一、前言
  “堤防不決口,河道不斷流,河床不抬高”這三個(gè)新的治黃目標(biāo),對(duì)治黃工作指出了明確的方向,針對(duì)黃河多沙、水量欠缺不均、下游為“懸河”這一特殊情況,這又是一個(gè)艱巨的任務(wù)。因此,要按照治河方針,結(jié)合實(shí)際去實(shí)施,以確保目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

  這三個(gè)治黃目標(biāo),是一個(gè)對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系,這里對(duì)黃河水的控制,量的問題成為關(guān)鍵:多則決口,少則斷流;流量大帶來沙多,流量小沖力小,都可能使河床抬高。目前在“寬河固堤”、“上攔下排”、“調(diào)水調(diào)沙”、“水土保持”和“鞏固下游堤防,整治河道,治理河口,建設(shè)防洪工程體系,以提高排洪、排沙能力”等治河方針和治黃方略①指引下,已取得了相應(yīng)成效,確保了人民治黃以來50多年伏秋大汛不決口,但隨著時(shí)光的變遷,對(duì)治黃方針的實(shí)施,在鞏固已實(shí)施項(xiàng)目的基礎(chǔ)上,需結(jié)合實(shí)際進(jìn)行深入細(xì)化,拓寬思路,這里筆者提出“拓深河床,加道分洪,分季蓄排”這一設(shè)想治理措施,供專家參考。

二、實(shí)現(xiàn)“河床不抬高,堤防不決口”的措施

  “水到渠成”這一成語,直意為水流到、溝渠自然就形成了。在水利工程中是否可理解為,水力有其自然的力量,在一般情況下,它有其不可阻擋之勢(shì)。對(duì)黃河之水,在記載中河道變遷、大小決徙達(dá)一千五六百次,較大多數(shù)集中在下游①,也印證了此理。因此,治水治河,要遵循自然規(guī)律,化解水力,使其能千條江河歸大海,有其存放或流去的地方。

1、拓深河床的設(shè)想

  在現(xiàn)有的治黃工作中,固堤、滯洪工程對(duì)防汛起到一定的作用。但如前述,由于黃河的泥沙特性,雖然在大的方面控制了河流方向,但下游河床在逐步升高,減少了過流量,增大了大堤決口的危險(xiǎn)性。因此筆者認(rèn)為,大堤不可能無止境修高,在現(xiàn)有基礎(chǔ)上拓深河床,是對(duì)應(yīng)修大堤效果的另一個(gè)更長久之計(jì)。對(duì)此有人工挖深和河水沖深之別,雖說各有其特點(diǎn),但從長遠(yuǎn)考慮,應(yīng)以后者為主,一是利用了水力的自然力量,二是大海的存沙量是龐大的。探討沖深河床方法,屬于治黃的深化,單說修堤可以說是“水來土掩”,這是一從古老落后生產(chǎn)力到現(xiàn)代先進(jìn)生產(chǎn)力時(shí)代都一直沿用的方法,但存在質(zhì)的變化,因此,對(duì)黃河的治理,能控制河流方向,也必定能控制河床的抬高,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)自然規(guī)律的認(rèn)識(shí),一定能夠另辟蹊徑,能夠?qū)崿F(xiàn)使黃河水按設(shè)計(jì)要求沖深河床,輸沙入海,防洪減災(zāi)。這里根據(jù)筆者粗淺認(rèn)識(shí),設(shè)想兩種方法用以降低河床,沖沙入海:“活動(dòng)組合式調(diào)水壩,間歇沖淤?zèng)_沙入海”、“爆破松動(dòng)河床,洪水?dāng)y泥沙入海”,其基本思路、設(shè)想效果、依據(jù)、實(shí)施方案、相關(guān)問題等,見設(shè)想方案1、2。

2、加道分洪的設(shè)想

  黃河水雖然說受上中游所修大壩控制,對(duì)下游來說,小浪底大壩能防千年一遇洪水,但小浪底以下還有不受控的入黃支流,再者專家也警告,對(duì)黃河小浪底工程對(duì)下游防洪的作用,不要抱一勞永逸的幻想。做好黃河防洪工作,根據(jù)下游防洪工程和河勢(shì)的現(xiàn)狀,一是如前所述做好黃河河道疏浚,提高過水量,二是在發(fā)揮現(xiàn)有滯洪區(qū)作用的基礎(chǔ)上,做好對(duì)特大洪水的無害分洪(否則必決堤無疑),也就是在現(xiàn)有工程上加修分洪通道,做到按計(jì)劃分流,不讓黃河自然隨機(jī)決口。這對(duì)于滯洪區(qū)以上到鄭州的河段,意義更為重大。

  分洪作法的基本依據(jù),就是借鑒黃河歷史決口,奪海河、淮河入海的事實(shí)和根據(jù)黃河下游為地上懸河的特點(diǎn)以及具有現(xiàn)代通訊技術(shù)發(fā)達(dá)、計(jì)算機(jī)技術(shù)高速處理數(shù)據(jù)等技術(shù)的支持。設(shè)想方法為“連淮河連海河,建廣域分洪系統(tǒng)”。對(duì)該方法的認(rèn)識(shí)需注意的是僅用于“分洪”,對(duì)生態(tài)各方面影響是短暫的。具體方案,見設(shè)想方案3。

三、實(shí)現(xiàn)河道不斷流的措施--分季蓄排的設(shè)想

  黃河下游斷流主要是枯水季節(jié)沒有充裕水源,在這方面有專家學(xué)者提出調(diào)水方案,這是從根本上解決斷流的好方法,但在另一方面,從黃河本身的情況考慮,從黃河“旱澇不均”的角度去考慮,人工控制流量,達(dá)到“細(xì)水長流”的效果,也是一種解決黃河斷流的方法。

  水源的建造就是修水庫,但黃河在下游為平原河流,在河道上修筑水利樞紐會(huì)影響防洪,這已經(jīng)被實(shí)踐所證實(shí);在河流外修筑大水庫,經(jīng)濟(jì)損失大,也是得不償失。因此,利用黃河兩岸大堤間距較大,河道本身有一定的貯水量,在河道上修筑若干季節(jié)性攔水壩,在豐水期架起攔水壩,貯存一定的水量供枯水期調(diào)用,在汛期將攔水壩拆除,以保證洪水通過。攔水壩是季節(jié)性的,在建筑材料和建筑方法上,要不同于一般的水壩,要便于拆裝,如橡膠等。以此,設(shè)想了“用候鳥式水壩,治季節(jié)性斷流”的方法,詳情見設(shè)想方案4。

四、具體設(shè)想方案

設(shè)想方案1:

活動(dòng)組合式調(diào)水壩,間歇沖淤?zèng)_沙入海

——治理目標(biāo)“河床不抬高,堤防不決口”

1.基本思路

1.1黃河河床隨大堤的升高而自然淤高,但黃河大堤不可能無止境增高。

1.2黃河改道,會(huì)產(chǎn)生新的低河床,但目前黃河下游經(jīng)濟(jì)已較發(fā)達(dá),改道位置難定。再者除改道后的經(jīng)濟(jì)損失外,原防洪設(shè)施報(bào)廢。

1.3用活動(dòng)組合式調(diào)水壩,對(duì)所控制河槽在有利時(shí)機(jī)沖刷,降低河床高度,拓寬河槽寬度,增大過水量。在沖淤過程中,已沖刷的河床不產(chǎn)生新的淤積,克服了固定調(diào)水壩下游有淤積的現(xiàn)象。

2.設(shè)想效果

  在主河槽上布置活動(dòng)式調(diào)水壩(如橡膠壩②、玻璃鋼壩等),隨要求調(diào)整不同方向上的水流量,利用水的沖力沖走淤沙,形成較寬、較穩(wěn)定的深河槽,增大河道過水量;并利用高含沙量洪水能塑造窄深河槽③,利用洪水期來保持窄深河槽,以利于高含沙洪水的長距離輸送。為汛期洪水通過形成順暢河道。

3.基本依據(jù)

3.1控導(dǎo)工程可使河水沿控導(dǎo)方向流動(dòng),沖刷形成新河槽,但隨著新河槽的形成,控導(dǎo)調(diào)水壩下游的河槽產(chǎn)生了淤積,主河槽保持基本相同寬度(所知崔家控導(dǎo)工程有此現(xiàn)象)。保持要沖刷河槽在沖刷一邊時(shí),另一邊不成死水區(qū),不產(chǎn)生新淤積。

3.2非土石壩(如橡膠壩②)可以任意升降調(diào)整。

3.3保持窄深河槽有利于高含沙洪水輸送③。

4.實(shí)施方案

4.1在設(shè)計(jì)的主河槽位置,設(shè)置組合式調(diào)水壩,每節(jié)壩體10m左右,每節(jié)壩體可繞一端向下游成不同的角度旋轉(zhuǎn)(可經(jīng)計(jì)算定于固定角度,如:一次變30度),各節(jié)首尾相連方向,延向下游,與主沖河槽一致。首尾相接時(shí)與一般調(diào)水壩相同;每節(jié)壩體迎水面,可設(shè)計(jì)為利于水力集中沖刷河床的曲面。

4.2三種沖淤方式:

A、壩首、壩中與壩尾可以集中向一端調(diào)水(集中沖刷一岸淤沙)。

B、可分主沖區(qū)與副沖區(qū),兩者沖沙方向不同,主沖區(qū)攔水量大,副沖區(qū)攔水量小,副沖區(qū)用以保證主沖區(qū)調(diào)水過程中,其下首背水面不成死水,減少其淤積量。

C、也可根據(jù)情況形成扇面過水狀態(tài)。

4.3沿下游河道根據(jù)河勢(shì),每10km左右建一處(或依河勢(shì)定)調(diào)水壩,形成接力式,經(jīng)強(qiáng)力調(diào)水后使河水沿直線河道走,形成固定河槽。另外,在固定調(diào)水壩之間,可利用挖泥船(國家“百船工程”現(xiàn)已經(jīng)為大江河疏浚建造成若干艘并使用),拖動(dòng)并安置游動(dòng)式活動(dòng)調(diào)水壩,作局部重點(diǎn)沖刷。

4.4為滿足形成窄深河槽,又要加大過流量,根據(jù)情況可布成樞紐狀,形成多條河槽,交替沖刷。不沖的河槽上首具有關(guān)閉功能,下首設(shè)置塑料紡織的網(wǎng)簾,以阻止渾水回流淤積②。也可按逐漸浸蝕方法達(dá)到河床整體降低。

4.5分段(如100km)從上游至下游依次按設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果修建,以免不確定因素使得上游調(diào)水后,下游所建工程偏移河槽。

5.相關(guān)問題

5.1河槽預(yù)計(jì)沖刷深度的確定:以便建設(shè)時(shí)一次把固定埋件預(yù)理到位。下游河床一般高出背堤地面3—5m。④要考慮將來使河床低于堤外地面。

5.2現(xiàn)有險(xiǎn)工及控導(dǎo)工程利用。重新規(guī)劃設(shè)計(jì)主水槽位置,可利用現(xiàn)有工程,在此基礎(chǔ)上附加移動(dòng)式調(diào)水壩。實(shí)施接力式調(diào)水方案中,要注意到減輕現(xiàn)存險(xiǎn)工的危險(xiǎn)性。

5.3河槽沖深變寬后可能形成的橫河、斜河的預(yù)防問題⑤。

5.4河槽沖深后,現(xiàn)已建引黃工程的利用問題和現(xiàn)有險(xiǎn)工基礎(chǔ)加固問題。

設(shè)想方案2:

爆破松動(dòng)河床,洪水?dāng)y泥沙入海

——治理目標(biāo)“河床不抬高,堤防不決口”

1.基本思路

1.1黃河河床在隨大堤的升高而不斷升高,但黃河大堤不可能無止境升高。

1.2利用汛期或水庫放水產(chǎn)生大水的動(dòng)力,把河床泥沙攜帶入海。但河床有其固有的平穩(wěn)性,常規(guī)下河床泥沙遭洪水沖刷量有限,所以用爆破法將河床全部松動(dòng),或者爆破河床關(guān)鍵部位,破壞其平衡性,為河床松動(dòng)創(chuàng)造條件,增大河水沖刷力度,從而達(dá)到降低河床,增大輸水量,使堤防不決口的效果。

2.設(shè)想效果

  降低河床,提高了現(xiàn)有防洪能力,以保堤防不決口。加速滄海桑田變遷,順應(yīng)自然規(guī)律,把被動(dòng)防汛變?yōu)槭柰ā@盟斏晨蓽p少費(fèi)用,與現(xiàn)行挖河固堤淤背相比,不但減少耕地占用,又造了新的海邊灘涂,更具有長久性。

3.依據(jù)

3.1河水中具有較大的含沙能力,如黃河水?dāng)y沙量可達(dá)901kg/m3,保持窄深河槽有利于高含沙洪水的輸送③;黃河多年平均含沙量為35.0kg/m3⑤,有爆破河床形成渾水的時(shí)機(jī)與形成高含沙水的空間。

3.2泥沙在渾水中的沉降速度是與含沙量成反比關(guān)系的⑥。

4.實(shí)施方案

4.1經(jīng)試驗(yàn)選好實(shí)施時(shí)間即汛期與非汛期、水流速的大小、水中來沙量多大時(shí)最好。

4.2從河口處依次向上游,用時(shí)差法起爆,按流速計(jì)算使水中含沙量均勻且符合最佳輸沙效果。

4.3爆破位置,以河彎處作爆破口,按預(yù)定的河道形狀進(jìn)行爆破。

4.4炸藥可在非汛期預(yù)理,用定向爆破技術(shù)使泥沙爆破后均勻散于水中,也可用水下時(shí)時(shí)爆破。

5.相關(guān)問題

5.1河口承受大量泥沙的出沙量問題;海潮對(duì)海口淤沙的影響或?诟牡牢恢门c時(shí)間⑤⑦。

5.2防止河段堵塞措施⑧。

A、作爆破輸沙量及爆破位置與時(shí)間統(tǒng)一的研究。

B、一旦出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象,疏通措施。

5.3防止橫河、斜河的形成,即主河槽的定位。

設(shè)想方案3:

連淮河連海河,建廣域分洪系統(tǒng)

——治理目標(biāo)“堤防不決口”

1.基本思路

  黃河遇特大洪水要人工分洪,否則,就會(huì)自然決口;再者,對(duì)大洪水分洪后可減輕以下沿線防洪壓力。人工分洪比自然決堤損失要小得多。黃河在下游是地上河,具備向兩岸的海河、淮河流域分洪的便利條件,另外,三條河的接壤水域不多,同時(shí)發(fā)洪水的概率不大,F(xiàn)在氣象預(yù)報(bào)技術(shù)、通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,也為科學(xué)調(diào)水創(chuàng)造了條件,不會(huì)出現(xiàn)顧此失彼的現(xiàn)象。

2.設(shè)想效果

  在黃河兩岸大堤上修筑若干排泄一定水量的溢流口或分洪口,可加閘門控制,根據(jù)水情預(yù)報(bào)結(jié)果,適時(shí)啟動(dòng)閘門進(jìn)行分洪,通過加修的分水通道進(jìn)入淮河、海河等支流。

3.依據(jù)

3.1黃河在歷史上曾向海河、淮河等流域決過口;黃河在下游相對(duì)海河與淮河兩流域?yàn)榈厣虾印?/p>

3.2氣象預(yù)報(bào)能準(zhǔn)確預(yù)報(bào)48小時(shí)的天氣,水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)能及時(shí)準(zhǔn)確地上報(bào)水情。

3.3計(jì)算機(jī)能及時(shí)算出、模擬出所需知地區(qū)的水情,能提供防洪決策所需情報(bào)。

4.實(shí)施方案

4.1根據(jù)歷史上水情,設(shè)計(jì)出需分洪量,修建分水口,要考慮利用現(xiàn)有的引黃灌溉設(shè)施。

4.2分水通道的修建:向最近的天然河道修筑引水渠,利用引黃渠道時(shí),設(shè)計(jì)合適的入河位置。

4.3老支流河道輸水能力的整治:一是疏浚,二是在離河道一定距離處修筑滯洪堤,其性能就是滿足黃河分洪需要,以保證與設(shè)計(jì)的分洪量匹配。也可按老支流河道輸水能力確定分洪口的大小。

4.4防汛測(cè)報(bào)系統(tǒng)的建立:黃河防汛測(cè)報(bào)系統(tǒng)與海河、淮河的測(cè)報(bào)系統(tǒng)連接,并增建必要的水情測(cè)量站。建立防洪地理信息系統(tǒng),對(duì)分洪的必要性,對(duì)分洪量、分洪時(shí)間、分洪位置,能及時(shí)做出科學(xué)的分析。

4.5對(duì)南水北調(diào)中線、東線工程的利用:在穿黃工程附近,設(shè)計(jì)與黃河相連接的水道,保證黃河水向調(diào)水線路中能輸送一定的水量,也可用于非汛期反向向黃河輸水。輸水線路增設(shè)防止向穿黃隧道灌水的設(shè)施,以免造成淤泥沙堵塞,在黃河以北調(diào)水線路上,遇較大河流時(shí)增設(shè)分洪排水口,以增大分洪的機(jī)動(dòng)性。

5.相關(guān)問題

5.1準(zhǔn)備利用的支流河道水文資料的收集和河勢(shì)的測(cè)量。

5.2黃河與淮河、海河流域發(fā)生洪水的相關(guān)性的研究。

設(shè)想方案4:

用候鳥式水壩,治季節(jié)性斷流

——治理目標(biāo)“河道不斷流,河床不抬高”

1.基本思路

1.1水壩在當(dāng)年汛后(或汛末)架起,在來年汛前拆除,這樣的水壩是季節(jié)性水壩,趣稱候鳥壩。(自定義)


1.2黃河下游斷流主要是枯水季節(jié)沒有充裕水源,但建永久性水利樞紐,在汛期發(fā)洪水時(shí),不能提供輸水通道,再者,高含沙洪水在庫區(qū)的淤積,也令有限的庫容和大堤的防洪能力承受不了。若能建立活動(dòng)式攔水壩,在低含沙量時(shí)的豐水期蓄水,供枯水季調(diào)節(jié)使用,在汛前排空水庫,拆除壩體,復(fù)原河道以利防洪。這樣用季節(jié)性水壩-候鳥壩,既治理了季節(jié)性斷流,又不影響防洪。

1.3黃河下游水量可由小浪底水利樞紐進(jìn)行調(diào)節(jié),可為攔水壩架設(shè)創(chuàng)造一定的條件。

2.設(shè)想效果

2.1在黃河下游,修若干低于大堤高度的活動(dòng)式攔水壩-候鳥壩,在豐水期將低含沙量的總來水的1/3(約60億m3)⑤存貯,作為調(diào)節(jié)用水,以保證黃河一定的流量。候鳥壩像候鳥一樣,汛后來,汛前走。

2.2沿河階梯式修筑水壩,多級(jí)蓄積水能以增強(qiáng)河水對(duì)河床的沖刷能力;在每個(gè)壩上,根據(jù)情況確定溢流口和排水口位置,達(dá)到對(duì)整個(gè)河床各部位都具有重點(diǎn)沖刷的可能,以降低河床高度,增大人工控制主河槽位置的能力。

3.實(shí)施方案

3.1建壩材料與壩型:選用輕型建材,如橡膠②、玻璃鋼等來做壩身,整個(gè)壩身為組合式,壩基為固定的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),設(shè)置有固定壩身的裝置;另外包含用于固定壩身的上拉下戧的有關(guān)建筑。主河槽處設(shè)常設(shè)溢流口和調(diào)水口。重點(diǎn)沖刷河槽處也可建成固定的船閘式閘門,用非提升式閘門以便在汛期開啟后減小擋水量。

3.2壩身的安裝與拆除:一是可設(shè)計(jì)為地面導(dǎo)軌與高架導(dǎo)軌,配合起吊架進(jìn)行工作,水中部分使用高架導(dǎo)軌,陸地部分用地面導(dǎo)軌。二是可建成橋礅式起落架,壩身落下為壩,升起成橋(與大堤頂平)。

3.3壩址位置:可按每隔50km建一座,也可根據(jù)河勢(shì)與大堤間寬度而定;可利用1954年后所定的黃河下游河段的12個(gè)樞紐位置④,并考慮現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)需要。入?谔幰紤]接受大量泥沙,要改道等問題⑤⑦,至少修在入?50km以上。則者,至河尾部單用于防止斷流,壩的意義已不大。

3.4蓄水與排水:一是總的蓄、排水安排,蓄水先從上游開始,排水先從下游排水,以保證與防洪的銜接。也可經(jīng)計(jì)算聯(lián)合排水,以增強(qiáng)河道沖刷效果。二是每個(gè)壩位的排水,按試驗(yàn)結(jié)果,設(shè)計(jì)出沖刷主河槽排水,或沖刷一般河床排水的排水位置、時(shí)間和排水量,使具有增加沖淤量,降低河床的效果。

4.相關(guān)問題

4.1多級(jí)壩攔、排水量的組合與沖沙效果的研究。

4.2低壩限期蓄水,在汛期高含沙量、非汛期低含沙量情況下,淤積量與沖刷量的相關(guān)性問題研究。

4.3大堤承載蓄水量的能力,與放水后對(duì)大堤的影響的研究。

4.4壩基高度的確定,應(yīng)考慮河床將來降低后的高程面。從長遠(yuǎn)看,降低河床高度,增大過水量是黃河下游防洪的根本。

五、結(jié)束語

  黃河下游治理是個(gè)系統(tǒng)工程,按自然辯證法的系統(tǒng)觀點(diǎn),它既自成系統(tǒng),又存在于黃河、淮河、海河這個(gè)較大的水利系統(tǒng)中;系統(tǒng)中整體與部分、穩(wěn)定與漲落是兩種矛盾關(guān)系,矛盾的對(duì)立統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)于一定的條件之下。黃河的河床抬高等現(xiàn)狀是一種不利于人類的系統(tǒng)狀態(tài),它是黃河系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)條件下的一種客觀反映。我們治理黃河要從整體和部分去認(rèn)識(shí)其規(guī)律性,既要揚(yáng)長避短,又要?jiǎng)?chuàng)造條件,破壞其不利的狀態(tài)結(jié)構(gòu),使其狀態(tài)向有利于人類的方向發(fā)展。“拓深河床,加道分洪,分季蓄排”,是從黃河的現(xiàn)實(shí)情況出發(fā)考慮的設(shè)想措施,“連淮河連海河,建廣域分洪系統(tǒng)”的方法是從大的系統(tǒng)方面考慮的方案,“活動(dòng)組合式調(diào)水壩,間歇沖淤?zèng)_沙入海”、“爆破松動(dòng)河床,洪水?dāng)y泥沙入海”、“用候鳥式水壩,治季節(jié)性斷流”的方法,是從黃河下游自身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面考慮的方案,這些方案是一種初步方案,但可提供一種治黃思路;治理黃河在落實(shí)治黃方針時(shí),要從現(xiàn)實(shí)出發(fā),利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù),深入細(xì)化,拓寬思路,從整體和局部來考慮實(shí)現(xiàn)新時(shí)期的治黃目標(biāo)。