黄河防洪与长期稳定对策研究_黄河论文

黄河防洪与长期稳定对策研究_黄河论文

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1 黄河防洪问题的特殊性、复杂性

黄河作为中华民族文明的象征,在世界上享有盛名。然而她又是一条灾害频繁的河流,被称为“中国之忧患 ”。

黄河防洪问题历来都是人们关注的焦点。历代善为政者,把黄河的安危,作为治国兴邦之大事,给予高度重视。不少专家名人对治理黄河提出了很多有益建议。广大人民与黄河洪水灾害进行了不懈的斗争,他们虽未能解决黄河的洪灾问题,但给我们留下了丰富的治理经验,为我们用现代科学技术研究治河对策打下了良好的基础。

人民治黄以来,国家十分重视黄河的防洪安全,加强了防洪工程体系和非工程措施的建设,取得了黄河下游连续50年伏秋大汛安澜的巨大成就,改变了历史上“三年两决口”的险恶局面。但是,黄河具有其特殊性和复杂性,防洪问题至今仍未彻底解决。

(1)与其他大江大河相比,黄河突出的特点是含沙量大。“悬河”、“善决”、“善徙”是黄河在其特定地理环境中长期形成的固有特性。承认这种现实,将意味着对黄河的水沙运行规律,必须加强基础理论的研究。

(2)黄河的洪水多发生在7月下旬到8月上旬,但其发生的地点、范围、具体日期及严重程度有很大的随机性。按照当代的科学技术水平,还只能在事后分析某次洪水灾害的具体成因,也可归纳出各地区洪水发生的概率并分析其灾害的大小,目前还无法对洪水灾害发生的具体时间、地点、范围和严重程度作出确切的预测,因而增加了防治洪水灾害的难度。

(3)黄河流域作为中华民族的摇篮,其光辉灿烂的文化是在不断与洪水抗争中发展而成的。然而形成洪水灾害的自然机制和人类活动对洪水情势的影响是永远存在的,人类对洪水的抗争也永远不会停息。从黄河流域的实际情况看,凡是洪灾频繁的地区,多程度不同地存在着经济、文化落后,管理水平不高的问题,改变这一客观事实需要作出巨大的努力,因此,人们对黄河洪水的防御和斗争具有长期性和艰巨性。

2历代黄河防洪方略简析

古往今来,不少专家和关心黄河治理的人士,从不同角度提出过许多防洪治河策略和主张,现就一些有代表性的作简要分析。

大禹治水——疏川导滞。传说中的古代,洪水为患,水浩洋洋而不息,人们很难与洪水抗争,只能寻一较高的地方躲避,以求自安 到神农时代,出现了用堆土挡洪的办法。稍后的治水代表人物鲧,采用“鲧障洪水”,就是用堤埂把居住区围护起来以障洪水,这种有限的防御办法不易治服洪水。禹接受了鲧的教训,采用“疏川导滞”的方法,从而平治了水患。禹治水适应了水性就下的自然特性,因势利导,清除行洪障碍。其后在相当长的历史时期内都采取这种办法,在今天平原地区防洪中仍遵循着“疏川导滞”这个基本原则。

王景治河——宽河行洪。禹用疏导法平治水患,但因当时生产力水平很低,一遇大洪水仍免不了泛滥成灾。到春秋战国,社会生产力发展,促进了经济繁荣,在要求保护生产发展的情况下,堤防随之应运而生。至西汉时期,黄河河道淤积日益加重,河患明显增多。到东汉明帝时黄河南侵,河、汴乱流于黄、淮之间,水患频繁。王景受命治河,黄河的决溢灾害明显减少,出现了一个长期相对安流的局面。王景治河的成功,分析主要有两点,一是选定了荣阳至千乘开辟的新河是当时最低的天然洼地,线路较短,比降大,有利于排沙泄洪。二是采用了具有广阔滩地的宽河道。宽河行洪,起到了滞洪落淤、淤滩刷槽的作用。

潘季驯治河——束水攻沙。明代以前治河主张疏导分流为多,其策略乃是尽量排洪入海,泥沙问题未予认真考虑,河患仍频频出现。明朝潘季驯认真总结了元末明初200多年的经验教训,提出了“塞旁决以挽正河,以堤束水,以水政沙”的集流学说。其主要论点:一是泥沙淤积是黄河下游河道决溢泛滥的根源;二是造成淤积的主要原因是水少沙多;三是输沙必须集中水流。“集流攻沙”之说,与近代水力学挟沙能力随流量增大而增大的理论相一致。潘季驯治河实现了由分流到合流,由治水到治沙两个转抓,抓住黄河泥沙淤积这一根本问题,总结了水沙运行规律,这是他超出前人之处。他的治河理论与实践对后世产生了很大的影响。

李仪祉——蓄水拦沙、下游疏治论。作为近代致力于治理黄河防治水患的杰出代表,将治理经验和国外的水利实践结合起来,提出上中、下游全面治理的方略。其要点是:“蓄洪以节其源、减洪以分其流、亦各配定其容量,使上有所蓄,下有所泄,过量之水有所分”。他主张在上中游植树造林,黄土高原修梯田,行沟洫畔柳之制;在干支沟打坝留淤,建库蓄水,达到蓄水拦沙有利于农的目的,在下游则应尽量给洪水筹划出路,务使平流顺轨、安全泄洪入海。李仪祉的蓄水拦沙、下游疏治论显然比前人主张有大的进步,然而在当时是难以实现的。

黄河防洪策略的演绎是一个实践、认识、再实践、再认识的过程。中华人民共和国建国初期,由于经济和技术力量的限制,无力在干流上修建大型工程控制洪水,依据黄河的特点借鉴前人的经验提出了“宽河固堤”的方针。“宽河”是充分利用下游的广阔滩地洪水期削峰滞沙,淤滩刷槽使河道的冲淤演变有利于防洪。“固堤”则是将历史上遗留下来的堤防进行加高加固。在“宽河固堤”的方针指导下,依靠沿河广大军民,连续战胜了1949、1954、1958年的大洪水。

50年代,社会主义建设事业蓬勃发展,为促进生产,提出了“除害兴利、蓄水拦沙”的方略。1954年“黄河综合利用规划技术经济报告”提出了第一期工程计划,即在干流上首先修建三门峡、刘家峡控制工程,以解决防洪、灌溉、发电等问题。在三门峡以下,支流伊、洛、沁河上各修一座防洪水库。这样,三门峡水库可以把黄河(陕县)千年一遇的洪峰流量由37000m[3]/S减至8000m[3]/s,加上伊、洛、沁河支流水库拦洪,洪水可以经过山东窄河道安全入海。黄河泥沙由于受三门峡及其以上的干支流水库所拦截,下游河水变清,河槽日趋稳定,下游防洪威胁将可以解除。然而自1960年三门峡水库蓄水运用后,库区出现了严重的淤积,潼关河床急剧抬高,支流渭河由地下河上升为地上河,危及关中平原的安全。1962年3月,水库被迫由“蓄水拦沙”改为“滞洪排沙”运用。“蓄水拦沙”方针不全面,不符合黄河的实际情况,在指导思想上,单纯强调“拦”,忽视了“排”,因而不能解决黄河下游的防洪问题。

“上拦下排、两岸分滞”方略是总结了历史上防治洪水的经验,并吸取了人民治黄以来的正反两方面的经验教训逐步形成的。黄河是一条难治的多泥沙河流,决非单一措施能够解决。三门峡水库的运用实践证明、单纯在上中游“蓄洪拦沙”也不全面,必须把“上拦”与“下排”结合起来。“上拦”包括通过水土保持在内的各种防治途径,把上中游的洪水、泥沙尽可能地控制起来。“下排”主要是利用现有黄河下游河道排洪排沙,也包括下游“淤背固堤”和“放淤改土”等减少河道泥沙的措施。

纵览历代黄河防洪对策和治河思想的发展,可以分为两个阶段:①从传说的大禹治水到民国时期,采用的对策是“疏川导滞”构筑堤防的方略,明代以后开始考虑了黄河泥沙问题,提出了集流、蓄水拦沙等学说。②人民治黄以来,在总结历代治河经验和大规模的治黄实践中,防洪方针由“宽河固堤”、“蓄水拦沙”发展到“上拦下排,两岸分滞”,使之日臻完善,更加符合黄河防洪的实际。当代防洪方针的形成,应当说王化云同志起到了核心和主导作用。

3黄河下游防洪长治久安之策

根治黄河水害,开发黄河水利,是治黄的长期奋斗目标。根据下游河道的自然特点,社会经济条件,结合治黄实践经验和治理基础,近期或相当一段时期内,黄河下游的治理方针应是:在保持稳定下游现行河道的前提下,采取“拦、调、排、放”多种途径综合治理,统筹解决防洪防凌问题。“拦”,主要是在上中游地区开展水土保持,特别是集中治理粗泥沙来源区的重要支流。修建拦泥库、淤地坝,大搞坡地改梯田,蓄水兴利,拦泥淤地,发展生产。在干流峡谷段修建大型水库集中控制洪水和泥沙,削峰减淤。“调”,利用干流水库调节水沙过程,有效地减少河道淤积或刷深河槽。“排”就是充分利用现行河道排洪排沙入海,争取现行河道有较长的使用期。“放”包括山丘区引洪漫地,平原区的淤灌,放淤改土等利用泥沙的措旋。特别是利用黄河泥沙逐步淤宽淤高堤防和背河地面,使下游逐渐变成一条相对地下河。根据“拦、调、排、放”的方针,采取的防洪治河对策有:

(1)加固堤防,充分利用现行河道排洪。黄河下游现行河道不同河段是在不同的历史时期内形成的。根据黄河史志记载,黄河从孟津到桃花峪(沁河口)河段为禹河故道,几千年来无大的变化。沁河口到东坝头河段为明清故道,已有五六百年的历史,东坝头以下为1855年以后形成的,现已行河130多年。据黄河下游决口改道的统计,100年左右有一次大的改道,似乎现行河道已接近衰亡期。然而现行河道形成过程表明,河道的淤积抬高历程有明显的阶段性,可以区别为强烈淤积调整阶段及相对稳定的缓慢调整阶段。在塑造新河道初期,大量的泥沙落淤,很快完成纵比降的调整,造就一条能适应排洪排沙的“地上河”。当河道调整接近相对平衡时,纵比降相对稳定,河道淤积,比降变缓。现在下游河道正处于后一种阶段,河道上宽下窄,纵比降上陡下缓,具有较大的输沙能力,这与排洪能力上大下小,泥沙冲淤上段剧烈,下段相对平稳是一致的。虽然今后河道总趋势仍会淤积抬高,但淤积发展将是比较缓慢的。明清徐(州)淮(阴)故道的演变过程,在很大程度上反映出下游河道的发展消亡规律。两者对比,对认识现行河道发展规律是有益的。据一些治黄专家1996年10月实地考察分析,现行河道仍有很大的行河潜力。明清徐淮黄河故道行河有661年历史,现行河道从1855年铜瓦厢决口改道夺大清河入海至今有142年历史。其中1938年国民党政府掘花园口大堤黄河南徙9年,实际行河仅133年;徐淮故道自河南兰考东坝头经江苏淮阴至滨海县中山河口全长810km、连同河口蚀退的80km共计890km。而现行河道自兰考东坝头至垦利县黄河入海口约为630km,比故道约短260km;故道临背差7~8m,而现行河道为3~5m,也就是说,故道的悬河程度远较现行河道为甚,其堤身高度都在10m左右,相差不多,但堤防抗洪能力,现行河道堤防可防御22000m[3]/S流量,而故道仅防1000m[3]/S洪水尚有决口发生[1]。以上对比分析表明,现行河道远未达到故道那种衰亡阶段。加上现有科学技术的发展,防洪体系的建立,充分利用现行河道是目前最现实而又最经济的方案。

大堤是黄河下游防御洪水的屏障,历史上之所以三年两决口,除政治腐败因素外,其中一个重要原因是堤防质量差、隐患多造成的。当代治黄根据黄河含沙量大的特点,引黄淤背沉沙固堤,清水灌溉是一个创举。下游部分堤段位于7度地震裂度区,大堤基础多为沙土,在大堤背河堤脚一定范围内通过放淤增加盖重,对于大提抗震加固和防止浅层地基液化都很有效,而且经济、简便易行。采用吸泥船放淤固堤,从河道中吸取泥沙,不需挖占良田,淤后的堤防土质均匀,接头少,质量易保证,亦可减少修堤劳力。现状淤背宽度为50~100m,在普遍淤高的基础上,重点堤段已淤到与设计水位平。目前已有670km的堤段得到不同程度的加固,共完成土方近4亿m[3][2]。放淤固堤减少了大堤临背两侧的高差,延长了渗经,增强了堤身的稳定。多次洪水考验,对防止漏洞、管涌、渗水、裂缝等险情效果显著。根据黄委会勘测规划设计研究院提供的下游防洪规划报告分析,在现有淤背固堤的基础上,按淤背高程与设计的2000年水位平,平工淤宽30~50m,险工淤宽50~100m,尚有660hm大堤需要放淤加固,土方量约1.3亿m[3],连同加高土方量共约2.0亿m[3],总投资约26亿元。报告提出,2000年前完成70%,2005年争取全部完成。放淤固堤作为黄河下游堤防加固的一项重要措施得到了认同,然而近几年来,用于该项的投资太少,工程进展迟缓。为了确保黄河的防洪安全,减少风险机遇,加速放淤固堤,应作为防洪基建的重点来安排。应力争在2000年全部完成,不然万一出现大洪水造成决口灾害,则后悔莫及。

在加固堤防的同时,还必须“定槽”,即通过河道整治控制中水河槽。黄河下游洪水泥沙主要通过主槽排泄入海,主槽过流一般约占全断面的80%以上。维持一个稳定的主槽,有利于河道排洪排沙,可以大大改善防洪的被动局面。多年的防洪实践认识到“滩、槽、堤”三者是一个整体,概括起来就是“淤滩刷槽,滩高槽稳,槽稳滩存,滩存堤固”。因此,要加快河道整治工程建设,以便逐步固定河槽。

继续完善分(滞)洪区建设:是防御特大洪水的重要措施。应加强东平湖围坝的加固,完善北金堤滞洪区堤防建设,完善分滞洪区通信预警系统及安全建设等。

(2)上中游水库拦洪拦沙和调水调沙。三门峡水库运用的实践表明,在中游河段的峡谷中修建大型水库,只要有足够的泄流能力,采用合理的运用方式,不仅可以长期保持有效库容,而且能够有效地控制洪水与泥沙,是削减下游洪水和河道淤积的有效措施。正在建设的小浪底水库和计划修建的碛口等干流控制性骨干工程,对控制黄河下游的洪凌和拦减泥沙都有显著作用。

小浪底水利枢纽位居下游平原之首,是黄河干流在三门峡以下唯一能够取得较大库容的控制性工程。据分析,小浪底水库可以长期保持约50亿m[3]的有效库容,与三门峡、陆浑、故县水库联合运用,可将花园口百年一遇的洪峰流量29000m[3]/s削减到16000m[3]/s左右;千年一遇洪峰流量42300m[3]/s削减到不超过现有防御标准22000m[3]/s[2]。届时,下游防洪紧张局面将大为缓解。小浪底水库按照三门峡水库的运用经验,采用“蓄清排浑”、“调水调沙”的运用方式,通过50年水文系列冲淤计算表明,前20年下游河道冲淤过程基本平衡,延缓了河道淤积;后30年利用长期有效库容调水调沙,仍可继续发挥减淤作用。其减淤效果是其它措施难以替代的。同时,它在下游防洪中的灵活性、主动性和可靠性也是其它措施所无法比拟的。

碛口水利枢纽位于晋陕峡谷的中部,对黄河粗泥沙来源区有较好的控制作用。利用碛口水库拦减粗泥沙,是保证下游河道相对稳定的重要措施。初步估算,单独运用碛口水库可以使黄河下游20年左右不淤积抬高,碛口水库与三门峡及小浪底水库联合运用,加上支流治理的水保效益可能在50年或更长的时间内,控制下游河道不显著淤积抬高[2]。

(3)上中游粗泥沙来源区的治理。根据钱宁等人的研究,黄河下游河道的淤积抬高主要是中游5万km[2]的粗泥沙来源区的来沙造成的。他依据上百次洪峰来水地区分配情况分析[3],若多沙粗泥沙来源区有较大洪水,少沙区未发生洪水或洪水较小,其来沙系数最大,平均达0.0516kg·S/m[6],使下游平均淤积强度达3100万t/d。这类洪水频率虽然只有12.6%,但所造成的河道淤积量却达洪水总淤积量的60%,从黄河下游河道淤积的泥沙来看,粒径大于0.05mm的粗泥沙占69%,粒径小于0.025mm的泥沙只占16%。如果洪水来自少沙区,来沙系数只有0.018kg·S/m[6],河道则处于冲刷状态,这类洪水对河道的淤积起到一定的制约作用;如果洪水来自细泥沙来源区.河道虽也淤积,但淤积强度较小。由此可见,粗泥沙的危害极其严重。粗泥沙的来源主要有两个区域,一是黄甫川至秃尾河之间各支流的中下游地区,二是无定河中下游及广义的白于山河源区,加强该地区的重点治理,将会大大减轻进入黄河下游的泥沙。

新中国成立以来,水土保持工作取得的成绩和经验表明,水土保持既能促进农业增产也能减少入黄泥沙。据1997年5月《黄河报》报道,称之谓“地球癌症”的砒砂岩地区种植沙棘获得了成功。这无疑给我们搞好水保工作增强了信心。砒砂岩土分布在黄河上中游地区的内蒙古伊克昭盟及与之接壤的陕西北部和山西西北部地区,面积1.9万km[2]。砒砂岩土结构松散,逼水易分解,水土流失剧烈,该地区为黄河粗沙主要来源区,年平均输沙量2.6亿t以上,有“世界水土流失之最”之称。自60年代至80年代曾采用生物措施改良和治理,收效甚微。80年代中期,水电部原部长钱正英提出开发沙棘作内加速黄土高原治理的突破口后.经过十余年试验,种沙棘地区,林木覆盖率由原来的0.8%提高到20%,种沙棘前以柠条为主的地区,植被覆盖率由20%提高到61%,到1996年沙棘种植面积已扩大到5.53万hm[2],土壤年侵蚀模数由原来的4万t/km[2]下降到0.5万t/km[2]。同时沙棘地区已看到经济富裕的希望之光,国发[1993]5号文指出:“各级人民政府和有关部门必须从战略的高度认识水土保持是山区发展的生命线,是国土整治,江河治理的根本,是国民经济和社会发展的基础,是我们必须长期坚持的一项基本国策”。这表明,国家对水保工作高度重视,也体现了它在国民经济和社会发展中的重要作用,我们要抓住这个有利时机,加速黄河上中游水土流失治理,黄河防洪问题才能从根本上得到解决。现在各级领导和广大群众,为了解决温饱和奔向小康,都在加强水保工作,再加上干支流水利水电开发建设,到21世纪中叶水土保持减少黄河泥沙量将发生更大的变化,这也是各种积极因素超过件的必然结果。

(4)逐步改变地上河为相对地下河的设想。鉴于黄河下游防洪任务的艰巨性和长期性,而在黄河上中游修建大型水库调水调沙的实施和全面搞好水土保持尚需相当长时间,下游地上河的状况不改变,防洪问题仍是心腹之患。为使黄河下游长治久安,除上述措施外,需逐步变地上河为相对地下河。根据黄河下游引黄放淤固堤经验和黄委会组织的国家“八五”科技攻关报告分析,紧接大堤背河淤宽200m以上,且淤高到与设计防洪水位平,技术上是可行的[4.5]。我们认为这一设想很值得进一步研究。应组织专门力量进行调研,提出不同河段不同的淤筑方式和切实可行的技术措施,在充分利用黄河下游已成功的单机单泵、双机双泵和大小泵组合、冲吸式、绞吸式挖泥船等挖泥淤筑外,还应考虑目前在江、河、湖、洼等采用的先进的现代抽淤挖泥机械,以加快淤筑相对地下河的进程。在妥善解决环境影响和社会关系问题上,应制订具体的可操作的实施办法,同时要与地方政府密切配合。根据以往经验,淤筑区还可能出现沙化、周边土地盐碱化以及淤筑区土地耕种、水土资源合理使用等都必需认真分析。淤筑相对地下河的投资和运转费分摊也是一个很关键的问题。对此,我们应召开技术论证会,组织专家和有识之士讨论,如果大家认为造就相对地下河的方案可行,则有必要组织一个精干班子领导开展此项工作。我们认为,必须以只争朝夕的精神来加快黄河治理的步伐,尽早解除我们的心腹之患。

综上所述,各种防洪减沙的途径和措施并行不悖、相辅相成。利用现行河道加高加固堤防的办法是最经济、最现实的;上中游干流水库蓄洪拦沙、调水调沙使下游河道50年内不抬高,且相应提高防洪标准是可能的;上中游水保效益减少泥沙也是明显的;结台引黄灌溉供水沉沙,使两岸堤防加宽加高变地上河为相对地下河,在现有技术水平下是完全能够实现的。同时,还应加强非工程防洪措施,开发和建设一套能适应黄河防洪自动化,防洪防凌减灾的软件系统;完善通信物资管理系统等,采取这种综合性的治理措施,才能有效地控制洪水和泥沙,可以使黄河下游河道保持较长期的安流局面,害河变利河将指日可待。

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