張 鵬 ,路紅敏 ,孔祥磊
(1.聊城安泰黃河水利工程維修養護有限公司,山東 聊城 252000;2.山東東阿黃河工程局,山東 東阿 252200)
黃河從河南鄭州的桃花峪至山東利津段稱之為黃河下游河段,河長786 km。此間,除了南岸東平湖至濟南區間為低山丘陵外,其余均為平原,歷史上一直利用堤防擋水,防洪壓力嚴峻。下游多為游蕩性河段,河流流速下降,泥沙淤積嚴重,加之河道排洪能力逐年降低,使得下游河段河床不斷抬升,河床一般高于背河地面3~5 m,最大10 m,形成著名的地上“懸河”。黃河下游為我國重要的農業、工業和能源基地,一旦決口危害巨大。因此,為減少黃河對其下游廣大地區的威脅,積極開展黃河下游河道治理研究具有重要的意義。
近年來,隨著黃河下游自然和社會因素的變化,黃河下游的來水來沙條件已發生了重大改變,黃河下游河道調整劇烈。根據花園口站實測資料統計,2005—2009年花園口站年徑流量除2007年較上年有所增大,其他年份逐年減少,且小于多年平均值。年輸沙量逐年減少,并且少于多年平均值。黃河下游年經流量和年輸沙量呈下降趨勢。
近年來,黃河下游出現水枯沙少的現象,與以往相比較,河道沖淤出現了許多新的特點。
1)來水量減少,來沙夾沙不多。近年來沿黃兩岸工業、農業用水的增多使得黃河下游來水量逐年減少。目前引黃水量年均300億m3,其中上游引水110億m3,下游引水100億m3,大量的引黃用水使下游的來水量減少。來水量的減少及用水量增加使得黃河下游流量急劇下降,在20世紀末期黃河連續發生斷流現象。同時使黃河輸沙能力下降,下游河道泥沙淤積加重。
2)非汛期清水下泄,致使汛期來臨時,泥沙淤積過高。由于非汛期徑流量小,水流攜帶泥沙能力弱,不能將上游來沙全部攜帶入海,致使泥沙淤積在下游河道中。汛期來臨的時候,雖然徑流量增大,但是水沙比例還是不協調,致使汛期泥沙淤積于河道中。
3)高含沙量洪水出現頻率高,對防洪威脅大。中游地區的暴雨致使黃土高原地區水土流失嚴重,洪水中攜帶的泥沙大量增加,形成高含沙量的洪水。此類洪水流量一般不大,但是攜帶的泥沙卻占全部泥沙的90%以上,由于泥沙較粗,在水流的作用下,泥沙淤積嚴重,河道斷面形態變窄,河道水位陡漲猛落,防洪壓力增大。
隨著國民經濟的發展和治河技術水平的提高,河道治理的原則也不斷修改、補充、完善,概括起來有以下諸點。
1)全面規劃、形成統一體系。黃河河道治理涉及國民經濟的多個部門,工作中難免發生矛盾。黃河河道流經多個省、市(縣),各行政區域間經濟水平不一,發展要求不同,也會發生矛盾。但是合理開發和利用黃河的目標是一致的,因此,進行河道治理時,必須全面規劃,綜合考慮上下游、左右岸、國民經濟各部門的利益,協調各部門之間的關系,形成統一的體系,使整治的綜合效益最大。
2)防洪為主、統籌兼顧。黃河防洪安全關系國家安全,是國民經濟發展的首要要求,河道治理必須以防洪為先并統籌兼顧。
黃河的水沙資源豐富,沿黃兩岸農業引水灌溉、工業用水、生活引水需要依賴黃河水,同時沿黃一帶的沙荒鹽堿地也可引用黃河泥沙進行淤高改良。黃河下游流勢的穩定,對黃河灘區有積極的影響,使引水可靠,灘區高灘耕地、村莊不再被塌入河中。河勢穩定,還有利于發展航運和保證各類橋梁的安全。總之,在黃河河道治理時,需要以防洪為主,統籌兼顧有關國民經濟各部門的利益和要求。
3)分析規律、確定流路。分析河勢演變規律,確定河道合理流路,是搞好河道治理的一項非常重要的工作。有的河段(如山東高村至陶城鋪河段),在河道治理之前,其主槽明顯,但河勢速度及范圍的變化很大,如果在治理中采用哪里坍塌哪里搶護的辦法,就會造成很大的災害。選擇合理的河道流路,就需要在治理之前進行現場查勘,對各個河段的歷年河勢演變資料進行全面搜集,分析河勢演變規律,概化各河段河勢變化基本流路。這些是確定河道流路的基礎。根據概化出的基礎資料,結合河道邊界條件與已建水利工程的現狀,在滿足河道防洪基本要求的前提下,預估河勢發展趨勢,選擇最有利的一條作為治理流路。
4)依照實踐、確定不同的治理方案。黃河下游河段漫長,河勢復雜,不同的河段應有不同的治理方案。對治理方案的確定,既要借鑒國內外和歷史上河流治理的成功經驗,又不能照搬照用。對不同的段落區別對待,對重點的段落重點對待,既要在整體上把握治理方略,又要在細節上確定方案。在治理的過程中必須及時總結經驗教訓,根據具體河情確定和完善治理方案。
5)繼承傳統、開拓創新。人們與洪水經過長期的斗爭,積累了大量的河道治理技術和經驗,這些技術來源于實踐,也被實踐證明是行之有效的。隨著生產力水平的提高和科學技術的發展,在借鑒傳統治河經驗技術的同時,還需要與時俱進,結合實際情況對河道治理進行不斷的完善、補充和創新。例如1949年的大洪水,使得山東陽谷縣陶城鋪以下窄河段發生嚴重險情。通過這次洪水災害,人們逐漸轉變在窄河段單靠堤防擋水的做法,從20世紀50年代開始多點配合進行河道治理。在建筑物結構和建筑材料方面,20世紀80年代以來許多新技術、新材料已開始推廣應用,且成效明顯。在河道治理的過程中,必須堅持繼承傳統、開拓創新的原則,才能把河道治理工作提高到一個新的水平。
1)大力開展水土保持,防洪減淤工作。近二、三十年來,黃河來沙量顯著減少,既有水土保持的作用,也有來水偏枯,特別是某些地區集中采砂的影響。近些年,開展了大量的水土保持工作,特別是在黃土高原地區,其成效也是非常明顯的。據估計,水利水保措施的減淤作用年均達3億t左右。但黃河下游的淤積情況并未根本解決,年來沙量必須降至4億t左右,黃河下游才可望不淤,水土保持工作仍然任重而道遠。
2)在中游修建大型水庫。采取攔粗排細的運用原則,用水庫庫容來換取進入下游的粗顆粒來沙量的減少。多水庫的聯合調度進行調水調沙,是延緩河道淤積,增加下游河道輸沙能力的有效做法。在中游支流上修建以攔泥為主要目的的中型水庫也是值得考慮的措施。
3)整治灘區,拆除生產堤,恢復灘區行洪能力。黃河下游灘區眾多,面積廣大。灘區內存有大量生產堤,灘區農戶種植有大量農作物。生產堤及高桿作物的存在嚴重影響了灘區行洪能力。應該采取措施,整治灘區,拆除淤區內的生產堤,減少高桿作物的種植,恢復河道通暢的行洪能力。
4)積極實施南水北調工程,保持下游排沙水量。增加并保持黃河下游河道水量,是解決泥沙淤積的重要途徑。據計算,在花園口附近增水100億m3,可減少下游河道淤積2~3億t,效果非常明顯。隨著南水北調工程的動工,黃河可相機增加下游的沖刷水量。近期比較現實的是中線從丹江口水庫引水入黃,中線引水100億m3,可使黃河下游減淤3億t。
黃河下游河道淤積嚴重、情況十分復雜,河道治理是一個長期而艱巨的工作,其工程措施是逐步發展完善的。為實現“維持黃河健康生命”的終極目標,必須要根據現有的技術水平,充分考慮國家的投資力度,并結合現在水利建設存在的問題,提出合理的治理措施。