调水冲沙能否根治黄河?,本文主要内容关键词为:黄河论文,此文献不代表本站观点,内容供学术参考,文章仅供参考阅读下载。
冲河南,淤山东?
早已是地上悬河的黄河让人的心也始终悬在半空。调水调沙的人造洪峰姗姗来迟,直到7月10日上午8时,它才进入山东省第一个水文站——高村,13日晚到达黄河在山东境内的最大险段——济南泺口。这个流量只有2750立方米每秒的人造洪峰,在7月4日离开小浪底枢纽之后,在河南境内整整走了6天,比预计抵达山东的时间竟然迟了4天。
洪峰未现,水头却已于8日浩浩荡荡流入渤海。水头流量不大,但所到之处险象环生。按说,黄河山东段的防洪标准是11000立方米每秒,一般洪水很难撼动堤防。谁知,2000多立方米每秒的流量,就使山东境内多处河段接近或超过警戒水位,如果最大洪峰到来,许多地方就会超过“96·8”洪水时的历史最高水位。截至7月10日上午8时,黄河山东段共发生险情57处、99坝次。干涸寂寞的黄河重新出现了巨大的动静。
在这次号称世界水利史上最大规模的人工实验开始之前,绝大多数人都没有估计到人工洪水传播时间如此漫长。山东省黄河防汛办公室高工毕东升对过程变形原因的分析是:河道前期淤积严重,主河道萎缩,排水能力降低,致使水位表现高;虽然没有漫滩,但过流水面较宽,河道调蓄能力较大,致使洪现时间迟后;小浪底调水调沙下泄水流过程起涨阶段涨幅较大,大流量持续时间较长,不同于自然洪水,并没有明显的洪峰。我们所说的人造洪峰,是指它的最大流量。
由于小水挟带的泥沙在黄河河床中严重淤积,洪水水位必然会抬高。调水调沙的目的,是利用高含沙洪水自行塑造黄河下游宽浅河道,形成窄深河槽,用窄深河槽输送高含沙水流入海。专家希望通过这种做法,“至少不再形成新的淤积。”结果尚不知晓,但“悬河”危害却重新凸显——虽然黄河上中游高筑堤坝,然而如果小浪底以下有连续降雨,出现中小洪水,黄河河南与山东段依旧危如累卵。
最让山东方面担心的是——水流有可能把河南河道的经年泥沙带到山东河道淤积起来,形成“冲河南,淤山东”的后果。治黄专家、山东省政协副主席李殿魁对记者说,小浪底水库建成后,治黄专家们一直有两种意见:一种意见是前面担心的问题,另一派则认为不会形成“冲河南、淤山东”的后果。一般来说,山东段黄河流量在800-2600立方米每秒之间时,河床淤积比较重。只要花园口水文站的流量不大于800立方米每秒或不小于2600立方米每秒,山东河段将不会出现人们担心的情况。但也有专家说,由于是第一次试验,不能排除这种可能。
为此,这次调水调沙试验确定小浪底水库要制造一个流量大于每秒2600立方米、含沙量小于每立方米20千克的洪峰,并持续10天以上。一些专家乐观地表示,调水调沙试验成功后,可以很好地发挥小浪底水库的作用,条件允许可以照此办理,对黄河下游的淤积河床进行定期冲刷。
李殿魁对此持谨慎态度。这位曾经担任东营市委书记、与黄河口打过多年交道的治黄专家说,他会密切关注这次试验的进程,直到有结果出来,而现在还不好下结论。山东省黄河河务局总工杜玉梅的意见是,小浪底实现常年调水调沙的概率很小。因为是否能调水调沙,主要看其蓄水量大小。前两年小浪底蓄水很少,想调水调沙也不行。今后能不能年年调水冲沙,还是未知数。
屡败屡战的治沙史
虽然充满着不确定,但小浪底水库调水调沙的运用,还是被称为中国治理黄河的一个里程碑,是从传统治黄向现代治黄、科学治黄转变的一个“拐点”,“标志着治黄进入了一个新的历史时期”。但是,调水调沙思想并非今人的产物,它历经沧桑,充满争议。
郑州的黄河水利委员会机关大院东南隅,有一尊半身铜像,塑造的是黄委会的第一任主任、山东人王化云。有人说,调水调沙治黄思想的形成和最终变为现实,王功不可没。但是,他一开始并不主张调水调沙,而是想用三门峡拦沙。终身以“治黄专家”立世的王化云也因此陷入了是非功过的评说之中。
最早提出调水调沙治理黄河设想的其实是一位美国人。1946年,美国学者葛罗同·萨凡奇在他的治理黄河初步报告中提出,利用八里胡同水库控制洪水并发电,坝底设排沙设施,每年放空排沙一次,以减少下游淤积。但是1949年之后,新的水利部门认为八里胡同开发价值不大,苏联专家与王化云等提出上马三门峡工程。那是一个比葛罗同·萨凡奇的报告规模大得多的计划,一个浪漫高蹈的项目,蓄水拦沙,实现“黄河清”,水位360米,气势恢弘,而且也有诱人的综合效益这样的“利器”。在激稳两派的博弈中,工程上马计划几落几起,最终是苏联专家和王化云等人占了上风。
在世界变化最大最激烈的多沙河流上,企望用三门峡高库大坝拦沙蓄水发电,毕治黄和开发之功于一役,绝对违背了客观规律。河流的全流域开发治理,是一项复杂的系统工程,好大喜功最后带来的肯定是糟糕的结局——1960年,三门峡水库投入防洪使用,但由于对黄河泥沙的严重性、复杂性认识不足,蓄水拦沙一塌糊涂。当年汛期关闸蓄水后不到一年时间,库区泥沙淤积达15.5亿吨,潼关河床抬高了4.5米。在渭河入库口形成拦门沙,回水倒灌威胁西安和关中平原。从来没有水患的渭河两岸,不得不修筑起防洪大堤。
在那个人们胆汁旺盛的年代,似乎只有失败才能换取理性。1962年3月,水电部在郑州召开会议,决定将三门峡水库的运用方式作出180度大转弯,由当初定的“拦蓄上游全部来沙”改建为“滞洪排沙”。经过一番自我挽救,改造后的三门峡水库从1973年开始蓄清排浑,利用潼关以下槽库容进行调沙。但因受到潼关高程及库区条件的限制,不能进行大幅度调节,每年汛初不管来水情况如何,都把运用水位降低,因此经常出现小水排沙,形成小水带大沙,从而造成黄河下游主槽严重淤积。
直到70年代后期,随着治黄实践的深入,“上拦下排”的治黄方针才受到质疑和否定。治黄专家认识到黄河“水少沙多、水沙不平衡”对黄河下游河道淤积的重要影响。王化云在这时已经年过八旬,他说了一句让所有人感到辛酸的话:“黄河不可能变清。”交了难以计数的学费,他终于用一辈子悟到了这个道理。然后,他把自己的治河思想概括为“拦(拦泥沙)、用(利用洪水和泥沙)、调(调水调沙)、排(排洪治沙)四个字”;具体到黄河,是应“整治河道,排沙入海”。但三门峡已经难以承担起新的使命了,于是,他力主在三门峡的下游——小浪底——另建一座高坝大库,用来防洪减淤。
1997年小浪底工程截流蓄水,河务部门进行了大型的物理模型试验,专家们找到了理论上实现黄河下游不淤积的临界流量和临界时间。随着小浪底工程全面完工,“通过原型试验,进行调水调沙试验”的设想也最终变为现实。这个理论认为,要想从根本上解决下游悬河的问题,应与小浪底水库调水调沙运用结合。
小浪底工程是黄河进入平原前最后一座峡谷型水库,具有较强的调节能力,不管黄河上中游水沙如何变化,都要经过小浪底水库的调节进入下游河道。通过水库调水调沙改变进入下游的水沙条件,控制小水挟沙与河槽淤积,利用大洪水输沙,并塑造有利输沙的新河槽,使平滩流量增大,一般洪水不再漫滩,从而防止小水大灾,黄河即可岁岁安澜。
这个理论告诉我们,多沙河流并不一定形成坏河,只要来水来沙组合有利,河床不仅不会淤积,而且还会发生冲刷。比如渭河与北洛河,它们的下游河道流量比黄河干流小,含沙量比黄河高,但由于水沙组合原因,形成了窄深稳定的弯曲性河流。它们是黄河的榜样。
但是,关于黄河下游河道减淤的治理向来充满不同的声音。一位老专家对记者说,在目前黄河下游水资源已经十分紧张的情况下,为了使艾山至利津河段冲刷一吨泥沙,就要耗用几百立方米的清水,显然是不经济的,“不能用调水造峰的办法作为主要措施,需要寻求其它途径解决本河段的淤积问题。”
还有人说,河道和河口河道部分,有可能通过调水调沙保暂时不淤,但河口以下的浅海部分不但会继续淤积,而且淤积速度还要进一步加剧,而这一部分加速淤积所带来的壅水作用,会迅速抵消其上游部分的调沙作用。因此调水调沙作为局落范围的临时性措施尚可一用,如作为根治措施就有失全面。
黄河人工改道?
根治黄河淤积,言人人殊。“悬河落地,黄河改道”似乎是最传统但也是最有创意的方略。
主张改道者认为,黄河人工复归故道或者改道,首先可以保护渤海。渤海是我国内海,不是公海。如果渤海逐渐淤积消失,不仅不能增加我国现有的领土面积,反而会带来巨大的潜在损失。
黄河每年向河口地区输送泥沙大约12亿吨,使河口不断向渤海湾延伸,三角洲面积以年均150米-420米的速度向渤海扩展,年均造陆达23平方公里。按此速度,大约1000年可使渤海缩小三分之一。现在,这个速度正在加快。
黄河在历史上曾周期性地发生改道,河道使用寿命一般为百年左右,一旦河床淤积老化,就会自然改道。如今的黄河下游河道,系清咸丰五年(1855)黄河在河南兰考县铜瓦厢决口,由南向北袭夺大清河河道入海形成的,至今已有147年。为了控制洪水而兴建高大堤防,致使过去丰富的湿地资源大面积萎缩。由于洪水泛滥机会锐减,北方平原地下水补给的一项重要渠道被中断;洪水所携带的大量养分,或被上游水库截留,或直接输送入海,失去了滋养洪泛区的土地和湿地的功能。
黄河的枯水期和丰水期十几年一个轮回。黄河曾出现过连续11年(1922-1932年)的枯水期,也出现过连续9年(1943-1951年)的丰水期。专家指出,我们现在正处于黄河的连续枯水期,而它的连续丰水期即将到来。如果调水调沙等手段效能不彰,千里悬河难保不会崩溃。
于是有一些专家呼吁,与其自然改道,还不如按人类的安排,将它提前引入人工规划的窄河深槽的新河道之内,实施人工改道黄河工程。黄河新河道,可以尽量利用原黄河北岸大堤,将其作为新河道的南堤,可直接减少工程投资。新河道迁就黄河现在走向,紧邻故道将它北移到地面之上,使悬河大大降低高程,应该是一条比较理想的通道。新河道带来的黄河泥沙将向公海淤积土地。
但是,这样也会带来大量新的问题。比如,黄河自兰考铜瓦厢以下复归故道后,河南、山东两省即兰考至东营沿黄两岸的用水将成为难题。
寻找真正的“拐点”
30年代的密西西比河大洪水,促使一度奉行“惟堤论”的美国人开始从一个全新的视角对洪水灾害进行研究。在那之后,他们倡导防洪工程的建设应辅之以土地利用管理、预报与预警系统和洪水保险,以适合当地的地理和经济环境。这种多元化的管理思路体现在1968年的国家洪水保险法与国家洪水保险计划(NFIP)当中,构成了国家防洪政策和防洪安全保障体系的核心部分——“非工程”的基于风险理论的洪泛区管理和洪水保险。这种防洪策略虽并未明确考虑洪水资源的利用,但由于放弃了单纯依赖工程控制洪水的观念,客观上为洪水资源特性的发挥提供了条件。
1993年大水之后,美国在人烟稀少、资产密度较低的高风险区没有对水毁提防加固或重建,而是让洪水迂回滞留于曾经被堤防保护的土地中,既利用了洪水的生态环境功能,同时减轻了其它重要地区的防洪压力。1995年出台的全国洪泛区综合管理计划中更将恢复洪水高风险区的生态环境功能作为未来30年洪泛区管理的四大目标之一。
这是一位海归工程师对记者讲述的美式治水思想。与之类似的还有日本。
日本自60年代起,力图实现“安全确保”的防洪方略,经过30多年的经营,建立起了较高标准的防洪工程体系。但是,近年来他们发觉通过防洪工程确保安全既不可能也不经济,于是开始把防洪观念转变为一定防洪标准下的“风险选择”。在利用洪水方面采取了雨洪就地消化,洪水资源化利用,在原渠道化的河道上人为造滩、营造湿地、培育水生物种等措施,以求形成类似于自然状态的“多自然河川”。
其实中国也有相似范式的治水思想,比如李殿魁的“三约束”治黄理论。他曾经很自信地说:“我在1988-1995年任黄河口治理指挥部总指挥达七年之久,与指挥部(指挥部是由河口管理局、胜利油田、地方政府的水利专家和领导干部共同组成)的同志共同研究治黄措施,每项措施都收到预期功效,主要得益于‘三约束’理论的发现和运用。”
“三约束”理论的基本要点是:把能量平衡原理和系统论引进治黄,把制止水患的三大约束因素(河床、堤防硬约束,河滩植被生物约束,海动力和地转流克氏力的牵引性约束)统一于一体,使之形成相互协调、功能放大的整体优势,由此构成在任何时空条件下,其约束能量都大于洪水能量的防洪体系,从而确保黄河安全。进而再把可以利用的多种自然防洪力量和防洪工程巧妙结合起来,把黄河防洪工程与国家水系网络化结合起来,改善生态环境,形成大河治理与社会经济发展相互协调的良性循环。
“三约束”的价值在于它的多元化,而不是只想到高筑堤坝。多元化的管理思想和实践经验,有可能带来一场真正的治黄革命。
只有当中国学会较大规模安全合理地利用洪水,治黄才会真正出现“拐点”。我们对这样的“科学治黄”充满乐观的期待。