黃河泥沙問(wèn)題與長(zhǎng)遠(yuǎn)安全對(duì)策

◎ 周建軍

黃河是中華民族的母親河。歷史上，黃河北越京津、南極長(zhǎng)江，12000年來(lái)在平原堆積了平均厚度35.6米的泥沙，創(chuàng)造了廣袤的華北及黃淮平原?；▓@口以下800千米的黃河下游是地上懸河，長(zhǎng)期泛濫，成為中華民族的心腹之患，與華夏安危興衰密切相關(guān)。人民治黃已經(jīng)實(shí)現(xiàn)70年安瀾，而黃河的長(zhǎng)遠(yuǎn)安全則是中華大地平安的根本保證。

一、黃河下游泥沙淤積與影響概述

黃河流域面積79.5萬(wàn)平方千米，多年平均泥沙16億噸。水資源647億立方米、天然徑流量496億立方米，其中62%來(lái)自河口鎮(zhèn)以上少沙區(qū)，唐乃亥以上河源區(qū)徑流202億立方米；泥沙89.1%來(lái)自中游“多沙粗沙區(qū)”（11.82億噸），是危害下游的主要沙源和水土保持重點(diǎn)地區(qū)。

黃河下游淤積歷程

由于人類(lèi)活動(dòng)對(duì)河流的約束越來(lái)越大，隨時(shí)代發(fā)展，黃河下游淤積強(qiáng)度不斷增加。歷史上，明清黃河故道600余年，從河南東壩頭到蘇北云梯關(guān)（600千米）灘面抬高17～18米，河口延長(zhǎng)了187千米，兩岸地面抬高約10米；1855年以來(lái)，現(xiàn)代黃河河床抬高10～15米。1960年以來(lái)，盡管上游水庫(kù)大量攔沙，下游淤積有所減弱，但下游淤積抬高仍然嚴(yán)重。1960—2000年平均年升高8.5厘米，1958—1995年花園口至利津河道抬高了2.1～3.4米，下游兩岸四次加高大堤，懸河程度已經(jīng)與明清故道相當(dāng)；1950—2010年，三門(mén)峽水庫(kù)和黃河下游總淤積超過(guò)140億立方米，其中下游河道淤積超過(guò)60億立方米，水庫(kù)淤積占比很大，2000年小浪底蓄水以來(lái)水庫(kù)淤積也很?chē)?yán)重。而且，由于三門(mén)峽等水庫(kù)調(diào)節(jié)“消滅”了中小洪水，使河道排沙能力減弱、河槽萎縮，下游形成“二級(jí)懸河”，洪水期間出現(xiàn)“滾河”，大堤安全風(fēng)險(xiǎn)顯著加大。

黃河下游河道的洪水安全狀況

有水庫(kù)攔沙后，黃河下游安全狀況同樣不容樂(lè)觀。三門(mén)峽水庫(kù)蓄水以來(lái)，下游洪水位全線升高（錢(qián)正英院士曾在上世紀(jì)90年代發(fā)表過(guò)一組數(shù)據(jù)，比較花園口、夾河灘、高村、孫口、艾山、濼口和利津等地1958年和1996年洪水情況，通過(guò)數(shù)據(jù)可以看出，1996年黃河洪水流量只有1958年的40%左右，但除艾山外，前者洪水水位均超過(guò)后者）；河道普遍萎縮（2002年平灘流量每秒只有1800立方米）；小洪水、高水位成為普遍狀況。2000年小浪底蓄水以來(lái)，平灘流量有所增加，但黃河下游整體情況并無(wú)根本改觀。

現(xiàn)在，黃河下游地上懸河和高洪水位嚴(yán)重，下游必須依靠中上游水庫(kù)保護(hù)。而必須注意的是，目前黃河下游大堤內(nèi)人口超過(guò)200萬(wàn)，小浪底等水庫(kù)防洪首先必須考慮堤內(nèi)人口安全，我國(guó)著名水利水電專(zhuān)家張光斗先生曾戲稱(chēng)小浪底變成了“保灘水庫(kù)”。灘地問(wèn)題嚴(yán)重制約著水庫(kù)防洪運(yùn)用，影響下游安全；同時(shí)，黃河中游水庫(kù)在不斷淤積減少庫(kù)容。流域水庫(kù)防洪能力的可持續(xù)是下游長(zhǎng)遠(yuǎn)安全的根本，這必須完全依賴(lài)于水庫(kù)壽命。

三門(mén)峽水庫(kù)的泥沙淤積教訓(xùn)

目前，三門(mén)峽水庫(kù)淤積87億立方米。其中僅初期4年就達(dá)45.7億立方米，導(dǎo)致渭河侵蝕基面（潼關(guān)高程）抬高5米，渭河變成地上懸河，洪水危及西安。1964年周恩來(lái)總理決定改建和降低三門(mén)峽運(yùn)行水位，后來(lái)又經(jīng)過(guò)多次反復(fù)改建，已經(jīng)完全放棄原來(lái)規(guī)劃。雖然水庫(kù)泥沙淤積得到控制，但潼關(guān)高程仍居高不下。三門(mén)峽水庫(kù)泥沙淤積使渭河變成人造懸河，在華縣一帶形成“二華夾槽”凹地，支流泥沙倒灌淤堵、排澇不暢，渭南支流橋梁不斷被迫加高，渭北良田沼澤鹽堿化，廣袤富饒的關(guān)中平原受到嚴(yán)重破壞。

工程攔沙可造成的淤積尺度和危害巨大。歷史是一面鏡子，我們必須從中吸取教訓(xùn)，必須站在更高更長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度審視黃河泥沙和水庫(kù)淤積問(wèn)題。

二、黃河流域水沙變化、水土保持與泥沙問(wèn)題

60余年間，黃河下游（花園口）徑流不斷減少，1987－2016年比1950－1969年平均減少47.5%。黃河源區(qū)（蘭州以上）水量比較平穩(wěn)，相同時(shí)期只減少18.3%，現(xiàn)在花園口水量已經(jīng)少于河源區(qū)。源區(qū)徑流減少，使龍羊峽水庫(kù)（247億立方米）1986年建成后20年不能蓄滿。黃河水量減少與流域水庫(kù)建設(shè)高度相關(guān)，水庫(kù)調(diào)節(jié)已經(jīng)使黃河汛枯水量格局發(fā)生了根本性顛覆。三門(mén)峽蓄水前多年平均16億噸泥沙進(jìn)入下游，1952－1972年平均出海沙量12億噸，每年4億噸泥沙淤積在下游河道，黃河整體排沙比75%；1960年后進(jìn)入下游泥沙逐漸減少，2000年后平均只有0.86億噸，減少95%。由于上游工程攔沙，黃河出海沙量?jī)H為1.17億噸，黃河整體排沙比只有7.33%（假設(shè)流域產(chǎn)沙量不變）。2014年后，黃河中游小北干流和渭河進(jìn)入三門(mén)峽水庫(kù)的泥沙已經(jīng)不足0.8億噸，幾乎無(wú)沙進(jìn)入下游和出海。舉世聞名的萬(wàn)年黃河，幾十年內(nèi)變成了“清河”。黃河泥沙劇烈減少是水土保持作用還是工程攔沙作用、是否可持續(xù)、“黃河清”是利是弊等，都值得我們認(rèn)真思考和研究。

黃河流域水土保持減沙作用研究很不充分。近年植樹(shù)造林和耕作改善，特別是農(nóng)民工進(jìn)城，在很大程度上利于流域泥沙減少。但不爭(zhēng)的事實(shí)是，黃河流域溝壑地貌沒(méi)有發(fā)生根本改變，土地利用面積不斷增加（用水大量增加即為佐證），真正攔截在流域坡面的泥沙有限。黃河流域以溝道重力侵蝕為主的現(xiàn)象并沒(méi)被遏制，除淤地壩攔沙外尚無(wú)有效措施可以大規(guī)模減沙。另一方面，近幾十年來(lái)，因氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)影響，全球主要流域產(chǎn)沙都在大幅增加。國(guó)務(wù)院新聞辦2009年的報(bào)告認(rèn)為，水土保持可每年減沙3億噸。目前，黃河流域大量減沙主要依靠淤地壩等水保工程措施。由于黃河沙源主要在中游“多沙粗沙”區(qū)，這些工程措施壽命都非常有限?？傮w而言，目前黃河泥沙大幅減少與水土保持有一定關(guān)系，但主要還是高強(qiáng)度壩系攔沙的作用。水土保持及其長(zhǎng)效作用研究還需要加強(qiáng)。

近幾十年（特別是近20年），流域修建攔蓄工程包括塘壩184萬(wàn)座、淤地壩9萬(wàn)座、攔沙壩5399座，流域蓄水工程總庫(kù)容716億立方米，已超黃河水資源總量。一般淤地壩和小支流攔沙壩缺乏泄洪設(shè)施、短期內(nèi)粗細(xì)都攔、效率低、壽命短（一般工程20～30年、減淤工程5～10年）、排洪條件差、易潰決、維護(hù)和修復(fù)困難。同時(shí)，隨著氣溫升高或雨帶北移和暴雨強(qiáng)度增加，流域侵蝕和泥沙增加的預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)也很大，大量積累在溝道中的泥沙若“零存整取”，或成為威脅下游安全的風(fēng)險(xiǎn)。中游大型水庫(kù)都以為下游防洪減淤名義規(guī)劃建設(shè)，但實(shí)際在發(fā)電等興利方面作用更大。目前大型水庫(kù)實(shí)際排沙比都很小，可長(zhǎng)期利用減淤的庫(kù)容非常有限。三門(mén)峽水庫(kù)因淤積基本喪失減淤功能；小浪底設(shè)計(jì)減淤年限只有20年（近年入庫(kù)沙量減少，可延長(zhǎng)）、工程壽命80年；其他擬建工程也都多為相同目標(biāo)。黃河水利委員會(huì)擬寄托于多庫(kù)聯(lián)合“調(diào)水調(diào)沙”提高水庫(kù)時(shí)效，然而目前實(shí)際運(yùn)用證明其效果很差。當(dāng)前的基本事實(shí)是，黃河整體排沙比很小而且越來(lái)越?。ā罢{(diào)水調(diào)沙”沒(méi)有提高水庫(kù)排沙比，小浪底水庫(kù)16年平均排沙比只有30%，遠(yuǎn)低于三門(mén)峽水庫(kù)淤積最嚴(yán)重的1961—1964年的排沙比），水土保持主要依靠壩系，大壩上游溝谷堆積大量泥沙的同時(shí)下游變清。

黃河安全的主要問(wèn)題是下游河道不斷抬升。當(dāng)前，黃河安全，根本原因是下游泥沙少了，但是，這種減少是否可持續(xù)？假設(shè)水土保持每年能將3億噸泥沙完全攔截在坡面而其余為溝道和水庫(kù)所攔截（考慮到已經(jīng)20年了），或可粗略匡算：50年后65立方千米泥沙將被堆積在小浪底大壩以上河谷。黃河中游十分狹小，水庫(kù)、河谷和溝道空間有限，淤地壩等約束泥沙存在時(shí)效性，全球變暖使黃河流域暴雨風(fēng)險(xiǎn)增大，今天所攔截的泥沙或是未來(lái)難以承受之重。如何化解？這是我們所面臨的黃河泥沙難題。

三、黃河下游河床持續(xù)抬升的主要原因

黃河水少沙多是泥沙淤積的原因。在沒(méi)有更好的水土保持方法前，筑壩攔沙是完全必要的。但是，黃河中游河谷空間是十分珍貴的不可再生資源，筑壩高強(qiáng)度攔沙只是保衛(wèi)黃河下游安全的權(quán)宜之計(jì)，不可持續(xù)。著名河流動(dòng)力學(xué)家錢(qián)寧院士上世紀(jì)70年代業(yè)已揭示，對(duì)黃河下游危害最大的主要是泥沙中含量比例較小的粗沙。歷史上淤積在花園口以下河床中的泥沙超過(guò)70%粗于0.08毫米，50%粗于0.1毫米；1954－1995年三門(mén)峽入庫(kù)泥沙中，0.1毫米以上粗沙平均只占3.8%。大量觀測(cè)證實(shí)，這種粗沙主要來(lái)自黃河中游多沙粗沙區(qū)的很小范圍。因此，淤積黃河下游河槽的根本原因不在于沙多而在于粗沙，大量粗沙淤積河槽而降低平灘洪水流量，導(dǎo)致洪水期大量漫灘、泥沙全面淤積而抬高黃河。多沙粗沙區(qū)理論是黃河中游水土保持和小浪底工程設(shè)計(jì)逐步提高運(yùn)行水位、主要攔截粗沙的理論依據(jù)。

遺憾的是，上述理論并沒(méi)有得到嚴(yán)格應(yīng)用。雖然多沙粗沙區(qū)已經(jīng)是黃河水土保持的重點(diǎn)地區(qū)，但淤地壩建設(shè)粗放，高強(qiáng)度攔水?dāng)r沙，粗細(xì)都攔，沒(méi)有更好發(fā)揮對(duì)下游的有效減淤作用。小浪底工程2000年建成后，為了多發(fā)電不顧“防洪減淤”規(guī)劃目標(biāo)和規(guī)劃確定的“從205米低汛限水位運(yùn)行、逐步抬高水位”原則，2002年就將汛限水位提高到230/248米。產(chǎn)沙區(qū)泥沙全面攔截、水庫(kù)沒(méi)有發(fā)揮分選攔沙作用，在黃河變清的同時(shí)，流域有限的攔沙空間消耗更快。

四、黃河泥沙治理方向與對(duì)策

黃河自然多沙，而泥沙不都是害。實(shí)際上，千萬(wàn)年的黃河泥沙締造了中華民族的生存家園（華北平原）和最年輕的國(guó)土（東營(yíng)）。黃河泥沙還是近海生產(chǎn)力的基礎(chǔ)和河流生態(tài)與環(huán)境容量的支撐。治理黃河不能改變黃河的自然屬性，“黃河清”不是好事。未來(lái)黃河治理應(yīng)該著重加強(qiáng)水土保持，提高水利工程“攔粗排細(xì)”功能。

當(dāng)務(wù)之急是暫緩正在推進(jìn)中的小北干流古賢、磧口和涇河?xùn)|莊三個(gè)以防洪攔沙為主要目標(biāo)的工程建設(shè)，避免其加劇黃河低效攔沙以及“黃河清”危害三門(mén)峽、小浪底等重要水庫(kù)水質(zhì)。按可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明要求重新論證后，這些珍貴的壩址資源應(yīng)該放到黃河下游安全最需要和最有利的時(shí)機(jī)使用。同時(shí)，黃河泥沙長(zhǎng)遠(yuǎn)治理需要改進(jìn)水土保持，切實(shí)優(yōu)化調(diào)度，用好已有工程，創(chuàng)新泥沙處理方式。

多沙粗沙區(qū)水土保持和淤地壩建設(shè)是黃河重點(diǎn)流域治理的有效手段，今后需要進(jìn)一步改進(jìn)和提高淤地壩壽命。建議通過(guò)分類(lèi)改造逐步增加重點(diǎn)淤地壩泄洪設(shè)施，完善安全監(jiān)測(cè)和維護(hù)維修機(jī)制，優(yōu)化目標(biāo)應(yīng)該是降低攔水?dāng)r沙強(qiáng)度；二是通過(guò)植樹(shù)造林、農(nóng)田加固和治溝造地等方式，加強(qiáng)固溝保塬和壩地保護(hù)。

黃河流域水利水電工程應(yīng)該首先處理好發(fā)電等現(xiàn)實(shí)利益與保衛(wèi)黃河長(zhǎng)遠(yuǎn)利益的關(guān)系。在當(dāng)前流域來(lái)沙較少的有利條件下，小浪底等水庫(kù)的防洪減淤壽命可明顯加長(zhǎng)，高效用好當(dāng)前大型水庫(kù)非常重要。建議大型水庫(kù)切實(shí)按照原規(guī)劃確定的建設(shè)目標(biāo)和運(yùn)行原則調(diào)度（比如小浪底應(yīng)在汛期防洪排沙期間按原規(guī)劃切實(shí)降低水位，努力增加排沙），延長(zhǎng)水庫(kù)使用壽命。

水庫(kù)是河流粗細(xì)泥沙的高效分選器。在三門(mén)峽、小浪底等河道型水庫(kù)，粗沙主要淤積在庫(kù)尾上游變動(dòng)回水區(qū)。當(dāng)前我國(guó)挖沙機(jī)械較為先進(jìn)，費(fèi)用也越來(lái)越低，泥沙處理能力和效率已不可同日而語(yǔ)。建議在上述水庫(kù)庫(kù)尾固定河段枯水期水下挖粗沙（每年最多5000萬(wàn)噸），將其堆放到中游大荔和小浪底下游的溫孟灘等規(guī)劃的巨型放淤區(qū)，建設(shè)國(guó)家建筑材料基地，將粗沙集中長(zhǎng)期利用，同時(shí)通過(guò)適時(shí)降低水庫(kù)水位等方式?jīng)_刷水庫(kù)，讓更多于下游無(wú)害的淤泥出庫(kù)入海。

黃河安全是民族生存和國(guó)家發(fā)展的基礎(chǔ)，也是美麗中國(guó)建設(shè)的根本保障。當(dāng)前治黃主要依靠工程措施，但水庫(kù)目前的運(yùn)行方式并不能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)效和高效減淤；當(dāng)前水土保持作用巨大，但流域面上減沙和長(zhǎng)期效果尚不能肯定；當(dāng)前高強(qiáng)度筑壩攔沙又明顯操之過(guò)急。黃河中游壩址、水庫(kù)、河谷和溝道空間十分有限，大量工程高強(qiáng)度攔沙浪費(fèi)著不可再生空間資源，下游泥沙和河道抬升恢復(fù)的風(fēng)險(xiǎn)很大。在當(dāng)前安瀾條件下，我們必須一以貫之居安思危的憂患意識(shí)，高度重視黃河的長(zhǎng)遠(yuǎn)安全。