14.1 黄河流域
黄河是中华民族的摇篮,它孕育了5000 年中华文明,但也给中国人民带来过无数的灾难。由于黄河流域大部分位于干旱、半干旱地区,它在远古时代曾经是若干个相互分离的西北诸河水系,形成外流河的历史不过15 万年。黄河所处的气候、地理特征及其历史渊源,使得它的径流量与河长和流域面积不成比例,径流量与输沙量不成比例,所以才成为世界上有名的多泥沙河流,形成下游近800km的地上悬河和二级悬河,成为中国治理难度最大的一条河流。黄河的主要问题是洪水、泥沙、水污染和水资源短缺,所以治理黄河的主要目标也可以归纳为四句话:堤防不决口,河道不断流,水质不超标,河床不抬高。
1.堤防不决口
黄河大堤已有2500 多年的历史。2000 多年来黄河共决口1590 次,决口形式包括漫决、冲决、溃决和凌汛决口。前三种决口形式主要发生在伏秋大汛期,凌汛决口则发生在初冬或冬末春初。由于黄河的部分河段是从低纬度流向高纬度,冬季封冻时下游先冻,上游后冻,春季开冻时上游先开,下游后开。在这种情况下,如果冰凌堵塞,形成冰坝,壅高水位,极易发生冰凌决口,如内蒙古河口地区1951 年和1955 年曾发生过冰凌决口,下游河段也曾出动空军炸开冰坝才解除决口威胁。还有一种形式是人为决口,即所谓的“以水代兵”。明崇祯15 年(1642 年),河南巡抚高名衡为淹没李自成农民军而扒开黄河大堤。1938 年,国民党军队在溃败中扒开花园口大堤,企图以黄河水挡住日本追兵,结果淹没了河南、安徽、江苏的44 个县,死亡89 万人,并留下了面积达5 万km2的黄泛区。
中华人民共和国成立以后,党和国家对黄河治理十分重视,1952 年,毛泽东发出了“一定要把黄河的事情办好”的号召,经过几十年的努力,治黄工作取得了巨大成就。50多年来,黄河大堤在伏汛期间没有发生过一次决口(但发生过两次凌汛决口)。在防止凌汛决口方面,也通过研究探索,总结出了一套经验。如下游河道封冻前,通过水库群调度加大泄量,提高水温,可以推迟封冻时间,也可以抬高冰盖,扩大冰盖下的过流断面,封冻后,减小泄量,减少河槽蓄水量,为春季安全开河创造条件。春季开冻时,减少河道泄量,维持河冰的“文开”状态,降低凌汛风险。目前,黄河流域的水库总库容已达600多亿m3,下游堤防加固和标准化堤防建设也取得了很大成绩,防洪工程体系得到不断完善。
小浪底水库建成后,与三门峡、陆浑、故县水库联合调度,可使花园口百年一遇洪水从29200m3/s削减到15700m3/s,千年一遇洪水从42100m3/s削减到22600m3/s,接近花园口断面的设防流量,加上下游1371km堤防的加高加固,防洪能力有了很大提高。
黄河下游由于地上悬河和二级悬河的存在,洪水风险依然很大。为此,必须进一步加强河道整治、河口治理和滩区治理,防止出现漫决和冲决。同时要进一步加固堤防,消除隐患,防止出现溃决。
2.河道不断流
黄河多年平均年径流量580亿m3,只有长江的1/17。近20年来,黄河流域进入连续干旱期,年径流量比多年平均值减少10%以上。但全流域耗水量却由1950 年的122 亿m3增加到2000年的300 多亿m3,水资源的过度开发和不合理利用,导致了下游河道的断流。
1972~1999 年的27 年中,黄河下游有21 年发生断流,共计断流72 次,累计断流天数为1050d,其中1997 年达226d;最大断流长度704km,直达开封附近,占整个下游河道长度(786km)的90%。黄河下游频繁断流,给国民经济和人民生活造成了严重的用水危机和巨大的经济损失,也导致了下游沿岸和河口地区的生态环境进一步恶化。为了有效解决黄河断流问题,国务院制定了黄河干流可用水量分配方案,并授权黄河水利委员会对水资源实行统一管理和水量统一调度,当年就初见成效,使1999 年断流时间缩短到8d。2000 年和2001 年连续干旱,花园口实测来水量比多年平均偏少30%和61%,2002 年也是干旱年,2003 年实测来水量比多年平均偏少53%,缺水形势十分严峻。黄河水利委员会通过对水库的统一调度和下游引水闸口的统一管理,到2006 年已连续7年实现黄河下游不断流。但由于黄河水资源总量不足,加上法律、经济、工程等手段不配套,黄河缺水断流的问题尚不能从根本上得到解决。在南水北调工程通水之前,要保证黄河下游不断流,必须进一步加大节水力度,加大水资源统一管理和水量统一调配力度,并在下游适当地点修建调节水库,才能继续维持低水平的不断流。2010 年南水北调东线一期和中线一期工程建成通水后,黄河下游的缺水危机将会得到初步缓解。南水北调西线工程实施后,将有效缓解黄河生态缺水的问题。
3.水质不超标
随着流域内经济社会的发展,黄河流域的废水排放量由20世纪80年代的21 亿t、90年代的42亿t增加到2000年的52亿t,水污染问题日益突出,污染河长占评价河长的比例已经居全国七大江河的第2位,水质为IV类、V类和劣V类的河长占评价河长的60%以上。1999 年1 月,潼关以下河段发生了历史上范围最大、程度最高、持续时间最长的严重污染,小浪底水库附近河道泛起一层厚达15cm的白色泡沫,绵延数公里,新乡、郑州、开封、济南、青岛(引黄济青工程)等以黄河水为主要水源的城市被迫停止或减少取水,给人民的生活和生产用水带来严重困难。根据预测,黄河流域2010年的废污水排放量将超过65 亿t,按2002 年黄河地表水径流量357.7亿m3计算,污径比将达到1∶5.5,即使按黄河多年平均年径流量580 亿m3 计算,污径比也将达到1∶8.9。因此,实现黄河水质不超标将是一项极为艰巨的任务。为此,在继续推进清洁生产、加大源头控制力度、编制水功能区划、核定污染排放总量和各省级行政区排放总量的同时,还必须像全河水资源统一管理、水量统一调度一样,理顺管理体制,在各省际断面和重要支流建立水质监测站加强监控,建立水污染问责制和治理、补偿机制,对全流域的水污染防治工作进行统一管理。同时,还要加快污染物扩散和输移规律的研究,建立评估分析数学模型、实时监控系统、预警预报系统和应急处理系统,不断提高水污染防治的科学管理水平。(https://www.daowen.com)
4.河床不抬高
黄河泥沙主要来自黄土高原。黄土高原总面积64 万km2,其中水土流失面积45.4 km2。1950年以来,黄河下游河道共淤积泥沙92 亿t,河床平均淤高2~4m,河床平均高出堤背地面4~6m,其中济南河段为10m,开封河段为13m,形成了举世闻名的地上悬河。由于黄河滩区的无序开发,生产堤的无序修筑,以及河槽的摆动和淤积,又在大堤内形成了“二级悬河”,对防洪安全造成极大的威胁。根据长期分析结果,河床中淤积的泥沙72%为粒径大于0.05mm的粗颗粒泥沙,其中大部分来自龙门—河口区间约8万km2的多沙粗砂区。这一区间的皇甫川、窟野河、无定河等支流都是著名的多泥沙河流,最高含沙量超过1600kg/m3。这一地区面积占黄河流域面积的10%,但产生的泥沙量达11.8 亿t/a,占全流域输沙量的74%,其中粗砂量为3.2亿t,占中游粗沙输沙量的77%,成为下游河床淤积的主要来源。所以,要保证下游河床不抬高,关键是集中治理好这一片多沙粗沙区。20 世纪70 年代以来,这里陆续开展了以小流域为单元,以淤地坝和梯田建设等工程措施为主的水土保持综合治理,现已每年减少入黄泥沙3 亿t。根据以往经验,淤地坝和水库占减沙总量的90%左右,其他措施占10%左右。因此,今后应继续坚持以小流域为单元,以淤地坝和拦沙水库为主,其他措施为辅的治理模式,到2010 年再建淤地坝6 万座,每年减沙5 亿t,到2020年再建16 万座淤地坝,每年减沙7 亿~8 亿t,并适时兴建碛口、河口村控制枢纽,即从源头上为下游河床不抬高创造条件。
小浪底水库建成后,总库容126.5 亿m3,实行拦粗排细的运行方式,可保证下游河道20年之内不抬高。
为了确保黄河长治久安,进一步掌握黄河的水沙平衡规律,黄河水利委员会于2002 年7月开始实施了第一次调水调沙试验,历时11d,耗水26 亿m3,输沙入海6640万t,其中下游河床冲刷泥沙3620万t,按人工挖沙费用10 元/m3计,直接经济效益达3.6 亿元,更重要的是为进一步搞好调水调沙,完善“拦、排、放、挖、调”的泥沙治理综合措施积累了经验。2003 年9 月,通过三门峡、放县、陆浑、小浪底四库联调,进行第二次调水调沙试验,入海泥沙1.21 亿t。2004 年6~7 月,三门峡、万家寨、小浪底三库联调,进行第四次调水调沙试验,入海泥沙0.7 亿t,下游河道冲刷0.64亿t。2005 年以后黄河水沙调控已从试验转入生产运行阶段。
5.近期治理目标与任务
2002年7月,国务院批复了《黄河近期重点治理开发规划》,这是黄河治理开发史上的又一重要里程碑,明确了2010年前黄河治理开发的目标和任务。
(1)初步建成黄河防洪减灾体系。全面加固堤防,建设下游标准化堤防;下游游荡性河道整治和险工加固;分滞洪工程建设;干流河防建设;滩区安全建设;相机修建河口村水库和古贤水利枢纽;完善洪水预警预报、建立机动抢险队伍等非工程措施。
(2)重点解决缺水和水污染问题。灌区节水改造;建立合理的水价形成机制;建设全河水权分配、水权转换和水量统一调度系统;加强水污染防治、排污总量控制和断面水质监测。预期目标:水资源统一管理和水量统一调度体制进一步完善,灌溉水利用系数达到0.5 以上,工业用水重复利用率达到75%左右,水供需矛盾初步缓解,一般年份基本解决断流问题,进入干流的污染物符合总量控制要求,水质满足水功能区要求。
(3)进一步加强水土保持。按照“防治结合,保护优先,强化治理”的基本思路,对黄土高原水土流失重点预防保护区、重点治理区和重点监督区,因地制宜,分区治理。近期以皇甫川、孤山川、窟野河、秃尾河、无定河、三川河、昕水河、浑河等32条支流为重点,治理总面积12.1 万km2。坚持工程、生物、耕作措施相结合,充分发挥生态系统自我修复能力,以小流域为单元,以治沟骨干工程和淤地坝建设为主要内容,进行综合治理。预期目标:新增水土流失治理面积12.1 万km2,平均每年减少入黄泥沙5 亿t。
(4)加快“三条黄河”工程建设。水利部和黄河水利委员会根据黄河流域历史和现状及未来的发展情势,提出了加快三条黄河,即原型黄河、模型黄河、数字黄河的工程建设,力争早日实现黄河开发治理和管理的现代化。