黄河变清调查:每年泥沙减少7亿吨 大洪水几率增加

1评论 2017-09-24 15:04:19 来源:《瞭望》新闻周刊 每天免费送你三只股

历史记载可查的“黄河清”共有43次,最长的一次为1727年,黄河澄清2000余里,持续20多天。新世纪以来的“黄河清”,持续时间之长远超记载,史所罕见。

  大河“清流”

  2000年以来,世界上输沙量最多、含沙量最大的河流——黄河,泥沙含量锐减,悄然出现变清态势。

  黄河潼关水文站实测数据显示,2000年至2015年,年均入黄泥沙量仅为2.64亿吨,较天然来沙均值15.92亿吨减少83.6%。虽然同期黄河径流量较天然时期年均值减少46%,但黄河含沙量却也大幅下降71%,降至目前10.8公斤/立方米。

  历史记载可查的“黄河清”共有43次,最长的一次为1727年,黄河澄清2000余里,持续20多天。新世纪以来的“黄河清”,持续时间之长远超记载,史所罕见。

  1946年人民治黄以来,古老的黄河首次得到系统性治理,彻底扭转了“三年两决口,百年一改道”的险恶局面,实现了70年安澜。其中重要原因就是近20多年来黄土高原生态治理成效卓著,正发生着由“局部好转、整体恶化”向“整体好转、局部良好发展”的历史性转变,平均每年拦减入黄泥沙4.35亿吨。

  《瞭望》新闻周刊记者调研了解到,黄河来沙这一新变化,不仅影响下游“悬河”河道冲淤发展趋势,更关系到未来治黄战略的制定,和已有治黄重大规划的实施。近年来,国家有关部门组织多个课题组研析成因、预判黄河来沙情况,但没有形成统一认识,未能就这一变化属于趋势性还是周期性作出判断。

  目前,黄河泥沙锐减之后,一种乐观论调抬头,认为黄河泥沙问题基本解决,黄河已成为世界上安全系数最高的河流。但采访中,黄河水利委员会和一些治黄专家认为,在黄河下游“悬河”局面未变、黄土高原泥沙无限供给状况未变的硬条件下,黄河洪水“悬剑”依然高悬于黄淮海平原头顶。被水土保持措施拦住的泥沙,只是在沉睡,一旦被超强降雨唤醒,会以惊人的量级入河,高含沙大洪水就会袭来。

  7月26日,位于陕北的黄河支流无定河发生超历史洪水,4500立方米每秒的洪峰挟沙量高达980公斤每立方米。当灌入绥德县城的洪水退去后,人们发现,部分路段淤沙竟厚达1米。随即支流洪水叠加,黄河形成1号洪水……7月28日10时,洪峰演进至小北干流合阳段时,高含沙洪水对河床剧烈冲刷,将河底泥土大块大块掀起,形成罕见的“揭河底”现象……

  在治黄专家看来,黄河“大考”未穷期。

  黄河变清调查

  据5月实测数据显示,黄河含沙量不超过0.8公斤每立方米。

  在非汛期,黄河80%以上河段是清的

  生态建设工程、气候变化、水利工程、经济社会发展是黄河泥沙锐减的重要原因

  近期入黄泥沙锐减不能代表今后趋势,对未来来沙量估计不宜过于乐观:

  水土保持措施作用有局限,若发生超量级降雨,水土流失反而会加大

  大洪水几率增加,一旦决口,可能引发改道

  “小水小沙”隐患重重,清水下泄给未来防洪造就一个新险局

  黄河治理应保持战略定力,防止受局部和短时期变化影响产生战略误判

  5月中下旬,《瞭望》新闻周刊记者从内蒙古包头出发,沿黄河至山东利津入海口采访,看到了一条与往昔完全不一样的黄河。从托克托县河口镇到郑州桃花峪,1200多公里的黄河中游,已然一河清水;直到开封以下,黄河才呈浅黄色。

  这意味着,连同基本是清水的上游,在非汛期,黄河80%以上的河段是清的。潼关水文站控制了黄河91%的流域面积、90%的径流量和几乎全部泥沙含量数据。据5月实测数据显示,黄河含沙量不超过0.8公斤每立方米。

  黄河自河口镇急转南下,将黄土高原劈为两半,奔流至河南三门峡,一路接纳的泥沙占入黄泥沙总量的89%。本刊记者在这一黄河泥沙“主产区”采访,但见往昔的“一支浊黄”已变一派清流。

  “黄河变清已经十多年了,有时候,水甚至是绿的。”山西永和县农民贾长治自幼生活在黄河岸边,对着黄河,54岁的他略带遗憾地说:“现在的黄河没威力了,以前浪有两米多高,成天轰轰吼,外面来的人晚上都睡不着。”

  《瞭望》记者站在壶口瀑布旁,但见从壶口跌落出的河水浪花如雪,有的白中泛绿。陕西韩城黄河禹门口段,河水清且涟漪。在水流平缓的河湾处,两岸高山倒影可见。

  从开封直至入海口,黄河变黄;但与10多年前相比,色泽偏浅。专家解释,在非汛期,小浪底水库下泄的是清水,演进中冲起了河底淤沙,才再现黄河“本色”。据了解,1999年小浪底水库下闸蓄水后,即进入拦沙运用,2000~2015年,黄河下游年均输沙量仅为0.64亿吨,较1950~1999年均值减少11.39亿吨。

  小浪底水库是调控黄河水沙的一张“王牌”,拦沙库容为75.5亿立方米,按原设计,运用14年后拦沙库容基本淤满,但目前仅淤积32亿立方米。

  据地质史专家李鄂荣考证,历史上有记载可查的“黄河清”共有43次,最长的一次为1727年,黄河澄清2000余里,持续20多天;新世纪以来的“黄河清”,持续时间之长为历史罕见。

  黄河泥沙去哪里了?

  自1919年黄河有水文记录以来,黄河实测最高含沙量达每立方米911公斤,年度最大输沙量达39.1亿吨。黄土高原上的泥沙去哪里了?内蒙古鄂尔多斯(行情600295,诊股),陕西延安、榆林,是黄河最重要的沙源,《瞭望》新闻周刊记者沿河走访十多个县,探寻黄河泥沙锐减之谜。

  鄂尔多斯过去每年向黄河输沙1.6亿吨,其中易在河道淤积的粗沙1亿吨,占入黄粗沙总量的25%。经过30多年治理,鄂尔多斯水土流失综合治理度达50%。2016年8月17日,鄂尔多斯出现历史极值降雨,由于水土保持措施见效,当地十条入黄一级支流冲淤变化不大;暴雨中心西柳沟推算径流量可达7176立方米每秒,可实际只形成了3000立方米每秒的流量。

  近20多年来,黄土高原生态治理成效卓著,正发生着由“局部好转、整体恶化”向“整体好转、局部良好发展”的历史性转变。1999年至2015年,延安累计退耕还林1070万亩,覆盖了当地19.4%的国土面积,植被覆盖度达67.7%。据试验,当坡面生态治理后,使径流不下沟,则沟壑地的径流、泥沙分别减少58%和78%。榆林市一项调查表明,仅由于淤地坝建设,就减少水土流失量三分之一。

  水利部黄河水利委员会(以下简称黄委会)提供的数据显示,近20年来,通过水土保持措施,平均每年拦减入黄泥沙4.35亿吨。

  专家指出,除生态建设工程外,气候变化、水利工程、经济社会发展也是导致黄河泥沙锐减的重要原因。

  黄河流域潼关以上地区共有大型水库26座,中型水库170座,但大多分布在水土流失轻微地区。黄委会等组织的课题组实地走访了90%的大中型水库,分析计算得出近期水库年拦沙1.734亿吨,其中黄河干流水库拦沙0.81亿吨。另外,由于上游水库大量拦蓄汛期水量,导致黄河内蒙古河段淤积严重。目前巴彦高勒至三湖河口已形成268公里长的地上“悬河”,每年淤积泥沙0.52亿吨。

  与黄河勘测规划设计公司课题组在黄河中游一路调研中,《瞭望》新闻周刊记者发现晋陕峡谷河段,采沙场星罗棋布。据了解,近十年来,黄河中游地区城镇化提速,在基建和房地产拉动下,出现了“采沙热”。

  从山西保德县城出发,顺沿黄公路开行40公里,沿河两岸共32个沙场。冯家川乡冯家川村聚集着4家沙场,沙场工人冯在连说:“黄河沙是天然水洗沙,是最好的建筑沙。沙场一天可挖沙20多卡车,一车能装30吨沙。”本刊记者顺绥德县沿黄公路前行30公里,在绥德一侧看到31个沙场,对岸的山西柳林县还有27个。在山西兴县、吉县、河津等河段,也存在相同量级的沙场。同行的黄河勘测规划设计公司专家估测,每年沙场约挖走1亿吨泥沙。

  初步估算,以上减沙因素大致每年减少入黄泥沙7.6亿多吨。至于近期气候变化对入黄泥沙增减的影响,争议巨大,没有明晰的成果。

  本刊记者采访中发现,随着黄土高原产沙区大量农民外出打工或迁居城镇,导致大量坡耕地撂荒或弃种,从而引发植被自然恢复;但这一因素在测算生态建设产生的拦沙效用时,未被充分考虑。陕西绥德桥沟是一个完全自然修复的小流域,已实现“零耕种”。

  20年前,20毫米每小时的降雨就会产沙,如今70毫米每小时以下的降雨都不产沙。山西兴县瓦台乡前北会村有2000多亩耕地,现在只种600多亩。山西保德县冯家川乡冯家川村有5000亩耕地,耕种的不到1000亩,一些梯田也撂荒了。

  未来黄河还会来多少沙?

  黄河天然年均来沙量为15.92亿吨,用1919年至2015年实测数据计算,有水文记录以来黄河实际年均来沙11.58亿吨。近年来,相关部门对今后黄河来沙趋势开展了大量研究,但结论差别巨大。

  “十二五”国家科技支撑项目——“黄河水沙调控技术研究与应用”课题组对2007年至2014年黄河水沙状况研究后认为,黄河中上游主要下垫面因素年均实际减沙15.6亿~17.3亿吨,其中林草梯田等因素年均减沙12.54亿~14.11亿吨,水库淤地坝及灌溉引水增量拦沙3.2亿吨。

  课题组对1956年以来黄河主要产沙区年均雨量和雨强研究后发现,研究时段均值基本相当,甚至偏丰,不仅没有减沙,大部分时间还有增沙作用。课题组测算,在多年平均降雨条件下,未来黄河潼关站来沙约在4.5亿~5亿吨。

  “黄河水沙变化研究”课题组主要研究时段为2000年至2012年,认为降雨对泥沙减少贡献率为20%,生态、水利工程对泥沙减少贡献率为80%,减沙量为年均11.06亿吨。

  《黄河流域综合规划》认为,目前的水利水保措施年均减沙4亿吨左右,到2030年适宜治理水土流失区得到初步治理后,每年可减少入黄泥沙6亿~6.5亿吨。届时,入黄泥沙可减少至9.5亿~10亿吨,远期可减少至8亿吨。

  黄河勘测规划设计公司董事长张金良发表论文指出,人类短期有限的人工干预,不会对来水来沙这种自然事件产生长远影响,未来黄河年度来沙量大致为8亿~17.5亿吨,多年平均来沙量不少于10亿吨。

  历史上黄河来沙是否出现过类似变化?一些研究成果表明,黄土高原土地利用和植被的变化对黄河输沙有决定性的影响。历史上在植被较好的情况下,入黄泥沙量年均在6亿~11亿吨。也有专家认为在北宋以前人类活动影响较小,黄河年输沙量为2亿吨。

  值得注意的是,观测河流泥沙的一个重要指标——来沙系数却在发出和现状不一致的反向信号。来沙系数是含沙量与流量的比值,是水沙搭配关系的一种量化表示。选取1919~1959年、1960~1986年、1987~2015年系列长度超过20年的时段对比发现,潼关水文站来沙系数分别为0.028、0.024、0.027,呈现先减小后增大的变化特点。

  一些专家指出,近期入黄泥沙锐减只能反映一个特定时期内降雨和水利水保措施作用,不能用以代表今后一个较长时期内入黄泥沙的变化趋势,对未来来沙量估计不宜过于乐观。

  “绿色巨变”潜藏风险

  1922~1932年,黄河曾经历过一个枯水枯沙时段,1928年径流量仅199亿立方米,输沙量只有4.83亿吨。大旱之后必有大涝,1933年,黄河出现特大暴雨洪水,输沙量高达39亿吨,造成黄河下游决口50余处,洪水席卷冀鲁豫苏4省67个县,导致300多万人受灾。

  《瞭望》新闻周刊记者在陕北采访,但见昔日像一笼笼蒸熟的黄馍的山丘,被一片片油松、刺槐、林果盖得严严实实,“高土高坡”的印象已被绿色所颠覆。在惊叹这一巨变的同时,专家提醒,对减少黄河来沙而言,生态水保措施并不是万能的,要警惕被绿色掩藏的风险。

  流经南泥湾的汾川河,流域植被覆盖率达85%。2013年7月,汾川河发生超过多年均值3.9倍的高强度降雨,径流量和输沙量分别为多年均值的17倍和15.5倍。流域内建于1958年的胜利水库,之前55年淤积了300多万立方米泥沙,可暴雨后淤沙陡增200多万立方米。据了解,汾川河流域当时共发生6次降雨,由于植被条件好,前4次没产流,大部分雨水下渗;第5次降雨产生小洪峰,证明下垫面饱和;到第6次降雨,生态“绿网”被撕开,出现大产流、大产沙情况。

  张金良说,汾川河“2013.7”洪水具有非常重要的警示意义。河流输沙量与流量的高次方成正比,当雨强到一定程度,超过植被承受范围,径流就会突然成倍增加,带走大量泥沙。这也证明,水土保持措施只在一定量级降雨下起作用,一旦发生超量级降雨,水土流失反而会加大。

  目前黄土高原已建淤地坝5.84万座,控制水土流失总面积的16%,成为拦减黄河泥沙的重要防线。骨干坝的淤积年限一般在10~20年,中小型淤地坝一般在5~10年。很多淤地坝建设时间较早,部分坝拦沙库容已满,失去拦沙功能;一旦发生超设计标准的暴雨洪水,可能导致淤地坝系“串糖葫芦”式垮塌,将拦淤的泥沙重新输送入河。

  流经陕西佳县的佳芦河是黄河的一级支流,流域内的柳沟淤地坝建于上世纪70年代,经过40年的淤积,基本淤满。2012年7月,突发暴雨将淤地坝冲垮,仅三天时间,淤沙全部被冲走。流域内的康崖窑淤地坝也被冲毁,仅20个小时,所淤泥沙就全被带走。

  张金良认为,黄河主要产沙区的产沙能力在长时期内不会变化,泥沙供给可以说是无限的。对于特定的产沙区,存在一定的降雨阈值,当降雨条件小于该阈值时,侵蚀产生的沙量不断滞存于坡面或局部沟道内,入黄沙量很小;当降雨条件满足该阈值时,长期“零存”的沙量将被大规模“整取”入黄。而淤地坝、梯田等拦沙工程,也存在“零存整取”风险。

  在长期枯水枯沙后,1998年7月,内蒙古鄂尔多斯西柳沟流域迎来大暴雨,7月12日,含沙量达1350公斤每立方米的洪水入黄河后,携带的泥沙将黄河拦腰截断,形成一座长10公里、宽1.5公里、厚6.27米,淤积量近1亿立方米的巨型沙坝,造成巨大灾害。

  大洪水几率增加

  自1982年黄河下游发生15300立方米每秒洪水后,黄河已连续34年未发生超过10000立方米每秒量级的洪水,但风平浪静之中暗藏忧患。

  2016年7月,属海河流域,但紧邻黄河的豫北地区出现大暴雨,若这场降雨偏移到黄河流域,花园口水文站洪峰流量将达18900立方米每秒。专家指出,大洪水的发生有周期性特点,同量级大洪水,时间间隔越长,发生的概率就越高。1958年黄河下游发生22300立方米每秒的大洪水,属于60年一遇洪水,距今已59年;1982年黄河下游发生15300立方米每秒的大洪水,属于30年一遇洪水,距今已35年。

  黄河中游具有暴雨频繁、强度大的特点。1977年内蒙古乌审旗降特大暴雨,降雨中9小时雨量达1400毫米。黄河下游所在黄淮海地区暴雨也相当剽悍,1975年淮河流域降特大暴雨,暴雨中心24小时雨量达1060毫米,洪水造成包括两座大型水库在内的数十座水库垮坝。如果当时雨区稍偏北,黄河下游将面临巨大考验。

  黄委会曾测算,黄河下游有发生55000立方米每秒大洪水的可能。专家指出,虽然水土保持对黄河下游减水减沙效果明显,但从历史上特大洪水形成过程看,降雨所起的作用处主导地位。

  结合现在的地形地物分析,下游大堤一旦决口,洪水泥沙灾害影响范围涉及冀、鲁、豫、皖、苏五省110个县(市),总土地面积约12万平方公里,人口超过1亿,耕地面积1.12亿亩。而且,历史上黄河大堤汛期决口后,从未有当即堵复的先例。

  兰考东坝头被称为黄河“最后一弯”,风平浪静的黄河舒缓流过,不见一丝桀骜与狂暴。可1855年,黄河就在此处决口改道,形成现在流路。此前600多年间,黄河长期侵夺淮河流路,自江苏大丰入黄海。从公元前602年至1855年,黄河共大改道5次,在黄淮海平原上完成了由北向南、幅度达25万平方公里的扇形摆动。专家指出,依照黄河当前流路特征,一旦决口,可能引发改道,其灾祸难以承受。

  “小水小沙”隐患重重

  近十多年来,由于入黄泥沙锐减和小浪底水库拦沙运用,黄河下游大部分时间处于“小水小沙”过程中。但黄河并未安然无事,部分河段河势变化较大,防洪又出现新问题,又添新隐患。

  《瞭望》新闻周刊记者在河南省濮阳县青庄险工看到,虽然只有700立方米每秒的流量,但黄河依然形成了斜河,水头顶冲险工。青庄险工原有15道挑流丁坝,2013年前都靠河,畸形河势形成后,大溜下挫,8号坝以上都不靠河了,只好在下游新修了三道坝。

  濮阳市黄河河务局防汛办主任陈宝国说:“近年来濮阳段出现过三次畸形河势,如果不及时抢险,会引发下游河势连环变化,横河、斜河一旦直冲大堤,就有决口风险。”

  黄委会防汛专家指出,过去,黄河下游的险工及控导工程是按4000立方米每秒流量的中水河槽情况布局的,现在水少沙少,条件变了。出现的新情况是:老的工程不靠水了,新工程还没修起来;不该冲的地方冲了,该淤的地方不淤了;游荡性河段摆动加剧,河势几乎一年一变。

  在山东省鄄城县苏泗庄上延工程,《瞭望》新闻周刊记者看到,由于下泄清水能量小,在直河道出现“坐弯”。河势上提后,主溜猛力切割没有防护措施的滩面,导致700米长、300米宽的耕地掉入河中。菏泽市黄河河务局总工程师付帮勤说:“目前继续发展的险情,可能导致大溜直抄苏泗庄工程的后路,淹没滩区1.6万亩耕地,并直冲黄河大堤。”

  山东东明县老君堂控导工程共有50多道丁坝,近年来河势不断下挫,以前1到6号坝不靠水,8到15号坝靠主溜,目前主溜已下挫到26至29号坝。导致1500多亩滩地掉入河中。河务部门又加修了三道坝,溜势得到局部控制。

  专家指出,泥沙锐减后,清水下泄给未来防洪造就一个新险局。过去高含沙洪水冲左岸就淤右岸,冲一边淤一边,形成较稳定的河道;清水则两边冲刷,引发河道变化;当大洪水来时,极可能顺清水流路行洪;70年苦心修建的各种工程,将有相当一部分发挥不了作用,部分河段功能将受影响。

  鉴于目前的河势河情,一些专家建议放弃下游“宽河固堤”方针,沿黄河河槽新修两条大堤,将黄河变为3至5公里的“窄河”,束水攻沙,以改变目前一方面“背着石头撵河”,一方面又有大量工程不靠水、晒太阳的背动局面。专家还指出,修建“窄河”后,黄河下游滩区将得到解放,190万人也无需搬迁,一举两得。

  持反对意见的专家认为,虽然目前黄河下游不淤积,但小浪底水库拦沙库容淤满后,将重回淤积状态。“窄河”虽然输沙效率高,但河道淤积抬升速度快,最终难以走出“悬河之中有悬河”的困局;且对目前下游的防洪体系改变过大,不宜轻言实施。

  一些专家指出,水少沙多的黄河是世界上最复杂难治的河流,黄河治理应保持战略定力,防止受局部和短时期变化影响产生战略误判。如果能坚定推进国务院2013年批复的《黄河流域综合规划》,进一步完善黄河水沙调控体系,基本可实现现行河道继续行河150年以上的目标。LW

  黄河“人沙赛跑”几时休?

  虽然入黄泥沙锐减,黄河水沙调控体系建设已取得初步成效,但黄土高原输沙规律未变,黄河下游持续数千年的“人沙赛跑”远未到散场时

  黄河水沙关系不协调是流域性的,并非某一点、某一河段,要将其调节到协调,单一工程完不成任务,需要水沙调控体系来完成。

  7月26日,位于陕北的黄河支流无定河发生超历史洪水,4500立方米每秒的洪峰挟沙量高达980公斤每立方米。灌入绥德县城的洪水退去后,部分路段淤沙竟厚达1米。次日,支流洪水叠加,黄河形成1号洪峰。

  7月28日10时,洪峰演进至小北干流合阳段时,高含沙洪水对河床剧烈冲刷,将河底泥土大块大块掀起,形成罕见的“揭河底”现象。7月28日下午,洪水进入小浪底水库后,高含沙水流潜入清水下前行,形成“异重流”奇观。

  采访中,《瞭望》新闻周刊记者了解到,自2000年小浪底水库投入运用以来,通过拦沙和调水调沙,黄河下游河道累计冲刷泥沙28亿多吨,“悬河”没再长高,黄河下游进入难得的冲淤平衡期。但今年黄河1号洪水所演绎的“水沙变奏”却发出警讯:虽然入黄泥沙锐减,黄河水沙调控体系建设已取得初步成效,但黄土高原输沙规律未变,黄河下游持续数千年的“人沙赛跑”远未到散场时。

  黄河涨上天怎么样呢?

  “河水洋洋、北流活活。”在春秋以前,黄河在下游沿大禹故道处于漫流状态。春秋时,各诸侯国开始筑堤阻水,从而使黄河由地下河向地上悬河演变。到西汉初,就有了“河高出民屋”的记载。

  公元7年,贾让应诏给西汉哀帝上书,对频繁决溢的黄河提出治理之策,这就是著名的“贾让三策”,最早全面阐述了黄河治理思想,对后世影响巨大。上策为人工改道,不与水争地,使黄河“宽缓而不迫”;中策是开渠分流,分杀水怒,并引黄灌溉;下策是被动加高增厚堤防,但“劳费无已,数逢其害,后患无穷。”

  受生产力、人口增长等多种条件局限,历代治河大都采取了筑堤束水之策,从而使“人沙赛跑”旷日持久。由于泥沙淤积,黄河下游河床每年升高约10厘米,河床每当淤高到一定程度,河水就漫出河槽另寻出路,进而发生决口和改道,如此循环往复,而“善淤、善决、善徒”也成了黄河一大特性。据统计,新中国成立前2500多年间,黄河下游发生大的改道26次,决口1594次。

  1952年,毛泽东主席视察黄河时,就曾发出这样的疑问:“黄河涨上天怎么样呢?”为了确保下游安澜,新中国成立后,先后4次加高培厚黄河大堤,目前大堤平均高度达10米,所用土方可以垒13座万里长城。但岁岁安澜中,“悬河”之危并未解除。目前,黄河下游河床普遍高于两岸地面4~6米,其中比新乡市地面高出20米,比开封市地面高出13米。

  近30年来,随着沿黄地区用水增加,进入黄河下游冲沙水量减少,黄河主河槽淤积加重,“悬河之中又长出一条悬河”。目前,黄河下游大部分河段出现“二级悬河”,其形态为:“槽高、滩低、堤根洼”:

  河槽外高于滩面2~3米,内呈“浅碟状”,而滩面又高于背河地面4~6米,即使发生中小洪水,主槽也难以容纳,在横比降大于纵比降几倍乃至十几倍的不利河道条件下,必然造成重大河势变化,出现横河、斜河,增大了大堤“冲决”和“溃决”的危险。

  塑造协调的水沙关系

  2002年7月4日,随着小浪底水库3个排沙洞闸门陆续打开,浊黄色的水流如巨龙般喷涌而出,在空中划出优美的弧线后落入河道,世界水利史上规模最大、持续时间最长的调水调沙自此拉开大幕。到2015年,经过19次调水调沙,累计将下游河道中9.66亿吨淤沙送入大海。同时,黄河河槽也刷深下切2米多,最小过流能力由1800立方米每秒提高到4200立方米每秒。

  黄河难治,重在泥沙,根在水少沙多、水沙关系不协调。据测算,黄河水量56%来自兰州以上,而90%的泥沙却来自中游河口镇至三门峡区间,全年60%的水量和80%的沙量来自汛期,汛期又主要集中来自几场暴雨洪水。能不能用人工手段打破时间差和空间差,重新组合水沙,变不平衡为相适应,进而实现下游河道冲淤平衡呢?

  治黄专家告诉《瞭望》新闻周刊记者,调水调沙,就是通过人工手段调度水库蓄水,制造洪峰,调整天然水沙过程,改变不平衡的水沙关系,冲刷清洗下游河道,减轻河道淤积。随着小浪底水库的建成运用,这一产生于20世纪40年代,成型于80年代,运用自然法则改变黄河泥沙分配布局的创举,终于有了实践的条件。

  从高空俯瞰黄河,在晋陕峡谷出口处,突现一泓碧波,像一颗巨大的蓝宝石,这就是小浪底水库。这座总库容达126.5亿立方米的“超级水库”,就像一颗年轻而强健的心脏,给古老的黄河带来了新的平衡与活力。在19次调水调沙中,这张水沙调控的“王牌”被用得异常出彩,形成多个经典战例。

  2003年8月26日至9月8日,短短14天内,黄河中游主要支流泾河、渭河、洛河、伊河等相继发生9场洪水。小浪底上游的泾河、渭河洪水含沙量大,而在小浪底下游入黄的洛河、伊河基本上是清水。“调配时间、空间差,让清水背沙袋”。通过运用小浪底水库,先拦蓄泾河、渭河高含沙洪水,待伊河、洛河清水入黄时再把高含沙洪水放出来,人工调配清浊,起到了减淤效果。

  在随后的几次调水调沙中,黄河水利委员会对万家寨、三门峡、小浪底三座水库实施联合调度,在1000多公里河段上,演出了人造洪峰“大接力”的大剧,不仅冲刷了下游河道,还通过人工塑造异重流,清理了小浪底水库部分库尾淤沙。

  建国后一段时间,治沙的发力点主要在“拦”字上。1960年,“万里黄河第一坝”三门峡水库投入运用,由于对黄河水沙规律认识不清,采取了“蓄水拦沙”的运用模式。仅一年半时间水库就淤积了15亿吨泥沙,还在渭河入黄口形成“拦门沙”,回水倒灌关中平原。

  从1962年到1973年,三门峡水库绝大部分时间处在敞泄状态,但对治黄核心工程——水库运用方式的探索却没有停息,最终找到了“蓄清排浑”的运用方式,解开了多泥沙河流水库淤积难题,也为调水调沙打牢了技术根基。

  站在小浪底坝上,万顷碧波尽收眼底。在减淤方面“以拦为基、以调为用”的小浪底水库库容126.5亿立方米,其中75亿立方米是用来拦沙的,能保证黄河下游河道至少20年不淤积抬高;剩下的库容,在非汛期蓄清水,汛期排浑水,通过冲淤平衡保持长期使用,并保持调水调沙运用。

  完善水沙调控体系

  从河南孟津到濮阳高村460多公里长的黄河河道,被称为“豆腐腰”。历史上,黄河三分之二的决口和改道发生在这里。《瞭望》新闻周刊记者沿河寻访时发现,这一带叫“口”的地名特多,花园口、柳园口、赵口……每一个“口”,都存留着历史上决口伤痛的记忆。

  在这么短的赛道上,面对晋陕峡谷中养精蓄锐、积蓄巨大势能的对手,简单地拦堵,绝无胜机。要想改变这一劣势,就得在黄河上建设完善的水沙调控体系,变被动短跑为接力长跑,并最终赢得比赛。

  虽然黄河干流上目前已有水库28座,但大部分都集中在上游,以发电为主要功能;在黄河中下游,能进行水沙综合调节运用的枢纽只有小浪底水库。按目前设计的水沙条件预估,拦沙库容淤满后,小浪底将变身为河道型水库,51亿立方米长期库容中,仅有10亿立方米库容可以用来调水调沙。届时,黄河下游河道将重回淤积状态,“人沙赛跑”经过中场休息后将继续开启,通过小浪底拦沙和调水调沙得到的较好河道形态又将逐步趋于恶化。

  新世纪以来,黄土高原生态建设取得重大成就,入黄泥沙锐减。但中国科学院院士刘昌明等专家指出,黄河流域的水热条件决定了黄土高原植被恢复不会无限制发展。目前黄河中游植被状况与水沙条件基本达到相对平衡,植被恢复效应趋于稳定,拦沙效应距“天花板”已不远。还有一些专家指出,黄土高原强烈的水土流失发生在距今25万年至30万年前,进一步加剧在距今5万年前,远远早于人类频繁活动时期,仅靠水土保持,无法根本解决黄河泥沙问题。

  专家向《瞭望》新闻周刊记者指出,黄河水沙关系不协调是流域性的,并非某一点、某一河段,要将其调节到协调,单一工程完不成任务,需要水沙调控体系来完成。

  在国务院通过的《黄河流域综合规划》中,黄河水沙调控体系中主体除了干流已建成的龙羊峡、刘家峡、三门峡、小浪底水库,还规划在上中游修建黑山峡、碛口、古贤三座调节性水库,再与干流、支流其他控制性水库互为补充,才能共同构建完善的黄河水沙调控体系。

  专家指出,在小浪底水库拦沙库容淤满前,应在黄河干流再兴建一座控制性水库,与小浪底联合进行水沙调控,以便在有限的库容和水量条件下发挥最大的减淤效果。经多方论证,适时启动古贤水库建设已成为共识。

  古贤水库位于山西吉县和陕西宜川县交界处,总库容可达134.6亿立方米,其中拦沙库容可达93.6亿立方米,可控制主要淤积在下游河道中的直径大于0.05毫米粗沙的80%。在设计水沙条件下,与小浪底水库联合运用60年,可减少下游河道淤积量79亿吨。

  本世纪初,治黄专家在黄河中游禹门口至潼关河段,找到了一个可淤积泥沙100亿吨的“大泥盆”。禹门口至潼关河段俗称黄河小北干流,河道总面积1100平方公里,其中滩地面积为682平方公里,多为人烟稀少、荆棘丛生的盐碱地,是一个“天然泥盆”。从2004年起,黄河水利委员会连续三年在小北干流河段进行“放淤”试验,成功地将400多万吨粗泥沙淤积在黄河沿岸的盐碱滩里。

  专家最后向本刊记者表示,如果这一河段没有大型控制工程,仅靠无坝放淤,吃掉100亿吨泥沙目标根本无法实现。而古贤水库建成后,可人工塑造适合放淤的水沙过程,从而开辟出一个为下游河道减淤的全新战场。LW

  饥渴的黄河

  缺水已是黄河面临的最大挑战,宜适时启动南水北调西线工程,以解黄河之渴

  黄河是我国北方唯一横贯东西的巨川大河,是西北、华北的“生命之泉”。其天然径流量排在长江、珠江、松花江、淮河之后居第五位,仅为长江的6%,却以占全国河川径流量2%的有限水资源,灌溉了全国13%的粮食产量,保障了全国14%的GDP产值,养育了占全国12%人口的60多个大中城市、340个县。

  也因此,黄河日渐“消瘦”,维持流域社会经济发展的功能已近极限。近日,《瞭望》新闻周刊记者调研了解到,按最新统计,黄河流域地表水开发利用率和消耗率已达86%和71%,远超黄河水资源承载能力。缺水,已是黄河面临的最大挑战。宜适时启动南水北调西线工程,以解黄河之渴。

  水资源量持续减少

  黄河是中国大江大河中第一个进行流域初始水权分配的河流。

  早在1987年,国务院就批准了《黄河可供水量分配方案》。该方案分配基数采用的黄河天然径流量为580亿立方米。然而,最新的水资源调查显示,黄河天然径流量已不足500亿立方米。据预测,到2030年,黄河天然径流量还将减少20亿立方米。

  《瞭望》新闻周刊记者采访获悉,据对气候变化趋势研究,多年来黄河流域降水量变化不大,但有三个人为因素成为黄河径流量减少的重要变量:

  一是生态改善植被大面积恢复。对比20世纪70年代和2012年黄河主要产沙区林草梯田覆盖变化遥感图会发现,黄河中游广大地区,已被大片的绿色覆盖。目前黄河中游地区林草梯田覆盖率已由上个世纪70年代的20%,提高到54%,林草梯田综合覆盖率不到30%的面积已由上个世纪70年代的81%减少到3.5%。

  中国科学院院士刘昌明等专家指出,植被恢复是黄河流域径流减少的重要原因。对黄河中游11个子流域研究发现,随着植被增加,蒸腾散发上升,大量可利用的呈液态、固态的水资源——蓝水被转化成以气态或分子态存在于大气和土壤中的绿水。与1980年至1999年相比,2000年至2013年蒸腾散发的绿水增加8.6%,径流减少幅度近20%。

  二是水利工程增多加剧了水面蒸发。目前,黄河流域共修建蓄水工程1.9万座,其中干流已建、在建水库就达28座。水库蓄水后水面扩大,蒸发量相应增加,导致径流量减少。本刊记者在采访中还发现,在水资源紧缺的华北、西北一些城市,近年来出现大造城市景观水之风。有的城市“拦河筑坝”,把河水“圈”在城内;有的城市耗巨资“挖地造湖”引水造景。专家指出,目前这些北方城市年均蒸发量超过降雨量一倍,一些西北城市甚至超十倍。“水面大了,蒸发量必然要大,造成宝贵水资源的巨大浪费。”

  三是黄河流域地下水开采量增加,部分地区严重超采。从1980年到目前,黄河流域地下水开采量由93亿立方米上升到137亿立方米,增幅达47%。地下水超采面积达1.59万平方公里,其中山西就达1.05万平方公里。严重超采面积占总面积78%,形成十个巨大漏斗。超采地下水,使产汇流关系发生变化。在同等降水条件下,径流量减少。

  在黄河水资源减少的同时,黄河流域用水却呈刚性增长。1950年黄河流域供水量为120亿立方米,目前已达510亿立方米,黄河支持流域社会经济发展的功能已到极限。

  专家预测,到2030年,仅黄河流域需水量就达550亿立方米,而黄河每年还要向流域外地区供水100亿立方米。届时,即使来水正常年份,每年也有100亿立方米以上的用水缺口。黄河是一条多泥沙河流,每年必须要保证一定的冲沙水量和生态基流。据1987年国务院分水方案,黄河每年应有210亿立方米的入海水量。如果计算生态水量,从2000年起,黄河已出现每年50亿立方米的用水缺口,有限的黄河水资源已无法在农业、工业、生态用水中达到平衡。

  一位水利专家这样向《瞭望》新闻周刊记者比喻:在河流的开发利用上,我们总觉得河流这把“水壶”用之不尽,把“兴河流之利”简单理解为添置更多的茶杯、茶碗,但有可能这些东西还没备齐,壶里就没水了。

  流域节水空间有限

  《瞭望》新闻周刊记者调研获悉,黄河目前总用水量中农业用水占74%,工业及三产用水占18%,生活用水占7%,生态用水占1%(主要为黄河入海口生态用水)。

  近20多年来,黄河流域节水水平大大提高。与1980年相比,每万元工业增加值用水量由877立方米减少到46立方米,农业实际灌溉定额由542立方米减少到385立方米。《黄河流域水资源综合规划》认为,理论上,黄河流域总体节水潜力为83.6亿立方米,其中农业节水潜力为59.3亿立方米,工业为22.3亿立方米,生活节水为2亿立方米。

  农业是黄河上的用水大户,目前黄河上中游地区占全流域农业用水量85%,节水潜力最大。《黄河流域水资源综合规划》认为,中上游农业节水潜力在51.6亿立方米。但近期的一些研究成果表明,黄河中上游农业节水空间并没有这么大。

  黄河宁蒙河套灌区目前已发展成为灌溉规模达1400万亩的大型自流灌区,成为国家重要的农产品(行情000061,诊股)主产区,但这里长期采用大水漫灌,农业实际灌溉定额分别高达885立方米和508立方米。

  据黄河勘测规划设计公司课题组研究发现,河套灌区周边沙漠环绕,土壤中风沙土占半数以上,农业灌溉具有明显的生态用水功能;不仅保证农作物生长需要,还可以补足地下水,满足周边植被与湖泊湿地用水需要。灌区一些水利工作者也向本刊记者表示:“如果没有几千年的大水漫灌,河套地区早变成沙漠了。”

  内蒙古河套灌区处于库布其沙漠和乌兰布和沙漠夹击之下,多年平均地下水总补给量为30.7亿立方米,其中渠系与土壤补给占95%,如此才得以维持灌区平均地下水埋深为1.5至2米的绿洲存在条件。如果将农田渠系利用系数由目前的接近0.5提高到0.58,地下水埋深将接近2.5米红线,可能引发生态系统性变化。

  黄河勘测规划设计公司课题组认为,黄河上中游六省区农业灌溉工程毛节水潜力为34.5亿立方米,而且每节约一立方米单方水投资高达25.5元。一些专家指出,黄河目前没有发生供水危机,主要是靠大量挤占河道生态用水支撑的,但日积月累后,会产生量变到质变的河流生态危机;仅靠节水,已难以弥补巨大的用水缺口,需要跨流域调水解黄河之渴。

  适时启动南水北调西线工程

  “南方水多,北方水少,如果可能,借一点来也是可以的”。1952年毛泽东主席视察黄河时,听到当时的黄委会主任王化云介绍已派勘探队到通天河查勘,希望把通天河水引到黄河里来时,风趣地说:“通天河是猪八戒去过的那个地方。”随后,便阐发了南北水调的伟大构想。

  根据2002年国务院批复的《南水北调工程总体规划》,南水北调西线工程通过在长江上游通天河、支流雅砻江和大渡河上游筑坝建库,开凿输水隧洞,穿越黄河长江分水岭巴颜喀拉山,分三路(三期)每年共调170亿立方米的水进入黄河上游。2006年,水利部要求将第一二期工程(第一第二条线路)水源合并,作为南水北调西线一期工程。根据项目建议书,一期工程将从雅砻江上游、大渡河上游通过320公里隧洞直接调水到黄河干流,年平均可调水量约80亿立方米。

  专家向《瞭望》新闻周刊记者指出,从大格局上,南水北调西线建成,将形成联系长江、淮河、黄河、海河的“四横三纵”巨大水网。基本覆盖缺水的黄淮海流域、胶东地区及西北部分地区,有利于实现我国水资源南北调配、东西互济的合理配置格局。

  对于黄河流域而言,由于调水入黄位置高,可以完全覆盖黄河上中下游缺水区。另外,由于黄河干流巨大的调节库容存在,可以较方便协调黄河来水过程、西线入黄水量过程与河道输沙用水、生态用水、工农业用水过程不一致问题,实现水资源优化配置

  据测算,一期工程的80亿立方米水可为城乡生活、工业增加配置42亿立方米水,确保到2030年重点城市、重要能源基地用水需求;还可向黄河干流河道内补水25亿立方米,进一步协调水沙关系,促进宁蒙及黄河下游河道形态的改善;向黄河黑山峡生态灌区和石羊河流域分别供水9亿和4亿立方米,确保这一重要生态屏障地区生态系统的恢复发展。

  也有一些专家指出,跨流域调水是水资源配置的重要手段,但不是唯一手段,只有替代方案都用完了,才应采用这个手段。一些专家认为,只有到了“三个尽头”时,才应启动这一方案:

  一是技术尽头。当用尽所有节水措施和增水技术,还不能解决缺水问题时;

  二是经济尽头。当解决西北缺水问题成本高过南水北调西线工程时;

  三是承受力尽头。当黄河受水区水资源供应达到极限,受水区社会承受力达到极限时。

  “黄河之水天上来”。与此同时,近年来,中国科学院院士王光谦组织相关课题组,对黄河源区空中水资源进行研究,提出了“空中调水”的设想。课题组发现,黄河源区每年空中水汽输入量约8700亿立方米,其中3700亿立方米为空中水资源,区域降水量为680亿立方米,降水转化率为16.3%。

  科研人员从1997年就开始在龙羊峡以上开展人工增雨试验,到2011年15年间共为黄河增加了38亿立方米的径流,平均每年增加2.53亿立方米。而人工增雨技术存在重大突破的可能,应加速研究并开展相关试验。

关键词阅读:洪水叠加 黄河下游河道 黄河清 黄河小北干流 1980年

责任编辑:赵路 RF13155
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