黃河調(diào)水調(diào)沙

黃河調(diào)水調(diào)沙一、 黃河調(diào)水調(diào)沙的由來黃河是世界上最復(fù)雜、最難治理的一條河流，其主要癥結(jié)在于泥沙，水少沙多，水沙不平衡。黃土高原嚴(yán)重的水土流失，造成大量泥沙在黃河下游強(qiáng)烈堆積，使黃河下游近800公里的河床還以年平均0.1米的速度淤積抬高，成為地上懸河，一般下游河床高出地面3~5米，個別地段達(dá)到10米。在歷史上，黃河下游決口頻繁，造成嚴(yán)重災(zāi)害，與逐年抬高的"地上懸河〃有很大關(guān)系。在今后相當(dāng)長的時期內(nèi)，黃河依然是一條多泥沙河流，同時由于上游水庫汛期蓄水，上、中游工農(nóng)業(yè)用水日益增長，黃河下游汛期水少沙多的矛盾更趨嚴(yán)重，黃河下游河床將繼續(xù)淤積抬高，防洪形勢更加嚴(yán)峻。因此，解決黃河下游泥沙淤積問題成為迫在眉睫的要害問題。多年來，黃河科技工作者一直在努力探索通過人工手段改變天然水沙不平衡關(guān)系的減淤方式，力圖控制位于關(guān)鍵地位的水庫運(yùn)用，塑造一種理想的水沙配比，這種水流下泄后，可使黃河下游河道不淤積，甚至對下游河道造成沖刷，從而達(dá)到“河床不抬高”的目的。我們把這樣的過程稱之為調(diào)水調(diào)沙。調(diào)水調(diào)沙治黃思想的形成經(jīng)歷了一個較長的過程。這一設(shè)想的提出，最早可追溯到20世紀(jì)40年代，美國學(xué)者薩凡奇.葛羅同在1946年治理黃河的初步報告中提出，利用八里胡同水庫控制洪水并發(fā)電，壩底設(shè)排沙設(shè)施，每年放空排沙一次，以減緩下游淤積。20世紀(jì)60年代三門峽水庫泥沙問題暴露以后，有人提出利用小浪底水庫進(jìn)行泥沙反調(diào)節(jié)的設(shè)想。70年代后期，隨著“上攔下排”治黃方針局限性的顯露以及三門峽水庫的運(yùn)用實(shí)踐，人們更深刻地認(rèn)識到黃河水少沙多、水沙不平衡對黃河下游河道淤積所起的重要作用，再一次提出了調(diào)水調(diào)沙的治黃指導(dǎo)思想，設(shè)想在黃河上修建一系列大型水庫，實(shí)行統(tǒng)一調(diào)度，對水沙進(jìn)行有效的控制和調(diào)節(jié)，變水沙不平衡為水沙相適應(yīng)，更好地排洪、排沙入海，從而減輕下游河道的淤積甚至達(dá)到不淤。由于小浪底水庫在黃河上所處的關(guān)鍵位置，經(jīng)過專家學(xué)者反復(fù)的論證和黃委及有關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)的大量工作，決定先建設(shè)小浪底水庫，進(jìn)行調(diào)水調(diào)沙的實(shí)踐。1987年1月，國務(wù)院批準(zhǔn)了小浪底水利樞紐工程的設(shè)計任務(wù)書，治黃工作又向前推進(jìn)了一大步。小浪底工程建成后，經(jīng)過多種運(yùn)行方式的研究和實(shí)踐，已發(fā)揮調(diào)水調(diào)沙的作用。二、 調(diào)水調(diào)沙的實(shí)現(xiàn)方式和科學(xué)依據(jù)通俗地說，黃河調(diào)水調(diào)沙就是要把小浪底的沙送到大海中去，同時沖刷下游河床，減少淤積，但調(diào)水調(diào)沙并非簡單的用水沖沙，它還要考慮多方面因素，即要把小浪底水庫的沙帶走，不會在下游淤積，又要最大限度地節(jié)約寶貴的黃河水資源，還不能對下游河道堤岸產(chǎn)生破壞等等，所以調(diào)水調(diào)沙的關(guān)鍵就在一個“調(diào)”字，一個調(diào)的是流量，另一個調(diào)的是含沙量，甚至包括泥沙顆粒的粗細(xì)。而小浪底水庫正是黃河調(diào)水調(diào)沙的主角，根據(jù)沙在水中容易沉底、越粗的沙沉得越低的道理，通過科學(xué)測算，來人工調(diào)控小浪底水庫中處于不同位置的排沙孔，明流孔和暗流孔，這三類孔洞的開關(guān)順序及次數(shù)，這樣，就可以使下泄水中形成一定的水沙比例，并且符合下游河道的輸沙規(guī)律，小浪底水庫制造出來的“人造洪峰”就能夠把所經(jīng)之處的泥沙帶到大海，從而保證“地上懸河”的河床不再升高。而這次黃河調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)就是為了尋求一個符合上述要求的最佳臨界流量和含沙量。人們從研究下游河道輸沙特性中發(fā)現(xiàn)，在一定的河床邊界條件下，水流挾沙能力近似與流量的平方成正比，同時還與來水的含沙量有關(guān)。即在河床邊界條件下和水流條件不變的情況下，如果來水的含沙量大，則在單位時間內(nèi)通過某一斷面的輸沙量（稱輸沙率）也大；如果來水的含沙量小，則在單位時間內(nèi)通過某一斷面的輸沙量也小，這說明下游河道有〃多來沙多排沙”、"少來沙少排沙〃的特點(diǎn)。黃河的顯著特點(diǎn)是水少沙多，水沙不平衡，且泥沙的地區(qū)分布和時間分布都不平衡，因此，在黃河上修建水庫，不僅要調(diào)節(jié)徑流，還要調(diào)節(jié)泥沙，使水沙關(guān)系更加適應(yīng)，以達(dá)到更好的排沙、減淤效果。這就是調(diào)水調(diào)沙的科學(xué)依據(jù)。即結(jié)合水庫初期的運(yùn)用特點(diǎn)，采取〃蓄滿造峰〃（蓄小水期水量集中泄放）、"相機(jī)造峰〃（大水期及時泄放）兩種方式。由于初期3?5年水庫庫容大，主要以異重流輸沙為主，調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用在很大程度上是對水量的調(diào)節(jié)，對于沙量調(diào)節(jié)主要表現(xiàn)在當(dāng)上中游地區(qū)為較大流量較高含沙量時，適當(dāng)控制壩前運(yùn)用水位和安排泄水建筑物使用次序，調(diào)配以異重流形式運(yùn)用至壩前的較細(xì)泥沙的蓄存或泄放。三、黃河首次調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)自從小浪底水庫1999年11月建成投入運(yùn)用以來，黃河水利委員會就一直開展調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)的各項準(zhǔn)備工作，但由于2000、2001年黃河上中游來水較少，特別是汛期來水的嚴(yán)重不足，缺乏進(jìn)行調(diào)水調(diào)沙的基礎(chǔ)條件。2002年5、6月份，黃河上中游來水較近幾年同期偏豐。6月底，小浪底水庫水位已達(dá)236.09米，水庫蓄水量43.41億立方米，汛限水位225米以上水量14.21億立方米。利用汛限水位以上水量加上對未來幾天的預(yù)估來水，具備了調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)的水量條件。綜合考慮下游部分河段主槽過洪能力已不到3000立方米每秒的河道條件、水庫的蓄水量和試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，經(jīng)反復(fù)研究，于6月27日確定了本次試驗(yàn)的方案為：控制黃河花園口站流量不小于2600立方米每秒，時間不少于10天，平均含沙量不大于20千克每立方米，相應(yīng)艾山站流量2300立方米每秒左右，利津站流量2000立方米每秒左右。7月4日上午9時，小浪底水庫開始按調(diào)水調(diào)沙方案泄流，7月15日9時小浪底出庫流量恢復(fù)正常，歷時共11天，平均下泄流量為2740立方米每秒，下泄總水量26.1億立方米，其中河道入庫水量為10.2億立方米，小浪底水庫補(bǔ)水15.9億立方米（汛限水位以上補(bǔ)水14.6億立方米），出庫平均含沙量為12.2千克每立方米?；▓@口站2600立方米每秒以上流量持續(xù)10.3天，平均含沙量為13.3千克每立方米。艾山站2300立方米每秒以上流量持續(xù)6.7天。利津站2000立方米每秒以上流量持續(xù)9.9天。7月21日，調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)流量過程全部入海。調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)期間，總指揮部根據(jù)實(shí)時水情，通過精心調(diào)度三門峽和小浪底水庫，保證了試驗(yàn)正常進(jìn)行。據(jù)統(tǒng)計，在短短的11天中，三門峽和小浪底水庫各泄水建筑物共啟閉294次。為完整監(jiān)測小浪底水庫及其以下河道的水沙變化過程和沖淤變化情況，對小浪底庫區(qū)和下游河道共計900多公里河段上布設(shè)的494個測驗(yàn)斷面，開展了水位、流量、含沙量、庫區(qū)異重流、壩前漏斗及庫區(qū)淤積測驗(yàn)，下游河道淤積測驗(yàn)、典型斷面沖淤過程監(jiān)測等項目，取得了520多萬組測驗(yàn)數(shù)據(jù)。在一次試驗(yàn)過程中，觀測項目之全，取得數(shù)據(jù)之多在黃河上尚屬首次。7月19日和7月23日，黃委會分別對小浪底庫區(qū)實(shí)體模型、黃河下游游蕩性河道實(shí)體模型進(jìn)行了驗(yàn)證；7月24日，又對有關(guān)單位和部門開發(fā)的4個小浪底庫區(qū)數(shù)學(xué)模型、6個下游河道沖淤演變數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了驗(yàn)證演算，并組成專家組對各模型進(jìn)行了評估。經(jīng)過對實(shí)測資料的分析計算，調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)期間，黃河下游河道凈沖刷量為0.362億噸，其中小浪底至艾山河段沖刷0.137億噸，艾山至河口河段沖刷0.225億噸，河道排洪能力得到一定提高。加上小浪底出庫泥沙，調(diào)水調(diào)沙期間入海泥沙共計0.664億噸，達(dá)到了預(yù)期的效果。首次調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)的幾點(diǎn)啟示1、利用調(diào)水調(diào)沙減輕黃河下游淤積是可行的在“攔、排、放、調(diào)、挖”處理和利用泥沙的綜合措施中，“攔、排、放、挖”四項措施都已在黃河上實(shí)踐過，并取得了一定的經(jīng)驗(yàn)和效果，只有“調(diào)”尚未實(shí)施。通過這次調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)，使我們充分認(rèn)識到可以利用干流水庫對水沙進(jìn)行有效的控制和調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)下游河道沖刷或不淤積?！罢{(diào)水調(diào)沙”由理論上升到試驗(yàn)階段，對減緩下游河道淤積，實(shí)現(xiàn)河床不抬高的目標(biāo)，具有十分重要的意義。2、對黃河下游防汛形勢的嚴(yán)峻性有了新的認(rèn)識試驗(yàn)期間，高村上下河段流量不足2000立方米每秒時發(fā)生了漫灘，部分堤根水深約4-5米，高村水文站2980立方米每秒流量的水位比“96.8”洪水同流量水位高出0.55米。這些現(xiàn)象超出了我們的預(yù)估，使我們認(rèn)識到黃河下游主槽萎縮、懸河加劇、過洪能力減小的趨勢有了進(jìn)一步發(fā)展。同時，對以下問題有了更清醒的認(rèn)識：（1） 中小洪水形成橫河、斜河造成下游堤防沖決、潰決的可能性大大增加（2） 人與河爭地嚴(yán)重減小了主槽過洪能力（3） 小浪底水庫運(yùn)用初期階段，下游河道主槽過洪能力增加的估計不能過于樂觀（3） 漫灘幾率的增加，對灘區(qū)167萬群眾生命財產(chǎn)安全的威脅加?。?） 即使發(fā)生中小洪水，都可能造成非常危急的抗洪搶險局面等。3、保證黃河輸沙用水十分必要和緊迫本次試驗(yàn)中，用26億立方米水量輸沙6640萬噸，每輸送1噸泥沙入海用水39立方米。按照理論研究結(jié)果，在進(jìn)一步優(yōu)化水沙組合的情況下，把目前進(jìn)入下游的泥沙全部輸送入海，每年至少需要調(diào)水調(diào)沙水量200多億立方米。90年代以來，黃河天然徑流量年均只有420多億立方米，而同期，沿黃城市生活和工農(nóng)業(yè)用水、不斷流及河道損耗等年均消耗水量已近400億立方米。可見，基本已無調(diào)水調(diào)沙水量。本次試驗(yàn)表明，下游河道主槽淤積加劇，盡快實(shí)施減淤已十分緊迫，調(diào)水調(diào)沙對下游減淤效果是明顯的。因此，保證一定的輸沙水量是十分必要和緊迫的。4、黃河調(diào)水調(diào)沙任務(wù)十分艱巨由于黃河來水來沙情況多變、下游河道演變及輸沙規(guī)律復(fù)雜、河道目前的行洪能力與調(diào)水調(diào)沙流量量級不協(xié)調(diào)，致使水庫調(diào)水調(diào)沙的運(yùn)用方式多種多樣。調(diào)水調(diào)沙是小浪底水庫的主要功能之一，怎樣充分發(fā)揮小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙、減少黃河下游河道淤積的作用，是黃委會今后長期而艱巨的一項工作任務(wù)。本次試驗(yàn)只是多種組合方案的一種，今后還要進(jìn)行多種方案的試驗(yàn)。5、進(jìn)一步明確了黃河治理開發(fā)中急需研究解決的問題黃河首次調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)既深化了對一些重大問題的認(rèn)識，也發(fā)現(xiàn)了一些新的情況，進(jìn)一步明確了今后黃河治理開發(fā)中一些急需研究解決的課題，如：（1） 小浪底水庫運(yùn)用初期防洪減淤作用及運(yùn)行方式（2） 黃河下游“二級懸河”發(fā)展趨勢及其治理措施（3） 黃河調(diào)水調(diào)沙用水與其它用水之間的關(guān)系（4） 小浪底、三門峽水庫調(diào)水調(diào)沙聯(lián)合調(diào)度問題（5） 異重流的形成機(jī)理及