试论未来黄河下游治理的主要对策

黄豆豆

　　论文摘要：针对黄河下游治理难度大、河情十分特殊的实际，提出了黄河下游治理的主要对策：①必须把握黄河未来水沙变化的规律；②要解决好黄河下游水资源不足的实际问题，在加大减沙入黄措施的同时寻求调水济黄途径；③应加大宽河道整治力度，重点研究“二级悬河”治理的对策；④对黄河下游宽河道边界应有新的布局；⑤黄河口治理应采取“输、挖、分”并举的方案，即束水冲沙、输沙人海，挖沙疏浚和科学分洪。

　　论文关键词：河道整治；“二级悬河”；黄河口治理；泥沙；水资源；黄河下游

　　黄河治理特别是黄河下游的治理，历来是中华兴国安邦的大事。新中国成立以来，国家对黄河的治理问题十分重视，黄河治理开发也取得了举世瞩目的成就。这不仅促进了整个流域的发展，而且也保障了黄淮海平原的安全。但黄河毕竟是世界上治理难度最大的河流，河情十分特殊，目前，黄河洪水尤其是泥沙问题尚未得到有效解决，黄河下游河道行洪能力衰竭，仍存在洪水威胁，水资源供需矛盾日益突出，并且由于经济发展用水量挤占下游输沙等生态用水。使也趋于恶化。因而，未来黄河下游的治理不仅对带动相关区域经济增长意义重大，而且还关系到国民经济体系的布局。

　　１必须把握未来水沙变化规律
　
　　研究某条冲积河流的演变规律时，首先应搞清来水来沙条件，因为来水来沙条件是塑造河床边界的主要因素。黄河下游河道的河型及其河相关系乃至悬河态势，主要是上来水来沙条件形成的。上段宽阔的河漫滩及下段堤距不大的窄河段，基本上能适应当时的水沙条件。
　　1986年以来，随着黄河上、中游治理开发的进行，下游来水来沙条件发生了变化，来水持续偏枯，大洪水发生几率减小。洪峰流量也显著降低。现在所讲的千年一遇洪水的洪峰流量，是在一定的假定条件下分析出来的，对目前的工程设计有一定借鉴意义，但这方面的论证毕竟不够严密，主要应该把伊河、洛河夹滩地区的滞洪作用及上游工程的影响研究清楚。否则，未来黄河下游防洪及河道整治工作很难在科学的水沙条件下开展。
　　笔者认为，黄河下游稀遇洪水的洪峰流量可能有所减小，防洪标准也不应过高。世界各国防洪多以实际发生过的历史最大洪水或百年一遇洪水作为防御标准。行业以外的人士根据国外的方法，常常对黄河堤防防洪标准及我国常用的洪水频率分析方法提出质疑，认为确定百年一遇洪水流量要有千年的样本，千年一遇洪水流量应有万年的样本。实际上没有那么长的水文资料，确定几百年以上一遇洪水的洪峰流量值，难免受人为影响。但必须承认，未来黄河下游治理所对应的泄洪流量的趋势是减小的。按照水沙条件决定河道边界的认识思路，上游大洪水的洪峰流量减小了，下游自然不需要那么宽的河道，否则，边界条件与水沙条件不相适应，用目前宽河道的堤防直接防洪，必然会出现众多问题，平面上、剖面上都会出现畸形图案，让人们治理的思路也难以清晰，甚至会自相矛盾。例如，一方面主张破除生产堤，甚至对河道整治措施也有怨言，目的不外乎是希望增大洪水的漫滩几率，加强滩槽水沙交换；另一方面又希望通过小浪底水库的调水调沙运用，给下游一个所谓的“有利”水沙条件，减小漫滩几率，显然这两方面存在着矛盾。
　　从另一个角度讲，人们根据当年三门峡水库运用初期下游河道冲刷的实测资料，大都认为小浪底水库在拦沙期对黄河下游减淤作用巨大。小浪底工程投入运用几年来，在水库已累计淤积泥沙10多亿m的条件下，下游仅冲刷3亿多t(人海泥沙仅1亿t左右)，而且还经常出现上冲下淤的不利局面。究其原因，主要是近几年遇到了偏枯的来水条件(来水量只相当于原设计入库水量的一半，年均来沙量仅有3亿多t)。显然，如何用好小浪底水库这张黄河下游治理的“王牌”。其前提是必须研究清楚黄河未来水沙的变化规律。

　　2黄河下游治理要重视解决水资源不足的问题

　　黄河下游地区水资源严重短缺，属长期性、区域性、资源性缺水，缓解黄河下游水资源供需矛盾的根本措施是从外流域调水济黄。为增加来水量，需要同淮河流域甚至汉江流域的河流相沟通，尤其是在淮河流域、汉江流域的暴雨期，可将淮河流域、汉江流域无法承受的洪水调入黄河，把黄河下游河道作为淮河及汉江上游各大支流洪水的入海通道。只有将其他流域的灾害水变成黄河下游河道的冲沙、灌溉及生态环境用水，小浪底水库在调水调沙运用时才会有更多的余地和更好的效果，也才能通过现有的下游引黄工程，包括引黄济津、引黄入冀、引黄济青工程，向河南、山东、河北等相关地区供水。此外，还可进一步通过河北水系的局部调整接济京津，最大限度实现黄淮海平原的水资源优化配置，把所替代出的输沙用水量再加以分配，尽量考虑黄河中、上游用水，缓解水资源短缺局面，使黄河上、中游地区植被建设维持基本的生态用水量。这类措施对于黄河治理效果最佳，应作为主攻方向，否则，10年甚至20年后，黄河下游的状况将仍旧难以改观。

　　3加大宽河道整治力度，重点研究“二级悬河”治理对策

　　黄河下游河道上宽下窄，其中宽河段堤距较宽，最宽达24km，河势游荡多变，经过多年整治，主流摆动幅度大大减小。然而，由于近20年洪水漫滩几率小，泥沙淤槽不淤滩，一些河段“二级悬河”发展迅速，使不少河段“槽高、滩低、堤根洼”的现象更加突出，对两岸防洪的威胁急剧加大。因此，“二级悬河”成因、危害及治理对策应是黄河下游治理的主攻方向。建议在“二级悬河”分布部位及分析其形成过程的基础上，通过河工动床模型试验和模型计算等手段，预测其演变趋势，判定各级洪水可能发生滚河或顺堤行洪的危害状况，制定相应治理对策。
　　河道整治是宽河段治理的有效措施之一，需要抓紧整治黄河下游游荡型宽浅河道，尽快建成理想的泄洪输沙通道。河道整治工程还是防洪和防治畸形河势的前沿阵地，只有把这项工作做好，才能减轻大堤的直接压力，防止发生横河、斜河、滚河。2002年7月习城滩万寨渠堤冲决，并经串沟直接逼近大堤，这实际上与河势下挫、工程控导不力有关，如果河道整治工程配套，就可避免这一险情的发生。
　　所谓的“二级悬河”，实际上是超饱和挟沙水流在已成为悬河的宽河段上，沿固定流路长期造床的必然结果。人们在游荡型多沙河流模型试验中发现，只要滩地空间足够大，即使没有生产堤和护滩工程，在某一时段内也能形成槽底高于滩面平均高程的悬河，若堤外地面低于堤内河床高程，此时即相当于“二级悬河”。这说明在黄河下游上段这种宽河条件下，滩地不可能产生均匀的淤积，即使不修生产堤，不建河道整治工程，由于自然堤逐渐形成(造成滩唇高仰)的原因，大堤内侧的堤河也会存在，堤根还会低洼。
　　非游荡型模型小河试验表明，超饱和挟沙水流致使滩槽高差减小的速率较大，表面上看流路较稳定，但随着主槽河床抬高，水流逐渐漫溢，出现滩唇和滩地横比降。当槽底比滩面高到一定程度时，即形成了严重的“二级悬河”局面。滩地逐渐出现串沟，又逐渐夺溜改河，最后主河还是“滚”过去了。在黄河下游窄河段也存在这种可能，例如，在山东长清顾小庄一桃园段，黄河溜势往东北方向急转，1958年及1976年洪水期在桃园附近都曾发生过裁弯取直、河势改变的险象。近20年来该河段主槽淤高了2～3m，滩地淤积很少，滩唇普遍高于洼槽2～3m，形成了更为不利的局面，目前的设计洪水位比1958年及1976年最高洪水位高出3m左右。以此为依据，赵业安等专家预测，一旦发生8000～10000m／s的大洪水，洪水很可能撇弯走直，在顾小庄一桃园之间改道，顺着洼槽直冲长清归德镇、长清区城区一带及玉符河右岸睦里闸一北店子大堤，致使部分滩区发生毁灭性灾害，并危及上下游河段的河势变化及防洪安全，进而威胁到济南市新市区的开发。
　　笔者进行的清水造床第一组试验，选用密度略大于1t／m的塑料沙铺成河床边界，河床可动性强，易形成游荡型小河；只是由于挟沙水流没有处于超饱和状态，因此河床未出现严重堆积，没有形成“二级悬河”。第四组试验与上述第一个组次试验的水沙及河床边界条件相同，只是加上了河道整治工程和一些生产堤。试验结果表明，河道整治工程及生产堤的修建，加快了“二级悬河”的形成速率，同时加重了“悬”的程度。这时小的河槽摆动虽然少了，但又可能不断孕育着大的摆动、大的灾害。
　　人们最关注东明、长垣等几个“二级悬河”局面严重的河段是否会出现滚河，所以在两岸修了不少防护工程。实际上，在中、上游泥沙尚未得到有效控制的前提下，“二级悬河”的范围会不断扩大，程度也会逐渐加重，造成危害的可能性也将加大，引起的灾情将越来越重，易出险情特别是易滚河的河段也会增多，例如在东坝头以上河段也会出现滚河现象。1996年笔者进行花园口一东坝头河段小浪底水库正常运用后的河势变化预报试验时，曾采用了包括高含沙水流过程的水沙系列。模型中花园口河段淤积严重，主河高程比老滩还高，试验中出现过部分水流在双井工程上首进入支流的不利局面，甚至流量在10000m／s左右时，大河曾从双井工程下首分流进入原阳高滩，最后全部夺溜滚河。多年前这一试验结果说明，这一河段的河势已相当严峻。
　　“二级悬河”的根治必须同黄土高原的治理及从相关流域调水结合起来，即运用工程手段，改变多沙来源区的侵蚀基准面，拦减泥沙。黄委正大规模修建淤地坝，这是一个机遇。实际上，如果修建“石埂梯田”，也能长期有效地保持水土，中东地区数千年前修筑的这类梯田，现在还发挥着作用。20年前笔者曾设想，如能把黄河下游数万名修防人员抽调一半到中游搞水土保持工作，那么下游治理的压力可能自然减轻；体制上的变化，又会促使本来准备堆放在下游的大量石料上移到黄土高原，减沙入黄效果将会提高，下游河道的危险局面也将必然改观。应该承认，如何通过机构调整把节省出的大量人员划拨到黄河上中游局，大规模建设水土保持工程，专治黄河多沙这个症结，也是值得研究的。

　　4黄河下游宽河道边界应有新的布局

　　谈“二级悬河”成因时，涉及宽河段这个边界条件。宽河段内广大的滩区，既是行洪区，又是滩区181万群众生活生产的家园，同时也为“二级悬河”的形成提供了空间。鉴于滩区民众完全迁出和完全破除生产堤既不现实，也没必要，并且水沙条件难以在短时间内有根本改善，因此“二级悬河”的治理措施必须在改善宽河道边界条件上做文章。
　　黄河下游河道治理的图形应该与未来洪水相适应，目前大堤堤距太宽，但又不可能废弃，因此在大堤上还要有目的地修建防护工程，确保万无一失。两岸大堤相当于上的遥堤，应成为后方防线；生产堤需要在原基础上对易受主流顶冲部位加以改造，同时使两岸生产堤保持必要的行洪、滞洪宽度。新的生产堤与控导工程相结合，与行洪相适应，可减小生产堤被冲决的可能性，因而该堤一般不需要裹护，而且在有些地方还要预留分洪口，让洪水上滩，以便在滞洪的同时不断淤滩。控导工程与生产堤共同构成了第一道防线，生产堤实际上相当于历史上的缕堤，堤距5km左右，已给大洪水留有足够的空间。由于有控导工程约束河势，因此第一道防线的安全性是历史上的缕堤难以相比的。
　　因控导工程需要经常防护，故在大堤与控导工程之间需要修路。若将该路的修建标准提高一些，迎水面加以护坡，或在路两旁特别是上游种植一些与水流相适应的灌木，同李殿魁设想的“软约束”类似，这种可用于防汛抢险的路相当于历史上的格堤。滩上的村庄与大堤连接的地方也要修建起格堤作用的道路。有了格堤后就可以有计划地淤滩治滩，遇到超标准洪水时又可分洪、滞洪，使各方面运作的空间增大。
　　滩地的居民完全搬到黄河大堤以外给国家造成的压力巨大，而且会给群众的生产生活带来新的问题，可行性较差。在这种情况下，应从新的体制或模式上下工夫，走可持续发展的道路。例如村台建设，不能不断改建，房屋应制订出“与时俱进”的方案，创造出适应滩面不断淤高的新结构，要研究出专门的框架结构的房屋，一方面可不断加高，另一方面洪水上滩时又可避水。整体来讲，要对宽河道平面形态和滩区房屋结构加以改善，使其既能适应流量越来越小的中常洪水，又能在大洪水到来之时确保黄河安澜和滩区群众安全，走“弹性治河”之路。

　　5黄河口治理可采取“输，挖、分"并举的方案

　　对黄河口治理方案应加强研究，笔者认为要围绕3个字做文章，即“输”、“挖”、“分”。
　　(1)“输”，就是束水攻沙，输沙人海。首先要加强河道整治工程建设，这样可起到束水攻沙的作用，同时要认识到，黄河河口地区来水有限且不断减少，如果不强调借用河口海洋动力，河口会不断延伸、摆动。李殿魁提出的“三约束”理论，特别是巧用海洋动力这一点，对黄河口治理十分重要。模型计算发现，人海后泥沙迅速淤积且主要堆积在海岸两侧，只有充分利用河口海洋动力，把刚淤积在近岸的泥沙不断地掀起并输运人海，才可能长期保持河口稳定。近海区束水攻沙要靠特殊的工程控导，若按照李殿魁的双导堤布局思路，以何富荣水力插板技术为依托，也许可以通过科学攻关，找出一个影响拦门沙形成过程和减弱拦门沙的途径。不难想像，双导堤深入海内越远，受海洋动力的作用就越强。
　　(2)“挖”，主要是挖沙疏浚。挖沙可以抑制河床抬高，稳定深槽流路，也可以消减拦门沙，甚至降低侵蚀基准面。但是要解决堆沙空间，并选出好的挖沙措施。目前河口地区有大量的平原水库，既然建有平原水库，那么在两岸就可以建平原沙库，利用这个空间把挖出来的泥沙储存起来。挖沙疏浚措施中应首选水力冲填的方法，再结合山东黄河河务局研制成功的“汇流集浆器组合系统”，就可远距离输送高含沙水流，这种方案不仅输沙效率高，而且对生态的影响较小。同时，把泥沙输送到两岸平原沙库中，相对提高了地面高程，土地盐碱化程度可随之减轻；细颗粒泥沙的增加，也增强了土壤肥力，对当地发展有实际意义。
　　(3)“分”，就是分洪。多年的河口治理实践表明，黄河可以保持独流人海的局面，但对于稀遇洪水，应利用原钓口河流路进行分洪，解决防洪和其他相关问题。目前西河口10000m／s流量相应水位不超过12m，但该标准是在当时的特定历史条件下给出的，目前来看，其约束条件并不十分确切、科学。实际上，出现10000m／s洪水流量的几率很小，且通过分洪(而不是改道)的途径同样能满足西河口相应水位不超过12m的要求。
　　另外，科学攻关必须依靠科学的手段，因此建议黄河河口大模型试验应及早建设实施。西方发达国家120年前就开展了不少河口治理的模型试验，世界上最早的水工模型就是河口模型，正是由于西方国家河口治理模型等的兴建，才促进了现代科技的快速发展。而今在长江、珠江、钱塘江等河流上都做了河口模型试验，黄河口是最复杂的河口，其治理方案更应且必须经过模型试验论证。
　　以现在的眼光看西方国家当年的河口模型试验，虽然模拟泥沙运动的水平不高，但仍有重要的工程实际意义。黄河口尽管属弱潮河口，但涨潮期和落潮期的潮流路径差异很大，这就大大增加了试验技术的难度。更何况有关潮汐、余流、波浪等基本概念，人们还存在很大的分歧，再加上有大量泥沙的参与，问题更为复杂，其模型试验难度自然很大。应该承认，无论模拟哪条河的河口，在相似理论上都不成熟，黄河口模型试验越是不成熟，就越要尽早研究，尽早实施。