工程,水库的调水调沙运用方式应充分体现开发任务的要求,尽可能充分滿足各方面的需求,为黄河下游河道治理做出应有的贡献。从2000年至2014年,小浪底库区淤积量为31亿立米,下游河道冲刷25亿t,平滩流量迅速增大,表1给出河槽过洪能力变化[3]:高村以上河段河床平均冲刷2米多,目前花园口站以上河段平滩流量大于7200m3/s, 夹河滩站以上河段平滩流量大于6500m3/s,高村站以上平滩流量达6100m3/s以上,平滩流量最小的孙口河段也有4350m3/s,加上高1.5m生产堤的作用在高村以上可过15000m3/s大流量。艾山以下河段平滩流量也达到6800-8050m3/s。今后小浪底水库还要进行调水调沙,河段平滩流量还会增大。
目前黄河下游生产堤虽是地方修建,但高2至3米。堤宽4至8米具有相当大的规模的生产堤普遍存在,应该考虑生产堤对滩区防洪中的保障作用!黄委会破除生产堤的决定是有问题的,因为淤滩与河槽冲刷没有必然联系,二级悬河形成是由于小水淤槽与河道不能自由摆动的结果。正因如此,破生产堤受到地方和群众的强烈抵制。钱正英院士主张把生堤变成防洪大堤是有道理的,在下游防洪中应考虑该生产堤实际作用。
黄河下游防洪形势变化与治理前景展望
小浪底水库死库容淤满即可利洪水相机排沙输沙入海,河槽还会发生刷,平滩流量还会继续增大。
3.小浪底水库泥沙多年调节可以长期发挥作用
“拦、排、调、放、挖”以调为核心的治河方略,也为下游形成窄深河槽提供了技术支撑。三门峡水库的改建成功,创造了在多沙河流上长期保持水库有效库容的范例。然而三门峡水库的“蓄清排浑”运用方式经验有其局限性。其一是受潼关高程的限制,调沙库容小,不能对黄河泥沙进行多年调节,其二是水位变幅小,不能产生强烈的溯源冲刷,形成充分利用洪水输沙的出库水沙条件,因而不能充分利用下游河道的输沙能力。小浪底是峡谷型水库(坝前水位可由254降至200米),具有进行泥沙多年调节能力,会有更多的泥沙调节到洪水期输送,为进一步整治游荡性河道创造了条件。其调节库容可以长期利用{4-6}。
经过多年研究,当小浪底水库初期死库容淤满后,通过小浪底水库泥沙多年调节,相机利用洪水排沙,把泥沙调节到洪水时输送,可以控制下游主槽不抬高,甚至河床下切。因为每当发生高含沙量洪水时,主河槽都是冲的,洪水存在“涨冲落淤”的输沙特性。黄河泥沙随洪水来,洪水多,来沙多,水库排沙机会多,会有更多泥沙调节到洪水期输送;没有洪水没有沙!水庫不排沙,蓄水拦沙发电,取消输沙用水需求!因此黄河下游不需要从千里迢迢的长江上游为黄河下游输沙人海调水!
小浪底水库初期运用拦沙下泄清水与人造峰冲刷,淤满调沙库容以后,相机利用洪水排沙,这两个组合起来,有可能使下游河床长期继续发生冲刷。
4.黄河下游高效泄洪输沙通道建设与治理前景
(1)黄河窄深河槽的过洪输沙潜力[7]
对黄河干支流不同河段的高含沙水流输沙特性的对比分析表明,窄深河槽有利于高含沙水流输送,适宜输送的含沙量不是低含沙量,而是含沙量大于200kg/m3的高含沙水流。造成河道多来多排的原因,在低含沙水流时是因水流的流速达到1.8~2m/s,床面进入高输沙动平整状态;对高含沙水流而言,是因为黄河泥沙组成细,含沙量增高后流体的黏性增大,而河床对水流的阻力并没有增加所致,仍可利用曼宁公式进行水力计算。
在窄深河段随着流量的增大,河道由淤积变为冲刷:形成窄深河道“多来多排”的输沙规律;宽浅河道“多来多排多淤”:其中主槽“多来多排”,而滩地则“多来多淤”。目前的山东河道在流量2000~3000m3/s,不仅可以输送实测含沙量小于200kg/m3的洪水,待含沙量增加到400~500kg/m3时,更有利于输送,该段河道具有巨大的输沙潜力。
水深增大对河道的过洪能力影响最大。造成窄深河槽过洪能力大的主要原因,是河槽的过流能力与水深的1.67次方成正比。洪水泄洪能力的增加主要是靠河床冲刷水深增大来实现的。
(2)双岸整治是形成高效排洪输沙通道必要选择
目前采用的微弯整治是引用弯曲河道整治办法,只能减少游荡范围[8,9]。可研报告中“河道整治工程不完善”说明无法达到稳定主槽,及形成窄深河槽的目的,是产生目前背着石头撵河的被动局面,如张王庄、老田庵、韦滩等大量河道整治工程长期不靠流晒太阳的根本原因,黄河下游这种做法在世界上尚无成功先例。
双岸整治工程经常靠河,因而提高工程的利用率,将大量节省投资。基于国外河道航道整治经验,密西西比河、密苏里河及我国的汉江上都有成功的先例。虽然各自的整治目的不同,但整治方法却是相同的,都是通过缩窄河宽,增大水深和流速。
5.建议尽早兴建桃花峪水库控制下大洪水与河槽进一步冲刷等
目前黄河下游出现了1960年三门峡水库投入运用初期下泄清水下游河道强烈刷,水位降低需要修建花园口等水利枢纽进行纵向控制的局面。兴建桃花峪水库可以发挥有以下作用:
(1)可进一步控制黄河干流小浪底水库以下干支流无控制区的洪水。
(2)对小浪底水库投入运用后下泄的清水进行调配,满足中原经济区发展的需要。
(3)控制黄河下游河道上河段河床冲刷,保证花园口以上河段引水,使黄河下游的冲刷能充分向下游发展。
黄河经过今后若干年的治理开发,可以从一条灾害频繁之河变为一条效益巨大之河。黄河泥沙问题得到根本性解决,黄河将发生巨变—洪水不再泛滥,黄河的水资源得也到充分利用。没有必要投资几十亿元加固百年不着流左岸大堤淤背工程与河南省提出的投资上千亿的滩区大移民的治理方案。
参考文献
(1)齐璞,孙赞盈,齐宏海,黄河新情况,新问题,新的治理措施[J],中国工程院刊,2014(8),p64-68
(2)黄委会,黄河水沙变化研究,2014年10月
(3)2014年9月齐璞,尤联元给李克强总理信《在黄河滩区大批扶贫搬迁完全没有必要》,