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黃河演變過程的宏觀分析——再論21世紀“水沙分離,高效輸沙”治黃設想

更新時間:2009-09-02 09:58 來源:水信息網 作者: 侯起秀 閱讀:1603 網友評論0

1、引言

筆者于2001年參加研究21世紀治黃新思路時寫過一篇題為《潘季馴束水攻沙理論研究——兼論21世紀“水沙分離,高效輸沙”治黃設想》的文章,水信息網很快予以刊登,至今已有1000多人看到該文,深表感謝。

上文通過對潘季馴束水攻沙理論不斷發展的過程以及黃河目前的現實如水資源利用率大幅度提高、河道淤積嚴重、平灘流量大幅度下降、徑流量銳減等情況的分析,認為治黃措施亟待調整;以水土保持為基礎,建立在水庫群調控下的水沙分離、高效輸沙機制是解決下游河道嚴重淤積問題切實有效的措施之一。

本文是對上文的補充論述。潘季馴束水攻沙理論和實踐強調利用下游河道排沙,在實踐過程中以前有難度今后難度更大。利用上中游攔沙減淤是1955年黃河規劃報告的基本思想,在實踐過程中發展為“上攔下排”以及“攔、排、調、用”的思想。“水沙分離,高效輸沙”治黃設想符合這種思想。

2、黃河演變過程

黃河在漫長的演變歷史過程中大致可以分為以下5個階段。

(1)自然狀態階段。時間以萬年計。在這個階段,黃河沒有束縛,隨心所欲,來回擺動,填海造陸,創造出極其廣大的陸地。

(2)在堤防系統束縛下進行橫向控制的“下排”階段。時間以千年計。在春秋時代,隨著人口增加,人類活動增多,下游日漸開發,為了發展生產的需要,沿河諸侯各自為利,先后筑堤。至戰國時,兩岸堤防上下多連貫在一起,且具有一定規模。筑堤后,由于兩岸堤距之間容量有限,泥沙淤在河槽內,河床逐漸抬高而成為地上河,防御洪水能力也隨河床淤高而降低,故決口改道逐漸增多。

(3)以水庫工程為主進行縱向控制的“上攔”階段,或可稱為“蓄水攔沙”階段。1955年全國人大通過的黃河綜合規劃,具有很高的權威性,因此得到迅速貫徹執行,對治黃工作影響極大。黃河綜合規劃明確提出所應采取的方針就是“蓄水攔沙”。主要措施有二:第一,在黃河的干流和支流上修建一系列的攔河壩和水庫,可以攔蓄洪水和泥沙,防止水害;可以調節水量,發展灌溉和航運;可以取得大量的廉價的動力。第二,在黃河水土流失嚴重地區,開展大規模的水土保持工作。這樣既避免了中游地區的水土流失,也消除了下游水害的根源。為了首先解決黃河的防洪、發電、灌溉和其他方面最迫切的問題,提出第一期計劃。其中最為關鍵和迫切的工程是決定修建三門峽樞紐工程和為保護三門峽水庫在中游地區修建攔泥庫工程。

(4)“上攔下排”階段。在總結三門峽水利樞紐工程經驗教訓的基礎上,1963年3月,王化云提出:“在上中游攔泥蓄水,在下游防洪排沙,一句話‘上攔下排’,是今后治黃工作的總方向。”過去總認為黃河治本只是上中游的事,上中游問題解決了,下游的問題就好辦了。從失誤和挫折中,當時認識到“黃河治本不再只是上中游的事,而是上中下游整體的一項長期艱巨的任務”,“下游也有治本任務”。

從“蓄水攔沙”到“上攔下排”,可以說是治黃指導思想上的一次重要發展。在這一思想指導下,治黃工作一方面在黃河中游進行調查研究,總結經驗,抓緊進行“上攔”工程的試驗和探索;一方面在下游加強“下排”措施,大力恢復下游河道的防洪能力,進一步推動了治黃的實踐。

(5)“上攔下排,兩岸分滯”及“攔、用、調、排”階段。1975年8月上旬,淮河流域發生了一場罕見的特大暴雨,給國民經濟和人民生命財產帶來了嚴重損失。遵照國務院關于要嚴肅對待特大洪水的批示,1975年12月中旬在鄭州召開了“黃河下游防洪座談會”。一致認為,黃河下游花園口站有可能發生46000立方米每秒的洪水,建議采取重大工程措施,逐步提高下游防洪能力,努力保障黃淮海平原的安全。會后,水電部和河南、山東兩省聯名向國務院報送了《關于防御黃河下游特大洪水的報告》。《報告》提出:當前黃河下游防洪標準偏低,河道逐年淤高,遠不能適應防御特大洪水的需要,“擬采取‘上攔下排,兩岸分滯’的方針,即在三門峽以下興建干支流工程,攔蓄洪水;改建現有滯洪設施,提高分滯能力;加大下游河道泄量,排洪入海。”

以后,修建了小浪底、洛河故縣水庫工程,加高加固了堤防等。人民治黃以來,黃河下游先后興建了以干支流水庫、堤防、河道整治工程、分滯洪區為主體的“上攔下排、兩岸分滯”的防洪工程體系。同時水文、信息網絡、通信及防洪組織管理等非工程措施也得到了進一步加強,初步形成了較為完善的黃河下游防洪體系。

王化云回顧40余年人民治黃的歷程,認為:通過修建干支流水庫,特別是三門峽水庫的運用實踐,發現在黃河上修建水庫,既能調節徑流,還能調節泥沙。通過干支流水庫(主要是干流七大水庫),調水調沙,變水沙不平衡為水沙相適應,更好地排洪、排沙入海,同時充分利用黃河水資源,為經濟建設服務。

王化云認為,今后治理黃河主要還得靠干流。擬建的小浪底、磧口、龍門(后改為古賢)、大柳樹水庫,連同已建的三門峽、劉家峽、龍羊峽共七大水庫,是黃河干流上對水沙調節有重要作用的骨干工程。“攔”(攔水攔沙)、“用”(用洪用沙)、“調”(調水調沙)、“排”(排洪排沙),其中哪一項也離不開七大水庫的重要作用。“七大”水庫建成后,連同伊、洛、沁河支流水庫,全河即可形成比較完整的、綜合利用的工程體系,實行統一調度,調水調沙,充分利用黃河水沙資源,發揮最大綜合效益。

總起來說,王化云把整個黃河看成了一個大系統,主張運用系統工程的方法,通過攔水攔沙、用洪用沙、調水調沙、排洪排沙等多種途徑和綜合措施,主要依靠黃河自身的力量來治理黃河。他認為,從長遠考慮,黃河水資源不足,還要進行南水北調。到那時,黃河將發生根本性的變化,真正成為一條利河了。

3、對黃河演變過程的評析

(1)淤積、改道、再淤積、再改道是黃河的自然特性。這是形成華北平原并奠定黃河是中華民族“母親河”地位的原因之一。1933年李儀祉先生就指出:“觀黃河者須知孟津、天津、淮陰三角形,直可以三角洲視之,魯西山地昔海島也,則此三角形面積中俱黃淮諸流淤積而成也。所以如此之廣者,遷徙之功也”。

提出這一觀點與當前權威性的表述并不矛盾。例如近年完成的《黃河流域防洪規劃》指出:“黃河水沙具有水少沙多、水沙關系不協調的顯著特點。主要表現三個特點:一是水少沙多,進入黃河下游天然水量僅有560億立方米,輸沙量高達16億噸,多年平均含沙量28.6千克每立方米,實測最大含沙量911千克每立方米(1977年),輸沙量和含沙量均為大江大河之最;二是水沙異源,水量主要來自上游蘭州以上,沙量主要來自河口鎮至三門峽區間,蘭州以上來水占全河55.6%,遠超過流域面積占全河流域面積30%的比例,河口鎮至三門峽區間來沙占全河91%,遠高于流域面積占全河46%的比例;三是天然水沙量分布不均,主要集中在汛期7月~10月,水量約占全年的60%,沙量更為集中,占90%,且往往集中在幾場洪水,水沙量年際間變化也很大,沙量更為集中,往往集中在幾個大沙年份。” 在上述三個特點作用下,在黃河自然發展或者人類缺乏有效干預手段時結果就是淤積甚至強烈淤積,淤積的結果就是改道。

黃河在形成華北平原過程中淤積了多少泥沙才得以形成這一面積達到25萬平方公里的大平原。目前只能依據現有資料進行估算。例如如果采用黃河切穿三門峽的時間為距今15萬年前,黃河下游年均輸沙量16億噸,那么淤積總量約是240萬億噸。由于采用方法、技術路線和條件不同,就會得出不同的結果。但泥沙淤積總量至少在200萬億噸以上被一些學者所認同。

對應上述階段劃分,黃河填海造陸主要是在自然狀態階段取得的。由此也可以看出黃河泥沙是寶貴的自然資源。認識自然規律、服從自然規律、把握自然規律,讓寶貴的自然資源服務于社會和人民是治黃的根本所在。

(2)隨著人類社會的不斷進步,為實現人類社會生存發展和在華北平原進行開發生產就必須用必要的措施把自然狀態的黃河也包括威脅人類社會生存發展的其它河流加以約束。這是堤防產生的原因也是人與河流斗爭的開始。由于黃河淤積、改道、再淤積、再改道的自然特性十分顯著,當堤防約束力小于黃河自然力時黃河就發生決口改道。因此,歷代對黃河造成的災害特別是洪水災害史不絕書。根據《黃河下游防洪減淤規劃》:“黃河下游的水患歷來為世人所矚目。從周定王五年(公元前602年)到1938年花園口扒口的2540年中,有記載的決口泛濫年份有543年,決堤次數達1590余次,經歷了五次大改道和遷徙。洪災波及范圍北達天津,南抵江淮,包括冀、魯、豫、皖、蘇五省的黃淮海平原,縱橫25萬平方公里,造成了巨大的災難。” 必須防治嚴重的洪水災害,使人民少受洪水威脅。因此,在理論和技術水平相對較低的時代治黃的主要任務就是防洪。

在明清時期出現了一種劃時代的治河思想,以潘季馴治河思想為代表的“束水攻沙”理論。在這一理論指導下,開展了修建窄堤,約束洪水,努力“下排”的實踐;進行了根據“淮清河濁,淮弱河強”的特點,一方面筑堤防止黃水南侵入洪澤湖,另一方面加強洪澤湖東岸的高家堰,充分利用洪澤湖蓄淮河之水,以清刷黃,黃淮二水相匯,河不旁決則槽固定,沖刷力強,有利排沙入海,竭力“下排”,即“蓄清刷黃”的實踐。但從潘季馴等的治河實踐可以看出無論束窄堤距還是增水沖沙對下游河道減淤都有積極影響,同時又受到各種因素的制約,有其局限性。這種實踐以清咸豐五年 (1855年) 黃河再次決口改道而結束。實施“束水攻沙”措施對延長黃河下游河道壽命起到的作用是重大的,充分說明人類在自然規律面前具有能動作用。

但是,在堤防系統束縛下進行橫向控制的“下排”階段進行的長期的治黃實踐和探索也告訴我們只依靠堤防約束進行“下排”并不能夠完全解決黃河下游的淤積問題,“下排”不掉的泥沙造成的河道淤積仍然十分嚴重。試想如果人類具有與河道淤積相對應的筑堤技術和能力,把25萬平方公里上的泥沙予以堆積,堤防真有上天的可能。因此,當時出現了黃河下游堤防“隆之于天”的議論。

(3)自1946年人民治黃以來,黨和國家對治黃工作的高度重視,治河理論和實踐的探索都有突破性發展。王化云根據國家的方針政策,結合黃河實際,使治黃工作由下游防洪走向全河治理,使黃河的面貌發生了很大變化。

1954年10月,編制完成的《黃河綜合利用規劃技術經濟報告》(簡稱《技經報告》) ,后經全國人大通過,具有很高的權威性,因此得到迅速貫徹執行,對治黃工作影響極大。《技經報告》選定三門峽水利樞紐為實施黃河規劃的第一期重點工程。《技經報告》指出:“在選擇第一期工程時,必須能夠解決防洪、攔沙、灌溉、發電以及航運等綜合利用任務。在黃河中游,只有三門峽是唯一能夠達到這樣要求的水利樞紐。” 國務院副總理鄧子恢在第一屆全國人大會第二次會議上作的《關于根治黃河水害和開發黃河水利的綜合規劃的報告》中指出:“我國人民從古以來就希望治好黃河和利用黃河。在實行送走水、送走泥沙的治河辦法同時,控制水、控制泥沙而加以利用的想法,古時也早有人提出過。例如公元前七年,西漢的賈讓就曾向當時的皇帝漢成帝提出了一個沒有被采納的建議,要在現今河南浚縣附近的黃河北岸修筑三百余里的石堤,堤下多設水門并修渠,‘旱則開東方下水門溉冀州,水則開西方高門分河流’。我國近代的水利學者李儀祉,首先指出了從中游著手治河的必要,并提出過在中游防沙的兩種方法:‘(一)防止沖刷,以減少其來源。(二)設置谷坊,以堵截其去路。’他們的理想只有到我們今天的時代,人民民主的毛澤東時代,才有可能實現——當然是高得多的水平上實現。國民黨政府在一九四六年請來的美國顧問雷巴德、薩凡奇、葛羅同,在他們的作的‘治理黃河初步報告’中,雖然承認水土保持工作的重要,卻認為‘以之推行于整個區域而生效,需時或將數百年’。這不能不叫人想起周朝的人早就說過的說:‘俟河之清,人壽幾何!’但是現在我們不需要幾百年,只需要幾十年,就可以看到水土保持工作在整個黃土區域生效;并且只要六年,在三門峽水庫完成以后,就可以看到黃河下游的河水基本上變清。我們在座的各位代表和全國人民,不要多久就可以在黃河下游看到幾千來人民所夢想的這一天——看到‘黃河清’!”

當時主要設想以“上攔”工程,控制水、控制泥沙而加以利用,這是“上攔”階段的開始。

三門峽工程于1957年4月開工,1960年9月開始蓄水攔沙。但原設想的支流攔泥庫工程未能修建,水土保持工作也沒有達到如期效果。由于水庫淤積嚴重和庫區移民工作困難,1962年3月改為“滯洪排沙”運用。70年代三門峽工程改為“蓄清排渾”運用。水庫改變運用后,在“滯洪排沙”運用期間,庫區淤積有所減緩,但潼關河底高程并未降低,庫區“翹尾巴”現象仍在繼續發展。因而在1957年、1962年、1963年、1964年展開了多次治黃大爭論并決定對三門峽工程進行了兩次改建。

錢正英指出:中華人民共和國成立后,江河治理取得很大成功,但也曾發生過失誤。最大的失誤是1955年有關治黃方案的決策。由于對客觀規律認識不足,制定了“節節攔泥,層層蓄水”的治黃規劃,要求以水土保持、支流攔泥水庫和干流三門峽水利樞紐等三道防線,把黃河的洪水和泥沙全部攔蓄在中游,解除下游的防洪負擔,并使黃河下游變清。但實踐證明這個決策是錯誤的;水土保持不能達到預期效果;攔泥水庫的代價太大,大多數不能修建;三門峽的淤積嚴重,超過預計,特別是淤積部位向上游發展,形成“翹尾巴”威脅西安。經過反復調查后,三門峽從原來“蓄水攔沙”的高壩大庫大電站,改為“蓄清排渾”的低水頭徑流電站;下游河道從原來的完全依靠三門峽及上中游解決洪水泥沙,改為通過綜合治理,盡量發揮河道的排洪排沙作用。由于及時修改了規劃思想,使治黃事業走向正確的道路,取得了巨大成就。

“上攔”階段時間不長,但通過這次實踐,有諸多啟示。

第一,僅依靠“上攔”工程的縱向約束也有局限性,“上攔”庫容相對于源源不斷的泥沙明顯不足。攔在水庫里的泥沙應是“暫存”,而不應是“永存”。有人把水庫比做水銀行,是對水庫調蓄徑流的形象比喻。水庫對泥沙也應該是調蓄,而非“死攔”。只有調蓄才能可持續發展,可持續發展才是水庫特別是多沙河流水庫應該遵循的發展道路。如果“死攔”對河流生態環境的負面影響是顯而易見的。如果我們在中游建的若干水庫,都和三門峽水庫同樣的結果,由于泥沙淤積在壩后形成所謂“河道型”水庫,不僅對生態環境造成影響,而且隱含著日后的危機。當前正在進行的病險水庫除險加固工作,就包括許多類似的水庫。水庫終究是有生命的,超越生命的工程是不存在的。當水庫壽命終結之時,對于清水河流水庫采取放空等措施可以減輕災害,但對于多沙河流水庫泥沙不能如水般容易排空,后果要比清水河流水庫嚴重。

第二,三門峽水庫是一座高壩大庫,由原蘇聯列寧格勒水電設計院按蓄水攔沙(基本上不排沙)運用方式設計,1960年9月建成后水庫經常保持在高水位,造成泥沙大量淤積在水庫內,淤積末端向上游延伸的速度很快,影響了陜西關中平原的農業生產和人民生活;到1964年10月,三門峽水庫330米水位以下的庫容已由58.9億立方米減少到22.1億立方米,損失庫容62%。這時,周恩來總理親自主持會議研究決定三門峽水庫進行改建,主要工程是將大壩內低高程的、已封堵的導流底孔打開,改建成泄洪排沙底孔。至1972年二期改建工程完成后,不僅使庫水位315米時的泄洪能力從4000立方米每秒增加到10000立方米每秒,還使入庫泥沙可以完全排出庫外,并沖刷了以前的泥沙淤積,水庫水位330米以下庫容也由22.1億立方米,恢復到31億立方米,并且一直保持到現在。1972年到現在,水庫雖然經過多次滯洪運用,水庫庫容沒再受到影響。三門峽水庫的運用實踐有力地證明,“蓄清排渾”是迄今惟一可行的長期保留多泥沙河流水庫興利庫容的運用方式。“蓄清排渾”方法還在鬧德海、黑松林等多座水庫運用,均取得了良好的、預期的效果。因此,這是我國泥沙專家和工程技術人員從建設實踐中總結出來的、行之有效的多泥沙河流上的水庫運用方式。

通過三門峽等水庫的實踐,總結出“蓄清排渾”等應對泥沙淤積的措施,這種在痛苦教訓中的技術“改良”完全必要,能夠保持水庫長期運用,對于下游防洪、防凌十分重要。但是黃河的主要問題有兩個:一是洪(凌),一是泥沙淤積。第一個問題的根源在第二個問題,對應的是“防”和“治”。三門峽水庫采用“蓄清排渾” 運用方式,表明對泥沙的“上攔”已經貢獻不大。如果這種方法推而廣之,以后中游的若干水庫的結果就可以明了。

也就是說,水庫運用可劃分為兩個階段:一是水庫運用初期,與三門峽等水庫“上攔”基本類似,待水庫達到一定淤積量后結束。其中,運用初期又分為攔沙初期、 攔沙后期和形成高灘深槽三個階段。在攔沙初期, 水庫泥沙的運行規律決定庫區排沙有限,逐步淤積。這一時期水庫主要下泄的是含沙量較低的“清水”。相應地,“清水”沖刷是下游河道減淤的主體。下游河道各河段有沖有淤,但以沖為主。該時期隨著水庫的運用,水庫的淤積形態、庫容及其分布不斷發生變化,下游的河槽形態、床沙組成及行洪排沙能力等也會發生變化。攔沙后期是水庫攔沙運用的主要階段,歷時較長,其運用直接關系著水庫對下游減淤作用的發揮和攔沙庫容的使用年限。二是正常運用期,運用庫區灘面以下槽庫容。這個階段,與三門峽等水庫“蓄清排渾”很相似。三門峽水庫“蓄清排渾”的改建方案是根據黃河泥沙多,在年內分配不均勻,泥沙又主要集中在汛期,非汛期來水較清,及艾山以下河道流量大于3000立方米每秒,河道輸沙特性呈現“多來多排”的特點提出的。把非汛期的泥沙調到汛期排,利用非汛期來水含沙量低,蓄水攔沙發電、防凌,并進行水量調節盡可能滿足下游灌溉用水需求。在汛初降低壩前水位,利用汛期流量大,沖刷能力強,把汛期來沙連同非汛期淤在庫內的泥沙全部排出庫外,達到年內沖淤平衡。

三門峽水庫改建后,從1973年開始“蓄清排渾”運用,利用潼關以下槽庫容進行調沙,經常出現小水排沙,造成黃河下游主槽強烈淤積的不利局面。據1974年~1986年的資料統計,有26%的泥沙由流量小于2000立方米每秒排出,而龍羊峽水庫投入運用后,自1987年~2000年有48%的泥沙由流量小于2000立方米每秒排出。這是應該注意的一種現象,隨著人類認識和改造自然能力的提高,治黃矛盾出現多元化,而且越來越多,越來越復雜。這種現象的發展,可能導致“蓄清排渾”運用方式汛期“無水”排沙的情況,即很難保持庫區沖淤平衡也很難遏止下游河道惡化的情況。

(4)“上攔下排,兩岸分滯”及“攔、用、調、排”綜合處理和利用水沙資源,是按照周恩來總理在上世紀60年代要讓黃河水沙資源在上、中、下游都有利于生產的重要指示,長期治黃實踐和探索的結果,也是實現黃河長治久安和“維持黃河健康生命”的關鍵。黃河治本問題應該從上、中、下游同時考慮,按照“上攔下排,兩岸分滯”的方針,水沙兼治,標本兼治,上中游要攔水攔沙、調水調沙,下游也要排水排沙,更要做好用水用沙。

4、黃河水沙關系發生的重大變化

(1)隨著流域及相關地區經濟社會的發展,工農業生產和城鄉生活用水逐步增加,河道實際來水量明顯減少,越來越不能反映黃河的自然狀態。1950年,黃河流域總用水量僅120億立方米,到2000年,在黃河遇到枯水年份的情況下,總用水量還達到了485億立方米,2000年與1950年相比,總用水量增加了3.0倍,其中地表用水量增加了2.8倍,地下用水量增加了3.8倍。

由于劉家峽、龍羊峽等大型水庫先后投入運用,其調蓄作用和沿途引用黃河水,使黃河干流河道內實際來水年內分配發生了很大的變化,表現為汛期比例下降,非汛期比例上升。例如,花園口斷面實際來水量,自然情況下汛期來水一般占60%左右,1986年以后平均降到了47%左右。

同時,來沙情況與過去相比發生了顯著的變化。50年代~70年代與過去(1919年~1949年)沙量相比,變化不大,但80年代以后沙量明顯減少。1980年~2002年河口鎮、四站和進入下游的沙量年均分別只有0.67億噸、7.46億噸和7.10億噸,與1919年~1949年平均沙量相比分別減少52%、53%和55%。通過利津送至河口地區的沙量年均只有4.52億噸,與1950年~1979年系列均值相比,減幅達57%。

(2)黃河水沙關系也已經發生重大變化,特別是1986年龍羊峽水庫投入運用后,減少了全河干流的中大流量過程,增加了小流量出現的幾率,年內徑流過程調平,各主要沖積性河道的水沙關系向不協調方向發展,主要表現:高含沙量小洪水增多,來沙更為集中。水沙量在各流量級的重新分配造成不同流量級水沙量減少的幅度不同,從而含沙量在各流量級的變化很不一致,龍門以下干流各水文站1000立方米每秒以上、特別是3000立方米每秒以上以上(龍門、潼關、花園口1986年以來最大日均流量分別只有6710立方米每秒、6000立方米每秒和7270立方米每秒)流量含沙量增加較大,龍門、潼關和花園口站3000立方米每秒以上流量級的含沙量從91.2千克每立方米、60.4千克每立方米和42.7千克每立方米增加到176.3千克每立方米、104.9千克每立方米和80.1千克每立方米。1986年以后黃河干流中下游來沙系數S/Q(含沙量與流量之比)明顯增高,特別是1997年7月~8月潼關和進入下游的來沙系數最高達0.31和0.22,是以前的數倍,反映出1986年以后水沙關系日益惡化。

三門峽水庫1960年9月~1962年3月蓄水攔沙運用,下泄清水,水沙關系對下游河道演變有利;1964年11月~1973年10月滯洪排沙運用,把進庫時“大水帶大沙,小水帶小沙”的天然水沙關系調節為“大水帶小沙,小水帶大沙”,水沙關系十分不協調; 1973年11月以來,水庫實行“蓄清排渾”控制運用,非汛期攔沙、汛期集中排沙,泥沙在汛期的集中程度更高。

黃河流域水土流失的治理重點是河口鎮至龍門區間黃河多沙粗沙主要來源區,治理措施以攔沙減蝕為主,因此減沙的作用大于減水,對緩和水少沙多的矛盾有利。

黃河下游自1958年開始大規模引水以來,引水量越來越大,1985年~1999年年均達100.7億立方米。引水量占來水量的比例在不斷提高,從20世紀50年代的6%增加到1985年~1999年的37%。而引沙量與該時期的水流含沙情況有關,且引沙比遠小于引水比,1985年~1999年引沙量年均達到1.3億噸,引沙比僅為17%。

截至2000年,全流域已建成中小型水庫9300座,總庫容近60億立方米。這些水庫不僅增加了水面蒸發,而且對中常洪水有一定調節作用,減小了河道徑流,對黃河干流河道水沙關系也產生一定的影響。

總之,隨著黃河流域人類活動明顯加強,對黃河的水沙關系產生了深遠的影響,使得黃河的水沙關系更加不協調。

(3)針對黃河水沙關系發生的重大變化,治黃的戰略和措施應該進行相應調整。筆者在《潘季馴束水攻沙理論研究——兼論21世紀“水沙分離,高效輸沙”治黃設想》一文中,認為以水土保持為基礎,建立在水庫群調控下的水沙分離、高效輸沙機制是解決下游河道嚴重淤積問題切實有效的措施之一,就是對這種調整的一種探討。

5、“攔、排、調、用”

(1)從上述的階段劃分:自然狀態階段——在堤防系統束縛下進行橫向控制的“下排”階段——以水庫工程為主進行縱向控制的“上攔”階段(或可稱為“蓄水攔沙”階段)——“上攔下排”階段——“上攔下排,兩岸分滯”及“攔、排、調、用”階段,可以看出,人類認識和改造黃河的能力逐步提高,在今后治黃實踐過程中,應該著眼于“攔、排、調、用”,把泥沙作為一種寶貴資源,與水資源放在同等重要的地位,按照周恩來總理在上世紀60年代要讓黃河水沙資源在上、中、下游都有利于生產的重要指示,使寶貴的水沙資源服務社會和人民。

(2)“攔”,從1955年全國人大通過黃河綜合規劃以來,以水庫工程為主進行縱向控制的“上攔”實踐已經走過半個多世紀的歷程。實踐已經說明,黃河的泥沙攔不勝攔,攔不是解決泥沙問題的歸宿,而是其中的過程。

(3)“排”,在堤防系統束縛下進行橫向控制的“下排”實踐時間更為長久,從春秋時代就已開始。筑堤的目的,起初是為了保護和發展生產,隨著人類認識水平的提高又增加了排沙的內容。但從實踐效果看,由于兩岸堤距之間容量有限,泥沙淤在河槽內,河床逐漸抬高而成為地上河,防洪壓力增大;同時,減淤效果也不如人意。當然,減淤效果與堤距、坡降、來水來沙情況等有著密切關系。對于黃河這樣一條情況十分復雜的大河,綜合考慮這些因素及其變化是十分困難的。

同樣,把泥沙排出水庫,進入河道,并不是解決泥沙問題的歸宿,而是其中的過程。只有把泥沙送到可以利用的地方,泥沙才可以服務于社會和人民。在黃河沒有束縛的自然狀態階段,由于來回擺動,填海造陸,泥沙沉積創造出極其廣大的陸地。因此,我們有了息棲、生存和發展的華北平原。由此可見,黃河泥沙是寶貴的自然資源,最基本也是最偉大的功能就是填海造陸,擴大我們生存的陸地面積。隨著下游陸地的生成,河海之間的距離增長,依靠黃河的自然力量發揮填海造陸的功能日益困難,黃河送不走的泥沙在華北平原不斷淤積,形成災害。隨著人類對水資源重視程度和開發利用能力的不斷提高,黃河水沙關系已經發生了重大變化,在這種情況下,依靠黃河的自然力量,發揮填海造陸的功能更加困難。因此,必須尋找有效途徑,提高黃河“排”的能力,讓寶貴的泥沙資源服務于社會和人民。

(4)“調”,是王化云從40余年人民治黃的歷程中對黃河規律性的認識,對治黃實踐具有很強的指導意義。“調”的主要思想是通過干支流水庫(主要是干流7大水庫),調水調沙,變水沙不平衡為水沙相適應,更好地排洪、排沙入海,同時充分利用黃河水資源,為經濟建設服務。因此,“調”的目的是為改變水沙關系,更好地實現“排”。調也不是解決泥沙問題的歸宿,而是其中的過程。

隨著黃河流域人類活動明顯加強,對黃河的水沙關系產生了深遠的影響,使得黃河的水沙關系更加不協調。也就是說,變水沙不平衡為水沙相適應的難度在增加。水庫的修建為人類開發和利用水資源創造了條件,對于解決黃河防洪問題意義重大,同時客觀上改變了黃河的天然來水來沙過程。王化云曾經設想,“七大”水庫建成后,連同伊、洛、沁河支流水庫,全河即可形成比較完整的、綜合利用的工程體系,實行統一調度,調水調沙,充分利用黃河水沙資源,發揮最大綜合效益。但是,目前水庫隸屬關系各異,而且是企業行為,在市場經濟條件下,不可避免地會出現企業追求經濟效益最大化與治黃追求社會效益最大化之間的矛盾。這是新時期出現的新情況、新問題、新矛盾。無疑又增加了變水沙不平衡為水沙相適應的難度。

(5)“用”,就是要把水和沙都作為資源并且加以利用。周恩來總理在上世紀60年代就高瞻遠矚地指出,要讓黃河水沙資源在上、中、下游都有利于生產。其核心就是要用水用沙,充分利用黃河水沙資源,發揮最大綜合效益。這才是解決黃河水沙問題的歸宿。

6、“水沙分離,高效輸沙”設想符合“攔、排、調、用”的要求

筆者在《潘季馴束水攻沙理論研究——兼論21世紀“水沙分離,高效輸沙”治黃設想》一文中提出利用“水沙分離,高效輸沙”的機制控制和處理泥沙的步驟有三個:

(1)在加強水土保持的基礎上,在中游修建必要的干支流水庫群,通過水庫群的攔蓄,特別是上級水庫對下級水庫來水來沙的有效控制,使下級水庫沉降分離水沙后,能夠利用機械、管道進行輸沙,體現了“攔”和“調”的作用。

(2)從中游水庫群以下到河口鋪建專門的輸沙管道,利用比較成熟的固體物料的漿體管道輸送技術,輸沙入海,可以有效減少輸沙水量,提高輸沙效率,而且不造成下游河道淤積,體現了“排”的作用。

(3)由于利用輸沙管道,提高了輸沙效率,有更多的泥沙進入大海,可以發揮填海造陸的功能,同時由于人為控制的輸沙管道,可以調節。例如,不同海域需要泥沙補給,可以布置不同管線;中下游需要補給泥沙、改善生產條件的地區,也可以通過管線布置,予以解決。總之,能夠更好地落實周恩來總理要讓黃河水沙資源在上、中、下游都有利于生產的重要指示。這體現了“用”的作用。

7、結語

(1)從自然狀態階段——在堤防系統束縛下進行橫向控制的“下排”階段——以水庫工程為主進行縱向控制的“上攔”階段(或可稱為“蓄水攔沙”階段)——“上攔下排”階段——“上攔下排,兩岸分滯”及“攔、排、調、用”階段,可以看出人類認識和改造黃河的能力在逐步提高。

(2)“攔、排、調、用”是經過幾十年治黃實踐取得的處理黃河沙的珍貴經驗。在今后治黃實踐過程中,應該著眼于“攔、排、調、用”,把泥沙作為一種寶貴資源,與水資源放在同等重要的地位,按照周恩來總理在上世紀60年代要讓黃河水沙資源在上、中、下游都有利于生產的重要指示,使寶貴的水沙資源服務社會和人民。

(3)“攔”、“排”、“調”不是解決泥沙問題的歸宿,而是其中的過程,“用”才是其合理歸宿。

(4)由于黃河的水沙關系更加不協調,也由于在市場經濟條件下,不可避免地會出現企業追求經濟效益最大化與治黃追求社會效益最大化之間的矛盾,增加了變水沙不平衡為水沙相適應的難度。在這種情況下,需要根據“攔、排、調、用”的思想,尋找有效措施,提高黃河“排”的能力,讓寶貴的泥沙資源服務于社會和人民。

(5)“水沙分離,高效輸沙”的設想符合“攔、排、調、用”的思想,而且從技術角度也是比較成熟的(筆者將另文專述)。

(6)筆者認為:以水土保持為基礎,建立在水庫群調控下的水沙分離、高效輸沙機制是解決下游河道嚴重淤積問題切實有效的措施之一。當前應盡早制定21世紀黃河治理長遠規劃,建議把上述措施做為規劃內容之一并進行深入研究。

主要參考文獻

①侯起秀,潘季馴束水攻沙理論研究----兼論21世紀“水沙分離、高效輸沙”治黃設想,水信息網,2001年9月24日。

②侯起秀,黃河下游治河方略的演變歷史,水信息網,2004年2月24日 。

③侯起秀,21世紀修建黃河水庫工程制約因素分析,水信息網,2001年7月19日

④涂啟華、張俊華、曾芹,小浪底水庫減淤運用方式及作用,人民黃河,1993年3期

⑤任美鍔,黃河的輸沙量:過去、現在和將來——距今15萬年以來的黃河泥沙收支表,地球科學進展,2006 年06期

(作者單位:水利部黃河水利委員會總工辦)

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