黄河输沙规律与治理前景回顾

1963 年由北京水力发电学校毕业，分配到中国水科院泥沙所参加工作，开始接触黄河泥沙问题。屈指算来，已经有58个春秋。回顾往事，我深深地体会到，黄河不是60年前的黄河，对它认识不同于60年前，治理的方法也不应是60年前的老办法。袁隆平发现杂交野生稻引发了水稻生产一场革命，但有高含沙水流塑造的北洛河下游河道形成的发现却并没能推动黄河治理的变革！

1.北洛河下游河道形成的启示

上世纪70年代我参加了黄河第二次规划，查勘了三门峡水库库区。在三门峡水库的回水末端，我们发现流入库区的北洛河下游河道窄深稳定，宛如一条人工修建的弯曲渠道，这给我留下了极为深刻的印象。就此问题向钱宁先生请教，他沉思了片刻，只说了四个字“含粘量高”。在以后几年的时间里，我学习了前人的研究成果，分析了北洛河、渭河的来水来沙特点及其下游河道的演变特性，发现北洛河经常发生含沙量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长河道上顺利输送，主槽还会产生强烈冲刷。渭河、北洛河下游河道的输沙特性，与渠道高含沙水流及管道物料高浓度输移的特性极为相似。在管道高浓度输送中，像黄河这样泥沙组成、粒径小于0.08mm的高含沙水流均按重介质处理，只要克服阻力，即可顺利输送，不用考虑挟沙能力问题。

通过黄河主要干支流不同河段的高含沙洪水的实测资料进行类比分析，可以得出：窄深河槽有利于高含沙水流输送；适宜输送的含沙量不是低含沙量；造成高含沙洪水在黄河下游河道严重淤积的主要原因是其河道极为宽浅；当一条河流的泥沙主要由高含沙洪水输送时，就能形成具有窄深河槽的弯曲性河道。

此项研究成果得到中国水利学会泥沙专业委员会钱宁教授的高度重视，《水利学报》1982年第8期将《黄河高含沙洪水输移特性及其河床形成》一文发表。获得首届钱宁优秀论文奖. 在随后的岁月里，围绕着高含沙洪水对防洪的影响，研究了高含沙洪水在游荡性河道上输送时因河床剧烈调整而产生的各类“异常”现象，如能否形成“浆河”，洪峰流量为什么会沿程增大等。这些研究成果，不仅能解释当时防洪中的生产问题，也加深了对高含沙洪水输移特性的认识。

针对游荡性河道不利于高含沙洪水输送的情况，深入研究黄河下游游荡性河道在不同来水来沙条件下河床调整变化规律，揭示黄河水沙组合不合理，小水挟沙过多，形成游荡性河道比降陡，组成河床的粉细沙易起动；在不同水沙条件下河床调整相互制约、破坏，始终保持宽浅散乱特性；河道没有因淤积使比降变陡以及输沙能力增加而达到稳定，而是呈现恶性循环，其演变特性如同一条没有兴建跌水的不稳定渠道；只有具有窄深河槽的河流才有可能发展成为稳定的弯曲性河道。这些研究成果在1989年第4期《泥沙研究》上以《黄河游荡性河道形成与改造途径》为题全文发表。以学术界的反映为基础，1989年至1991年，万兆惠博士牵头完成国家自然科学基金。

2.学术界的重视推动了研究工作的进展

我们的初步研究成果引起学术界的重视，早在1987年中美黄河学术讨论会上，黄秉维（1913-2000）院士就指出：“在诸多对策之中，利用高含沙水流特性，使下游河道基本消除淤积，可能是一个有效途径”。“要是现在就可确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”

项目专著《黄河高含沙水流运动规律及其应用前景》（1）。该著作汇集了清华大学、中国水利水电科学研究院、黄河水利科学研究院等科研单位最近几年的研究成果，基本搞清了高含沙水流的流变特性、运动特性和输沙特性以及在黄河上的应用前景。该专著由钱正英和黄秉维两院士分别作序，寄托了老专家對黄河高含沙水流研究的希望：使黄河下游的洪水灾害由“史不绝书，变为史不再书”；通过小浪底水库的调节，形成泥沙主要由高含沙洪水输送的水沙条件，以利于黄河下游治理。

1988年，钱正英院士在黄河下游治理座谈会上的总结发言中，认为黄河水利科学研究院提出利用窄深河槽输送高含沙水流是个重大突破，希望在黄河治理规划中有所反映。在她的大力推动下，利用黄河高含沙水流输沙特性解决黄河下游淤积的问题，列入国家“八五”科技攻关项目，由我作为专题负责人，联合黄河水利科学研究院、黄委设计院、清华大学和中国水利水电科学研究院协同攻关。我们通过三年的努力完成了攻关任务，成果汇集成专著《黄河水沙变化与下游河道减淤措施研究》（2），研究成果获得河南省科技成果2等奖。

由黄河水利出版社正式出版。书中首次提出：小浪底水库的防洪运用由消灭高含沙洪水改为利用洪水排沙，水库的运用方式由传统的“蓄清排浑”改为“泥沙多年调节，相机利用洪水排沙”，明确提出水库在枯水年不排沙，按最大兴利效益进行调度运用。方案计算结果表明，水库的兴利指标大幅增加，输沙用水大量节省，年平均输沙用水量仅为60亿m3左右，节省2/3，且均安排在丰水年小浪底水库无法调节利用的洪水期。

为此我被评为八五攻关先进个人，在人大会堂受到中央领导亲切接见，攻关成果引起水利界众多知名人士的关注。1995年水利界10名院士：严恺、窦国仁、林秉南、徐乾清、潘家铮、黄秉维、刘东生、黄文熙、陈述彭、李鄂鼎，会同其他9位水利界专家联名，建议进行联合攻关。由水利部原部长杨振怀送李鹏总理（3）。水利部，规划总院给我们列支项目经费，使我们能够继续深入研究。

3.输沙理论重大突破——洪水非恒定性——涨冲落淤规律的破解

根据多年研究黄河泥沙运动的经验，应通过现象分析摸清造成该现象的力学基础，只有分析清楚造成现象的过程和原因，才能真正地认识黄河下游。例如“淤滩刷槽”问题，一场大洪水过后，滩地大量淤积，主槽强烈冲刷，从表面看似乎它们之间有关联，但通过对河槽冲刷过程的分析，则会发现河槽冲刷发生在涨水期，而在落水期不管高、低含沙洪水主槽都是淤积，甚至在比降变幅相差十倍的情况下也是如此，由此可见，漫滩清水在落水期回归主槽造成刷槽的假说不能成立。

为什么会发生不管高、低含沙洪水，在比降变幅十倍的情况下均会发生“涨冲落淤”呢？用以往有关恒定流、挟沙力为单值的理论无法解释。应该从黄河实际出发，首先认识造成窄深河槽“多来多排”的机理（见1994年第2期《泥沙研究》）。丁联臻看到我们的研究成果后给我写信，建议在他主编的英文版《国际泥沙研究》上发表，是他老人家和李文学总工帮助译成英文，登在1995年2期《国际泥沙研究》上。在此基础上分析洪水非恒定性，对作用在床面上力的变化过程与河床冲淤之间的关系进行分析，才能形成正确的认识。这个复杂的问题我们是经过十多年的探索，才取得成果（见2005年第6期《水利学报》）。

洪水输沙的非恒定性、涨冲落淤规律的破解，打开了对下游治理的新视野。经过长期研究，我们搞清楚了为什么高含沙量、低含沙量、比降陡与比降缓的河流，河床在涨水期都是冲刷，落水期都是淤积。由于对这个问题的认识有了进展，所以对窄深河槽的过洪机理、淤滩刷槽之间没有联系、利用洪水长距离输沙入海、水库排沙调控原则等问题的认识，都向前推进了一步。基于这些新的认识，我们提出了《应该把河床不抬高作为黄河下游治理的战略目标》，得到水利部汪恕诚部长重视。

2017年在泥沙研究2期上发表《基于洪水涨冲落淤特性分析游荡性河道双整治后对下游冲淤影响》，根据黄河干支流主要河段，高.低含沙洪水大量实测资料分析从理论上回答下游河道的进一步治理可行性。

4.黄河下游游荡性河道形成与改造途径

此时正值小浪底水库投入运用，初期下泄清水。根据三门峡水库的运用经验，清水冲刷期塌滩，河槽展宽，不利于水库排沙通过河道输沙入海；在多年调节水库排沙初期，因要塑造窄深河槽，故会发生大量淤积，减淤效果不如节省输沙用水效果显著。从长远考虑，若能通过河道整治方法形成有利于输沙的窄深河槽，不仅可以减少淤积，宽浅的游荡河道诸多防洪问题也可以得到解决，于是开始了游荡河道整治新方法研究。（在2003年水利部科技司，批准河道整治新方法科研项目）

对黄河下游游荡性河道研究表明，主槽的强烈堆积，造成槽高滩低，致使主流频繁游荡摆动，对防洪极为不利。三门峡水库投入蓄清排浑运用后，小水淤槽减弱，加上河道整治工程的控导，河道开始向稳定方向发展，对当时防洪虽然能起到比较显著的效果，但在游荡性河道来水来沙没有得到根本改变之前，也控制了泥沙堆积部位，改变了游荡性河道依靠主流自然摆动平衡槽滩高差的演变规律，使主槽的抬升速度大于灘地的抬升速度，促成了“二级悬河”的形成，而生产堤的存在只是加剧了悬河的发展，给防洪带来新的威胁；宽浅河段也成了利用河道输送高含沙洪水入海的主要障碍。

游荡河段的整治任务是稳定主槽，形成排洪输沙通道。黄河下游宽河段采用的“微弯”整治方法，主要是基于“水流性曲，按弯曲性整治可使河道稳定”的认识，并参照高村以下过渡河段的整治经验。其实高村以下成功的原因是由于有了窄深河槽，而不是因为平面弯曲所造成。参考世界上重多河流整治经验，提出黄河下游以形成稳定窄深河槽为目标的双岸整治，是基于游荡河道河势变化规律具有随机性，河床调整呈现恶性循环，“微弯”整治无法控导河势，形成窄深河道的基础上提出的。窄河固堤只能减少洪水的滩地淹没损失，双岸整治可形成高效排洪输沙通道，控制河床不抬高。出版了《（黄河下游窄深河槽输沙潜力与高效排洪输沙通道构建》（3）

参考文献

[1]齐璞、赵文林、杨美卿，黄河高含沙水流运动规律及应用前景，科学出版社，1993年，北京，钱正英，黄秉维分别作序

[2]齐璞、刘月兰、李世滢等，黄河水沙变化与下游河道减淤措施（M），黄河水利出版社，1997年，获河南省科技进步2等奖，被评为八五攻关先进个人

[3]齐璞、孙赞盈、齐洪海，黄河下游泄洪输沙潜力和高效排洪通道构建（M），黄河水利出版社，2010年12月，郑州，汪恕诚，潘家铮，李国英分别作序！