黃河輸沙規律與治理前景回顧

1963 年由北京水力發電學校畢業，分配到中國水科院泥沙所參加工作，開始接觸黃河泥沙問題。屈指算來，已經有58個春秋?；仡櫷拢疑钌畹伢w會到，黃河不是60年前的黃河，對它認識不同于60年前，治理的方法也不應是60年前的老辦法。袁隆平發現雜交野生稻引發了水稻生產一場革命，但有高含沙水流塑造的北洛河下游河道形成的發現卻并沒能推動黃河治理的變革！

1.北洛河下游河道形成的啟示

上世紀70年代我參加了黃河第二次規劃，查勘了三門峽水庫庫區。在三門峽水庫的回水末端，我們發現流入庫區的北洛河下游河道窄深穩定，宛如一條人工修建的彎曲渠道，這給我留下了極為深刻的印象。就此問題向錢寧先生請教，他沉思了片刻，只說了四個字“含粘量高”。在以后幾年的時間里，我學習了前人的研究成果，分析了北洛河、渭河的來水來沙特點及其下游河道的演變特性，發現北洛河經常發生含沙量700～900kg/m3的洪水，洪水塑造出窄深河槽，大量泥沙能在上百公里長河道上順利輸送，主槽還會產生強烈沖刷。渭河、北洛河下游河道的輸沙特性，與渠道高含沙水流及管道物料高濃度輸移的特性極為相似。在管道高濃度輸送中，像黃河這樣泥沙組成、粒徑小于0.08mm的高含沙水流均按重介質處理，只要克服阻力，即可順利輸送，不用考慮挾沙能力問題。

通過黃河主要干支流不同河段的高含沙洪水的實測資料進行類比分析，可以得出：窄深河槽有利于高含沙水流輸送；適宜輸送的含沙量不是低含沙量；造成高含沙洪水在黃河下游河道嚴重淤積的主要原因是其河道極為寬淺；當一條河流的泥沙主要由高含沙洪水輸送時，就能形成具有窄深河槽的彎曲性河道。

此項研究成果得到中國水利學會泥沙專業委員會錢寧教授的高度重視，《水利學報》1982年第8期將《黃河高含沙洪水輸移特性及其河床形成》一文發表。獲得首屆錢寧優秀論文獎. 在隨后的歲月里，圍繞著高含沙洪水對防洪的影響，研究了高含沙洪水在游蕩性河道上輸送時因河床劇烈調整而產生的各類“異?！爆F象，如能否形成“漿河”，洪峰流量為什么會沿程增大等。這些研究成果，不僅能解釋當時防洪中的生產問題，也加深了對高含沙洪水輸移特性的認識。

針對游蕩性河道不利于高含沙洪水輸送的情況，深入研究黃河下游游蕩性河道在不同來水來沙條件下河床調整變化規律，揭示黃河水沙組合不合理，小水挾沙過多，形成游蕩性河道比降陡，組成河床的粉細沙易起動；在不同水沙條件下河床調整相互制約、破壞，始終保持寬淺散亂特性；河道沒有因淤積使比降變陡以及輸沙能力增加而達到穩定，而是呈現惡性循環，其演變特性如同一條沒有興建跌水的不穩定渠道；只有具有窄深河槽的河流才有可能發展成為穩定的彎曲性河道。這些研究成果在1989年第4期《泥沙研究》上以《黃河游蕩性河道形成與改造途徑》為題全文發表。以學術界的反映為基礎，1989年至1991年，萬兆惠博士牽頭完成國家自然科學基金。

2.學術界的重視推動了研究工作的進展

我們的初步研究成果引起學術界的重視，早在1987年中美黃河學術討論會上，黃秉維（1913-2000）院士就指出：“在諸多對策之中，利用高含沙水流特性，使下游河道基本消除淤積，可能是一個有效途徑”?！耙乾F在就可確定利用高含沙水流特性排沙是不行的，我也希望知道否定它的理由”

項目專著《黃河高含沙水流運動規律及其應用前景》（1）。該著作匯集了清華大學、中國水利水電科學研究院、黃河水利科學研究院等科研單位最近幾年的研究成果，基本搞清了高含沙水流的流變特性、運動特性和輸沙特性以及在黃河上的應用前景。該專著由錢正英和黃秉維兩院士分別作序，寄托了老專家對黃河高含沙水流研究的希望：使黃河下游的洪水災害由“史不絕書，變為史不再書”；通過小浪底水庫的調節，形成泥沙主要由高含沙洪水輸送的水沙條件，以利于黃河下游治理。

1988年，錢正英院士在黃河下游治理座談會上的總結發言中，認為黃河水利科學研究院提出利用窄深河槽輸送高含沙水流是個重大突破，希望在黃河治理規劃中有所反映。在她的大力推動下，利用黃河高含沙水流輸沙特性解決黃河下游淤積的問題，列入國家“八五”科技攻關項目，由我作為專題負責人，聯合黃河水利科學研究院、黃委設計院、清華大學和中國水利水電科學研究院協同攻關。我們通過三年的努力完成了攻關任務，成果匯集成專著《黃河水沙變化與下游河道減淤措施研究》（2），研究成果獲得河南省科技成果2等獎。

由黃河水利出版社正式出版。書中首次提出：小浪底水庫的防洪運用由消滅高含沙洪水改為利用洪水排沙，水庫的運用方式由傳統的“蓄清排渾”改為“泥沙多年調節，相機利用洪水排沙”，明確提出水庫在枯水年不排沙，按最大興利效益進行調度運用。方案計算結果表明，水庫的興利指標大幅增加，輸沙用水大量節省，年平均輸沙用水量僅為60億m3左右，節省2/3，且均安排在豐水年小浪底水庫無法調節利用的洪水期。

為此我被評為八五攻關先進個人，在人大會堂受到中央領導親切接見，攻關成果引起水利界眾多知名人士的關注。1995年水利界10名院士：嚴愷、竇國仁、林秉南、徐乾清、潘家錚、黃秉維、劉東生、黃文熙、陳述彭、李鄂鼎，會同其他9位水利界專家聯名，建議進行聯合攻關。由水利部原部長楊振懷送李鵬總理（3）。水利部，規劃總院給我們列支項目經費，使我們能夠繼續深入研究。

3.輸沙理論重大突破——洪水非恒定性——漲沖落淤規律的破解

根據多年研究黃河泥沙運動的經驗，應通過現象分析摸清造成該現象的力學基礎，只有分析清楚造成現象的過程和原因，才能真正地認識黃河下游。例如“淤灘刷槽”問題，一場大洪水過后，灘地大量淤積，主槽強烈沖刷，從表面看似乎它們之間有關聯，但通過對河槽沖刷過程的分析，則會發現河槽沖刷發生在漲水期，而在落水期不管高、低含沙洪水主槽都是淤積，甚至在比降變幅相差十倍的情況下也是如此，由此可見，漫灘清水在落水期回歸主槽造成刷槽的假說不能成立。

為什么會發生不管高、低含沙洪水，在比降變幅十倍的情況下均會發生“漲沖落淤”呢？用以往有關恒定流、挾沙力為單值的理論無法解釋。應該從黃河實際出發，首先認識造成窄深河槽“多來多排”的機理（見1994年第2期《泥沙研究》）。丁聯臻看到我們的研究成果后給我寫信，建議在他主編的英文版《國際泥沙研究》上發表，是他老人家和李文學總工幫助譯成英文，登在1995年2期《國際泥沙研究》上。在此基礎上分析洪水非恒定性，對作用在床面上力的變化過程與河床沖淤之間的關系進行分析，才能形成正確的認識。這個復雜的問題我們是經過十多年的探索，才取得成果（見2005年第6期《水利學報》）。

洪水輸沙的非恒定性、漲沖落淤規律的破解，打開了對下游治理的新視野。經過長期研究，我們搞清楚了為什么高含沙量、低含沙量、比降陡與比降緩的河流，河床在漲水期都是沖刷，落水期都是淤積。由于對這個問題的認識有了進展，所以對窄深河槽的過洪機理、淤灘刷槽之間沒有聯系、利用洪水長距離輸沙入海、水庫排沙調控原則等問題的認識，都向前推進了一步?；谶@些新的認識，我們提出了《應該把河床不抬高作為黃河下游治理的戰略目標》，得到水利部汪恕誠部長重視。

2017年在泥沙研究2期上發表《基于洪水漲沖落淤特性分析游蕩性河道雙整治后對下游沖淤影響》，根據黃河干支流主要河段，高.低含沙洪水大量實測資料分析從理論上回答下游河道的進一步治理可行性。

4.黃河下游游蕩性河道形成與改造途徑

此時正值小浪底水庫投入運用，初期下泄清水。根據三門峽水庫的運用經驗，清水沖刷期塌灘，河槽展寬，不利于水庫排沙通過河道輸沙入海；在多年調節水庫排沙初期，因要塑造窄深河槽，故會發生大量淤積，減淤效果不如節省輸沙用水效果顯著。從長遠考慮，若能通過河道整治方法形成有利于輸沙的窄深河槽，不僅可以減少淤積，寬淺的游蕩河道諸多防洪問題也可以得到解決，于是開始了游蕩河道整治新方法研究。（在2003年水利部科技司，批準河道整治新方法科研項目）

對黃河下游游蕩性河道研究表明，主槽的強烈堆積，造成槽高灘低，致使主流頻繁游蕩擺動，對防洪極為不利。三門峽水庫投入蓄清排渾運用后，小水淤槽減弱，加上河道整治工程的控導，河道開始向穩定方向發展，對當時防洪雖然能起到比較顯著的效果，但在游蕩性河道來水來沙沒有得到根本改變之前，也控制了泥沙堆積部位，改變了游蕩性河道依靠主流自然擺動平衡槽灘高差的演變規律，使主槽的抬升速度大于灘地的抬升速度，促成了“二級懸河”的形成，而生產堤的存在只是加劇了懸河的發展，給防洪帶來新的威脅；寬淺河段也成了利用河道輸送高含沙洪水入海的主要障礙。

游蕩河段的整治任務是穩定主槽，形成排洪輸沙通道。黃河下游寬河段采用的“微彎”整治方法，主要是基于“水流性曲，按彎曲性整治可使河道穩定”的認識，并參照高村以下過渡河段的整治經驗。其實高村以下成功的原因是由于有了窄深河槽，而不是因為平面彎曲所造成。參考世界上重多河流整治經驗，提出黃河下游以形成穩定窄深河槽為目標的雙岸整治，是基于游蕩河道河勢變化規律具有隨機性，河床調整呈現惡性循環，“微彎”整治無法控導河勢，形成窄深河道的基礎上提出的。窄河固堤只能減少洪水的灘地淹沒損失，雙岸整治可形成高效排洪輸沙通道，控制河床不抬高。出版了《（黃河下游窄深河槽輸沙潛力與高效排洪輸沙通道構建》（3）

參考文獻

[1]齊璞、趙文林、楊美卿，黃河高含沙水流運動規律及應用前景，科學出版社，1993年，北京，錢正英，黃秉維分別作序

[2]齊璞、劉月蘭、李世瀅等，黃河水沙變化與下游河道減淤措施（M），黃河水利出版社，1997年，獲河南省科技進步2等獎，被評為八五攻關先進個人

[3]齊璞、孫贊盈、齊洪海，黃河下游泄洪輸沙潛力和高效排洪通道構建（M），黃河水利出版社，2010年12月，鄭州，汪恕誠，潘家錚，李國英分別作序！