侯起秀

(水利部黃河水利委員會總工辦 鄭州 450003)

1 引言

筆者于2001年參加研究二十一世紀治黃新思路時寫過一篇題為 《潘季馴束水攻沙理論研究——兼論二十一世紀 “水沙分離,高效輸沙”治黃設想》(《水利規(guī)劃與設計》2002年第2期,以下簡稱 “兼論”)的文章,認為治黃措施亟待調整;以水土保持為基礎,建立在水庫群調控下的水沙分離、高效輸沙機制是解決下游河道嚴重淤積問題切實有效的措施之一。

本文是對上文的補充論述。潘季馴束水攻沙理論和實踐強調利用下游河道排沙,在實踐過程中以前有難度今后難度更大。利用上中游攔沙減淤是1955年黃河規(guī)劃報告的基本思想,在實踐過程中發(fā)展為“上攔下排”以及 “攔、排、調、用”的思想?！八撤蛛x,高效輸沙”治黃設想符合這種思想。

2 黃河演變過程

黃河在漫長的演變歷史過程中大致可以分為以下5個階段。

(1)自然狀態(tài)階段。時間以萬年計。在這個階段,黃河沒有束縛,隨心所欲,來回擺動,填海造陸,創(chuàng)造出極其廣大的陸地。

(2)在堤防系統(tǒng)束縛下進行橫向控制的 “下排”階段。時間以千年計。在春秋時代,沿河諸侯各自先后筑堤。至戰(zhàn)國時,兩岸堤防上下多連貫在一起,且具有一定規(guī)模。筑堤后,由于兩岸堤距之間容量有限,泥沙淤在河槽內,河床逐漸抬高而成為地上河,防御洪水能力也隨河床淤高而降低,故決口改道逐漸增多。

(3)以水庫工程為主進行縱向控制的 “上攔”階段,或可稱為 “蓄水攔沙”階段。1955年全國人大通過的黃河綜合規(guī)劃明確提出所應采取的方針就是 “蓄水攔沙”,并提出第一期計劃。其中最為關鍵和迫切的工程是決定修建三門峽樞紐工程和為保護三門峽水庫在中游地區(qū)修建攔泥庫工程。

(4)“上攔下排”階段。在總結三門峽水利樞紐工程經驗教訓的基礎上,王化云提出:“在上中游攔泥蓄水,在下游防洪排沙,一句話 ‘上攔下排’,是今后治黃工作的總方向。”過去總認為黃河治本只是上中游的事,上中游問題解決了,下游的問題就好辦了。從失誤和挫折中,當時認識到 “黃河治本不再只是上中游的事,而是上中下游整體的一項長期艱巨的任務”,“下游也有治本任務”。從“蓄水攔沙”到 “上攔下排”,可以說是治黃指導思想上的一次重要發(fā)展。

(5)“上攔下排,兩岸分滯”及 “攔、用、調、排”階段?！?5.8”淮河大水后召開的 “黃河下游防洪座談會”,一致認為,黃河下游花園口站有可能發(fā)生46000m3/s的洪水,建議采取重大工程措施。以后,修建了小浪底、洛河故縣水庫工程,加高加固了堤防等。人民治黃以來,黃河下游先后興建了以干支流水庫、堤防、河道整治工程、分滯洪區(qū)為主體的 “上攔下排、兩岸分滯”的防洪工程體系。同時水文、信息網絡、通信及防洪組織管理等非工程措施也得到了進一步加強,初步形成了較為完善的黃河下游防洪體系。

王化云認為,今后治理黃河主要還得靠干流。擬建的小浪底、磧口、龍門 (后改為古賢)、大柳樹水庫,連同已建的三門峽、劉家峽、龍羊峽共七大水庫,是黃河干流上對水沙調節(jié)有重要作用的骨干工程?！皵r”(攔水攔沙)、“用” (用洪用沙)、“調”(調水調沙)、“排”(排洪排沙),其中哪一項也離不開七大水庫的重要作用?！捌叽蟆彼畮旖ǔ珊?連同伊、洛、沁河支流水庫,全河即可形成比較完整的、綜合利用的工程體系,實行統(tǒng)一調度,調水調沙,充分利用黃河水沙資源,發(fā)揮最大綜合效益。

3 對黃河演變過程的評析

(1)1933年李儀祉先生就指出:“觀黃河者須知孟津、天津、淮陰三角形,直可以三角洲視之,魯西山地昔海島也,則此三角形面積中俱黃淮諸流淤積而成也。所以如此之廣者,遷徙之功也”。黃河水沙主要有三個特點:一是水少沙多,二是水沙異源,三是天然水沙量分布不均。在黃河自然發(fā)展或者人類缺乏有效干預手段時,在上述三個特點作用下,黃河下游演變發(fā)展的結果就是淤積甚至強烈淤積,淤積的結果就是改道。也就是說,淤積、改道、再淤積、再改道是黃河的自然特性。這是形成華北平原并奠定黃河是中華民族 “母親河”地位的原因之一。

對應上述階段劃分,黃河填海造陸主要是在自然狀態(tài)階段取得的。由此也可以看出黃河泥沙是寶貴的自然資源。讓寶貴的自然資源服務于社會和人民是治黃的根本所在。

(2)隨著人類社會的不斷進步,為實現人類社會生存發(fā)展和在華北平原進行開發(fā)生產就必須用必要的措施把自然狀態(tài)的黃河也包括威脅人類社會生存發(fā)展的其它河流加以約束。這是堤防產生的原因也是人與河流斗爭的開始。由于黃河淤積、改道、再淤積、再改道的自然特性十分顯著,當堤防約束力小于黃河自然力時黃河就發(fā)生決口改道。因此,歷代對黃河造成的災害特別是洪水災害史不絕書。在理論和技術水平相對較低的時代,防治嚴重的洪水災害成為治黃的主要任務。

在明清時期出現了一種劃時代的治河思想,以潘季馴治河思想為代表的 “束水攻沙”理論。在這一理論指導下,開展了修建窄堤,約束洪水,努力“下排”的實踐;進行了根據 “淮清河濁,淮弱河強”的特點,一方面筑堤防止黃水南侵入洪澤湖,另一方面加強洪澤湖東岸的高家堰,充分利用洪澤湖蓄淮河之水,以清刷黃。但是,在堤防系統(tǒng)束縛下進行橫向控制的 “下排”階段進行的長期的治黃實踐和探索也告訴我們只依靠堤防約束進行 “下排”并不能夠完全解決黃河下游的淤積問題,“下排”不掉的泥沙造成的河道淤積仍然十分嚴重。

(3)1954年10月,編制完成的 《黃河綜合利用規(guī)劃技術經濟報告》,主要設想以 “上攔”工程,控制水、控制泥沙而加以利用,這是 “上攔”階段的開始。三門峽工程于1957年4月開工,1960年9月開始蓄水攔沙。但原設想的支流攔泥庫工程未能修建,水土保持工作也沒有達到如期效果。由于水庫淤積嚴重和庫區(qū)移民工作困難,1962年3月改為 “滯洪排沙”運用。二十世紀70年代三門峽工程改為 “蓄清排渾”運用。水庫改變運用后,在“滯洪排沙”運用期間,庫區(qū)淤積有所減緩,但潼關河底高程并未降低,庫區(qū) “翹尾巴”現象仍在繼續(xù)發(fā)展。因而展開了多次治黃大爭論并決定對三門峽工程進行兩次改建。

“上攔”階段時間不長,但通過這次實踐,有諸多啟示。

第一,僅依靠 “上攔”工程的縱向約束也有局限性,“上攔”庫容相對于源源不斷的泥沙明顯不足。攔在水庫里的泥沙應是 “暫存”,而不應是“永存”。有人把水庫比做水銀行,是對水庫調蓄徑流的形象比喻。水庫對泥沙也應該是調蓄,而非“死攔”。只有調蓄才能可持續(xù)發(fā)展,可持續(xù)發(fā)展才是水庫特別是多沙河流水庫應該遵循的發(fā)展道路。如果 “死攔”對河流生態(tài)環(huán)境的負面影響是顯而易見的。如果我們在中游建的若干水庫,都和三門峽水庫同樣的結果,由于泥沙淤積在壩后形成所謂“河道型”水庫,不僅對生態(tài)環(huán)境造成影響,而且隱含著日后的危機。當前正在進行的病險水庫除險加固工作,就包括許多類似的水庫。水庫終究是有生命的,超越生命的工程是不存在的。當水庫壽命終結之時,對于清水河流水庫采取放空等措施可以減輕災害,但對于多沙河流水庫泥沙不能如水般容易排空,后果要比清水河流水庫嚴重。

第二,三門峽水庫是一座高壩大庫,由原蘇聯列寧格勒水電設計院按蓄水攔沙 (基本上不排沙)運用方式設計,1960年9月建成后到1964年10月,三門峽水庫330m水位以下的庫容已由58.9億m3減少到22.1億m3,損失庫容62%。這時,周恩來總理親自主持會議研究決定三門峽水庫進行改建,主要工程是將大壩內低高程的、已封堵的導流底孔打開,改建成泄洪排沙底孔。至1972年二期改建工程完成后,不僅使庫水位315m時的泄洪能力從 4000m3/s增加到 10000m3/s,水庫水位330m以下庫容也由22.1億m3,恢復到31億m3。

通過三門峽等水庫的實踐,總結出 “蓄清排渾”等應對泥沙淤積的措施,這種在痛苦教訓中的技術 “改良”完全必要,能夠保持水庫長期運用,對于下游防洪、防凌十分重要。但是黃河的主要問題有兩個:一是洪 (凌),一是泥沙淤積。第一個問題的根源在第二個問題,對應的是 “防”和“治”。三門峽水庫采用 “蓄清排渾”運用方式,表明對泥沙的 “上攔”已經貢獻不大。如果這種方法推而廣之,以后中游若干水庫的結果就可以明了。

第三,三門峽水庫改建后,從 1973年開始“蓄清排渾”運用,利用潼關以下槽庫容進行調沙,經常出現小水排沙,造成黃河下游主槽強烈淤積的不利局面。據1974～1986年的資料統(tǒng)計,有26%的泥沙由流量小于2000m3/s排出,而龍羊峽水庫投入運用后,自1987～2000年有48%的泥沙由流量小于2000m3/s排出。這是應該注意的一種現象,隨著人類認識和改造自然能力的提高,治黃矛盾出現多元化,而且越來越多,越來越復雜。這種現象的發(fā)展,可能導致 “蓄清排渾”運用方式汛期“無水”排沙的情況,即很難保持庫區(qū)沖淤平衡也很難遏止下游河道惡化的情況。

(4)“上攔下排,兩岸分滯” 及 “攔、用、調、排”綜合處理和利用水沙資源,是按照周恩來總理在上世紀60年代要讓黃河水沙資源在上、中、下游都有利于生產的重要指示,長期治黃實踐和探索的結果,也是實現黃河長治久安和 “維持黃河健康生命”的關鍵。黃河治本問題應該從上、中、下游同時考慮,按照 “上攔下排,兩岸分滯”的方針,水沙兼治,標本兼治,上中游要攔水攔沙、調水調沙,下游也要排水排沙,更要做好用水用沙。

4 黃河水沙關系發(fā)生的重大變化

隨著流域及相關地區(qū)經濟社會的發(fā)展,工農業(yè)生產和城鄉(xiāng)生活用水逐步增加,河道實際來水量明顯減少,越來越不能反映黃河的自然狀態(tài)。由于劉家峽、龍羊峽等大型水庫先后投入運用,其調蓄作用和沿途引用黃河水,使黃河干流河道內實際來水年內分配發(fā)生了很大的變化,表現為汛期比例下降,非汛期比例上升。來沙情況與過去相比發(fā)生了顯著的變化。二十世紀80年代以后沙量明顯減少。

同時,黃河水沙關系也已經發(fā)生重大變化,特別是1986年龍羊峽水庫投入運用后,減少了全河干流的中大流量過程,增加了小流量出現的幾率,年內徑流過程調平,各主要沖積性河道的水沙關系向不協調方向發(fā)展,主要表現:高含沙量小洪水增多,來沙更為集中。特別是1997年7～8月潼關和進入下游的來沙系數最高達0.31和0.22,是以前的數倍,反映出1986年以后水沙關系日益惡化。

總之,隨著黃河流域人類活動明顯加強,對黃河的水沙關系產生了深遠的影響,使得黃河的水沙關系更加不協調。但是,黃河流域水土流失的治理的減沙大于減水作用,對緩和水少沙多的矛盾有利。

針對黃河水沙關系發(fā)生的重大變化,治黃的戰(zhàn)略和措施應該進行相應調整。筆者在 “兼論”一文中,認為以水土保持為基礎,建立在水庫群調控下的水沙分離、高效輸沙機制是解決下游河道嚴重淤積問題切實有效的措施之一,就是對這種調整的一種探討。

5 “攔、排、調、用”

(1)從上述的階段劃分可以看出,人類認識和改造黃河的能力逐步提高,在今后治黃實踐過程中,應該著眼于 “攔、排、調、用”,把泥沙作為一種寶貴資源,與水資源放在同等重要的地位,按照周恩來總理在二十世紀60年代要讓黃河水沙資源在上、中、下游都有利于生產的重要指示,使寶貴的水沙資源服務社會和人民。

(2)“攔”,從1955年全國人大通過黃河綜合規(guī)劃以來,以水庫工程為主進行縱向控制的 “上攔”實踐已經走過半個多世紀的歷程。實踐已經說明,攔不是解決黃河泥沙問題的歸宿,而是其中的過程。

(3)“排”,在堤防系統(tǒng)束縛下進行橫向控制的“下排”實踐時間更為長久,從春秋時代就已開始。筑堤的目的,起初是為了保護和發(fā)展生產,隨著人類認識水平的提高又增加了排沙的內容。但從實踐效果看,由于兩岸堤距之間容量有限,泥沙淤在河槽內,河床逐漸抬高而成為地上河,防洪壓力增大;同時,減淤效果也不如人意。當然,減淤效果與堤距、坡降、來水來沙情況等有著密切關系。對于黃河這樣一條情況十分復雜的大河,綜合考慮這些因素及其變化是十分困難的。

同樣,把泥沙排出水庫,進入河道,并不是解決泥沙問題的歸宿,而是其中的過程。只有把泥沙送到可以利用的地方,泥沙才可以服務于社會和人民。在黃河沒有束縛的自然狀態(tài)階段,由于來回擺動,填海造陸,泥沙沉積創(chuàng)造出極其廣大的陸地。因此,我們有了息棲、生存和發(fā)展的華北平原。由此可見,黃河泥沙是寶貴的自然資源,最基本也是最偉大的功能就是填海造陸,擴大我們生存的陸地面積。隨著下游陸地的生成,河海之間的距離增長,依靠黃河的自然力量發(fā)揮填海造陸的功能日益困難,黃河送不走的泥沙在華北平原不斷淤積,形成災害。隨著人類對水資源重視程度和開發(fā)利用能力的不斷提高,黃河水沙關系已經發(fā)生了重大變化,在這種情況下,依靠黃河的自然力量,發(fā)揮填海造陸的功能更加困難。因此,必須尋找有效途徑,提高黃河 “排”的能力,讓寶貴的泥沙資源服務于社會和人民。

(4)“調”,是王化云從40余年人民治黃的歷程中對黃河規(guī)律性的認識,對治黃實踐具有很強的指導意義?！罢{”的主要思想是通過干支流水庫(主要是干流7大水庫),調水調沙,變水沙不平衡為水沙相適應,更好地排洪、排沙入海,同時充分利用黃河水資源,為經濟建設服務。因此,“調”的目的是為改變水沙關系,更好地實現 “排”。調也不是解決泥沙問題的歸宿,而是其中的過程。

隨著黃河流域人類活動明顯加強,對黃河的水沙關系產生了深遠的影響,使得黃河的水沙關系更加不協調。

也就是說,變水沙不平衡為水沙相適應的難度在增加。水庫的修建為人類開發(fā)和利用水資源創(chuàng)造了條件,對于解決黃河防洪問題意義重大,同時客觀上改變了黃河的天然來水來沙過程。王化云曾經設想,“七大”水庫建成后,連同伊、洛、沁河支流水庫,全河即可形成比較完整的、綜合利用的工程體系,實行統(tǒng)一調度,調水調沙,充分利用黃河水沙資源,發(fā)揮最大綜合效益。但是,目前水庫隸屬關系各異,而且是企業(yè)行為,在市場經濟條件下,不可避免地會出現企業(yè)追求經濟效益最大化與治黃追求社會效益最大化之間的矛盾。這是新時期出現的新情況、新問題、新矛盾。無疑又增加了變水沙不平衡為水沙相適應的難度。

(5)“用”,就是要把水和沙都作為資源并且加以利用。周恩來總理在二十世紀60年代就高瞻遠矚地指出,要讓黃河水沙資源在上、中、下游都有利于生產。其核心就是要用水用沙,充分利用黃河水沙資源,發(fā)揮最大綜合效益。這才是解決黃河水沙問題的歸宿。

6 “水沙分離,高效輸沙”設想符合 “攔、排、調、用”的要求

筆者在 “兼論”一文中提出利用 “水沙分離,高效輸沙”的機制控制和處理泥沙的步驟有三個:

(1)在加強水土保持的基礎上,在中游修建必要的干支流水庫群,通過水庫群的攔蓄,特別是上級水庫對下級水庫來水來沙的有效控制,使下級水庫沉降分離水沙后,能夠利用機械、管道進行輸沙,體現了 “攔”和 “調”的作用。

(2)從中游水庫群以下到河口鋪建專門的輸沙管道,利用比較成熟的固體物料的漿體管道輸送技術,輸沙入海,可以有效減少輸沙水量,提高輸沙效率,而且不造成下游河道淤積,體現了 “排”的作用。

(3)由于利用輸沙管道,提高了輸沙效率,有更多的泥沙進入大海,可以發(fā)揮填海造陸的功能,同時由于人為控制的輸沙管道,可以調節(jié)。例如,不同海域需要泥沙補給,可以布置不同管線;中下游需要補給泥沙、改善生產條件的地區(qū),也可以通過管線布置,予以解決。總之,能夠更好地落實周恩來總理要讓黃河水沙資源在上、中、下游都有利于生產的重要指示。這體現了 “用”的作用。

7 結語

(1)從上述階段劃分可以看出人類認識和改造黃河的能力在逐步提高。

(2)“攔、排、調、用”是經過幾十年治黃實踐取得的處理黃河水沙的珍貴經驗。“攔”、“排”、“調”不是解決泥沙問題的歸宿,而是其中的過程,“用”才是其合理歸宿。

(3)在變水沙不平衡為水沙相適應難度增加的情況下,需要根據 “攔、排、調、用”的思想,尋找有效措施,提高黃河 “排”的能力,讓寶貴的泥沙資源服務于社會和人民。

(4)“水沙分離,高效輸沙”的設想符合 “攔、排、調、用”的思想,而且從技術角度也是比較成熟的。

(5)筆者認為:以水土保持為基礎,建立在水庫群調控下的水沙分離、高效輸沙機制是解決下游河道嚴重淤積問題切實有效的措施之一。當前應盡早制定21世紀黃河治理長遠規(guī)劃,建議把上述措施做為規(guī)劃內容之一并進行深入研究。