黄河下游防洪形势已发生巨变

齐璞2019-09-19 16:52

齐璞/文 9月17日,总书记来到郑州,考察黄河流域治理和环境生态问题,高度肯定人民治理黄河取得了伟大成绩。可以说,经过70年的治理,黄河的防洪形势发生巨大变化。

我作为一个研究黄河一辈子的人,很能体会黄河治理的艰辛和巨大变化。

黄河中上游经过近几十年大规模的治理,水沙情况也发生趋势性变化,来沙量逐年大幅度减少,由16亿吨变成2到4亿吨;这样,进入下游的大洪水已经消失、近年来没有发生高于警戒水位的洪水流量,尤其是黄河小浪底水库投入运用以来,下游河床产生强烈冲刷,河槽的过洪能力迅速增大,下游河道防洪形势发生巨变。

河床演变受流域地质地貌大环境、来水来沙条件与河边界条件等因素制约,当其中一些方面发生改变时,也会引起河流的自动调整,当这些因素改变剧烈时,河床就会随之发生迅速的调整。

在这种巨变之下,黄河输送到河口的沙量也大幅度减小,淤积延伸减弱,其对上游河道影响可以忽略。小浪底水利枢纽应进行泥沙多年调节,充分利用洪水排沙,河槽发生冲刷,可以长期发挥作用。可以这样说,目前的黄河下游河道,已经成为世界上最为安全河流。

黄河是世界有名的多沙河流。历史上,黄河“三年两决口,百年一改道”,制造灾难无数。这个困扰中华民族数千年的难题,竟在短短几十年间解决了,不能不说是大功一件。

泥沙在下游淤积,是黄河洪水泛滥的根源,过去黄河与灾难紧密相连,提起黄河即联想起洪水泛滥,民不聊生。为了从根本上治理,曾以“节节蓄水、分段拦泥”的规划原则,对黄河做了全面规划,企图使黄河变清,从根本上解决下游的洪水灾害。由于规划不符合国情,三门峡水库被迫进行两次改建,改“蓄水拦沙”为“滞洪排沙”运用。

但目前的黄河,已不是几十年前的黄河,其来水来沙条件已经发生重大的改变,黄河干支流上修建大量水利工程,洪水和泥沙已经得到有效控制,已经使黄河来水来沙条件与下游河道情况发生巨大变化,黄河来沙量与洪水流量均大幅度减小,小浪底水库投入运用以来,下游河床发生强烈冲刷,洪水位大幅度下降,河槽过洪能力迅速增大。

水利部针对21世纪的黄河治理,曾提出“堤防不决口、河道不断流、水质不超标、河床不抬高”宏观治理目标,其实这个目标已经提前实现。

由于黄河下游河道多年的淤积抬高,形成河道比降陡,有万分之二到万分之一,流速可以达到三到四米每秒,且在涨水期河床不断冲刷,水深迅速增大,最大洪峰时河床最低,过流能力最大。与淮河泄洪河道比降三万分之一、长江下游比降为三万分之一到五万分之一的情况不同,黄河要比淮河、长江还要陡,这是由于黄河长期多沙,且水沙组合不合理,小水挟沙过多,形成很陡的比降。

所以,黄河下游花园口站河床高程为90多米,长江武汉站的海拔高程只有20多米。优化来水来沙组合后,目前的河床比降利用洪水输送泥沙入海,已经是富富有余。

小浪底水库投入运用初期,下泄清水并造峰冲刷下游河道,改变了多年小水挟沙淤积河槽,形成游荡性河道历史后,使黄河下游已是世界上较为安全的大河。美国密西西比河河道防洪标准是50年至百年一遇;长江下游防洪标准是40年一遇,设防流量80000立方米每秒,三峡水库建成后才到达百年一遇。

黄河下游河道目前的设计洪水标准达到千年以上,明显偏大。造成下游河道超标准堤防工程和中游过度治理,潘家铮院士几年前已经提出对黄河设计洪水标准进行重新审定。

三门峡水库改建后,“蓄清排浑”运用的减淤作用,已经使花园口以上河道基本不淤。小浪底水库自1999年投入运用已经19年,水库共淤35亿立米,下泄清水并造峰,下游河道冲刷21.5亿立方米,河槽的泄洪能力迅速增大。

黄河下游堤防在小浪底水库建成前,按百年洪水设计标准,花园口站设计洪峰流量22000 立方米每秒,花园口至高村河段大堤顶高程按设计洪水位超高3米修建,大堤后淤背宽度100米,小浪底水库建成后成为千年一遇。高村以下河段大堤顶高程按设计洪水位超高2.5米修建。

在2003年蔡集出险后,黄河下游的生产堤普遍大幅度加高培厚,已经形成高出当地滩面2到3.5米,堤顶宽4至8米的比较完整的堤内防洪体系。若考虑1.5米高生产堤防洪作用,目前花园口河段生产堤内河道可以下泄洪峰流量为22000立方米每秒;高村以上河段能下泄15000立方米每秒以上洪峰流量;艾山以下河道可下泄洪水流量达7000到8000立方米每秒。

这样,黄河下游大堤顶已经高出滩面5至7米,已经形成滩高河槽深的相对地下河。

小浪底水库投入运用后,泄洪能力产生巨大变化,主河槽冲刷,平滩流量增大,现在河道泄洪能力比2000年时22000立方米每秒的洪水位又下降近3米,这表明黄河下游河道已经形成世界上最安全的大河,今后洪水没有漫滩可能。

随着小浪底水库下泄清水与水库调水调沙的运用,黄河下游河道还会继续发生冲刷,河槽的过洪水能力还会不断增大,河床不抬高已经实现,并可以长期保持。最近3年来因下游河道两岸引水困难,小浪底水库在汛初7月底都没有进行调水造峰冲刷下游河道,说明黄河下游河道真实情况。

黄河流域绝大部分属半湿润、半干旱乃至干旱地区,中上游大量兴建水库,灌溉农业与水土保持的发展,引起下垫面汇流条件的巨大变化,也使黄河实测洪水大幅减小。

早在上世纪,王化云就已经认识到“黄河洪水具有峰高量小的特性”,通过水库调节的削减洪峰作用特别明显。据1994年统计,黄河支流上已有的大中小型水利枢纽达600余座,总库容达110亿立方米,黄河干流总库容达600多亿立方米,使得总库容达到700多亿立方米,超过黄河的年水量600亿立方米,具有较大的调节能力。

仅龙羊峡、刘家峡、三门峡、小浪底四库防洪库容就达156.2亿立方米,相当原有设计黄河千年一遇洪水12天的总量。在小浪底水库以下的主要支流上也兴建许多大型水库,如伊河陆浑、洛河故县水库,防洪库容分别为6.77亿立方米和6.98亿立方米,沁河河口村水库库容3.3亿立方米。

自1982年发生15300立方米每秒大洪水以来,35年来花园口站洪峰没有大于8100立方米每秒,小浪底水库投入运用以来没有出现大于5000立方米每秒,洪水已经得到有效控制,大洪水发生的机会大幅度减少。

黄河水沙主要来自于上中游地区,中游的潼关站控制黄河流域面积的91%、径流量的90%、泥沙的近100%。分析潼关水文站各个年代水沙发现,由于多种水利水土保持措施作用的不断增长,黄河水沙自20世纪60年代之后发生变化。

20世纪80年代中期以来,黄河干流盐锅峡、青铜峡、刘家峡、龙羊峡多年调节水库的蓄水运用以及黄土高原水土流失治理力度进一步加大,除了以上大量工程作用外,1999年以来实施退耕还林还草工程、及2003年以来实施“淤地坝亮点工程”,更为主要的是近年来中游地区农民不在开荒种地,都到城市打工,也是减少沙量的不可忽视主要原因之一。

2000年到2012年相对较短时段,与1987年以来的26年系列相比,潼关站径流量、输沙量更少,含沙量也进一步减小,径流量、输沙量分别为231.2亿立方米、2.76亿吨、平均含沙量为12.0公斤/立方米。在2010年以来年沙量只有2.51亿吨。

黄河中上游进一步治理,进入黄河下游洪峰还会进一步逐渐减小。以汾河上水库为例;流域上兴建小1型以上水库69座,总库容达13.3亿立方米,已经超过汾河年水量(年径流9.7亿立方米)后,使得河津站洪水基本消失。

华北地区河流的流域特性与黄河流域相近似,经过干支流水库群的调节,已经几十年没有大洪水发生,其治理经验与教训对指导黄河治理具有重要指导意义。

由于海河流域的治理,华北平原上的河流已经相继都变成干河,偶尔才会有洪水下泄。据环保部调查,华北地区河流已经有三分之二变为干河(干河比总数227/333)。海河流域已有大、中型水库141座,其中的123座水库的总库容达247亿立方米,蓄水量常达70至80亿立方米:永定河、拒马河、滹沱河、漳河各大支流及汾河已经长期断流,多年来没有洪水发生,河流的环境严重破坏。华北地区海河支流,永定河的年径流量与总库容比为(14/21)、滹沱河为(22/29)、漳河岳城库容13亿立方米,均已经几十年没有大洪水发生了,洪水入海机会更谈不上。黄河下游也在华北平原,华北河流的现状对黄河下游的具有巨大的启示意义。

黄河泥沙是黄河三角洲迅速造陆的主要动力,分析1950到2016年黄河口利津站来水来沙表明,来水量来沙量逐年减少,呈现出黄河入海水沙条件变化总趋势,可以得出以下主要认识:

黄河进入河口来水来沙年际间变化过程极不均匀,来水来沙主要集中于汛期的洪水期。进入河口地区来水来沙年际间变化呈现逐年变小的趋势。小浪底水库投入运用以来,2000-2015年利津站的平均年水量还有150亿立方米,平均年沙量只有1.26亿吨,最大年沙量只有3.32亿吨,不足天然情况下年沙量12亿吨的30 %。其变化趋势与黄河中游的沙量变化趋势相同。

如果今后长时期输沙到海口地区的年沙量减小到小于河口地区海岸动力自然侵蚀能力每年3-4亿吨,河口淤积延伸对下游河道淤积造成影响可以忽略。

黄河经过几十年的治理,大水带大沙现象出现机会明显减少,但黄河的来沙主要由洪水携带的特点不会改变。

黄河干支流治理近几十年来不断的治理,已经使黄河流域情况发生巨大变化:干流已建水库30座,总库容达到626亿立方米;支流上共建小1型以上水库达600座(1994年统计),总库容达到110亿立方米,已使黄河干支流已建水库的总库容达到736亿立方米,超过黄河年水量600亿立方米,必然使得进入下游洪水洪峰流量大幅度变小。

小浪底水库修建前,下游堤防按百年洪水设计,花园口站洪峰流量为22000立方米每秒,小浪底水库投入运用后设计标准升为千年一遇洪水,目前黄河下游防洪标准是世界最高,显然不合理。

目前,黄河河床不抬高已经实现,只有游荡河段主流还在宽浅河槽中不断摆动,对稳定主流、引水防洪均不利,应通过有效工程设施加以控制。另外,对黄河流域大型水库兴建应当适当控制,防止出现华北地区河流长期断流,流域环境恶化情况发生。

鉴于黄河来水来沙条件已经发生趋势性变化,对黄河洪水设计标准及设防流量应尽早进行审定,包括合理的防洪标准,设计洪峰流量值。

黄河规划中提出的滩区是行洪和堆沙的场所,也已经成为历史,滩区淹没政策补偿也没有意义,解放黄河下游滩区的客观条件已经成熟。

综上所述,我认为,现在对黄河认识已不是几十年前的老认识,其治理方法也不应是过去老办法!应该适时进行调整了。

(作者为著名黄河研究专家,黄河水利科学研究院教授级高级工程师)

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