水利专家:黄河宽河治理规划应该尽早重新修订

来源:中宏网时间:2018-05-14 16:44:41

  中宏网北京5月14日电 黄河水利科学研究院齐璞日前撰文《黄河下游河床不抬高已经实现》。作者认为,黄河中上游的治理引起的水沙趋势性变化,使下游河道防洪形势发生巨变,进入下游洪水流量和沙量的大幅度逐步减小,输送到河口的沙量也大幅度减小,河口淤积延伸减弱,其对上游河道影响可以忽略。

  作者强调,为了防止发生华北地区河流过度治理局面出现问题,引起黄河下游环境变坏,维持黄河的健康生命,黄河宽河治理规划应该尽早重新修订。 

  全文如下:  

  黄河是世界有名的多沙河流。泥沙在下游淤积是洪水泛滥根源,历史上是一条灾难深重的河流。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。

  然而,目前的黄河不是50年前的黄河,对黄河认识也不是50年前的认识,其治理方法也不应是50年前老办法!需要不断的进行调整。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世纪黄河治理,提出“堤防不决口、河道不断流、水质不超标、河床不抬高”宏观治理目标已经实现。黄河下游已是世界上最安全的大河。目前的设计洪水标准明显偏大,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。

  1 小浪底水库投入运用下游防洪形势巨变

  1)河道发生强烈冲刷

  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2000年投入运用已经16年,下游河道冲刷20亿m3[2],河道冲刷深度2-3m,河槽的泄洪能力迅速增大。河南河段河槽冲刷2m多(见图1),使河槽的平摊流量增加到7200-6100 m3/s(见表1),高村以上河槽过流能力达到6100 m3/s,若考虑1.5m高生产堤的防洪作用,花园口以上河段生产堤内河槽可以下泄流量大于22000m3/s,高村以上河段可以通过大于15000m3/s以上流量。

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  图1    黄河下游河道1999至2015年各河段3000m3/s水位下降值

  Fig 1 Water Level Reductions for 3000 m3/s Discharges in Lower Yellow River (1999-2015)

  2)已经形成世界上最安全的大河

  黄河下游堤防在2000年前按百年洪水设计标准,花园口站洪峰流量22000 m3/s,花园口至高村河段大堤顶高程按设计洪水位超高3m修建,淤背宽度100m,小浪底水库建成后成为千年一遇。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2-3.5m,堤顶宽4至8m的比较完整的堤内防洪体系[1]。

  高村以下河段按设计洪水位超高2.5m修建大堤顶高程。小浪底运用后高村以下河槽冲刷了1.5m以上(见图1),生产堤内河槽可以下泄6800至8000m3/s,黄河下游大堤顶已经高出滩面5至7m(见表1),已经形成滩高河槽深的相对地下河。

  表1小浪底水库自1999-2015年投入运用下游河道冲刷河槽的泄洪能力迅速增大情况

  Table 1 Bankfull Discharge and Capacity of Flood Discharges in the Lower Reach after the Operations of Xiaolangdi Reservoir (2000-2015)

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  图2给出表1中花园口断面河道在小浪底水库投入运用前后泄洪能力巨大变化,主河槽冲刷,平滩流量增大,现在河道泄洪能力比2000年22000秒立米洪水位下降近2米,以上资料分析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,黄河规划中提出的滩区滞洪堆沙作用无法实现,政策补偿也会落空。

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  图2  花园口断面河道在小浪底水库投入运用前后泄洪能力巨大变化

  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。由于小浪底水库的调节避免下游河道断流,增加河南,山东两省用水保证率,保证下游灌溉用水。

  目前黄河下游主要问题是,游荡河段主流还在下切后宽浅河槽中不断摆动冲刷,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,如进行双岸整治形成窄深稳定洪水河槽和高效排洪输沙通道。

  2北方河流水沙量大幅度减小是趋势性变化

  1)华北地区河流的的巨大变化

  华北地区河流的流域特性与黄河流域又相近似,经过干支流水库群的调节,已经几十年没有大洪水发生。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m3,已经超过汾河年水量(年径流9.7亿m3)后,使得河津站洪水基本消失。

  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北方河流已经有2/3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m3),总库容达200多亿m3,蓄水量常达70至80亿m3: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。黄河治理一要避免此类情况发生。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)、漳河为(岳城库容13)均已经几十年没有大洪水发生了。

  2)黄河实测最大洪水流量变化趋势性明显减小[3]

  黄河流域属干旱、半干旱地区,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。

  早在上世纪王化云主任就已经认识到“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[4],总库容达110亿m3,黄河干流总库容达600多亿m3,使得总库容达到700多亿m3,超过黄河的年水量600亿m3,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m3(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m3和6.98亿m3,沁河河口村水库库容3.3亿m3。百年一遇洪水的洪峰流量由29200m3/s降为15700m3/s;若发生1958年的22300m3/s洪水,花园口站洪峰流量将降为9620m3/s;自1982年发生15300m3/s大洪水以来,35年来花园口站洪峰没有大于8100m3/s,小浪底水库投入运用以来没有出现大于5000m3/s,洪水已经得到有效控制,大洪水发生的机会大幅度减少,图3给出花园口站1950年至2016年历年实测最大洪峰流量逐渐变小的变化过程。

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  图3   花园口站1950年至2015年历年实测最大洪峰流量变化过程

  Fig 2 Variations of Field Observed Peak Discharges at Huayuankou Hydrologic Station (1950-2015)

  3)黄河近年来来沙量大幅度减小

  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变化表明,受水利水土保持措施影响,黄河水沙自20世纪60年代之后发生变化。基于全流域水利水土保持措施情况、干流水库投入运用情况以及潼关水文站累积年径流量、输沙量变化过程综合考虑,对黄河水沙变化系列长度超过20年的三个时段重点开展分析:图4给出了潼关水文站(1919-2015)实测年沙量过程变化[3]:

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  图4  潼关水文站(1919-2012)实测年沙量的变化过程

  Fig 3 Variations of Field Observed Annual Sediment Yield at Tongguan Hydrologic Station (1919-2012)

  20世纪60年代以前,黄河水沙受水利水土保持措施影响较小,实测输沙量基本可以代表水利水土保持措施实施前的天然情况。1919年~1959年潼关水文站实测年平均径流量426.1亿m3、输沙量15.92亿t、平均含沙量37.4kg/m3。

  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,尤其是1999年以来实施退耕还林还草工程、2003年以来实施“淤地坝亮点工程”,黄河径流量、输沙量明显减少。2000年~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m3、2.76亿t、平均含沙量为12.0kg/m3。

  4)黄河进入河口地区水沙量的变化趋势

  据利津水文站1950~1999年50年的资料统计,其多年平均径流量为343.3亿m3,多年平均来沙量为8.68亿t。显而易见,黄河泥沙是黄河三角洲迅速造陆的主要动力。图4给出黄河口利津站历年来水来沙特征表明,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. 主要表现在以下几个方面:

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  图5  黄河口利津站逐年水量、沙量的变化过程

  Fig 4 Annual Flow and Sediment Variations at River Mouth: Lijin Hydrologic Station

  从图5给出的进入河口地区长期的年水量、年沙量变化过程可以得出以下主要认识:

  (1)黄河进入河口来水来沙年际间变化过程极不均匀,年最大来水量来发生在1964年为973亿m3,年最小年来水量发生在1997年仅为42亿m3;年最大年来沙量发生在1958年为20.99亿t,最小年来沙量发生在1997年仅为0.30亿t;来水来沙主要集中于汛期的洪水期。

  (2)进入河口地区来水来沙年际间变化呈现逐年变小的趋势,利津站多年平均径流量和输沙量分别为229.2亿m3和5.82亿t,与1950~1999年多年平均流量和输沙量相比均有较大幅度的减小,1970年后没有出现年沙量大于13亿t的情况,1986-1999年利津站的年平均沙量只有4.04亿t,1986年以后年沙量最大发生在1988年,年沙量8.12亿t。

  (3)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m3,平均年沙量只有1.26亿t。最大年沙量只有3.32亿t,不足天然情况下年沙量12亿t的30 %。其变化趋势与黄河中游的沙量变化趋势相同。

  (4)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t,河口淤积延伸对下游河道淤积造成影响可以忽略[7]。

  3黄河治理中存在的问题

  1)小浪底水库可以长期发挥泥沙多年调节的巨大作

  通过黄河八五攻关以来的研究,今后小浪底水库淤满拦沙库容后还要进行利用洪水排沙,形成洪水多,来沙多,水库排沙机会多,洪水输送更多泥沙入海。可以使小浪底水库发挥更大效益,已经取得共同认识,比初步设计效益大大提高,河段平滩流量还会增大,只要在黄河下游通过双岸整治形成窄深高效排洪输沙通道,河床不抬高是可能的,输沙用水量也可以大量节省[3]。

  小浪底水库总库容126亿m3,按小浪底水库初步设计水库运用到15年后254m高程以下70亿m3的库容要被淤满。实际上到目前水库淤积泥沙只有32亿m3,可利用库容还有94亿m3。洪水流量的减小,所需防洪库容的变小。

  黄河经过几十年的治理大水带大沙现象不再出现,以往黄河的来沙具有主要由洪水携带的特点。1986年以前,泥沙多由大洪水携带,年水量大的年份,年沙量也大,这种特点较为明显;1986~1999年时已经不明显[6]。因此需要小浪底水库进行泥沙多年调节,充分利用洪水输沙入海,调节能力也会增加,其控制运用水位参数也有调整的必要。

  2)黄河干支流治理还在发展

  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m3;支流上共建小1型以上水库达600座(1994年统计)[4],总库容达到110亿m3,已使黄河干支流已建水库的总库容达到736亿m3,超过黄河年水量600亿m3,必然使得进入下游洪水洪峰流量大幅度变小。小浪底水库投入运用的16年来花园口站没有出现大于5000m3/s洪水。按照黄河流域规划干流上还有6座待建水库,其总库容为422亿m3。将来黄河干支流上水库总库容将大于1158亿m3。在黄河支流上目前还有大型水库正在修建中,如下游的河口村水库,泾河上的东庄等水库正在建设中。黄河干支流水库群修建,因水库防洪和兴利运用,使得进入下游洪峰流量逐渐减小,主要以基流形式下泄,以满足发电和河道引水灌溉用水需求。黄河流域洪水变化规律与海河洪水的变化趋势类型基本相似;不同的是黄河是一条大河,水量主要来自兰州以上,流域面广,其变化受更多因素制约,衰减速度更加缓慢,但大趋势无法改变。

  3)黄河设计洪水明显偏大

  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22000m3/s, 小浪底水库投入运用后升为千年一遇洪水,目前黄河下游防洪标准是世界最高,显然不合理。在2010年潘家铮院士在给我书写序时明确提出对黄河设计洪水标准偏大问题要重新审定[6]:“历史上黄河下游的洪灾十分严重,而近数十年来,由于各种原因未发生大洪水,甚至汛期也形不成较大的洪峰。今后黄河下游河段的设防洪水标准应如何合理确定?能否大量减低设防洪水流量?遇超标准洪水如何应对?这些问题必须有明确结论并经国家批准,作为治黄的目标和依据”

  目前黄河下游河槽已经具有的巨大泄洪能力(见表1),平滩以下的河槽过水能力在4250-7200m3/s;考虑生产堤高1.5m的作用,河槽可过洪水22000-6800 m3/s,今后的洪水没有漫滩的可能;滩面高程距大堤顶高程均在5-7m,堤顶淤背宽度达100m,是举世仅有的最“安全”大河!因此黄河的设计洪水标准应该进行重新审定,确定合理防洪标准。

  4) 今后下游河道治理中应解决的问题

  从以上黄河洪水变化分析可知,在目前黄河下游河道泄流能力情况下洪水没有漫滩可能,黄河规划中提出的滩区是行洪和堆沙的场所已经成为历史,滩区淹没政策补赏也没有意义。解放黄河下游滩区的客观条件已经成熟。

  目前黄河下游主要问题是,游荡河段主流还在宽浅河槽中不断摆动冲刷,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,如进行双岸整治形成窄深稳定洪水河槽和高效排洪输沙通道。

  4 主要结论:

  1)小浪底水库投入运用下游河道发生强烈冲刷,河槽泄流能力迅速增大,防洪形势发生巨大变化,河床不抬高已经实现。但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。

  2)黄河干支流及流域治理使得黄河洪水流量和沙量趋势性大幅度减小,对黄河治理的前景会产生重大影响。小浪底水库可以来发挥更大防洪、利用洪水排沙,供水等综合效益。今后入海水沙量的减小,使得河口淤积速度对下游影响不断减弱,甚至可以忽略。

  3)鉴于黄河来水来沙条件变化趋势性,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。对黄河流域大型水库应当适当控制,防止出现华北地区河流长期断流,流域环境恶化情况发生,黄河宽河治理规划应该尽早重新修订。

  参 考 文 献

  [1] 张宝森 田治宗等,生产堤问题研究,2007年11月,黄河下游滩区补偿政策研究项目组(黄委会)

  [2] 黄委会水科院2016年5月,孙赞盈等,黄河2016年下游河道排洪能力分析

  [3] 齐璞,孙赞盈,齐宏海。黄河下游防洪形势变化与治理前景展望,泥沙研究,2016年1期

  [4] 熊贵枢,丁六逸,徐建华周建波,黄河流域水库调查报告(R)1984年11月

  [5] 齐 璞 孙赞盈,关于废止1974年破除黄河滩区生产堤决定建议,水利部规划院中国水情研究报告(2008)第150期 ,中国水利电力出版社,2009年p505

  [6] 齐 璞、孙赞盈、齐洪海,黄河下游泄洪输沙潜力与高效排洪通道构建,黄河水利出版社,2010年12月,郑州,306-312

  [7] 李泽刚,黄河近代河口演变基本规律与稳定入海流路治理 ,黄河水利出版社,2006年3月,郑州,108-154

责任编辑:王镜榕
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