黄河治理实践中的科学探索与技术创新

国民经济飞速发展和社会全面进步，对黄河治理开发与管理提出了新的任务和更高要求。黄河水利委员会认真落实科学发展观，积极践行水利部治水新思路，在黄河治理实践中进行了科学探索与技术创新。

1 “维持黄河健康生命”理论框架的建立

1.1 河流生命概念的提出

历史上，许多灿烂的文明都是依河而兴。一旦河流自身生命系统发生危机，以河流为依托的其他生态系统也就失去了存在的基础。黑河下游居延海的严重沙漠化，塔里木河流域罗布泊、楼兰古城的历史悲剧，无定河边统万城的悄然消失，正反实例，俯首可拾，触目惊心。河兴则万事兴，河亡则万物亡。

由于人类活动等因素的巨大影响，在当今，几乎全世界范围内的河流都面临种种生存危机。黄河的生存危机尤为突出。长期以来黄河本体的生命被忽视，随着经济社会的发展，人们对黄河的索取已远远超过了其承载能力。水资源供需矛盾尖锐，各方面用水需求越来越大，大量生态用水被挤占，下游河床萎缩加剧，洪水威胁严重，水质污染日甚，河口生态恶化。黄河向何处去？面对这个事关黄河前途和命运的重大问题，作为管理黄河的流域机构，应该而且必须提出河流生命的概念。黄河水利委员会要做维持黄河健康生命的代言人。

1.2 “维持黄河健康生命”的理论框架

“维持黄河健康生命”，首先要将水资源可持续利用和流域生态建设提升到压倒一切的高度，为盲目扩张的人类活动限定一个不可逾越的“保护区”。“维持黄河健康生命”是一种新的治河理念，其理论框架为：“维持黄河健康生命”为黄河治理的终极目标。“堤防不决口，河道不断流，污染不超标，河床不抬高”为体现其终极目标的四个主要标志。该标志应通过九条途径得以实现，“三条黄河”建设是确保各条治理途径科学有效的基本手段。

要使黄河为全流域及其下游沿黄地区庞大的生态系统和经济社会系统提供持续支撑，必须先使黄河自身具有一个健康的生命。其生命力主要体现在水资源总量、洪水造床能力、水流挟沙能力、水流自净能力、河道生态维护能力等方面。“维持黄河健康生命”，就要维持黄河的生命功能，这将成为黄河治理开发与管理的最高目标。

堤防不决口，要求黄河的防洪安全有足够的保障。河道不断流，要求在水资源管理上做到三个保障：第一，保障沿河居民饮水安全；第二，保障河流生态用水的需要；第三，保障一定经济社会持续发展的水资源供给能力。污染不超标，要求黄河的水质必须持续满足生活用水和工农业生产用水的基本功能要求。河床不抬高，就是要通过综合措施解决泥沙问题。黄河治理达到了上述“四个不”的要求，其生命表征就会形象生动起来，才算是一条有健康生命的河流。

黄河治理应通过九条途径实现上述四个主要标志。即：减少入黄泥沙的措施建设；流域及相关地区水资源利用的有效管理；增加黄河水资源量的外流域调水方案研究；黄河水沙调控体系建设；制定黄河下游河道科学合理的治理方略；使下游河道主槽不萎缩的水量及其过程塑造；满足降低污径比使水质不超标的水量补充要求；治理黄河河口，以尽量减少其对下游河道的反馈影响；黄河三角洲生态系统的良性维持。

“三条黄河”，就是原型黄河、数字黄河、模型黄河。原型黄河，是自然界中的黄河，是我们治理开发和管理的对象。数字黄河，是原型黄河的虚拟对照体。主要是借助现代化手段采集基础数据，对全流域及相关地区的自然、经济、社会等要素构建一体化的数字集成平台和虚拟环境，以功能强大的系统软件和数学模型对黄河治理开发与管理的各种方案进行模拟、分析和研究，并在可视化的条件下提供决策支持，增强决策的科学性和预见性。模型黄河，就是把黄河做进实验室。通过对原型黄河所反映的自然现象进行反演、模拟和试验，从而揭示原型黄河的内在规律。它一方面直接为原型黄河提供治理开发方案，另一方面为数字黄河建设提供物理参数。

“三条黄河”，相互关联、互为作用。保证各种治理途径和方案技术有效、经济合理、安全可靠。

一个终极目标，四项主要标志，九条治理途径，“三条黄河”科技手段，组成了“维持黄河健康生命”的理论框架。这是一个有机联系的系统工程，涉及水利、自然、政治、经济、社会、文化、生态、环境等诸多自然科学和社会科学学科。树立新的治河理念，实现“维持黄河健康生命”，需要全社会的广泛参与和共同努力。相信按照这个思路持之以恒地坚持下去，古老的黄河一定会焕发出新的生机。

2 黄河调水调沙试验及其效果

黄河的特性可以概括为水少、沙多、水沙不平衡。不协调的水沙关系，造成黄河下游河道成为举世闻名的“地上悬河”，同时也使黄河成为世界上最复杂、最难治理的河流。

近年来，随着经济社会发展对黄河的索取及不当人为干预的增多，黄河整体河情日益恶化，河流生命受到严重威胁。高悬于黄淮海平原之上的下游河道，“二级悬河”现象不断发展，主槽萎缩、淤积加剧，过流能力显著下降，平滩流量从20世纪80年代的6000 m³／s下降到2001年的1800m³／s。过小的主槽行洪能力与“二级悬河”和黄河特有的游荡性相耦合，黄河下游河道形态已经恶化到历史上最危险的程度。

为有效解决小浪底水库和黄河下游河道泥沙淤积问题，2002年、2003年、2004年，黄河水利委员会连续进行了三次不同类型的调水调沙试验，把2.582亿t泥沙送入渤海，有效地减少了小浪底水库和下游河道的泥沙淤积，下游河槽过流能力由调水调沙试验前的1800m³／s恢复到3000m³／s。

黄河首次调水调沙试验是基于小浪底水库单库运行的调水调沙。试验根据黄河下游河道输沙能力，充分发挥小浪底水库自身的调节功能，利用其调节库容适时蓄存或泄放水沙，将天然的入库水沙过程调整为协调的出库水沙过程。

第二次调水调沙试验是基于空间尺度的调水调沙。利用小浪底水库不同泄水孔洞组合塑造一定历时和大小的流量、含沙量及泥沙颗粒级配过程，加载于下游伊洛河、沁河的“清水”之上，并使其在花园口站准确对接，形成协调的水沙关系，实现了既排出小浪底水库的淤积泥沙，又使小浪底～花园口区间“清水”不空载运行，同时使黄河下游河道不淤积的目标。

第三次调水调沙试验是基于干流水库群联合调度和人工扰动的调水调沙。此次试验空间尺度2000km，是世界水利史上迄今为止规模最大的人工调控泥沙的原型试验。通过科学调控万家寨、三门峡、小浪底三大水库的泄流时间和流量，在小浪底库区塑造人工异重流，并实现异重流的排沙出库。同时在下游“二级悬河”最严重和平滩流量最小的河段，对河床泥沙进行人工扰动，并利用小浪底出库洪水的富余能量将其挟带入海，从而增加了“卡口段”平滩流量，扩大了主槽的行洪能力。

三次调水调沙试验从方案制定、水文预报测报、决策调度，到引水控制、泥沙扰动等各个环节实现了“三条黄河”的有机联动，不仅确保了试验的成功，而且彰显出这一现代化科技治河体系的光明前景。

3 开辟黄河治理的又一主战场――小北干流放淤试验

黄河小北干流放淤是继调水调沙试验后，在处理和利用黄河泥沙问题上的又一次重大的科学试验和新的探索。

黄河难治，症结在泥沙，关键在粗泥沙。大量研究表明，淤积在黄河下游河床主河槽的绝大多数是粒径大于0.05mm的粗泥沙，因此，如何科学有效地处理粗泥沙，是遏制黄河下游主河槽淤积抬升的关键。

经测算，在黄河小北干流放淤可拦截泥沙总量100亿t，相当于小浪底水库的拦沙总量。同时，由于小北干流两岸滩地临背差大，盐碱化突出，通过放淤可改良土壤，促进当地经济发展，是一项利国利民的多赢工程。在小北干流放淤可以减少进入小浪底水库和下游河道的泥沙，若能够实现“淤粗排细”的目标，则拦沙的效率更高，对小浪底水库和黄河下游河道的减淤作用更大。因此，确定小北干流放淤试验的目标为“淤粗排细”。

小北干流放淤试验工程分放淤闸、退水闸、输沙渠、弯道溢流堰及淤区五个部分。淤区总面积为5.5km²，设计淤积粗沙1395万t。

试验中，根据放淤闸前水文监测断面的测验，当确认洪水中携带的粗泥沙占较大比例时打开放淤闸门，以确保引粗沙不引细沙；携沙水流流经弯道时，水流进入环流状态，表层水流携带细泥沙从溢流堰回归黄河，底层水流携带较多粗泥沙进入下一个弯道，经第二次分选后，水流进入淤区；根据粗细泥沙的不同沉速，控制退水闸门的开启时机，当粗泥沙已沉淀、细泥沙仍处于“悬浮”状态时，打开退水闸，让携带细泥沙的水流回归黄河。通过以上三个环节，实现了“淤粗排细”目标。 

黄河是世界上最复杂、最难治理的河流，迄今为止，仍有大量的自然规律未被我们认识和掌握。在今后的治理实践中，黄河水利委员会将继续发扬创新思维、艰苦奋斗的精神，用全部的聪明睿智和果敢行动去捍卫黄河的健康生命，并为达到这一黄河治理的终极目标而进行不懈探索。