黄河下游防洪形势巨变
2025-04-25 09:51阅读：
【摘 要】黄河小浪底水库投入运用以来,到2019年下游河床产生强烈冲刷，共冲刷21.5亿m3、河南段冲深3米，山东河槽冲深2-1.3米，河槽的过洪能力迅速增大；中上游的近几十年大规模的治理引起的水沙趋势性变化:黄河来沙量逐年大幅度减少、由16亿吨变成2-4亿吨；进入下游大洪水已经消失、近年来没有发生高于警戒水位的洪水流量，下游河道防洪形势发生巨变。此外输送到河口的沙量也大幅度减小，河口淤积延伸减弱，其对上游河道影响可以忽略。小浪底水利枢纽应进行泥沙多年调节，充分利用洪水排沙，可以长期发挥作用，河槽还会长期发生冲刷。目前的下游河道已经成为世界上最为安全河流，必然影响黄河流域治理。为了防止发生华北地区河流过度治理局面出现，引起黄河下游环境变坏，维持黄河的健康生命，调整控制黄河中上游治理工程开发目标与规模，在下游修建桃花峪水利枢纽进行控制也是必要的。
关键词：水沙趋势性；小浪底水库；多年调沙；河道冲刷；河槽泄洪；平滩流量；黄河
序 言
河床演变受流域地质地貌大环境、来水来沙条件与河边界条件等因素制约，当其中一些方面发生改变时会引起河流的自动调整，当这些因素改变剧烈时河床就会随之发生迅速的调整。
黄河是世界有名的多沙河流。历史上，黄河“三年两决口，百年一改道”，制造灾难无数。这个困扰中华民族数千年的难题，竟在短短几十年间解决了。
泥沙在下游淤积是洪水泛滥根源，历史上是一条灾难深重的河流。过去黄河与灾难紧密相连，提起黄河即联想起洪水泛滥，民不聊生。为了从根本上治理，曾以“节节蓄水、分段拦泥”的规划原则，对黄河做了全面规划，企图使黄河变清，从根本上解决下游的洪水灾害。由于规划不符合国情，三门峡水库被迫进行两次改建，改“蓄水拦沙”为“滞洪排沙”运用。
目前的黄河不是几十年前的黄河，其来水来沙条件已经发生重大的改变，现在对黄河认识也不是几十年前的老认识，其治理方法也不应是过去老办法！需要不断的进行调整。黄河干支流上修建大量水利工程，洪水和泥沙已经得到有效控制，已经使黄河来水来沙条件与下游河道情况发生巨大变化，黄河来沙量与洪水流量均大幅度减小，小浪底水库投入运用以来下游河床发生强烈冲刷，洪水位大幅度下降，河槽过洪能力迅速增大。水利部针对21世纪黄河治理，提出“堤防不决口、河道不断流、水质不超标、河床不抬高”宏观治理目标已经提前实现。
由于黄河下游河道多年的淤积抬高，形成河道比降陡，有万分之二到万分之一，流速可以达到三到四每秒米，且在涨水期河床不断冲刷，水深迅速增大，最大洪峰时河床最低，过流能力最大，与淮河泄洪河道比降三万分之一；长江下游比降为三万分之一到五万分之一的情况不同。黄河要比淮河、长江陡。这是由于黄河长期多沙，且水沙组合不合理，小水挟沙过多，形成很陡的比降。黄河下游花园口站河床高程为90几米，长江武汉站的海拔高程只有20几米。优化来水来沙组合后，目前的河床比降利用洪水输送泥沙入海是富富有余。
小浪底水库投入运用初期，下泄清水并造峰冲刷下游河道，改变了多年小水挟沙淤积河槽，形成游荡性河道历史后，使黄河下游已是世界上较为安全的大河。美国密西西比河河道防洪标准是50年至百年一遇；长江下游防洪标准是40年一遇，设防流量80000
m3/s，三峡水库建成后才到达百年一遇。
黄河下游河道目前的设计洪水标准达到千年以上,明显偏大。造成下游河道超标准堤防工程和中游过度治理，潘家铮院士几年前已经提出对黄河设计洪水标准进行重新审定[8]。
1 小浪底水库投入运用下游防洪形势巨变
1.1河道发生强烈冲刷
三门峡水库改建后“蓄清排浑”运用的减淤作用已经使花园口以上河道基本不淤。小浪底水库自1999年投入运用已经19年，水库共淤35亿立米，下泄清水并造峰,下游河道冲刷21.5亿m3，河槽的泄洪能力迅速增大[1]。河南河段河槽因冲刷3000m3/s水位下降2.56-3.01m(见图1)，河道的平滩流量由3650-2700
m3/s增加到7200-6500 m3/s；高村以下河道3000m3/s水位下降1.3-2.15m，河槽的平滩流量由2800-3200
m3/s增加到4350至4650m3/s（见表1）。
图1 黄河下游河道1999至2018年各河段3000m3/s水位下降值
Fig 1. Water Surface Elevation Reductions for Discharge of 3,000
m3/s in Lower Yellow River
(1999-2015)
表1小浪底水库自1999-2018年投入运用下游河道冲刷与泄洪能力迅速增大
Table 1. Rapid Increase of the Riverbed Degradation and Flood
Discharges Capacity in the Lower Reach after the Operations of
Xiaolangdi Reservoir (2000-2018)
1.2河道过洪能力 迅速增大
黄河下游堤防在小浪底水库建成（2000年前）按百年洪水设计标准，花园口站设计洪峰流量22000
m3/s，花园口至高村河段大堤顶高程按设计洪水位超高3m修建，大堤后淤背宽度100m，小浪底水库建成后成为千年一遇。高村以下河段大堤顶高程按设计洪水位超高2.5m修建。
在2003年蔡集出险后，黄河下游的生产堤普遍大幅度加高培厚，已经形成高出当地滩面2-3.5m，堤顶宽4至8m的比较完整的堤内防洪体系[2]。若考虑1.5米高生产堤防洪作用：利用报汛报告上各站给的设计水位流量关系曲线查得[1]；目前花园口河段生产堤内河道可以下泄洪峰流量为22000m3/s;高村以上河段能下泄15000m3/s以上洪峰流量;艾山以下河道可下泄洪水流量达7000-8000
m3/s。
由表1给出河道高程资料可知，黄河下游大堤顶已经高出滩面5至7米，已经形成滩高河槽深的相对地下河。
图2给出花园口断面河道在小浪底水库投入运用前后泄洪能力巨大变化，主河槽冲刷，平滩流量增大，现在河道泄洪能力比2000年时22000
m3/s洪水位又下降近3米，以上资料分析表明黄河下游河道已经形成世界上最安全的大河，今后洪水没有漫滩可能，黄河规划中提出的滩区滞洪堆沙作用无法实现，政策补偿也会落空。
图2 花园口断面河道在小浪底水库投入运用前后(1999-2016年)泄洪能力巨大变化
Fig 2. Significant Changes of Flood Discharge Capacity of the Cross
Section at Huayuankou Hydrologic Station after the Operation of
Xiaolangdi Reservoir(1999-2016)
随着小浪底水库下泄清水与水库调水调沙的运用，黄河下游河道还会继续发生冲刷，河槽的过洪水能力还会不断增大，河床不抬高已经实现，并可以长期保持[3]。最近3年来因下游河道两岸引水困难，小浪底水库在汛初7月底都没有进行调水造峰冲刷下游河道，说明黄河下游河道真实情况。
小浪底水库的调节避免了下游河道断流，增加河南，山东两省用水保证率，保证下游灌溉用水。
目前黄河下游游荡河段主流还在下切后宽浅河槽中不断摆动冲刷，对稳定主流、引水防洪均不利，应通过有效工程设施加以控制，如进行双岸整治形成窄深稳定中洪水河槽和形成高效排洪输沙通道。
1.3兴建桃花峪水库控制小花间洪水与河槽沿程冲刷部位
目前小浪底水库投入运用后下游河道强烈刷，水位降低需要修建桃花峪水利枢纽进控制的局面，兴建桃花峪水库可以发挥有以下作用：
（1）可进一步控制小浪底水库以下干支流无控制区的洪水。
（2）对小浪底水库投入运用后下泄的清水进行调配，满足中原经济区发展的需要。
（3）控制黄河下游河道上河段河床冲刷，保证花园口以上河段引水，使黄河下游的冲刷能充分向下游发展。
2 黄河及海河流域水沙量大幅度减小
2.1黄河实测最大洪水流量变化趋势
黄河流域绝大部分属半湿润、半干旱乃至干旱地区,中上游大量兴建水库，灌溉农业与水土保持的发展，引起下垫面汇流条件的巨大变化，也使黄河实测洪水大幅减小。
早在上世纪王化云主任就已经认识到“黄河洪水具有峰高量小的特性”，通过水库调节的削减洪峰作用特别明显。据1994年统计，黄河支流上已有的大中小型水利枢纽达600余座[4]，总库容达110亿m3，黄河干流总库容达600多亿m3，使得总库容达到700多亿m3，超过黄河的年水量600亿m3，具有较大的调节能力。仅龙羊峡、刘家峡、三门峡、小浪底四库防洪库容就达156.2亿m3（相当原有设计黄河千年一遇洪水12天的总量）。在小浪底水库以下的主要支流上也兴建许多大型水库，如伊河陆浑、洛河故县水库，防洪库容分别为6.77亿m3和6.98亿m3，沁河河口村水库库容3.3亿m3。百年一遇洪水的洪峰流量由29200m3/s降为15700m3/s；若发生1958年的22300m3/s洪水，花园口站洪峰流量将降为9620m3/s；自1982年发生15300m3/s大洪水以来，35年来花园口站洪峰没有大于8100m3/s，小浪底水库投入运用以来没有出现大于5000m3/s，洪水已经得到有效控制，大洪水发生的机会大幅度减少，图3给出花园口站1950年至2018年历年实测最大洪峰流量逐渐变小的变化过程。
图3 花园口站1950年至2018年历年实测最大洪峰流量变化过程
Fig 3. Variations of Field Observed Peak Discharges at Huayuankou
Hydrologic Station (1950-2018)
2.2黄河来沙量也大幅度减小
黄河水沙主要来自于上中游地区，中游的潼关站控制黄河流域面积的91%、径流量的90%、泥沙的近100%。分析潼关水文站各个年代水沙发现，由于多种水利水土保持措施作用的不断增长，黄河水沙自20世纪60年代之后发生变化。基于全流域水利水土保持措施情况、干流水库投入运用情况以及潼关水文站累积年径流量、输沙量变化过程综合考虑，对黄河水沙变化系列长度超过20年的三个时段重点开展分析：图4给出了潼关水文站(1919-2017)实测年沙量过程变化[5,6]：
图4 潼关水文站1919-2017年实测年沙量的变化过程
Fig 4. Variations of Annual Sediment Transport at Tongguan
Hydrologic Station (1919-2017)
20世纪60年代以前，黄河水沙受水利水土保持措施影响较小，实测输沙量基本可以代表水利水土保持措施实施前的天然情况。1919年～1959年潼关水文站实测年平均径流量426.1亿m3、输沙量15.92亿t、平均含沙量37.4kg/m3。
20世纪80年代中期以来，黄河干流盐锅峡、青铜峡、刘家峡、龙羊峡多年调节水库的蓄水运用以及黄土高原水土流失治理力度进一步加大，除了以上大量工程作用外，1999年以来实施退耕还林还草工程、及2003年以来实施“淤地坝亮点工程”,更为主要的是近年来中游地区农民不在开荒种地，都到城市打工，也是减少沙量的不可忽视主要原因之一。
2000年～2012年相对较短时段，与1987年以来的26年系列相比，潼关站径流量、输沙量更少，含沙量也进一步减小，径流量、输沙量分别为231.2
亿m3、2.76亿t、平均含沙量为12.0kg/m3。在2010年以来年沙量只有2.51亿t。
黄河中上游进一步治理，进入黄河下游洪峰还会进一步逐渐减小。以汾河上水库为例；流域上兴建小1型以上水库69座，总库容达13.3亿m3，已经超过汾河年水量（年径流9.7亿m3）后，使得河津站洪水基本消失。
2.3华北地区河流的巨大变化
华北地区河流的流域特性与黄河流域相近似，经过干支流水库群的调节，已经几十年没有大洪水发生，其治理经验与教训对指导黄河治理具有重要指导意义。
由于海河流域的治理，华北平原上的河流已经相继都变成干河，偶尔才会有洪水下泄。据环保部调查华北地区北方河流已经有2/3变为干河(干河比总数；227/333)。海河流域已有大、中型水库141座，其中的123座水库的总库容达247亿m3，蓄水量常达70至80亿m3：永定河、拒马河、滹沱河、漳河各大支流及汾河已经长期断流，多年来没有洪水发生，河流的环境严重破坏。黄河治理一要避免此类情况发生。华北地区海河支流，永定河的年径流量与总库容比为（14/21）、滹沱河为(22/29)、漳河岳城库容13亿m3，均已经几十年没有大洪水发生了，洪水入海机会更谈不上。
2.4 黄河进入河口地区水沙量的变化趋势
据利津水文站1950～1999年50年的资料统计，其多年平均径流量为343.3亿m3，多年平均来沙量为8.68亿t。显而易见，黄河泥沙是黄河三角洲迅速造陆的主要动力。图4给出黄河口利津站历年(1950-2016)来水来沙特征表明，来水量来沙量逐年减少，呈现出黄河入海水沙条件变化总趋势,主要表现在以下几个方面：
图5 黄河口利津站(1950-2015)逐年水量、沙量的变化过程
Fig 5. Annual Flow and Sediment Entering Estuary: Lijin Station at
River Mouth(1950-2016)
从图5给出的进入河口地区长期的年水量、年沙量变化过程可以得出以下主要认识：
（1）黄河进入河口来水来沙年际间变化过程极不均匀，年最大来水量来发生在1964年为973亿m3，年最小年来水量发生在1997年仅为42亿m3；年最大年来沙量发生在1958年为20.99亿t，最小年来沙量发生在1997年仅为0.30亿t；来水来沙主要集中于汛期的洪水期。
（2）进入河口地区来水来沙年际间变化呈现逐年变小的趋势，利津站多年平均径流量和输沙量分别为229.2亿m3和5.82亿t，与1950～1999年多年平均流量和输沙量相比均有较大幅度的减小，1970年后没有出现年沙量大于13亿t的情况，1986-1999年利津站的年平均沙量只有4.04亿t，1986年以后年沙量最大发生在1988年，年沙量8.12亿t。
（3）小浪底水库投入运用以来，2000-2015年利津站的平均年水量还有150亿m3，平均年沙量只有1.26亿t。最大年沙量只有3.32亿t，不足天然情况下年沙量12亿t的30
%。其变化趋势与黄河中游的沙量变化趋势相同。
（4）如果今后长时期输沙到海口地区的年沙量减小到小于河口地区海岸动力自然侵蚀能力每年3-4亿t，河口淤积延伸对下游河道淤积造成影响可以忽略[7]。
3 对黄河治理中存在的新问题与前景分析
从图5给出黄河下游各站历年3000秒立米水位变化过程可知，小浪底水库投入运用运用后水位连续下降。改变了黄河下游多年来洪水位逐渐抬高变化趋势，小浪底水库可以长期发挥作用。
图6
黄河下游1950-2018年河床沿程水位变化过程
3.1小浪底水库可以长期发挥泥沙多年调节的巨大作用
小浪底水库总库容126亿m3，按小浪底水库初步设计运用到15年后254m高程以下70亿m3的库容要被淤满。实际上到目前水库淤积泥沙只有32亿m3，可利用库容还有94亿m3。洪峰流量的减小，所需防洪库容的变小。不管黄河水沙怎样变化都要通过小浪底水库调节进入下游河道，总之搞好小浪底水库运用方式，优化进入下游的水沙组合是关键。
通过黄河八五攻关（1996年）的研究[8]，小浪底水库淤满死库容后应进行利用洪水排沙，形成洪水多，来沙多，水库排沙机会多，洪水输送更多泥沙入海。可以使小浪底水库发挥更大效益，已经取得共同认识。2014年7月10日黄河
