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洪水泥沙管理分析论文
洪水泥沙管理分析论文 流的高程度开发利用，带来了防洪、灌溉、供水、发电等巨大社会、经济 效益，但是，天然洪水水沙过程改变了，水库淤积了，河床抬高了，河道断流了 ……这种现象在黄河上尤为严重。河流和人类一样是有生命的，人类对水、河流 的开发利用应有一定限度，否则就会影响河流的健康，进而影响人类自己。“维持黄河健康生命”是一种新的治河理念，其初步理论框架为：“维持黄 河健康生命”是黄河治理的终极目标，“堤防不决口，河道不断流，污染不超标， 河床不抬高”是体现其终极目标的四个主要标志。河流生命的核心是水，命脉是 流动。河流生命的形成、发展与演变是一个自然过程，有其自身的发展规律，并 对外界行为有着巨大的反作用力和规范性。初步考虑，要实现“维持黄河健康生 命”的目标，黄河治理应通过九条途径，即：减少入黄泥沙的措施建设；
流域及 相关地区水资源利用的有效管理；
增加黄河水资源量的外流域调水方案研究；
黄 河水沙调控体系建设；
制定黄河下游河道科学合理的治理方略；
使下游河道主槽 不萎缩的水量及其过程塑造；
满足降低污径比使水质不超标的水量补充要求；
治 理黄河河口，以尽量减少其对下游河道的反馈影响；
黄河三角洲生态系统的良性 维持。
对于黄河下游的洪水泥沙管理来讲，维持黄河健康生命的内涵具体可描述 为：利用中游水库群的水沙联合调度塑造协调的水沙关系，恢复、维持下游主槽 过流能力；
利用人工、自然的措施逐步缓解“二级悬河”严峻形势，调整滩槽洪水 期分流比，减少“横河、斜河、滚河、顺堤行洪”几率，确保黄河安澜；
将具有典 型滞洪沉沙功能的黄河下游滩区纳入蓄滞洪区管理，滩区享受国家蓄滞洪区补偿 政策，从政策面上构筑人、河、沙和谐的管理环境，以使洪水泥沙管理能够实施 和延续。
一、黄河中、下游洪水控制现状 目前，黄河下游防洪的关键性控制工程小浪底水利枢纽工程已经建成，并 于２００１年投入运用。除了正在规划阶段的中游碛口、古贤和沁河河口村水库 外，黄河中下游的防洪体系已基本建立，以万家寨、三门峡、小浪底、陆浑、故 县五座水库为主形成了水库联合调度体系。１９９８年以来，国家又加大了对黄 河下游治理的投入力度，开展了下游堤防加高加固，险点处理，险工加高改建和 河道整治工程建设，形成了河道工程体系，以东平湖、北金堤、南北展等蓄滞洪 区形成了蓄滞洪体系。水文、通讯、组织指挥、抢险救灾等防洪非工程措施也在近些年得到了发展和提高，整体上使黄河下游防洪形势明显改观。上述工程体系 “上拦下排，两岸分滞”和非工程措施构成了当前黄河下游总的洪水控制现状。
具体表现为：一是小浪底水库和三门峡、故县、陆浑等水库联合调度，调 蓄洪水，显著削减了黄河下游稀遇洪水，使花园口断面百年一遇洪峰流量由２９ ２００立方米每秒削减到１５７００立方米每秒，千年一遇洪峰流量由４２１０ ０立方米每秒削减到２２６００立方米每秒，接近花园口设防流量２２０００立 方米每秒。“上大洪水”逐步得到控制，“下大洪水”和“上下较大洪水”得到一定程 度控制。二是利用小浪底水库拦沙和调水调沙库容可减轻下游河道淤积７６亿吨 相当于２０年左右的淤积量。三是堤防已经满足２０００年水平设计水位的高度 要求，抗洪能力得到加强，同时高村以下河势也得到初步控制。
二、洪水泥沙管理的实现途径 黄河复杂难治的主要症结在于“水少、沙多，水沙关系不协调”，因此，只 有抓住这一主要矛盾，正确认识和处理洪水与泥沙问题，才能真正实现由洪水控 制向洪水泥沙管理的转变。
自古以来，黄河洪水威胁一直是中华民族的心腹之患。经过多年建设，现 已初步形成“上拦下排，两岸分滞”的工程体系，基本具备了控制和处理洪水的“硬 件”。同时，随着“数字黄河”工程建设的加快，“数字防汛”等一系列“软件”逐步配 套，这些“硬件”和“软件”构成了较为完整的黄河防洪体系。依靠这一体系，可以 针对不同量级的洪水实施有效控制和高效利用，也可以根据治黄需求，通过联合 调度塑造洪水，防止河道萎缩，减少河道淤积，实现由过去单一控制洪水向洪水 泥沙管理的转变。
１有效控制黄河大洪水、贯彻水沙联调指导思想 对于黄河大洪水和特大洪水，要致力于提高控制能力，依据水文预报、工 程布局和可控能力，按照科学合理的洪水处理方案，通过干支流水库的联合调度 和蓄滞洪区的适时启用，将洪水控制在两岸标准化堤防之间，确保大堤不决口， 尽最大努力减少灾害损失。同时，黄河大洪水和特大洪水发生时，除三花间洪水 外，一般都伴随较高含沙量，因而在控制的同时，贯彻水沙联调指导思想，尽可 能做到水库、河道冲淤兼顾，依据阶段管理目标，塑造协调的水沙关系，但该类 洪水泥沙的主要管理目标是黄河安澜。２利用黄河中常洪水，实施水沙合理配置（调水调沙） 由于小浪底等水库在初步设计时对于黄河中常洪水一般不予控制，而中常 洪水在洪量、洪峰流量、含沙量、沙量等特征值方面，又都处于中游水库群调控 能力之内。因此，管理的途径是：合理承担适度风险，充分考虑黄河洪水的资源 属性和造床功能。一是通过塑造协调的水沙关系，让洪水冲刷河槽，挟沙入海， 恢复河槽的过流能力。二是将黄河洪水资源化，可对汛期洪水进行分期管理，科 学拦蓄后汛期洪水或低含沙量洪水为翌年春灌和确保黄河不断流提供宝贵的水 资源。三是实施小北干流放淤“淤粗排细”。在三门峡水库以上禹门口至潼关河段 ６６０平方公里的河道滩地上，利用弯道水力学、缓流分选泥沙水力学等原理， 通过设置引洪放淤闸、弯道溢流堰、淤区格堤、退水闸等工程，靠水流自然力量， 人为控制泥沙的颗粒级配，达到“淤粗排细”的目的。小北干流放淤分无坝放淤试 验、无坝放淤和有坝放淤三个阶段实施首先通过无坝放淤试验取得基本参数，在 此基础上实施无坝放淤，远期在黄河北干流建设以放淤为主要目的的水利枢纽， 通过水库的水沙调控进一步扩大放淤区域和提高放淤效率。四是利用小浪底水库 等干流骨干水库“拦粗泄细”。小浪底水库是调控黄河下游水沙的关键工程。按照 设计，在其１２６．５亿立方米的总库容中，拦沙库容为７５．５亿立方米可拦 蓄泥沙１００亿吨。要科学设计小浪底水库的运用方式，尽可能做到拦蓄粗沙， 泄放细沙，以最大限度地提高水库的拦沙减淤效率，同时延长水库拦沙使用年限。
将来在古贤等骨干水库建成后，也可通过“拦粗泄细”运用，显著减少进入下游河 道的粗泥沙。
３塑造黄河洪水，调整泥沙 河道是洪水和泥沙的输移通道，当河道内长期没有洪水通过时，河道主河 槽就会发生萎缩。事实上，２０世纪５０年代，黄河发生的最大洪水为２２３０ ０立方米每秒，相应河槽平滩流量为８０００立方米每秒；
２０世纪８０年代， 黄河发生最大洪水为１５３００立方米每秒，相应河槽平滩流量为６０００立方 米每秒；
２０世纪９０年代，黄河发生最大洪水为７６００立方米每秒，相应河 槽平滩流量为３０００立方米每秒；
进入２１世纪，黄河没有发生一次大于４０ ００立方米每秒的编号洪峰，相应河槽平滩流量已衰减至２０００立方米每秒以 下。因此，要树立强烈的洪水造床及输沙意识，在河道里没有洪水且条件具备时， 要通过中游水库群联合调度等措施塑造人工洪水及其过程，达到减少水库泥沙淤 积、调整泥沙淤积形态、防止河道主河槽萎缩和携沙入海的多重目的。
需要强调指出的是，目前，控制黄河洪水的意识根深蒂固，但利用黄河洪水，特别是塑造黄河洪水的理念较为淡薄，甚至尚未建立，根据黄河的特点和存 在问题，今后必须建立洪水利用和洪水塑造的概念，并认真加以研究利用塑造洪 水的方法、途径及手段，通过不断探索与实践，使之逐步调整、完善，让黄河洪 水为“维持黄河健康生命”服务。
三、洪水泥沙管理的实践 １．黄河首次调水调沙试验 首次调水调沙试验是针对小浪底水库初期运用的特点进行的，实施的是小 浪底和三门峡两库水库联合调度方式，主要目标是寻求试验条件下的黄河下游泥 沙不淤积的临界流量和临界时间。使下游河道特别是艾山至利津河段不淤积或尽 可能冲刷。同时检验河道整治成果、验证数学模型和实体模型、深化对黄河水沙 规律的认识。试验以小浪底水库蓄水为主或小浪底至花园口区间简称小花间来水 为主水库相机调水调沙，控制指标为花园口临界流量２６００立方米每秒的时间 不少于１０天，平均含沙量不大于２０千克每立方米，相应艾山站流量２３００ 立方米每秒左右，利津站流量２０００立方米每秒左右。试验结束后控制花园口 流量不大于８００立方米每秒。
２００２年７月４日上午９时，小浪底水库开始加大下泄流量，调水调沙 试验进入调度实施阶段，直到小浪底出库流量恢复到８００立方米每秒以下，水 库调度历时１１天。黄河下游河道净冲刷量为０．３６２亿吨，下游河槽全程发 生明显冲刷，主槽沿程冲刷１．０６３亿吨，滩地淤积０．７０１亿吨，下游平 滩流量均有一定程度的增加，以漫滩最为严重的夹河滩至孙口河段平滩流量增大 幅度最大，平均增加约３００～５００立方米每秒。
２．黄河第二次调水调沙试验 黄河第二次调水调沙试验是结合防洪预泄进行的，实施的是小浪底、三门 峡、陆浑、故县四库水沙联合调度，是典型的水沙多目标调度方式，主要目标是：
水资源安全、干支流减灾、下游不发生大的漫滩损失、小浪底库区减淤、闸前防 淤堵、为２００４年水库在２５０米以上运用创造条件、实现下游河道发生冲刷 或至少不发生大的淤积、进一步深化对黄河水沙规律的认识等。
在试验调控技术方面，有效利用小花间的清水与小浪底水库下泄的高含沙 量水流在花园口进行水沙“对接”，即：“小花间无控区清水负载，小浪底调水配沙”。
第二次调水调沙试验历时１２．４天。花园口站平均流量为２３９０立方 米每秒平均含沙量３１．１千克每立方米，完全达到了预案规定的水沙调控指 标；
下游河道全河段基本上都发生了冲刷，总冲刷量０．４５６亿吨，达到了下 游河道减淤的目的和小浪底水库尽量多排泥沙的预定目标。下游主要测验断面同 流量水位降低，主槽过洪能力增加。
３．黄河第三次调水调沙试验 黄河第三次调水调沙试验是针对小浪底水库汛初蓄水较多黄河中游又无 中小洪水的特点进行的，实施的是黄河干流万家寨、三门峡、小浪底三库串联联 合调度方式，主要目标是实现黄河下游主河槽全线冲刷，进一步恢复下游河道主 槽的过流能力，调整黄河下游两处卡口段的河槽形态、增大过洪能力，调整小浪 底库区的淤积形态，进一步探索研究黄河水库、河道水沙运动规律。
此次试验小浪底水库出库沙量０．０５７２亿吨，利津站输沙量０．６４ ３４亿吨，小浪底至利津河段冲刷０．６０７１亿吨，各河段均发生冲刷。小浪 底库区淤积设计淤积平衡纵剖面以上淤积的３８５０万立方米泥沙尽数冲刷，库 区淤积三角洲形态得到了合理调整。黄河下游卡口河段河槽形态调整，徐码头、 雷口两处卡口河段主槽平均冲刷深度为０．２５～０．４７米，主槽过流能力进 一步提高，达到２８００～２９００立方米每秒。７月８日１３时５０分，小浪 底库区异重流排沙出库，浑水持续约８０小时，首次人工异重流塑造获得圆满成 功。对黄河水库、河道水沙运动规律的认识进一步深化，在水库群水沙调度、异 重流运行状态、人工扰动泥沙的效果等方面取得了大量原始数据，为今后多方面 研究运用黄河水沙运行规律提供了丰富的基础资料。
４．黄河小北干流放淤试验 黄河小北干流禹门口至潼关河段，河道长１３２．５公里，河宽３～１８ 公里，滩地面积为６８２平方公里。滩区多为沙荒盐碱地，土地利用率不高，社 会经济发展相对落后，是天然的沉滞沙场所。２００４年放淤试验的地点选在连 伯滩。
２００４年７月，在经过大量查勘和论证之后，黄委在小北干流开始实施 放淤试验，这是继调水调沙试验之后，运用自然规律进行黄河治理的又一项开拓性工作。试验的关键是人为控制泥沙的颗粒级配，实现“淤粗排细”的目标。为此 编制了试验工程设计报告及调度预案，利用放淤闸、弯道溢流堰、淤区格堤、退 水闸等工程和由次洪量、历时、含沙量、泥沙级配、洪峰流量等指标组成的调度 指标体系，靠水力自然力量，达到分选泥沙的目的。从７月２６日１６时放淤闸 首次开启至８月２６日１４时结束，成功实施了６轮试验，累计放淤历时２９７ 小时，共淤积粗泥沙４３７．８万吨，初步实现了“淤粗排细”的目标，通过水沙 运行状况监测、分析，取得了大量的监测资料，初步掌握了粗泥沙的运动规律， 为今后大规模实施放淤调度提供了经验和科学依据。对减缓小浪底库区泥沙淤积 速度，延长小浪底水库使用寿命，并减缓黄河下游河道淤积具有重要的意义。
５．黄河２００３年秋汛调度 ２００３年８月下旬至１０月中旬，黄河流域中下游连续发生６次强降雨 过程遭遇罕见的“华西秋雨”天气，形成多次洪峰，发生了自１９８１年以来历时 最长、洪量最大的秋汛。整个调度过程中，在科学分析的基础上，针对洪水含沙 量低、洪峰低、接近汛末等特点，黄河防总、黄委决定承担一定风险，实施了第 一次真正意义上的“四库水沙联调”，多次成功削减黄河下游洪峰，大大减轻了下 游防洪压力。避免了多次多股洪水汇合叠加后造成黄河花园口站可能形成的５０ ００～６０００立方米每秒的洪峰，将下游花园口站洪水始终控制在２４００～ ２７００立方米每秒之间，削峰率达４０～５０％，有效地减轻了下游滩区的洪 水灾害，妥善处理了局部救灾和整体防洪的矛盾、降低潼关高程和三门峡运用方 式的矛盾、水库安全和下游滩区安全的矛盾、防洪和水资源安全的矛盾，实现了 拦洪、减灾、减淤、洪水资源化等多重目标。
据统计，２００３年汛期利用小浪底、陆浑、故县、三门峡四座水库拦蓄 洪水后，使下游滩区２１３．４１万亩耕地免遭洪水淹没，使滩内７６．８５万 人免遭洪水袭击，减免直接经济损失８４．８亿元。
四、黄河下游滩区纳入蓄滞洪区管理问题探讨 黄河下游两岸堤防之间有广阔的滩区，居住有大量人口。根据２０００年 统计资料，滩区总面积４０４６．９万平方公里，它既是行滞洪、沉沙的场所， 又是滩区群众的生产生活场所，目前有耕地３７５．５０万亩，村庄２０５２个， 人口１８０．９４万人。
黄河滩区作为河流行洪、滞洪和沉沙的地域，在历年的防洪保安全中发挥了巨大作用，但由于滩区频繁漫滩，且受灾后无补偿渠道，致使滩区经济发展缓 慢，生活落后。据不完全统计，建国以来在中下游河段基本无工程控制的条件下， 滩区遭受不同程度的洪水漫滩２０余次，累计受灾人口８８７．１６万人次、受 灾村庄１３２７５个次、受淹耕地２５６０．２９万亩次。滩区农民收入仅为本 省农民人均收入的２７～４７％，部分地区已成为河南、山东省甚至全国的重点 贫困地区。
由于黄河水少沙多、水沙不平衡的基本特点长期难以改变，黄委经过多次 研究，为保障黄淮海平原安全，对黄河采取“稳定主槽，调水调沙，宽河固堤， 政策补偿”的治河方略，在这个治黄方略下仍需对滩区采取淤滩刷槽的方针。小 浪底水利枢纽的修建与中游三门峡、陆浑、故县水库联合运用后，虽然可使洪峰 流量受到一定的控制，但黄河下游仍然会不可避免地出现漫滩，滩区群众的贫困 现状仍难以改变。
黄河下游河道淤积，河势游荡多变，主槽过洪能力低，小水漫滩，“横河”、 “斜河”、“滚河”、“顺堤行洪”等的严峻形势急需改变，利用小浪底水库调水调沙 是改善这种状况的有效措施。按照规定，小浪底水库对于８０００立方米每秒以 下洪水不能拦蓄，但从滩区群众的生存发展要求来看，必须对４０００～８００ ０立方米每秒的洪水进行控制。洪水控泄造成的后果为：一方面小浪底水库将提 前被淤废，经国家多年努力投巨资建成的黄河下游防洪关键性控制工程将大大缩 短使用寿命，丧失其防御大洪水的作用。另一方面，长期小流量下泄，将导致河 道持续萎缩，“二级悬河”迅速发展使黄河下游防洪形势进一步恶化，维持河流健 康生命的目标也难以实现。
当前，黄河下游的综合治理与滩区经济发展的矛盾十分尖锐，而解决这一 矛盾的出路在于滩区受淹后的损失能够比照蓄滞洪运用补偿办法进行补偿，从而 构建和谐管理环境。
通过近年黄河治理的一系列实践和探索，可以看出：实现由控制洪水向洪 水泥沙管理转变，在黄河上还必须包括泥沙管理，而解决这些问题的最有效途径， 是实施水沙联调和处理好黄河下游滩区问题，即调水调沙和滩区纳入蓄滞洪区管 理，这样，才能做到人、水、沙的和谐相处，进而向维持河流健康生命的终极目 标迈进。
