21世纪黄河泥沙处理的基本思路和对策Word下载.docx

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因此,21世纪,黄河的泥沙问题如得不到妥善解决,黄河将仍然是中国的一大忧患。

解决黄河的泥沙问题,既要有紧迫感和使命感,又要充分估计它的长期性和复杂性,要在认真总结经验的基础上,积极探索在新形势、新情况下黄河泥沙处理的新思路。

基于对黄河水沙运行与河床冲淤演变的规律性认识与黄河流域经济社会发展对黄河水资源需求的日益增长,我们认为21世纪妥善解决黄河泥沙问题的关键措施主要是:

（1恢复必要的高效造床输沙流量及其过程,维持黄河的泄洪输沙功能,是治黄的核心所在,对此必须高度重视。

近几十年来,在

黄河水资源开发利用过程中,汛期大量引水及调蓄洪水,使黄河造床流量大幅度变小,造成黄河干支流河道主槽严重淤积萎缩,排洪输沙功能衰竭,已经危及黄河生命。

因此,在黄河水资源分配时,必须保留高效造床输沙流量及历时,即高效造床输沙用水,这是维持黄河河道生命的水,应放到重于一切的位置。

鉴于龙羊峡、刘家峡等水库已将黄河上游汛期洪水过程调平,进行径流反调节,重新恢复必要的人造洪峰,形成高效造床输沙流量过程已是当务之急。

（2加大黄土高原治理力度、集中力量加速治理多沙粗沙来源区,开发利用当地洪水泥沙资源,控制水土流失,既是发展当地经济的必由之路,又是治黄的根本措施。

黄河的洪水和泥沙,主要来自黄河中游黄土高原,该地区生态环境脆弱,人为破坏严重,治理任务十分艰巨。

特别是其中多沙粗沙来源区,地形破碎,坡陡沟深,暴雨集中,水土流失极为严重,是黄河粗泥沙的集中来源区,对黄河的危害最大。

但是,该地区人口稀少,若采用一般的水土保持生态建设措施,很难有效控制水土流失,必须针对该地区的特点,寻求根治的办法。

黄河中游多沙粗沙来源区煤炭及天然气资源丰富,是我国主要的能源基地,在我国经济发展中具有重要的战略地位,正在加速开发,但该地区水资源贫乏,地表径流集中在汛期的洪水期几天之内,很难开发利用,丘陵沟壑区破碎的地形又限制了长距离调水工程建设。

经过几十年的探索,针对该地区重力侵蚀严重、人口稀少、水资源贫乏的特点,以建设蓄洪拦泥工程体系为主要措施,是可以将当地侵蚀环境改为沉积环境,在各支流、各支沟有条件的地方普遍修较高的坝蓄水拦沙淤地造田,改造地形,变深沟陡坡为浅沟缓坡、平川,并进行草灌植被建设,变水土流失为水土保持与水土利用,其结果必将从根本上改变这一地区的生态环境,制止水土资源的严重流失。

从目前的筑坝技术水平看,不存在难以克服的困难,最大的难点是如何妥善安置在治理过程中迁移的人口,但这与水库移民不一样,是在土地资源不断增加的过程中,结合该地区煤、气资源开发、能源基地建设、人口向城镇集中实现城市化的过程中逐步实施的,困难是可以解决的。

实际上最大的困难是黄河多沙粗沙来源区的根治,不能仅依靠当地政府与人民的努力,而应视为我国国土整治、环境建设的重点工程,作为21世纪黄河防洪减淤的主战场,像抓三峡工程与南水北调工程那样,由中央政府来主持实施。

从近几十年黄土高原地区综合治理的成绩与经验看,70年代中期,通过5年集中治理,以丘陵沟壑区淤地坝建设为主要措施,使入黄泥沙很快就减少了3亿t,而且其减沙效益持续了几十年。

今后在实施西部大开发战略过程中加大治理力度,增加投入,完全可以使黄河中上游地区的生态环境得到明显改善,进入黄河的洪水泥沙大幅度减少。

（3全面整治黄河下游游荡型河道,改造河型,将宽浅散乱的河道改造成为稳定、窄深、规顺的泄洪输沙通道,对艾山以下河道进一步进行整治,并采取疏浚挖沙措施,使河道不再淤积,

长期保持排洪输沙能力。

黄河下游河道有“多来、多淤、多排”特殊的输沙规律,其输沙能力极高,比长江高几十倍、上百倍,并随着来水来沙条件变化,输沙能力的调整十分迅速,当流量与含沙量相适应,“大水带大沙”有很好的输沙效果。

黄河下游不同河型河道的输沙情况有很大差别,其中游荡型河段,由于河床宽浅散乱,其输沙特性是“多来、多淤、多排”,多年平均只能排走来沙量的80%~85%,而艾山以下窄河道能排走97%~98%。

洪水期进入黄河下游的泥沙有相当一部分淤在宽河段内,在平水期又通过主槽摆动、滩岸坍塌将一部分泥沙冲走,淤在下游窄河段内,实际上宽河道除了沉积一部分粗泥沙外,其洪淤枯冲的泥沙调节对发挥窄河道洪水期的输沙潜能有不利影响。

由于黄河水资源紧缺,黄河输沙用水量被大量挤占,因而利用黄河高含沙量洪水输沙能力大的有利特点,通过水库调水调沙,形成高含沙洪水进入下游多排泥沙,已成为黄河下游排沙的唯一选择。

但是,通过理论、实测资料分析,黄河下游的高含沙洪水属于强烈的紊流流态的两相非均质流,通过宽浅散乱的游荡型河段时发生严重淤积,据对16次高含沙洪水实测资料分析,其在高村以上宽浅河道的淤积量占来沙量的一半以上,其中粒径大于0.05mm的粗泥沙的淤积量占其来沙量的70~80%,粒径大于0.1mm的粗泥沙几乎全部淤在高村以上河段。

高含沙水流远距离输送的必要条件是水流流速应大于按水沙条件确定的不淤流速和与之相应的临界坡降。

黄河下游现行河道上宽下窄、上陡下缓,将宽河道主槽缩窄,可以输送高含沙水流,实行“多来、多排、少淤”的目标,但是山东窄河道的纵比降只有1是不能改变的,只有在大流量下才能满足输送高含沙水流的基本要求（据初步计算必须在5000~6000m3/s以上。

因此,只能在减少进入下游的粗泥沙来量并在较大流量时排沙,才能对宽河道进行改造河型的河道整治,其结果不致于对山东窄河道有不利影响,而又大幅度提高全下游的输沙效果。

基于以上认识,我们建议21世纪黄河泥沙处理实施几个战略转变:

第一,由在黄河下游筑堤束水向中上游地区治理水土流失转变,把中游多沙粗沙来源区治理作为黄河防洪减淤的根本措施;

第二,黄河洪水泥沙处理的方针由“上拦下排,以排为主”改为“上拦下排,以拦为主”,黄河中游的水库由“滞洪排沙,蓄清排浑”改为“蓄洪拦沙,相机排沙,多年调节”;

第三,治黄工作重点由三门峡以下向三门峡以上地区转变,一手抓黄土高原水土利用、水土保持生态建设,一手抓大柳树、碛口、古贤等骨干工程建设。

2.21世纪黄河泥沙处理的总体目标和具体要求21世纪黄河泥沙处理的总体目标是:

在认真总结经验,进一步认识黄河自然规律与黄河流域社会经济发展规律的基础上,根据黄河河情变化与社会发展的需要,以兴利带动除害,寓除害于兴利之中,运用现代科学技术,综合处理与利用黄河泥沙,力争到21世纪中叶,基本控制黄土高原水土流失,使黄河河道不再淤高,谋求黄

河长治久安。

具体要求:

（12010年前后入黄泥沙年均减少5亿~6亿t,2030年前后入黄泥沙年均减少8亿~10亿t,2050年前后入黄泥沙年均减少10亿~12亿t。

（2黄河下游河道2001年起不再淤积,黄河上游宁蒙河道2010年起不再淤积,黄河中游干流三门峡库区2001年起淤积有所减轻,潼关河床高程不再升高,2010年起三门峡干流库区主槽基本不淤,潼关河床高程下降1~2m,2020年起三门峡干流库区由淤转冲,潼关河床高程比现状下降2~3m。

（32010年前后建成大柳树水库,2020年前后建成古贤水库,2030年前后建成碛口水库。

2030年前后黄河上中游龙羊峡至桃花峪河段规划选定的36座枢纽工程将大部分建成,形成以龙羊峡、刘家峡、大柳树、碛口、古贤、小浪底、桃花峪7座骨干工程为主体,龙羊峡、大柳树、碛口、古贤、小浪底为核心的全河水沙调控体系。

（42010年前后完成黄河干流河道整治工程建设,将中上、中、下游干流改造成窄深、规顺的泄洪输沙通道。

（5节省黄河输沙用水100亿m3,充分利用黄河水沙资源。

黄河中上游新增库坝地50万~100万hm2,黄河干流治河造地20万hm2。

黄河三角洲年均新淤土地3~5km2,河口延伸对下游河道的溯源淤积影响基本得到控制。

3.21世纪黄河泥沙处理和利用的重大措施为了实现以上目标,建议采取如下重大措施:

3.1集中力量加速治理多沙粗沙来源区早在60年代初,经过对不同粒径的泥沙在黄河下游河道的淤积情况分析,就清楚地看出,黄河来沙中粒径大于0.1mm的泥沙几乎全部淤积在河道里,粒径为0.05~0.10mm的泥沙,近50%淤在下游河道里,主槽表层淤积物,80%以上是粒径大于0.05mm的粗颗粒泥沙,可见粗泥沙对黄河的危害最大。

随后通过分析与调查找到了黄河粗泥沙的主要来源区,在黄河中游,总面积约8万~10万km2,明确了黄土高原治理的重点区。

不少专家建议将有限的财力、物力集中于这一地区的治理,以较快地取得减少黄河下游河道淤积的效益。

但是,由于这一地区治理难度大,30年来边治理、边破坏,成效不显著。

最近,《黄河的重大问题及其对策》提出,黄土高原水土保持,生态建设“要把产沙集中、对黄河下游河道淤积有重要影响且经济相对落后的多沙粗沙区作为重中之重,集中力量,增加投入,加快治理。

”“针对黄土高原多沙粗沙区重力侵蚀严重的特点,必须加大骨干工程的建设力度,结合大量修建的淤地坝等沟道工程,就地拦蓄利用水沙资源,长期保持拦泥淤地的效果。

”黄河中游黄甫川、孤山川、窟野河、秃尾河是黄河粗泥沙来源最为集中的地区,其流域面积16518km2,年径流14.04亿m3,年输沙量2.276亿t,粗沙1.341亿t,年输沙模数高达1.378万t/km2.a;

其中粗沙占全沙的58.9%。

在历年查勘与规划工作的基础上,我们初步研究了4条河集中拦泥工程系统建设方案,其考虑的主要条件是:

（1支流干流工程布置应在碛口785m方案回水影响以上或基本不受影响,不淹重要城镇;

（2支沟拦泥库,

主要在二级支流上,除特殊重要的铁路、公路外,均可修建拦泥库,原则上是一沟一库,布置在沟口附近;

或一沟两库,布置在沟口附近和中游地段各一座;

（3治沟骨干工程,主要布置在三级支流上,控制面积应较现有规模有所增大,以5~10km2为宜。

据现有资料,四条河的拦泥工程布置,除上游河段修建转龙湾、新庙、彩免沟等3座水库,为矿区供水外,其余地区,特别是中下游水土流失严重地区均可按治沟骨干工程、支沟拦泥库、干流拦泥库三级布置,形成拦泥蓄水工程系统,其主导思想是人工抬高侵蚀基准面,变侵蚀环境为沉积环境,使沟壑变平川。

修建方法,主要是淤土加高,在没有特殊限制条件下,均可加高至“相对平衡”。

坝系构成是以支沟拦泥库为主,向两头延伸,向上扩展至治沟骨干工程,以增加淤地面积并延缓支沟拦泥库加高速度;

向下延伸至干流拦泥库,以求快速取得拦泥效益,减少入黄泥沙和控制支流入黄洪水。

这些内容的提出,是完全结合当地实际并有充分依据的。

首先,就沟壑变平川而言,这是当地群众的要求,也是生态良性发展的需要。

现有黄土丘陵沟壑区第一副区,地形支离破碎,川地太少,现况分布在干流川地中,多为县城和重镇所占,灌区所在,较大支沟,不仅川地数量少,而且多为村镇驻地。

因此,川地是人们所需求的。

据统计,现有平川地（包括水地、坝地不及所有耕地的8%,人均不足0.4亩。

坝系建成后,情况大为改观,支沟拦泥库可淤地20万亩,干流拦泥库可淤地13万亩,合计约33万亩,按60%利用,有可利用平川地19.8万亩,约为被淹没川地4万亩的近5倍,按淹没范围内人口计,人均可获得8~10亩平川地。

仅此一项新生平川地,即占四条河流域面积的3%,如果加上治沟骨干工程淤地,可增至流域面积的5%,即每平方公里可获得50~75亩平川地。

这种新淤的平川地,一般高出现有河床70~100m,集中连片,干流拦泥库每座达数万亩,支沟拦泥库数千至万亩不等,治沟骨干工程达数百亩之多,星罗棋布,分布在流域水土流失最为严重地区,这对当地生态环境将产生重大影响。

这种拦泥库坝地的形成（或在形成过程中,人们完全可以有计划地将被淹群众就近安置在淤地周边山坡附近,重建新村,经营坝地,精耕细作,退耕还林还草,绿化山坡,发展畜牧业,山川秀美,指日可待。

坝地形成后,侵蚀基准面抬高70~80m,沟缘线以下的陡坡,重力侵蚀最为严重地区,在其回水范围内,都将埋于淤泥面以下,不再产生水土流失。

在其回水范围以上的水土流失,也因侵蚀基面抬高而缩短坡面水流长度,侵蚀强度也相应降低。

因此,水土流失,特别是沟道侵蚀将较原有数量大大降低。

沟道水文条件,随着坝系形成,也会发生很大改变。

沟道形成台阶式平川后,水流势必减缓,洪水亦将变小;

库内淤泥含水,从某种意义而言,拦泥库也就成了地下水库;

拦泥库初期的蓄水阶段,库内存水,可改善局部小气候,并可为坝下川台地供水,也可抽水上山浇灌梯田和坡地。

据粗略估算四条河干流可修建坝高70~

90m拦泥库4座,获得库容25亿m3,淹人15000人,淹没耕地32600亩,淤地130000亩（其中可利用地78000亩,土石方总量约4000万m3,支沟28条,共修坝高80~100m的拦泥库33座,获得库容42亿m3,淹人约7600人,淹地约7800亩,可淤地20万亩,（其中可利用12万亩,土方工程量约9500万m3。

加上治沟骨干工程控制河流面积均3393km2,占流域总面积的20%,控制泥沙3390万t,占流域产沙的15%。

四条河拦泥工程系统可获得库容100亿m3以上,以后还可以逐年加高至“相对平衡”,其总投资约为80亿~160亿元。

但其为当地每年提供8亿~10亿m3的水资源及利用泥沙造地促进社会经济发展的巨大作用以及年均减少入黄泥沙约2亿t,而且60%是为害黄河的粗泥沙,并控制了黄河中游主要洪水,其对黄河中下游的防洪减淤效益是十分显著的。

除集中建设沟道拦泥工程系统外,积极开展坡面水土保持生态建设,也可取得良好的生态环境效益。

以上初步研究结果说明,黄河多沙粗沙来源区是可以根治的,只要集中力量,加大投入,列为国土整治与生态环境建设的重点项目,作为治黄的战略重点,经过几十年长期努力,是可以从根本上改变侵蚀环境为沉积环境的。

3.2抓紧修建大柳树水利枢纽及适时修建古贤、碛口两座高坝大库可能是治黄的最佳选择大柳树水利枢纽工程在黄河干流黑山峡河段,距峡谷出口2km,坝址位于宁夏中卫县境,上距兰州250km,下距银川160km。

坝址处控制黄河流域面积25.2万km2,占流域面积的33.6%。

多年平均径流量336亿m3,占黄河总径流量的58%。

多年平均输沙量1.6亿t,（近20年来减少至1亿t,水多沙少,水资源开发条件优越。

大柳树水库总库容110亿m3,50~100年后还可长期保留50亿m3调节库容。

黄委编制的《黄河治理开发规划纲要》中,将大柳树工程列为黄河干流七个大型控制性水库工程之一,其位置适中,承上启下,对上游龙羊峡、刘家峡等梯级电站起反调节作用,可改善黄河水沙条件,在中游主要来沙期泄放高效造床输沙量过程,减缓黄河上、中、下游河道主槽淤积与萎缩,并对宁、蒙河道起防洪、防凌、减淤作用,在增加黄河可用水资源,开发利用黑山峡河段水电资源,大幅度提高西北电网发电效益,作为西电东送北部通道的枢纽工程,南水北调西线工程的水量调节工程等方面均有不可替代的作用,实是我国西部开发和黄河治理中的战略性工程。

目前水利与电力部门已就黑山峡河段一级开发、兴建大柳树高坝大库方案取得共识,电力部门正准备列为近期建设项目。

现就大柳树水库在黄河水沙综合调节、提高黄河输沙能力,减少河道淤积,节省输沙用水量的作用,初步分析如下:

黄河基本特点为水少沙多,水沙异源,干流河道淤积严重。

黄河上游水多沙少,而中游则沙多水少,故以往汛期中游洪水多靠上游来水起稀释作用,并保持适宜的造床流量,有利于输沙入海。

龙、刘两库修建后,在带来巨大经济效益的同时,也使黄河水沙条件发生很大变化,产生不利影响。

这主要是由于

龙、刘两库汛期大量拦蓄水,在非汛期增加流量,均匀发电,改变径流年内分布,使汛期进入下游的造床流量显著变小,影响输沙,导致河道淤积萎缩。

实测资料表明,龙羊峡水库1986年10月投入运行后,平均每年汛期蓄水约40亿m3,丰水年甚至多达80亿~100亿m3,使宁蒙河段产生严重淤积,年均淤积0.65亿t,内蒙古某些河段1000m3/s流量的水位比以往升高1m。

由于泥沙淤积集中在主槽内,使得内蒙古河道的平滩流量由龙羊峡水库运用前的2500m3/s~3000m3/s,减少到1000m3/s。

自1986年至1996年,黄河中游禹门口至潼关河段其淤积泥沙8.9亿m3,使中水槽平均淤高1~2m,设防流量由达10000m3/s降至4000~5000m3/s。

此外,对三门峡“蓄清排浑”运行方式也产生不利影响,使非汛期蓄水运用所淤积泥沙,在汛期不能全部冲出,难以实现年内冲淤平衡。

潼关高程自90年代以来一直居高不下,使渭河及北洛河下游洪水位居高不下,造成洪涝灾害频繁,经济损失巨大。

据有关单位分析研究,龙、刘两库调节径流使三门峡库区每年平均增加淤积0.6亿t。

由于龙、刘两库汛期蓄水运行,每年还增加黄河下游河道淤积约0.6亿t,加重主槽萎缩,河床高程抬高,使防洪防凌能力逐年下降,平滩流量由5000~6000m3/s降为3000m3/s左右。

几十年的治理实践,使人们认识到维持黄河必需的泄洪输沙功能,是治黄的核心所在,我们在开发黄河水利时必须以不危及黄河的生命为前提,否则就必然走向反面,受到自然的惩罚。

修建大柳树工程,进行径流反调节,是适应河流自身生存发展需要的不可缺少的战略措施。

众所周知,泥沙问题是黄河难治的症结所在,需要采取多种措施综合治理。

积50年治黄之经验,黄委提出应采取“拦、排、调、放、挖”等措施来处理和利用泥沙。

实践表明,这五种措施中,主要起作用的是前二种,其中“调”是为了更多更好地“排”。

60年代我们提出了调水调沙治黄的新理论。

几十年来一直从事三门峡、小浪底水库调水调沙运用研究,研究结果表明,没有上游水库的配合,小浪底水库的调水调沙运用对黄河下游的减淤作用很小,大柳树水库与小浪底水库联合调水调沙运用,就可以取得极大的效果,在2020~2030年前后当黄河泥沙稳定减少到年沙量8亿t左右时,有可能只需50亿~60亿m3水量,就有可能将8亿t泥沙输送入海,节省近100亿m3的输沙用水量,使之用于干旱缺水的西北地区。

修建大柳树的主要任务之一,就是改善下游水沙条件,首先由于大柳树库容大而来沙少,50~100年内均为清水下泄,直接减少下游淤积,其次由于对上游龙、刘等梯级电站起反调节作用,改为汛末和非汛期蓄水,在5~7月和汛期中游主要来沙期集中放水,从而扭转由于龙、刘水库汛期蓄水使下游造床流量减少,加重下游淤积的不利局面。

根据“八五”国家重点科技攻关项目“黄河治理与水资源开发利用”的有关专题结果,大柳树水库冲淤平衡后,由于采用以上非汛期蓄水,5~7月集中放水的运行方式,每年可使宁蒙河段减少淤积0.1

亿t,禹门口~三门峡减淤0.18亿t,黄河下游减淤0.42亿t。

当前黄河最大的生态环境问题不仅是黄河上中游黄土高原地区水土流失严重,同时也因水资源不合理开发利用,使得洪水流量不断减少,造床流量变小,主槽严重淤积萎缩,排洪输沙能力衰竭,危及黄河生命。

对于冲积性多泥沙河流来说,维持必要的、适当的造床流量是很重要的,黄河干流上,中、下游各河段在主要来沙期,每年能维持3000m3/s~5000m3/s的流量10~15天左右,就可以有效维持现河道的泄洪输沙能力,不至萎缩。

为此,大柳树水库应对龙羊峡、刘家峡水库下泄流量进行反调节,除适当满足下游沿河工农业及城市生活用水外,应在黄河泥沙最集中的7月下旬至8月中旬进行集中放水,泄放3000~4000m3/s的中水流量,大柳树水库需增泄水量30亿~50亿m3,增泄的水量是维持黄河生命的造床输沙用水,不应用于灌溉,连同中游河段来水约1000m3/s,则进入小浪底水库的流量为4000~5000m3/s,总水量为40亿~60亿m3,小浪底水库配合泄空排沙,使出库泥沙达到含沙量200kg/m3~300kg/m3,可以排泄全年入库泥沙。

需要指出的是,在现黄河水资源分配时汛期虽留有150亿m3的输沙用水。

据分析,在泥沙不能大幅度减少的情况下,即使汛期保留150亿m3的输沙水量,如果不对水沙进行反调节、改善水沙条件,不彻底改造黄河下游宽浅散乱的游荡性河道河型,不大幅度提高河道的输沙能力,则黄河仍会发生严重淤积。

据我们多年研究,在多泥沙的黄河上修建水库进行径流年调节及多年调节,其必要条件是总库容至少应相当于入库沙量的100倍,三门峡水库受潼关高程的限制,基本没有调节能力;

小浪底水库及