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论黄河泥沙的“两极”治理

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第34卷第2期 2012年2月 人民黄河 Vo1.34.No 2 Feb..2O12 YELLOW RIVER 【重点关注】 论黄河泥沙的“两极"治理 韦直林,王嘉仪,王增辉,王二朋 (武汉大学水利水电学院,湖北武汉430072) 摘要:黄河治理的主要任务是治沙。治沙的重点必须放在泥沙主要来源的中游地区和河道末端的河口地区。中游地 区的治理应以工程治理为主,以在多沙支流上修建大中型拦泥库为主要手段,治理目标为大幅度地减少入黄沙量;河口 治理应以淤海造陆为主要方向,化害为利,为河1:7地区的可持续发展提供保障。 关键词:河流治理;中游;拦沙;河口;造陆;黄河 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1000・1379.2012.02.001 中图分类号:TV212.52;TV141;TV882.1 Strategy of‘‘Two Pole”Harness on Sediment in the Yellow River WEI Zhi—lin,WANG Jia—yi,WANG Zeng—hui,WANG Er—peng (College of Water Resources and Electric Power,Wuhan University,Wuhan 430072,China) Abstract:The major task of the Yellow River control is sediment retaining,and the most important areas of sediment retaining are in the middle Yellow River as well as the estuary.In the middle Yellow River,the medium or large—sized sediment retaining reservoirs should be constructed on the tibutraries to keep more sediment of entering into the lower Yellow River.In the estuary,the basic control method is to crate new land through deposition,which will be great wealth for people in the delta area. Key words:river control;middle Yellow River;sediment retaining;estuary;continent—making;Yellow River 黄河之所以成为世界上输沙量最大的河流,原因是其中游 流经世界上水土流失最为严重的黄土高原。约90%的黄河泥 沙来自中游,所以把黄河中游当作黄河泥沙的源头,称为“一 极”。黄河进入下游后,在两岸堤防的束缚下奔流人海,绝大部 分泥沙被水流带出河口。河口地区作为大部分黄河泥沙的归 宿地,可称之为另~“极”。笔者提出的“两极”治理就是强调 淤积区域。在天然的条件下,河道南淤高而北移、北淤高而南 徙,左右摆动游荡而同时向前淤进,逐步形成巨大的三角洲。 这个三角洲就是华北平原。 人类在平原出现后,逐渐探索出了修堤保家园的办法,又 逐步演变为修筑系统的河堤、改变河流的天然状态。河堤修筑 之后,淤积便集中于两堤之内,延伸只发生在河口。河床淤积 抬高加快,淤多而决堤,堤决而改道,造成水患。没有河堤,洪 水的破坏力就没有那么大。洪水灾害可以说是自然与人联手 造成的。几千年来,黄河大堤三年两决口,淹死的人不计其数。 然而,堤垮了原地或易地再修,世代轮回,修堤的步伐从来没有 停止过。为什么死了那么多人,受了那么多罪,人们还是那么 执着地修堤呢?答案只有一个:别无选择。如果不修黄河堤, 那么整个华北平原就只能是一片荒滩,只能漂泊着数量不多的 游民,人居无定所,哪有文明产生的可能?在黄河流域诞生和 要把黄河泥沙治理重点放在“两极”,调整思路,改进方法,加大 治理力度,为实现“除害兴利”的治黄总目标提供保障。 1“两极”治理的理由和意义 1.1 人类社会的发展要求河流保持水沙平衡 泥沙本身并非有害,它对人类是有利抑或有害,完全取决 于其所堆积的位置和沉积的时间。黄河泥沙塑造出来的华北 平原是中华民族繁衍生息的中心地带,可谓大自然赐给人类的 莫大财富。黄河泥沙之害是在人与河争地、与河争水以后才发 生的。 发展的中华文明,与堤防有着密不可分的关系。虽然堤防造成 的危害极大,但是它给予人的利在先,利大于害。 一早在人类诞生之前,地球上的陆地早就为大大小小的河流 流域所覆盖。黄?可与其他所有的河流一样,不断地进行着上游 旦修了河堤,自然就要保住它。为了保住堤防,人们必 (这里主要是指“中游”)侵蚀切割、下游淤积造原运动。黄河 的特别之处在于其搬山造原的强度特别大,速度特别快,居世 收稿日期:2011一l0_3l 作者简介:韦直林(1955一),男(壮族),广西上林人,教授,主要研究方向为河 流数学模拟、工程泥沙、防洪I程等,长期从事黄河治理研究工作。 E—mail:zhilinwei@sohu.com ・界诸河之首。从中游输送来的巨量泥沙出桃花峪后就进入了 1・ 人民黄河2012年第2期 然要不断地对其加高培厚,并且想尽办法减缓河床的淤积抬 升。几千年来我们的先人们一直在努力治河,探索着有效的治 理方法。 早在两汉末年,大学者贾让就提出了著名的“治河三策”。 用现代的话说就是:上策为改道,中策为放淤分洪,下策为修 堤。如果光从技术上看,古今中外没有太多人反对贾老先生的 提法。然而,两千多年过去了,还没有人真正实施其上策或者 中策,而一直都牢牢抓住下策不敢松懈。最大的原因就是土地 问题。在堤防保护下的华北平原,成为我们先人相对富庶的家 园。改道或者放淤都要占用大量的土地,造成巨大的社会问 题,是怎样的一个“难”字了得!人类要继续占据原先任由黄河 游荡的平原,就必须把黄河束缚在大堤之间,而黄河每时每刻 都在挣扎着摆脱这种束缚。几千年来都一直未能摆脱河淤堤 毁人遭殃的“周期率”,这就是“人与河争地”的宿命。 另一方面,黄河水是干旱的西北和华北地区最重要的水源 之一。黄河多年平均径流量为580亿m ,被引用已超过年均 300亿m ,超过总径流量的一半,引水量有增无减的势头无法 遏制。这就是说,本来严重不足的输沙用水,又注定被人引走 大半另作它用。“人与河争水”使得下游河道的泥沙淤积雪上 加霜。可以断言,在整个地球上,“人与河争地、与河争水”的矛 盾只会越来越尖锐,决无自然缓解的可能。这种矛盾在黄河这 条河上表现得最为突出、最为激烈。人必然要为其生存和发展 付出代价。我们占用了河流原有的空间和主体物质——水,就 须花大力气做出相应调整,让河流在人为改变了的条件下获得 新的平衡,这就是人要治河的根本理由。 1.2治黄的关键是治沙 过去、现在和将来,治黄的首要任务必定是下游防洪,而黄 河洪水之所以可怕,并非在于其洪峰有多大,而在于巨大泥沙 不断淤积在河道里,使得河床高悬、水流不畅、河势不稳。治黄 的主要任务是治沙,治沙的直接目的就是减少下游河道的淤 积。总的说来,治理泥沙需要解决三个问题:①如何减少来沙? ②何处摆放这源源不断的巨量泥沙?③如何将泥沙送至人们 希望它去的地方?黄河水利委员会提出的“拦、排、调、放、挖” 五字方针是现有解决措施的汇总,每一种措施的作用和实施条 件都不一样。“拦”无疑是为了减少进入下游的沙量。“排”和 “调”是指尽可能多地将泥沙输送人海。“放”有两个含义:其 一是滩区放淤,属于大堤内河床的局部调整;其二是放出堤外, 即所谓大放淤,如前所述,要大规模地实施,几乎完全不可能。 “挖”是一种局部的疏导措施,调整的泥沙仅占总量的极小一 部分。 如果能把泥沙拦住,那当然是最好的结局。很早以前就有 人想像过,但过去的条件不允许人们去尝试。新中国成立后, 才开始有试验的可能。王化云先生在那时提出“蓄水拦沙”的 治理方针,愿望是美好的。在实施过程中不免有些操之过急, 走了一些弯路,引起了争论。但是“拦”是要必须坚持下去的。 在输沙用水不断减少和下游土地资源日趋紧缺的今天和明天, 如果不相应大量地减少进入干流的泥沙,其他任何治理措施如 同扬汤止沸,作用不大。中游拦截泥沙是黄河治理的关键环 节。最需要解决的是找到技术上可行、经济上合算、负面作用 ・2・ 少,既能很快见成效,又能持续进行的方法。治理非要下决心 花大力气去做不可。 不管中游治理的力度有多大,进入下游的沙量仍然是巨大 的。当泥沙进入下游后,除非发生决堤或者改道,泥沙不是淤 在河道里,就是送至河口地区,人海或者在滨海区淤积造陆。 据已有的资料统计,进入下游后1/4的泥沙淤在河道里,3/4进 入河口地区。不管今后情况如何变化,进入下游的大部分泥沙 将被送至河口地区的总格局是不会改变的。若有改变,则意味 着已经发生改道的大灾难,是绝对不允许的。巨量的泥沙总是 会源源不断地向河口地区涌来,而大量的泥沙在河口淤积,使 得河长延伸、河道比降不断变缓,造成溯源淤积,对整个下游的 河床演变及河道行洪极为不利,而且这种不利因素在不断地积 累。当积累到一定的程度将会总爆发,造成极大的破坏。所以 说河口的治理也是治黄全局的关键环节之一。 2中游治理的主要思路 2.1 中游拦沙治理的经验与教训 在上述治沙五字方针中,受到较大质疑的是“拦”字。其原 因除了具体实践过程中出现一些较大的负面作用外,主要是有 的学者认为这种方法违背了河流“搬山造原”的规律。这种观 点有其合理的成分。过去曾经有人坚信“人定胜天”,甚至迷信 “圣人出,黄河清”,黄河马上得到根治,不再向下游输送泥沙, 下游河床从此只冲不淤,不久就变成地下河。有人甚至担心下 游河床下切后太深自流引水引不上。这种盲目乐观的思潮是 有其警示作用的。自然规律不能抗拒,但是自然现象是可以改 变的,很多情况下也是需要改变的。人的发展过程就是按照自 然规律改变自然现象的一个过程,不改变就无法生存。所谓 “拦沙”只是对整个搬山造原运动的一个小小的调整而已,不可 能也不必要改变整个搬山造原的总趋势。只要方法不违背自 然的内在规律,就不该被视为毫无作用。 中游治理大致可以分两种方式:一是生物治理,即通过植 树种草、封山育林的办法减少水土流失;二是运用工程的手段 对泥沙进行拦截。前一种方式有益无害,普世受欢迎、获赞赏, 是应该受到大力支持、长期进行下去的。但是对黄土高原这个 特殊的环境和黄河治理的迫切要求来说,能起的作用是不大 的,起码近期如此。其原因主要是:①黄土高原属于旱和半干 旱地区,且降水多为暴雨,加上山高坡陡,极不利于植物生长; ②该地区人口不算稀少,人生存对土地的依赖性很大,退耕还 林、封山育林的难度很大;③植被的改善也只能减少面蚀,而在 产沙强烈的地方主要是重力侵蚀,植被起不了作用。花费巨资 在局部做生物治理的样板不难,但是要在25万km 水土流失 严重的区域,或者8万km2左右的粗沙来源区全面铺开并获得 成效,几乎是不可能的。 在黄河防洪形势极为严峻的今天,我们不能做片刻的等 待。从水利的角度看,中游治理的目标应定为大幅度地减少入 黄沙量。而可以很快实现这一目标的措施只有工程拦截。工 程拦截可分为干流拦截和支流拦截两种。在中游干流上建高 坝大库,对减少下游输沙可起到立竿见影的作用。在下游防洪 形势极为严峻的情况下,决策者首选这些工程是可以理解的。 人民黄河2012年第2期 20世纪50年代修建的三门峡水利枢纽曾经预留拦沙库容147 亿m 。由于种种原因,该工程原设计指标全部无法实现。 在总结经验的基础上修建的小浪底水库正在发挥着较好的拦 沙和调水调沙作用。可以预见,中游于流拟建的几座大型水库 也将发挥较大的拦沙作用。但是,已建和拟建的水库拦沙库容 毕竟有限,淤满就废了,而且再也找不到新的坝址了。笔者认 为,中游干流可选的坝址就那么几个,应该尽可能腾出库容用 要实施大中型拦泥库方案需要解决如下困难和问题: (1)库容有限,来沙无限,拦不胜拦。我们认为这不能成为 阻止建设拦泥库的理由。一座拦泥库淤满后可以易地再修,来 沙无限拦泥库就要永久修下去。毕其功于一役,从此就高枕无 忧的想法是没有道理的。 (2)投资与效益。拦沙工程投资巨大,而且永无止境。谁 出钱?怎么算效益?这是个大问题。因为这是功在中游地区, 利在下游、关乎国家大局的事情,所以理应主要由出 资,辅以社会捐助。该地区本来就较贫穷,不应该让他们为此 出钱。工程建设和运行需要当地与民众的配合,这个贡献 于调水,以长期地发挥较大的兴利效益,而且干流水库拦沙也 会带来一系列的棘手问题,三门峡水库就是一个严重的教训。 干流水库拦沙只能在较短的时期内发挥作用,长期的拦沙应该 着眼于支流拦截,这也是实现可持续发展的唯一选择。 到日 Ⅱ为止,中游广泛开展的拦沙工程为淤地坝。淤地坝 是在水土流失地区沟道中修建的以拦泥为目的的坝工建筑物。 其作用一是直接拦截坡面与沟壑流下来的泥沙,二是巩固并抬 高沟床(抬高侵蚀基准面),以稳定沟坡,阻止沟底下切和沟岸 扩张。淤地坝不同于一般的坝工建筑物,只拦沙不蓄水,非常 契合当地水少沙多的条件和拦沙的治理目标,是一种很受欢迎 的治沙工程。已建的淤地坝与一般的坝工相比,从库容大小看 基本上都属于小型或微型工程,工程规模小,选址容易,单库造 价低,使得小型淤地坝得以广泛地开展。截至2002年底,中游 地区累计建成淤地坝11.35万座,淤成坝地32万hrn2;累计建 成治沟骨干坝1 480座,总控制面积10 113 km ,总库容12.27 亿m 。这几年淤地坝建设呈加速发展的势头。 但是这些小型或者微型工程也有其局限性:①工程标准 低,安全无保障,容易造成“零存整取”,这是这类工程受非议最 多的一点;②坝高低,淤地厚度小,滞水淤沙时水深小,造成单 位拦沙占地多,蒸发面大:③工程数量多,分布广,不便于管理。 鉴于这些情况,笔者认为今后重点发展的拦沙工程应该以大中 型的拦泥库为主,以小型淤地坝为辅。大中型拦泥库与淤地坝 一样,只拦沙不蓄水,也同样具有直接拦沙和稳定沟坡的作用, 既治标又治本(即便作用不很大)。与同样工程规模的水库相 比,技术要求、造价和管理难度要低得多;与水库相比的另一大 优点是拦泥库不需要永久占地,淤满后可改造成较平整的坝 地,有利于改善生态环境,而且在运行期部分土地可以耕作。 与小型淤地坝相比,工程规模大,安全标准可以提高;由于坝较 高,堆积厚度大,因此单位拦沙量占地少,拦水淤沙时蒸发量相 对较小;由于单库淤沙量大,工程数量少,因此便于集中管理。 小型工程的三个主要缺点均得以克服。 2.2修建大中型拦泥库应成为中游治理的主要手段 造成黄河下游淤积危害的主要是粒径大于0.05 mm的粗 颗粒泥沙。多沙粗沙区总面积为7.86万km ,分布于河口镇至 龙门区间的23条支流和泾河上游(马莲河、蒲河)部分地区、北 洛河上游(刘家河以上)部分地区。该区粗泥沙多年平均输沙 量为11.82亿t,占总输沙量的62.8%;粗沙输沙量为3.19亿 t,占粗沙总量的72.5% 。如果在近8万km。的面上铺开治 理,不知何年才能见到成效,但是如果在上述支流上修建若干 座大中型拦泥库,立马就可收到明显效果,而且困难不是不可 以克服的。因此,应尽快在多沙特别是粗沙支流上修建拦泥 库,使进入黄河干流的有害泥沙量大幅度地降下来。 已经不小了。拦沙工程的功能主要是拦沙,效益大小主要取决 于拦沙投资比。投资计划应该与黄河治理开发全局规划相联 系,在受益的相关工程中计入拦沙的成本。当前最急需做的工 作是把在建、已建和拟建的干流大型水库的运行与中游拦沙规 划联系起来,更好地发挥这些骨干工程的作用,并体现出减沙 后增加的效益。 (3)占地损失问题。这是最令建设者头痛的问题,即使不 需要永久占地,也是天大的社会问题和经济问题。世界上不存 在无淹没损失的库容,关键是要算好账,两害取其轻。更要做 长远的规划,尽可能地减少损失。 (4)选址和建材问题。多沙粗沙来源区覆盖层很厚,几乎 找不到适合按常规方法建高坝的坝址,也难找到建坝用的石 料。如何在这种条件下修建安全且经济的大坝,是一个极富挑 战性的难题,有待于进一步研究。 3河口地区大规划的初步设想 黄河河口三角洲一般指以宁海为冲积扇顶点,北起套尔河 口,南至支脉沟近6 000 km 的扇形地区,大致包括1855年黄 河改走现河道以后,人海流路改道摆动曾经覆盖的范围。过去 几十年问,年均约1O亿t的泥沙进入黄河河口地区,这些泥沙 除了小部分被输往外海区近期内对河口淤积延伸没有影响外, 大部分泥沙淤积在三角洲洲面和海域填海造陆,使黄河河口逐 步向外延伸。当延伸到一定程度后,入海流路就会发生出汊摆 动。在没有人为控制的条件下,河口淤积、延伸、摆动、改道不 断循环,使入海口不断更迭,海岸线不断外移,河口三角洲的面 积也不断增长。1855年以来,年均造陆20—30 km ,总造陆超 过两个的面积,沧海桑田的神话在这里变成了现实。从2O 世纪3O年代开始,一批又一批移民到黄河三角洲定居。6O年 代初开发胜利油田,标志着三角洲的开发建设进入了一个新的 时代。 现在河口的突出问题是,三角洲已经被全部占用,流路已 经不能自由变更。一般情况下只能在堤防的束缚下朝一个方 向淤积延伸,所以河长延伸的速度很快,现行的流路在小浪底 拦沙运行之前,年均延伸3 km左右。河长的快速延伸相当于 侵蚀基准面在快速抬升,对下游的河床演变及行洪的负面影响 是很大的。为了解决这个问题,过去有不少人提出种种设想, 增加往深海的泥沙输送量,但迄今为止,我们还没有看到有实 现的可能,即使可以实施,作用也不会很大。比较可行的办法 是进行流路规划,有计划地经常变更流路。 (下转第9页) .3・ 人民黄河2012年第2期 考虑,分析了防洪形势的严峻性和存在的问题。 土体,加大了堤身的断面,堤防整体抗滑稳定性提高,洪水期间 即使发生局部滑坡,断面也不会轻易发生决口;特别是发生渗 透破坏的险点将远离大堤轴线,使发生溃决的时间大为延后, (3)综合考虑温孟滩河段实际工程地质条件和水文泥沙条 件,以及主要的堤防加固措施及其适应条件,提出了温孟滩河 可争取抢险时间。同时,淤背固堤大量利用黄河泥沙,可延缓 段防护工程的两种加固方案,即放淤固堤和防渗墙加固措施。 河床抬高,有利于构筑相对地下河。温孟滩移民安置区防护工 程有加固的必要性,放淤固堤技术也较成熟,因此将其作为防 参考文献: 渗加固的措施比较合适。 [1]河南黄河勘测设计研究院.温孟滩移民安置区河道工程设计工作报告 3.3防渗墙措施 [R].郑州:河南黄河勘测设计研究院,2093 防渗墙是堤防防渗处理中最为有效的一种垂直措施川。 [2] 河南黄河勘测设计研究院.温孟滩移民安置区放淤改土工程设计工作报告 对于温孟滩移民安置区防护工程,可考虑选择水泥土防渗墙, [R].郑州:河南黄河勘测设计研究院,2003. [3]边鹏.小浪底水库初期运用对河南黄河防洪的影响及对策[D].西安:西安 采用深层搅拌法,即利用水泥浆作为固化剂,通过专用桩机在 理工大学.2002. 地基深处就地将土体和固化剂强制拌合,利用固化剂、土体和 [4] 王卫红,曹文忠.小浪底水库拦沙末期大洪水对温孟滩河段的影响分析 水之间所产生的一系列物理化学反应,使土体硬结成具有良好 [J].人民黄河,1998,20(8):1—3 整体性、水稳性、不透水性并具有一定强度的水泥土防渗墙。 [5] 吕文堂,马继业,窦焕春.黄河下游堤防加固措施及适应性分析[J].中国水 利,2004(15):48—49. 4结语 [6] 王修果,果继稳,张太存,等.截渗墙与放淤固堤技术在堤防加固中的比较 [J].中国水利,2003(10):49—50. (1)在对温盂滩移民安置区实地考察和调研的基础上,结 [7]冷爱国.垂直防渗在堤防防渗加固中的比较应用[D].合肥:合肥工业大 合温孟滩河道整治工程设计等资料,分析了温孟滩河段的防护 学,2005. 工程运行和管理现状。 【责任编辑赵宏伟】 (2)温孟滩河段所处的地理位置特殊,从历史和现实角度 (上接第3页)但是随着人口密度的不断增加,实施起来越来越 水的矛盾。人类花费大力气对江河进行治理,以作为对江河索 困难。 取的补偿是必须的。黄河是世界上输沙强度最大的河流,也是 与河口淤积延伸同时发生的是海岸的不断蚀退,这对河口 与人类的发展关系最为密切的河流之一,人类对其治理的要求 地区的发展已经产生了严重的影响。另外油田部门希望部分 最为迫切,任务最为艰巨。治黄必须治沙,治沙的重点应放在 海域淤成陆地,以使得变海上开发为陆地开发。综合以上的讨 头尾两极。泥沙来源区中游地区的治理应以“大幅度地减少人 论可见,年均约10亿t的泥沙进入河口地区,可以带来极大的 黄沙量”为目标,治理措施以工程为主,工程又以在多沙支流上 麻烦,但也可以用来造就巨大的财富。今后河口治理的方向应 修建大中型拦泥库为主。工程要尽早上,以缓解巨量来沙给整 该是把泥沙利用起来,有计划地淤海造陆,另外在现有三角洲 个治黄工作所带来的巨大压力;同时又要做长期的打算,不断 上有计划地进行淤灌改良土地,化害为利。一方面有计划地淤 修建工程以对付无穷的来沙。河口地区治理应以有计划地淤 海造地需要不断地改变流路,可以在长时段内减缓河长的延 地造陆为主导,化害为利,以经济发展促进治黄,以治黄为经济 伸,对下游河道的治理有利。另一方面可以为工程赢得多方的 发展提供条件。如是,不但可为黄河下游现行河道继续行走几 支持。有了利益的驱动,很多难以处理的矛盾就可以得到缓 百年提供保障,还可为中华民族、为全人类增添新的大片沃土, 解。譬如流路规划,如果能给当地增加土地,实行起来就 功莫大焉。 会比现在顺利得多。如果有了足够的钱,河长延伸引起的一些 负面影响就可以通过疏浚等办法予以消除。此事关系重大,只 参考文献: 有下决心才能够做好。建议将河口辟为一个大特区, [1]杨庆安,缪凤举.黄河三门峡水库运用及工程决策的经验教训[G]∥黄河 给予特殊的,鼓励开发商投资利用黄河泥沙淤地造陆,愚 z ̄1峡水利枢纽运用研究文集郑州:河南人民出版社,1994:5—7 以为现在河口地区开发程度还不算太高,早下决心为好。如果 [2]黄河上中游管理局.淤地坝概论[M].北京:中国计划出版社,2005. 将三角洲几百千米的海岸往前推几十千米,再加上在现有 【责任编辑马广州】 6 000 km 三角洲洲面上进行部分土地淤改,就可以用掉黄河 几百年的来沙,为现行河道再运行几百年提供条件。最重要的 是,可以为我们的国家,也是为全人类开辟出一大片新乐土。 4结语 在人类社会的发展过程中,必然会发生与河争地、与河争 ・9・ 

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