对黄河下游治理的管见

　　 摘 要 对水利部的黄河治沙“拦、排、放、调、挖”五字基本思路作了讨论，并对黄河下游治理提出建议。概述了引海水冲刷黄河河口段的想法。
　　 关键词 黄河下游治理 引海水冲刷河口段 拦沙

　　一、对黄河治沙思路的讨论
　　水利部关于黄河治沙基本思路是“拦、排、放、调、挖”5个字。下面对这5个字作一些讨论，并对黄河下游治理提出一些建议。谨供有关方面参考。
　　1.“拦”
　　“拦”主要靠上中游地区的水土保持和干支流骨干工程拦减泥沙。我们也赞成在水文气象条件许可下尽可能建设黄土高原植被。但我们赞成的出发点主要是为了改进生态环境，而不是减沙。据史载，秦时黄河（下游）已是“浊”河，西汉时更有“河水重浊，号为一石水而六斗泥”之说，而且已形成地上河。从现在起，即使花大力气，要恢复秦汉时代的植被也是极困难的。就算是恢复了，也仍不能减沙。所以对在黄土高原植树种草能使黄河大量减沙的说法，我们的信心是不强的。看来流域减沙主要还须靠淤地坝和梯田等水保工程措施。到1989年为止，黄河中游打坝淤地370万公顷，拦沙59.4亿吨，占黄河中游水土保持拦沙总量的86%，效果显著。最近水利部决定在黄河中游每年修骨干大型淤地坝500座，拦沙作用还应当进一步得到加强。近10多年，黄河下游年输沙量减少到8亿～9亿吨，这固然包括了水文气象因子变异的影响在内，但水保工程减沙的效果在这一较短时期内也应是存在的。对七八十年以上的长时期，即经历了各种水文气象条件的长时期，其水保工程减沙效果，我国现在还没有资料。由于水保工程长期、大面积拦沙能否达到预期效果是治黄规划能否生效的关键所在，所以对长时期水保工程拦沙效果的预报仍应十分谨慎。要尽可能排除疑点。在这方面，有一事颇为蹊跷，请注意。世界各国中，美国在1911年即开始注意土壤侵蚀。1934年大尘暴爆发后，于1935年制定了土壤保持法，由联邦土壤保持局负责执行，迄今已60余年。其间对土壤侵蚀和土壤保持都进行了大量研究，并大量推广各种土壤保持方法，除生物措施外也包括拦沙坝、梯田、等高线种植等各种工程措施。全国有土壤保持推广站几千处。然而据黄秉维院士转述，1992年美国M.G.Wolman教授来信说：“大面积的推广应当有明显保持土壤的作用，输入河流的泥沙却没有减少。问题很复杂，还没有研究清楚。”美国小流域土壤保持的短期经验以前也是减沙的。现在大面积、长期土壤保持结果?包括生物和工程措施的结果?不能减少河流泥沙的原因究竟是什么，应弄清楚。由于我国还没有长时期、大面积和经历各种水文气象条件的水土保持减沙的经验总结，借鉴他国经验，预先对未来的可能发展作出估计，应是有意义的。所以除应继续加紧我国水保研究外，还应安排一定力量总结国外长时期、大面积水保经验，以进一步落实“拦”字在治黄方略中的地位。我们认为所谓大面积主要指干流?流域面积大?。进入小支流的泥沙减少后，其影响要经过河道冲淤演变才能到达下一级支流。如此逐级演变，最后才达到干流。支流愈长则干流开始减沙的时间也愈晚。如果是这样，则美国河流将来也许还有减沙的可能，问题便不那么严重。看来结合水土保持，也还需要监测相应的河道演变并作出分析研究。
　　另因为拦沙只减少沙量而不是将沙完全拦在上游，即使有一定效果也仍会有大量泥沙在口门区沉积，使口门外延。由此而引起的溯源淤积将部分抵消拦沙给下游河道带来的好处。所以在流域拦沙的同时，也还必须治理下游口门，遏制其外延。
　　关于在黄河中游增建水库问题，在黄河两岸已过度引水的今天，我们同意一种看法，即增建中游大水库还会引发人们进一步从黄河引水，加剧黄河断流的危机。当然，中游是否建大水库还需要考虑其他诸多因素，尚需从长计议。防洪水库中?包括小浪底，动、静库容的差异也应注意。
　　2.“排”
　　“排”的原意为“将拦不住的泥沙利用现行河道尽可能多地输送入海”。实际泥沙出口门后约有2/3在口门区沉积，使口门外延，而不是全部进入深海。口门外延将引起溯源淤积，抬高河床。所以单纯加大现行河道输沙能力增强排沙并不能解决河道持续淤积抬升问题。小浪底投入运用后在十几年内下游部分河道将发生冲刷，但被冲起的泥沙大部分仍将淤在口门区并引起溯源淤积。我们认为在治黄方略中包括“排”字是十分必要的，但还有口门治理的配合，而且还要解决排沙水源的问题。
　　3.“放”和“调”
　　“放”和“调”可以部分地解决黄河下游的泥沙问题，但是这两种治理途径受到很多因素的制约。例如黄河是地上河，所以在堤外放淤时，清水不能回河，造成河道淤积；如堤内放淤，则淤土很薄，移民数量很大。至于调水调沙，一方面会加快水库淤积，另一方面要引起河道大冲大淤，对河道的治理也不利。因此，在实践中，这两种方法实施的规模都很小，似不能成为治黄的主要方法或方略。
　　4.“挖”
　　挖泥加高加宽大堤作为筑堤手段是有效的。但如河床持续抬升的趋势没有得到遏制，则仍然是“水长船高”的局面，即随着河床的上升大堤必须随之加高；而且因为堤顶宽了所需方量比一般堤防更大，投资更多。只要河床仍然持续抬高，所形成的“相对地下河”便只能存在一个时期。“长治久安”云云是不大可能的。在形成这样的相对地下河后便“解放”滞洪区，似乎也不是长远和万全之计。黄河在1985～1996年，3000立方米/秒流量的水位每年平均抬高约15厘米之多。小浪底建成后，在一定时间内，部分河床将下切，情况会改观。但过若干年后，随着水库排沙比的加大河床又会逐渐淤高，仍然要呈现出上面所说的“水涨船高”的局面。这样，每过若干年便须加高堤防。随着堤防的加高，溃决的风险也加大，滞洪区也相应要受到威胁。所以用加高堤防的办法来形成“相对地下河”，似乎并不是治黄的好办法。
　　黄河既以善决善淤著称，挖泥后会很快回淤。要用挖的办法来降低黄河河床，必然耗费大而收效微。有人认为如每年在河口段挖几千万立方米泥沙同样可以造成局部水面跌差，并引起溯源冲刷。问题是挖深河口段并不能改变河口段的平衡坡降，以致河道迅即回淤，溯源冲刷将随之消失。
　　都江堰石刻60字中有“深淘滩，低作堰”6个字，岁修都要挖沙石。但都江堰所在的岷江河段，河床由卵石和蛮石组成，输沙量不大。渠道入口的宝瓶口右侧又有飞沙堰可以排走部分沙石。由于挖沙后回淤量小，每年的挖沙量相对较小。而黄河这样的多沙河流和都江堰不同。在黄河挖沙由于事后回淤量大，如果不是为了取土筑堤，则因挖沙效果不能持久，将造成大量投资浪费。对于在多沙河流上没有经过可行性研究，只为取得短暂效益而大量挖沙是不可取的。例如挖沙5000万立方米约需投资10亿元。如果回淤了，这10亿元便付诸东流而浪费了。有一种说法认为回淤量便是黄河输沙的减少量。所以挖沙回淤仍是值得的。问题是这个输沙量的减少只意味着入海沙量的减少，河槽早晚要回淤复原。这有点像用一桶水灌杯子，水很快就会灌满杯子而溢出。如果将桶内的水减少1/3，水仍然会很快灌满杯子而溢出，只是溢出量减少而已。而我们在这里所关心的问题是杯子是否可以不灌满。1998年黄委在实体模型上做了9次挖槽试验，每次放水后都被淤掉。显然在如此多沙的河流上挖沙是不值得的。综上所述，我们以为将“挖”字写入治黄方略，未免把“挖”的作用看得太高了。
　　从以上讨论可见，以5个字为代表的治理黄河泥沙思路还有值得进一步商榷之处。我们对此问题的看法如下：
　　1. “拦”的大面积、长时期减沙效果应进一步予以落实。必须确保治黄长远规划的成功。要避免在投入大量资金并采取各种措施为水土保持赢得七八十年的时间后，却发现河流不减沙或减得很少。在这个问题上，即使是一个小疑点也应澄清。

　　2 . 五个字都未涉及如何遏制口门外延以及如何处理口门外延所引起的溯源淤积问题。黄河下游河道持续抬升是沿程淤积和溯源淤积的综合结果。虽然对于哪种淤积是主要的现在还存在着不同的看法，但溯源淤积的影响则是存在的和不可忽视的。在这方面，谢鉴衡作过详细分析。所以如只根据5个字治理黄河泥沙，并不能避免黄河下游河道的持续淤积抬升。在分洪淤灌增加主河道淤积后，也缺乏清除的手段。引海水冲刷河口段可以遏制口门外延。在分洪点以下的河道向两岸分洪淤灌所导致的主槽淤积也可用海水冲刷，予以清除。所以在治理黄河泥沙的思路中似应增加一个“冲”字，即引海水冲刷河口段以达到遏制口门外延和引起注入点以上河道溯源冲刷的目的。“排”利用河流自身流量、断面形态和水库调度。由于近年黄河水源短缺，排的作用受到较大限制。“冲”则以海水为水源。它的作用可以达到口门以外的海域，可以作为排字的补充。冲与排是不同的。一则排的作用止于口门，已见上述；二则排不能引起溯源冲刷；三则排不能遏制溯源淤积。冲的优点见下文。冲是结合黄河的特点提出的。黄河水少沙多，需要冲沙水源。尾闾又位于弱潮海域，口门较小，外延较快。河口和海湾地形优越，宜于从侧面引海水入黄河冲沙。这个办法在长江、珠江和钱塘江都不适用。
　　二、引海水冲刷黄河河口段想法的概要
　　基本想法是利用黄河口的有利地形，从莱州湾的广北港向北引水到利津或西河口附近注入黄河，借以冲深注入点以下河槽。以利津为例，注入适当的海水流量后，可带来以下好处：
　　1. 使利津以下河道坡降由1/10000减为1/20000左右，在利津造成7～8米的水面跌差(陡坡)，任何由于口门外延而引起的溯源淤积到此都被截断。注入点以上河道由于发生溯源冲刷而下切，最终形成新的平衡纵剖面。
　　2. 海水冲刷河口段形成的咸浑水比重大于海湾中的清海水。因此咸浑水流出口门时将形成异重流，不在口门落淤，口门可不外延或外延显著减缓。断流期间继续引海水冲刷，还可能导致口门蚀退。由于注入点以下的河道坡降已减半，同一口门外延距离所造成的河道水位抬高也随之减半。
　　3 .引海水冲刷河口段的另一主要优点在注入点以上引起溯源冲刷，可使部分河床下降。在一定的来水来沙条件下，当口门在A处时，在整个下游河道上最终将形成平衡纵剖面，如下图曲线①所示，这是相应于来水来沙的最高水面线，其终点位于口门A。和它相对应的河床是相应于来水来沙的最高河床。同样，对应于口门位置B，可得河道平衡纵剖面曲线②。曲线①和②必然互相平行，而曲线②低于①。设A即为现黄河河口位置，引海水冲刷河口段后，有效河口位置将上移至利津附近，在图中即以Ｂ表示。剖面②低于剖面①，其理论差值可达3～4米。
　　现黄河下游是否已接近曲线①还有不同看法。但引海水冲刷河口段后总可得到两点好处：(1)最终平衡纵剖面将降至曲线②。(2)通过溯源冲刷，约自艾山以下的山东河段将下切。因此，在小浪底泄水初期冲刷河南河段时，海水冲刷河口段可引起山东河段下切。在小浪底运用后期，河南河段回淤时，海水冲刷河口段仍可保持下切后的山东河段；而且河南河段的3000立方米/秒的水面线也不会超过曲线②。
　　4. 依靠淡水冲沙捉襟见肘，处处受制，海水则是用之不竭的水源，取水量只决定于引水工程的规模，而且可以随时引用。在具备海水冲沙手段后，在利津以下，可以大量抽取淡水或引洪淤灌，事后再注入海水以清除主河道的淤积。每年回收淡水10亿～20亿立方米应是可能的。另引海水冲刷河口段后，每年可有100亿～200亿立方米或更多的咸浑水进入渤海，可缓解由于断流导致入海泥沙减少所造成的海湾生态环境问题。河口至利津间也有通航可能。如对咸浑水异重流引导得宜，还可能在有利的海域淤出土地。
　　5. 引海水冲刷对环境的不利影响主要来自海水由渠道和河道的外渗（如从水库注水，则还有海水由水库外渗问题）。渠道防渗已有成熟经验（如沥青衬护防渗等），对海水通过河道堤防外渗，可在堤外开截水沟，截留咸水，集中抽排入河道。沟外侧边墙可应用东营新工艺由混凝土插板构成，将浸润线压低。当然，海水外渗还会引起其他问题。但防渗总比防溯源淤积容易，不应以此否定引海水冲刷河口段的建议。
　　6. 引海水冲刷所引起的环境影响可以设法防止，而且它还是可以逆转的，是可以随着停止引海水而消除的。引海水冲刷是一种新想法，需要对它开展进一步的研究。
　　三、建议
　　1. 保持原治黄方略，可以补充，但不作删节。继续大力抓好水土保持和防洪工程的加固工作，力保安全度汛。在这一前提下，应认真总结国外大面积、长时期的水土保持（包括水保工程）减沙效果。治理黄河是安邦兴国的大事，在黄河治理中，对大面积、长时期水土保持，包括水保工程，最终能否减沙应有可靠的论据。为此建议：大力加强黄河水沙变化的研究；增加水沙变化研究基金；深入研究国外水土保持文献并与美国水土保持局取得联系，收集其出版资料，必要时派人出国考察、访问有关专家、交换意见，务求弄清美国土壤保持的情况，作为预估大面积、长期水土保持效果的参考。
　　2. 因为建库可能导致黄河水源的进一步消耗，而且建库对环境的影响又是不可逆转的。中游建库如不是出于防洪需要，则应十分谨慎，从长计议。黄河宜于建大库的坝址已不多，如能保留一些良好坝址，也可为子孙后代留有回旋余地。
　　3 .对海水冲刷河口段的治理方案建议展开研究。到目前为止，所有这方面的研究都是在业余完成的。由于业余时间有限，研究还待进一步深入。已有研究成果表明，应用这个方法在现有水沙条件下即可降低黄河下游河道的平衡纵剖面，而且应用后对河道并没有不可逆转的环境影响，终止抽水后对环境的影响即逐渐消失。海水从河道和渠道外渗问题也较易克服。研究工作建议由中国水利水电科学研究院和清华大学继续负责与黄河水利科学研究院共同进行。勘测设计请黄委指定单位负责。
　　4 .选定有代表性的水沙系列后，用数值模拟方法研究溯源淤积对黄河下游纵剖面的影响。这样比理论分析可以计入更多因素，还可进一步计算平衡纵剖面，与现有河道作比较。如果现有河道已接近平衡，则如在利津注入海水能取得预期效果，理论上还可设想远景将海水注入点再上移100公里，使整个黄河下游河床下降约8米，则悬河地貌将基本消失，黄河下游将基本成为地中河。实际黄河下游如能全线下降约2米，好处已很大。
　　5. 海水冲刷降河的本质是将泥沙送入渤海和外海。在这方面也应进行相应的研究，预报渤海、特别是莱洲湾的冲淤演变。从长远看，泥沙在渤海的淤积是一个需要认真对待的问题。
　　6. 如果进一步研究海水冲刷法可行，则应在小浪底运用10年内开始引海水冲河口段，以便冲深山东河段并减少河南河段的回淤。
　　7. 建议下一步的研究工作包括两部分：①河口以上的数模计算和水槽试验研究，包括溯源冲刷、异重流形成、河口段平衡坡降等，由清华大学负责，请黄河水利科学研究院参加。②异重流在海湾中的运行、淤积部位、渤海淤积远景等二维和局部三维数模计算等，由中国水利水电科学研究院负责，请黄河水利科学研究院参加。
(作者林秉南为中国科学院院士、中国水利水电科学研究院原院长，张仁、周建军为清华大学教授)