黃河調水調沙分析與思考

李 東（黃河水利委員會水文局）

　　摘要：黃河自2002年7月首次調水調沙試驗，連續3年成功地進行了試驗，2005年調水調沙由試驗正式轉入生產運用，至2009年7月8日，調水調沙曆經9次，實際曆時133天，經利津站進入大海的泥沙累計3.67億t，最小主槽平攤流量由1800m³/s提高到3880m³/s，河道向下衝刷1m左右。調水調沙年份黃河來水來沙偏小，黃河調水調沙作用隨著河道主槽的衝刷作用有所降低，建議特枯水年份可以暫緩調水調沙更多的用於發電與利用，抓住並遵循利用自然規律與趨勢，不僅塑造洪水洪峰，還應充分利用“中常洪水”挾沙，並抓住機會將是更偉大的治黃實踐。

　　關鍵詞：調水調沙 衝沙量 洪水資源化 趨勢 黃河

　　黃河是多沙河流，每年從中遊攜帶大量泥沙，一部分淤積在下遊沿途平原河道，造成河床抬升，過洪能力變小，洪水威脅兩岸。在幹流河道修建水庫，雖然攔蓄大量泥沙，但同時也造成水庫淤積而報廢，三門峽水庫即是例子，水庫建成後，雖然使黃河水變清，但也帶來嚴重問題，三門峽水庫因大量泥沙淤積庫容逐漸減少，最後不得不進行工程改造，進行調水調沙嚐試。小浪底水庫建成後進行大規模調水調沙，目的就是通過三門峽水庫和小浪底水庫聯合調度，達到利用少量的泄水，攜帶淤積在水庫的泥沙，排入大海，而不造成沿途淤積，一方麵使水庫衝淤平衡，另一方麵又不造成沿途河道淤積，同時製造人工洪峰過程，改變河道河勢，縮小斷麵寬度，增加深度。

　　調水調沙，就是在充分考慮黃河下遊河道輸沙能力的前提下，利用水庫的調節庫容，對水沙進行有效的控製和調節，適時蓄存或泄放，調整天然水沙過程，使不適應的水沙過程盡可能協調，以便於輸送泥沙，從而減輕下遊河道淤積，甚至達到衝刷或不淤的效果，實現下遊河床不抬高的目的。

　　黃河特點是“水少沙多、水沙不平衡”，首任黃河水利委員會主任、著名水利專家王化雲和他的同事們，在“上攔下排”的治黃方針的基礎上比較係統地提出了“調水調沙”的治黃思想。三門峽工程的運用實踐中，三門峽水庫的建設使“調水調沙”得以實施，2001年小浪底水庫正式建成使用，使規模性調水調沙的水庫條件具備，而且為調水調沙由理論到實踐的飛躍提供了先決條件。

　　黃河水利委員會主任李國英說：“多年來，治黃人一直在探索通過人工手段，塑造一種人工的理想的水沙關係，利用自然規律改變當前天然不平衡的水沙關係，但這要有兩個前提，一是要有大型調節水庫，二是運用現代化的科技手段。”

　　2002年7月，利用小浪底水庫開展了首次調水調沙試驗，至2009年8月，調水調沙曆經8年9次。

　　1.黃河調水調沙

　　2002年7月，利用小浪底水庫開展了首次調水調沙試驗：7月4日上午9時，小浪底水庫開始按調水調沙方案泄流，7月15日9時出庫流量恢複正常，曆時共11天。水庫平均下泄流量為2740m³/s，出庫平均含沙量為12.2kg/m³，下泄總水量26.06億m³，沙量0.32億t。7月21日，調水調沙試驗流量過程全部入海。經過對實測資料的分析計算，調水調沙試驗期間，黃河下遊河道淨衝刷量為0.362億t，其中小浪底至艾山河段衝刷0.137億t，艾山至河口河段衝刷0.225億t。全下遊主槽沿程衝刷1.063億t，灘地淤積0.701億t。河道排洪能力得到一定提高。

　　2003年9月，渭河、伊河、洛河相繼出現洪水，洪水分別進入黃河三門峽、小浪底水庫、陸渾水庫、故縣水庫，同時沁河也出現洪水。為實現小浪底水庫庫區減淤及解決水庫泄水建築物閘前淤堵問題，並充分利用小浪底水庫至花園口區間較清洪水的輸沙能力，在使下遊河道發生衝刷或至少不發生大的淤積的要求下，黃河水利委員會開展了基於空間尺度的黃河第二次調水調沙試驗。

　　2002～2004年，黃河防總連續3年成功地進行了調水調沙試驗，在此基礎上， 2005年調水調沙由試驗正式轉入生產運用。

　　2.黃河調水調沙成果

　　經過8年9次調水調沙，實際曆時133天，黃河下遊河道主河槽河底向下衝刷，高程平均下降1m左右，經利津站進入大海的泥沙累計3.67億t，下遊主河槽最小平灘流量由2002年首次調水調沙時的1800 m³/s增大到2009年的3880 m³/s，見表1。

表1 黃河曆年調水調沙統計表

年份	開始 (月日時)	結束 (月日時)	曆時(天)	出庫 沙量 (萬t)	出庫最 大流量 (m3/s)	衝沙量 (萬t)	下泄 總水量 (億m3)	最大 含沙量(kg/m3)	最小平攤流量（m3/s）
2002	070409	071509	11		2740平	3200	26.06	12.2	1800
2003	090609	091818	12		1690平	3880	26	40.5	2394
2004	061909	071308	19	440	4500	6970	39		3000
2005	061609	063009	15	230	3700	4557			3300
2006	061009	062909	23	841	4000	6480	54.97	59	3500
2007	061909	070709	19	2611	4290	5240		230	3630
2008	061909	070318	14	5165	4280	2007		350	3810
2009	061909	070818	20			3429	34.88		3880
合 計			113			35763

　　2004年進入大海的泥沙最大為6970萬t，2008年最小僅為2007萬t。但是，小浪底排沙比為自2002年以來曆次汛前調水調沙水庫排沙比的最大值。此次調水調沙前，小浪底水庫入庫泥沙5796萬t。6月29日18時，小浪底水庫人工塑造異重流排沙出庫。6月30日12時，高含沙異重流出庫，小浪底水庫排沙洞出庫含沙量高達350kg/m³，此次排沙過程一直持續到7月3日8時，共排沙5165萬噸，排沙比高達89%。

　　3.近年黃河來水來沙與引水引沙特點

　　3.1來水來沙

　　黃河下遊自2000年不再發生斷流。1998年12月14日，國家計委、水利部頒布實施《黃河可供水量年度分配及幹流水量調度方案》和《黃河水量調度管理辦法》1999年3月1日，根據國家授權，黃河水利委員會發出第一份調水令，黃河幹流水量統一調度正式拉開帷幕。1999年10月25日總庫容126.5億m³的黃河小浪底水利樞紐下閘蓄水。2000年實現了自1991年以來黃河首次全年不斷流。統計自2000年以來小浪底、花園口、利津水文站的徑流量和年輸沙量，由於小浪底水利樞紐的建成蓄水蓄沙影響了輸沙，小浪底水文站實測輸沙率基本上是以汛期和調水調沙期測驗，其它月份小浪底發電清水下泄不測輸沙率。2003年黃河中遊地區渭河發生洪水，該年份為黃河少有的平水年份。2005年黃河源頭地區降雨充沛，龍羊峽水庫蓄水達到曆史高水位，黃河下遊連續入海流量衝沙水量得到保障，然而入海沙量仍然很低。黃河來水來沙統計，見表2。

表2 黃河來水來沙統計表

年份	年徑流量			年輸沙量
	小浪底	花園口	利 津	小浪底	花園口	利 津
2000	152.0	165.3	48.59	0.042	0.835	0.222
2001	155.3	165.5	46.53	0.729	0.657	0.197
2002	191.4	195.6	41.9	0.753	1.16	0.543
2003	208.3	272.7	192.6	1.13	1.97	3.69
2004	206.0	240.5	198.8	1.42	2.04	2.58
2005	221.3	257.0	206.8	0.449	1.05	1.91
2006	257.5	281.1	191.7	0.4	0.837	1.49
2007	243.3	269.7	204.0	0.695	0.844	1.46
2008	226.6	236.1	145.6	0.462	0.614	0.771
平均	206.9	231.5	141.8	0.68	1.11	1.43

　　3.2引水引沙

　　黃河下遊灌區（包括花園口斷麵以上）分布於黃河兩岸河南、山東兩省黃淮海平原。其範圍上自河南武陟縣白馬泉閘，下至山東墾利縣五七閘，在大堤上建有以渠首工程型式分為涵閘、揚水站和虹吸等工程100多處，退水入淮河、海河水係。

　　1950年在山東利津試辦綦家嘴引黃放淤閘成功。1952年2月建成人民勝利渠，設計流量55 m³/s。由此到1957試辦階段，1958年大發展，引水量過大造成了嚴重後果；1962年以後停灌，1965年恢複至到穩定發展階段。黃河下遊沿黃兩岸30萬畝以上的大型引黃灌區29處，其中河南省10處，山東省19處，如人民勝利渠、位山、潘莊、打魚張灌區等。

　　引黃水量主要集中外流域引水，除金堤河文岩渠外其它為外流域引水，黃河幹流引水除王莊渠、堤南灌區等屬於黃河流域大堤內灘區引水外，其它均為大堤外引水、引水的同時也引沙，由於小浪底水利樞紐的建成蓄水蓄沙影響了引沙量，引沙量2001至2008年年平均隻有0.33億t。

　　4.黃河調水調沙看法與意見

　　4.1調水調沙使河道過流能力提高明顯

　　黃河下遊河道主河槽河底向下衝刷，高程平均下降1m，下遊主河槽最小平灘流量由2002年首次調水調沙時的1800 m³/s增大到2009年的3880 m³/s。

　　“96.8”洪水之後，平灘流量從6000m³/s降到2000m³/s左右。2002年，黃河下遊出現流量為1800m³/s的洪水，發生漫灘災情。2003年，黃河河南蘭考段洪水流量為2400m³/s，出現重大漫灘災情，灘區內近12萬人被洪水圍困。為此，自2002年起，黃委連續進行了五次調水調沙，用“人造洪峰”衝刷下遊河道，使下遊泥沙淤積狀況改善，河道過流能力逐步提升，下遊河道得到全麵衝刷，主河槽河底向下衝刷高程平均下降1m，最小過流能力從實施前的1800m³/s提高到3810 m³/s，使河道的基本功能逐步得以恢複。

　　4.2現行的水利工程無法支撐調水調沙

　　水庫異重流是黃河等高含沙河流特有的水流形式，指高含沙水流進入庫區後遇到清水，由於密度差而潛入清水下麵形成一股渾水流，並沿庫底向壩前行進的現象。掌握異重流演進規律，可在異重流到達水庫壩前時，打開衝沙閘門，將高含沙渾水排出庫外，減少水庫淤積。

　　小浪底水庫人工塑造的高含沙量異重流是調水調沙的重要工作。

　　2004年7月9日世界水利史上首次人工塑造異重流成功過黃河世界水利史上首次人工塑造的異重流沙峰通過黃河小浪底水庫大壩，監測數據表明：異重流出庫泥沙厚度高達7米。這宣告黃河第三次調水調沙試驗中難度最大、科技含量最高的成果———萬家寨、三門峽水庫“接力”調水塑造異重流排沙取得成功。

　　根據九次調水調沙的實踐證明，調水調沙作為處理黃河泥沙、維持黃河健康生命的措施是切實有效的。但現狀骨幹工程存在很大的局限性，萬家寨、三門峽水庫庫容較小，且萬家寨水庫距小浪底水庫較遠，調度時不確定因素較多，不能滿足人工塑造異重流進行泥沙調節的要求；北幹流河段目前尚無一座控製性骨幹工程，僅有萬家寨水庫和天橋水電站，不能滿足該河段水沙調控的要求；隨著小浪底水庫的淤積，小浪底水庫單庫調水調沙水動力不足的局麵已逐步顯現。因此，應盡快上馬古賢水庫，構建完善的黃河中下遊水沙調控體係，發揮黃河調水調沙的長期效益。

　　4.3調水調沙向生態用水轉移

　　調水調沙對河口三角洲濕地補水，從而向生態用水轉移。

　　2009年第九次黃河調水調沙新聞稿 “黃河調水調沙成效顯著” 中，近三分之一的內容是關於生態用水的。2008年黃委首次結合調水調沙，有計劃地向河口三角洲濕地實施了人工補水。2009年生態用水調度於6月24日開始向河口15萬畝淡水濕地補水，7月3日結束，曆時10天，合計向河口15萬畝淡水濕地補水1508萬立方米，較去年增加152萬立方米。黃河水利委員會專門在東營召開調水調沙及生態調度新聞發布會，就黃河調水調沙過程與效果、生態調度情況等作了介紹，並回答了記者提問。

　　這次新聞發布會一方麵說明近兩年黃河沒有大的來水，隻有調水調沙期的水量才能達到能夠對濕地補水水量，同時也說明調水調沙達到這種程度時遇到的不可逾越的難度和新問題。

　　4.4嚐試利用洪水進行調水調沙

　　2003年9月曆史罕見的黃河秋汛中，渭河、伊河、洛河相繼出現洪水, 通過“四庫聯調”，開展了基於空間尺度的黃河第二次調水調沙試驗。以及2006年當年的第二次調水調沙，都是基於洪水過程的調水調沙。

　　黃河調水調沙作用隨著河道主槽的衝刷作用有所降低，調水調沙衝沙能力的局限性，是否有其它途徑強力推進黃河輸沙入海，利用中常洪水與中小洪水調水調沙的將是以後可以考慮的課題。

　　試驗已經證明，利用水庫調水調沙，將不協調的水沙關係調節為相協調的水沙關係，是有利於輸沙入海、減輕下遊河道淤積甚至衝刷下遊河道的有效途徑之一。今後，如何積極創造條件，繼續進行中常洪水與中小洪水調水調沙試驗。充分加以論證，抓住時機，進行有前瞻性的試驗，以達到生產運行。把每一場中常洪水都作為一次衝沙的機會，充分利用洪水資源，保持一定的黃河下遊河道平攤流量，維持主河槽的過流能力。

　　探討利用黃河中常洪水實施大規模調水調沙將有可能使調水調沙事半功倍，遵循自然規律與趨勢而為之並抓住機會將是更偉大的治黃實踐。

　　4.5“洪水資源化”應是水沙調控體係關鍵之一

　　針對黃河水沙關係不協調的基本特性，建設水沙調控體係，利用水沙調控體係將水沙過程重新進行塑造，改變黃河水沙關係不協調的自然狀態，使之盡量適應河道的輸沙特性，減少河道淤積，並恢複和維持中水河槽行洪排沙能力。逐步實現維持黃河健康生命的終極目標。

　　根據國務院最近批複的黃河防洪規劃，從減緩下遊河道淤積和為小浪底水庫調水調沙提供動力兩個方麵看，均急需興建古賢水利樞紐。若古賢水庫及時投入運用，還可以更好地實現1+1>2的減淤效果。

　　對於中遊水庫群，利用三門峽、小浪底、陸渾、故縣、河口村等幹支流水庫的防洪庫容調節洪水，有效削減超過下遊堤防設計標準的洪水。

　　利用磧口、古賢、小浪底等水庫攔沙庫容攔減泥沙，大幅度減少進入下遊河道的泥沙，減緩河道淤積，降低潼關高程；利用以小浪底、古賢為核心的中遊幹支流水庫聯合調水調沙，恢複、塑造並維持下遊河道4000～5000立方米每秒的中水河槽，長期減輕下遊河道淤積，降低並盡量維持潼關高程。

　　加快古賢水利樞紐的建設是水沙調控體係的必要基礎，也是“洪水資源化”的關鍵工程之一。

　　4.6“大水帶大沙”與洪水資源化

　　黃河調水調沙在來水來沙偏小年份，對河道主槽的衝刷作用有所降低，建議枯水年份可以暫停調水調沙。調水調沙應抓住並遵循利用自然規律與趨勢而為之，不僅塑造洪水洪峰，還應充分利用“中常洪水”挾沙，抓住機會將是更偉大的治黃實踐。

　　水沙調控體係關鍵之一是中常洪水的利用，也即“洪水資源化”的具體實施，是黃河長治久安的人類曆史的宏偉創舉。

　　從黃河水沙的特性來看，黃河下遊有“大水帶大沙”及“大水出好河”的規律，水沙搭配協調，充分認識並利用自然規律，可能會起到四兩撥千斤的作用。所以探討黃河中常洪水的“洪水資源化”利用，實施大規模調水調沙將有可能使調水調沙事半功倍，小浪底水庫減少減緩淤積，遵循自然規律與趨勢而為之，充分利用協調“中常洪水”挾沙，並抓住機會將是更偉大的治黃實踐。同時，利用灘區窪地臨靠大堤的溝道進行人工放淤，標準化堤防的建設使黃河初步形成了“相對地下河”，灘區放淤將有可能部分河段改變其出現的嚴重的“二級懸河”。

　　小浪底水利樞紐工程是黃河治理未來二十年的主要工程措施。洪水期，利用小浪底至花園口區間的中常洪水，加上小浪底及時排洪疊加洪峰，使流量與含沙量相適應，“大水帶大沙”，就可能取得最好的輸沙減淤效果。小浪底水庫借分洪調水之機集中排沙，利用大水排沙入海，延長小浪底水庫淤積泥沙的時間，相應增加了水庫極為寶貴的庫容，研究其科學的調度運行方式，千方百計延長其淤積庫容使用年限，更多的利用小浪底有效庫容衝沙與防洪，又避免對下遊河道淤積。

　　枯水年份水庫或特枯水年份蓄水較少時，可以考慮暫緩調水調沙，水量用於發電與利用，同時水量不充沛調水調沙也很難達到其預期效果。

　　參考文獻：略。