黃河長(zhǎng)垣段調(diào)水調(diào)沙功能分析

張修萍，李嘉良

（1.新鄉(xiāng)黃河河務(wù)局長(zhǎng)垣黃河河務(wù)局，河南 長(zhǎng)垣 453400；2.中國(guó)廣東核電集團(tuán) 臺(tái)山核電合營(yíng)有限公司，廣東 臺(tái)山 529228）

0 引言

黃河發(fā)源于青藏高原巴顏喀拉山北麓的約古宗列盆地，流經(jīng)青海、四川、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、山西、陜西、河南、山東九省（區(qū)），自河南孟津，出峽谷進(jìn)入華北大平原，在山東墾利注入渤海，干流總長(zhǎng)5464 km。 由于黃河流經(jīng)黃土高原，含沙量大，造成下游河床淤積抬高，歷史上決口、改道頻繁，給沿黃地區(qū)人民帶來(lái)了深重的災(zāi)難。

新中國(guó)成立后，國(guó)家非常重視黃河的治理，先后修建了龍羊峽、劉家峽、鹽鍋峽、八盤峽、青銅峽、三盛公、天橋、三門峽、小浪底9 座水利水利樞紐。 為保持抵御花園口22 000 m3/s 洪水的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)近1 400 km 的下游臨黃大堤進(jìn)行了4 次全面加高培厚。 同時(shí)利用錐探壓力灌漿、 截滲墻和放淤固堤等措施，對(duì)黃河大堤進(jìn)行加固處理，臨河險(xiǎn)工壩?；靖臑槭瘔?，堤防的抗洪能力顯著提高。 為了控導(dǎo)河勢(shì)、護(hù)灘保堤， 截至2004 年底， 黃河下游共有各類險(xiǎn)工214 處，壩、垛和護(hù)岸6313 道，工程全長(zhǎng)414.69 km?？貙?dǎo)工程233 處， 壩、 垛和護(hù)岸4399 道， 工程長(zhǎng)436.51 km，滾河防護(hù)工程87 處，防護(hù)壩417 道。 取得了人民治黃60 多年歲歲安瀾的巨大成就， 使沿黃人民安居樂(lè)業(yè)，社會(huì)和諧發(fā)展[1]。

1 泥沙淤積造成的懸河威脅黃河兩岸安全

1.1 “地上懸河”的形成

由于黃河泥沙的淤積，下游河床高出堤外地面，成了舉世聞名的“地上懸河”[2]。 鄭州市花園口對(duì)岸的原陽(yáng)灘地比新鄉(xiāng)市高20 m，開封市黃河的灘面比開封高13 m，濟(jì)南濼口比濟(jì)南市高出5 m，假如果黃河決堤，將會(huì)給兩岸群眾生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)巨大災(zāi)難。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年黃土高原上約有16 億t 的泥沙瀉入黃河下游， 其中有4 億t 淤積在近800 km 的下游河道，造成了歷史上黃河的“三年兩決口，百年一改道”，給黃河兩岸人民帶來(lái)深重災(zāi)難。 60 余年來(lái)，黃河治理工作者，千方百計(jì)探索減少泥沙淤積、降低河床的方法和途徑，初步形成了“上攔下排、兩岸分滯”的防洪工程體系。 黃河下游河道上寬下窄，為解決排洪能力上大下小的矛盾， 防御超標(biāo)準(zhǔn)洪水，先后開辟了北金堤滯洪區(qū)、東平湖分洪區(qū)，以及山東齊河、墾利兩處展寬工程。 在黃河上游修建了大量的水庫(kù)后，調(diào)節(jié)了徑流、削減了洪峰，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了水源、電力，對(duì)攔住部分泥沙起到了很好的作用。

1.2 “二級(jí)懸河”的形成

由于黃河多年來(lái)水少沙多、水沙條件不平衡，在河道生產(chǎn)堤的影響下造成黃河下游河道嚴(yán)重淤積，形成“二級(jí)懸河”。 河槽排洪、輸沙基本功能下降，逐漸形成“槽高、灘低、堤根洼”的不利局面。 20世紀(jì)80 年代，黃河下游洪水流量一般在5 000 m3/s就漫灘，2000 年后“二級(jí)懸河”流量已是不足3 000 m3/s 就漫灘，濮陽(yáng)河段在2002 年調(diào)水調(diào)沙實(shí)驗(yàn)期間流量不足1800 m3/s 情況下就發(fā)生了漫灘，形成“小水灘大災(zāi)”。 隨著“二級(jí)懸河”形勢(shì)的不斷加劇，一旦發(fā)生較大洪水，勢(shì)必發(fā)生橫河、斜河、滾河等重大河勢(shì)變化，嚴(yán)重威脅著堤防和灘區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。

1.3 黃河斷流的形成

黃河含沙量大、河道寬淺，淤積嚴(yán)重[3]，近年來(lái)降水量的減少，以及對(duì)水資源的無(wú)序開發(fā)、利用，黃河從1991 年起連續(xù)9 年出現(xiàn)斷流，1997 年斷流長(zhǎng)達(dá)226 天，曾經(jīng)斷流到開封，入?？?00 多天無(wú)水入海。 1997 年，國(guó)務(wù)院第一次召開研究黃河斷流會(huì)議，提出治黃要求：黃河不斷流。

2 調(diào)水調(diào)沙對(duì)維持黃河健康生命的作用

2.1 小浪底水庫(kù)協(xié)調(diào)黃河水沙關(guān)系的作用

調(diào)水調(diào)沙，就是通過(guò)水庫(kù)聯(lián)合調(diào)控，把自然狀態(tài)下不協(xié)調(diào)的水沙關(guān)系塑造成協(xié)調(diào)的水沙關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)黃河下游河道主河槽不淤積或不沖刷，以及水庫(kù)減淤的目標(biāo)。2002 年黃河進(jìn)行第一次調(diào)水調(diào)沙實(shí)驗(yàn)， 它是一項(xiàng)人類歷史上首次開展的大規(guī)模的、系統(tǒng)的、有計(jì)劃的調(diào)水調(diào)沙實(shí)驗(yàn)，第一次將調(diào)水調(diào)沙治黃思想由理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了治黃工作者多年的夙愿， 取得了良好的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境效益。到2004 年，在連續(xù)3 年的調(diào)水調(diào)沙實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度、泥沙擾動(dòng)和引水控制等手段，花園口站最大流量分別為3 170、2 720、2 970m3/s。 實(shí)現(xiàn)了下游河道減淤甚至全線沖刷。 3 次不同類型的調(diào)水調(diào)沙實(shí)驗(yàn)，把2.6 億t 泥沙送入渤海，其中黃河主河槽沖刷泥沙1.483 億t，有效地減少了小浪底水庫(kù)和下游河道的泥沙淤積，下游河槽過(guò)流能力由調(diào)水調(diào)沙實(shí)驗(yàn)前的1 800 m3/s 恢復(fù)到了3 000 m3/s。

2.2 聯(lián)合調(diào)度黃河洪水泥沙關(guān)系的作用

黃河調(diào)水調(diào)沙2002 年至2009 年共進(jìn)行了9次，從2005 年6 月的黃河第四次調(diào)水調(diào)沙開始，該項(xiàng)工作由性質(zhì)實(shí)驗(yàn)正式轉(zhuǎn)入實(shí)際運(yùn)用。2009 年第九次調(diào)水調(diào)沙方案是：（1） 采用在小浪底水庫(kù)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度方式；（2） 針對(duì)三門峽以上來(lái)水來(lái)沙和小花間來(lái)水在小浪底、三門峽、陸渾、故縣4 庫(kù)水沙聯(lián)調(diào)，并在花園口實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)對(duì)接；（3）在萬(wàn)家寨、三門峽、小浪底干流水庫(kù)群進(jìn)行水沙聯(lián)調(diào)、人工異重流塑造和泥沙擾動(dòng)的調(diào)動(dòng)。

2009 年的調(diào)水調(diào)沙入海總量34.88 億m3，沖刷下游河道泥沙0.3429 億噸，河道主槽最小過(guò)洪能力從2008 年的3 810 m3/s 提高到3 880 m3/s。 同時(shí)向?？谌侵逎竦匮a(bǔ)水1 508 萬(wàn)m3，取得了黃河連續(xù)10 年不斷流的佳績(jī)。 在9 次調(diào)水調(diào)沙中，累計(jì)入海水量為331 億m3，累計(jì)入海沙量為5.75 億噸，使下游河道主河槽不斷刷深， 河底高程平均下降了1.5m。

2010 年6 月～8 月，黃河水利委員會(huì)積極應(yīng)對(duì)、科學(xué)調(diào)度，又進(jìn)行了3 次黃河調(diào)水調(diào)沙。

2010 年6 月19 日～7 月8 日，實(shí)施了本年度第一次調(diào)水調(diào)沙。 本次調(diào)水調(diào)沙小浪底水庫(kù)排沙0.527 億t，沖刷黃河下游河道主河槽泥沙0.2541 億t，最小過(guò)流能力由2009 年的3 880m3/s 進(jìn)一步增大到4 000 m3/s；再次成功地在小浪底庫(kù)區(qū)塑造了異重流并實(shí)現(xiàn)排沙出庫(kù)。 7 月4 日19 時(shí)，小浪底水庫(kù)出庫(kù)實(shí)測(cè)最大含沙量288kg/m3，排沙比達(dá)到150%，實(shí)現(xiàn)了“1+1＞2”的減淤目標(biāo)，庫(kù)區(qū)淤積形態(tài)得到進(jìn)一步改善。 同時(shí)，還成功進(jìn)行了黃河三角洲生態(tài)調(diào)水暨刁口河流路恢復(fù)過(guò)水試驗(yàn)，進(jìn)一步豐富了濕地生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性。

7 月24 日～8 月3 日，小浪底水庫(kù)以上涇、渭、洛河和小浪底水庫(kù)以下伊洛河流域同時(shí)暴發(fā)洪水，由于兩個(gè)洪水來(lái)源區(qū)的洪水含沙量有較大差異，且干流上有三門峽、小浪底水庫(kù)，伊洛河上有陸渾、故縣水庫(kù)，客觀上具備了進(jìn)行“清水”和“渾水”摻混的條件。 在統(tǒng)籌考慮干支流防洪減災(zāi)和水庫(kù)、河道減淤的前提下，黃河水利委員會(huì)通過(guò)三門峽、小浪底、陸渾、故縣水庫(kù)“時(shí)間差、空間差”的組合調(diào)度，實(shí)施了基于黃河中游水庫(kù)群4 庫(kù)水沙聯(lián)合調(diào)度的第二次調(diào)水調(diào)沙，將不同來(lái)源區(qū)洪水、泥沙在空間尺度上進(jìn)行了對(duì)接摻混，把天然狀態(tài)下不和諧的水沙關(guān)系塑造為協(xié)調(diào)的水沙關(guān)系，使小浪底水庫(kù)出庫(kù)沙量達(dá)0.261 億t，沖刷黃河下游花園口至利津河段泥沙0.101 億t。

2010 年8 月11 日～21 日， 實(shí)施了基于黃河中游水庫(kù)群3 庫(kù)水沙聯(lián)合調(diào)度的第三次調(diào)水調(diào)沙。 此次調(diào)水調(diào)沙主要開展了三門峽、小浪底水庫(kù)聯(lián)合速蓄速?zèng)_試驗(yàn)，深化了對(duì)水庫(kù)群聯(lián)合水沙調(diào)度技術(shù)和異重流排沙規(guī)律的認(rèn)識(shí)， 取得了較好的試驗(yàn)效果。小浪底水庫(kù)出庫(kù)沙量為0.487 億t，沖刷黃河下游花園口至利津河段泥沙0.118 億t。

2010 年的3 次調(diào)水調(diào)沙以貫徹“由控制洪水向洪水泥沙管理轉(zhuǎn)變”為指導(dǎo)思想，以塑造協(xié)調(diào)水沙關(guān)系和實(shí)現(xiàn)水庫(kù)、河道減淤為目標(biāo)，通過(guò)科學(xué)調(diào)控，再次塑造了小浪底水庫(kù)人工異重流，并盡可能增大小浪底水庫(kù)異重流排沙比， 減緩了庫(kù)區(qū)泥沙淤積，并借助協(xié)調(diào)的水沙關(guān)系輸沙入海。

3 黃河長(zhǎng)垣河段調(diào)水調(diào)沙功能和業(yè)績(jī)

黃河長(zhǎng)垣河段地處黃河特殊的地理位置，位于黃河下游上端東壩頭以下，大河由西向東折向東北拐彎處，河段長(zhǎng)度56 km，該河段灘地廣、河面寬、河床淺，泥沙淤積嚴(yán)重，河勢(shì)變化頻繁，主流擺動(dòng)不定。堤距一般在10 km 左右，最寬處為大車集至山東閆潭閘，堤距為24 km。 河道曲折系數(shù)為1.15，河面比降2.65?～1.70?，屬于游蕩性河段。

黃河長(zhǎng)垣河段，在2002 年至2010 年調(diào)水調(diào)沙期間按要求做了部分工作，對(duì)周營(yíng)段面統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行綜合分析，周營(yíng)河段水位與流量關(guān)系對(duì)比如表1所示。

表1 周營(yíng)控導(dǎo)工程斷面2002 年至2010 年水位與過(guò)流能力Table 1 Water level and flow capacity of Zhouying Kongdao engineering section from 2002 to 2010

從黃河長(zhǎng)垣河段2002 年至2010 年同水位下流量對(duì)比分析得知，同水位下流量增加，河槽被沖刷，說(shuō)明過(guò)流能力加大，黃河調(diào)水調(diào)沙效果顯著。

從上表可以看出，對(duì)2002 年至2010 年同水位下流量進(jìn)行對(duì)比分析可知， 同水位下流量增加，河槽被沖刷，說(shuō)明過(guò)流能力加大，黃河調(diào)水調(diào)沙效果顯著。

4 黃河2011 年汛前調(diào)水調(diào)沙規(guī)劃

黃河2011 年汛前調(diào)水調(diào)沙，也是黃河第13 次調(diào)水調(diào)沙。 從6 月19 日開始，黃河防總聯(lián)合調(diào)度萬(wàn)家寨、三門峽、小浪底水庫(kù)，實(shí)施黃河2011 年汛前調(diào)水調(diào)沙，歷時(shí)約20 天，控制花園口站最大流量4 000 m3/s 左右。 為確保防洪工程、灘區(qū)和涉水生產(chǎn)安全，黃河防總已向河南、山東、山西、陜西省防汛指揮部和有關(guān)水利樞紐、 電網(wǎng)管理單位通報(bào)了2011年汛前調(diào)水調(diào)沙有關(guān)情況，要求自6 月18 日起，黃河中下游沿黃各級(jí)防汛指揮部、黃委會(huì)各有關(guān)單位及相應(yīng)水利樞紐管理機(jī)構(gòu)啟動(dòng)防汛運(yùn)行機(jī)制，加強(qiáng)防汛值班、工程查險(xiǎn)搶險(xiǎn)和涉水生產(chǎn)安全管理。

在黃河調(diào)水調(diào)沙期間，黃河防總辦公室將密切關(guān)注天氣形勢(shì)變化，及時(shí)滾動(dòng)分析水雨情，確保調(diào)水調(diào)沙工作順利進(jìn)行。 黃河調(diào)水調(diào)沙始于2001 年[4]。主要目的在于深化對(duì)黃河水沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)，減少水庫(kù)淤積， 維持或擴(kuò)大下游主河槽過(guò)洪能力，并促進(jìn)河口三角洲生態(tài)系統(tǒng)的良性維持，努力實(shí)現(xiàn)生態(tài)調(diào)度與調(diào)水調(diào)沙的有機(jī)結(jié)合。

5 結(jié)語(yǔ)

黃河調(diào)水調(diào)沙已經(jīng)進(jìn)行了10 年， 實(shí)現(xiàn)了黃河下游河道減淤的目標(biāo)，對(duì)研究黃河自身的水沙規(guī)律及河道輸沙理論提供了支持，檢驗(yàn)了黃河下游河道整治工程的作用，水庫(kù)水沙聯(lián)合調(diào)度、異重流聯(lián)合調(diào)度及多水庫(kù)不同孔洞水沙組合調(diào)度，為今后在調(diào)水調(diào)沙中通過(guò)水庫(kù)調(diào)度實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的出庫(kù)水沙過(guò)程積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。 實(shí)踐證明，利用調(diào)水調(diào)沙減輕黃河下游淤積是可行的。 人們對(duì)黃河下游防汛形勢(shì)的嚴(yán)峻性有了新的認(rèn)識(shí)，認(rèn)識(shí)到保證黃河輸沙用水十分必要和緊迫，黃河調(diào)水調(diào)沙任務(wù)十分艱巨，明確了黃河治理開發(fā)中急需研究解決的問(wèn)題。 最后，需要特別說(shuō)明的是， 由于黃河泥沙問(wèn)題的復(fù)雜性，單靠調(diào)水調(diào)沙一項(xiàng)措施還不能完全解決黃河下游河道淤積問(wèn)題，要靠“攔、排、放、調(diào)、挖”多種措施，綜合處理和利用泥沙。 從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，要根本解決黃河泥沙問(wèn)題，必須采取法律、行政、政策、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等多種措施，加快上中游地區(qū)水土保持力度，減少入黃泥沙，謀求黃河的長(zhǎng)治久安。

[1] 黃委會(huì)建設(shè)與管理局. 黃河工程管理基本資料手冊(cè)[M]. 北京：中國(guó)圖書出版社,2005:120.

[2] 楊道富，務(wù)新超，史學(xué)建. 用盆地沉積理論研究黃河造陸歷史及貢獻(xiàn)[J]. 黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)究,2000（1）:10-13.

[3] 楊道富，王衛(wèi)紅. 黃河下游窄河段挖河斷面不同尺度的減淤效果及對(duì)河勢(shì)影響的試驗(yàn)研究[J]. 泥沙研究,2005（6）:51-57.

[4] 黃河水利委員會(huì).中國(guó)水利報(bào)[N].2002-10-21（4）.