调水调沙：给黄河大换血

作为传统治黄向现代治黄转变的标志性技术，调水调沙应运而生。这不仅是河流的福音，也是水库的福音。古老的河床上，流淌着一条新黄河。有人说，这哪里是调水调沙，这是为黄河人工换血。

　　黄河流经的西北、华北和中东部平原多为干旱半干旱地区，其年均降雨量远远不能满足经济社会发展甚至人畜吃水的需要。天上降雨不够，就要占用河流的水量。根据历史资料和多年观测，黄河多年平均径流量为580亿立方米，这在全国河川径流总量中的比例是多少呢？2%。而黄河流域的人口是1.2亿，差不多占全国总人口的12%，耕地占全国总面积的15%，有50多座大中城市、3个特大型能源基地坐落在黄河两岸。

　　按照水利专家的说法，这是一个资源性缺水流域。令人感动而又令人忧虑的是，黄河的供水范围甚至远远超越了黄河流域。即使在多年不遇的苦旱之年，这位不堪重负的母亲仍然承担着向天津、青岛、河北等地远程输水的使命。

　　缺水和开发是矛盾的，也是互动的。越缺水越要修水库，建引黄闸，上提灌站，扬黄脱贫，引黄致富；而水库、引黄闸、提灌站越多，河道里的水也就越少。如果在黄河继续讲“开发利用”，那黄河的断流可能就更厉害了。

　　1972年4月23日，黄河在山东段首次断流，这一天差点成为母亲河的祭日。

　　泥沙淤积与断流阴影

　　黄河断流，使黄河下游河道进一步恶性发展，行洪能力下降到历史最低点，主槽内大量淤积的泥沙得不到冲刷，为决口改道埋下了隐患；黄河断流，导致地下水得不到补充，地下水环境持续恶化。在华北平原和黄河入海口，地下淡水开采量逐年增加，形成地质漏斗和海水倒灌、黄河口咸水入侵、湿地生态系统萎缩、海岸线后退；黄河断流，使河口地区及近海生物多样性减少，生物种群和遗传多样性丧失。三角洲湿地水沙环境失衡，海洋和陆地生物链严重断裂，湿地保护区生物种群和海洋生物陷入灭顶之灾。

　　黄河断流，还使黄淮海平原的生态屏障出现了一个巨大裂缝。在海河断流已成定局、淮河污染治理无效的背景下，黄河成了中国腹地最后的“生态长城”。

　　黄河断流，警示着人类对河流生命的索取已突破极限。

　　2000年，黄河流域大旱。6月22日，地处大河尾闾的山东利津断面，只剩下2个流量。黄委先后派出上百个工作组奔赴大河上下，对主要引水口实行24小时监控。黄河在大旱之年恢复全线过流。

　　2001年，素有“山河表里”美誉的潼关河段汛期告急，滔滔大河仅剩下不到一个流量！由于采取紧急措施，万家寨水库加大放流，小北干流全段闭口下泄，大河化险为夷。

　　2002年，黄河来水继续偏枯，全流域大旱。水调部门实施全河大跨度接力式调度运作，沿黄各地以大局为重，黄河再次以完整的生命形态安然入海。

　　继2002年黄河全流域大旱以后，2003年上半年，黄河来水遇到了有实测资料以来最少的紧急状态，上游唐乃亥断面、中游头道拐断面、潼关断面流量纷纷吃紧，各大水库蓄水位均已达最低点，龙羊峡水利枢纽逼近发电死水位。干流可供水量仅117亿立方米，供需缺口达到50亿立方米。

　　来水持续减少，用水却节节攀高。黄河会不会再次断流？这成为社会各界广泛关注的焦点。这年3月12日，作为全国人大代表，黄河水利委员会主任李国英在分组讨论会上大声疾呼：河流是有生命的。现在黄河水量相对减少，以经济增长为目标的用水要求却日益迫切，黄河下游断流或长期超警戒水量运行，导致主河槽恶性淤积、河道急剧萎缩、河口生态体系几近崩溃。触目惊心的现状表明了一个我们并不情愿承认的事实：中华儿女似乎早已喝干了母亲河的乳汁，现在还要喝干她的血！

　　21世纪以来，温家宝总理对黄河一共做过4次批示，每次都针对不同的情况，但有一句话却始终不变，那就是“确保黄河不断流”。

　　危机和挑战，催生了黄河水量调度的一场技术革命。然而，主要依赖行政手段的黄河不断流仍然是脆弱的。由于人类中心主义依然盛行，而河流生命的观念尚未成为社会共识和立法基础，黄河要完全摆脱断流阴影还要走过一个漫长的历程。

　　激活黄河生命的最佳途径在哪里？

　　自古至今，自从人们发现了源源不断的泥沙对下游河道的致命影响以后，关于泥沙的去留，就产生了不同的治河思想和治河体系。

　　潘季驯，明代著名治河专家，在他主持黄河河政期间，提出“以堤束水，以水攻沙”。 “束水攻沙”的方略主要是通过缩窄河道横断面，增大流速，提高水流挟沙能力，体现了利用河流动力从水平方向将泥沙输送入海的思想。 　　

　　 "宽河固堤"思想由来已久，但明确作为治黄方略是在新中国成立以后。它主张两岸堤防要远离主槽，保持较大的堤距，其战略出发点是让洪水漫滩，为泥沙的淤积留足空间。

　　然而，单一的“宽河固堤”忽视了河道的纵向输沙能力，客观上听任大河游荡摆动，横河、斜河频繁发生，威胁堤防安全；而“束水攻沙”虽然充分评价了水流的挟沙能力，但在没有足够坚固的堤防和完善的河道整治工程的前提下，束水不仅不能攻沙，反而常常葬送了不堪压力的脆弱堤防。

　　1952年，王化云提出“蓄水拦沙”，即通过水土保持和大量修筑干支流水库，把泥沙和洪水拦截在高原上、沟壑中和水库里。但是，三门峡水库蓄水运行后发生的严重淤积和回水倒灌，向既定的技术路线提出了挑战。从形式上看，通过堵截的办法治水治沙，似乎又在重复鲧的古老悲剧。

　　沉痛的教训促使决策者进行战略调整。作为立足于工程水利的治黄方针，“上拦下排、两岸分滞” 用来处理洪水，“拦、排、放、调、挖”用来解决泥沙淤积。 显然，上拦需要足够的库容，下排需要足够的河流动力。

　　“对于黄河，其安全排泄一定量级洪水和泥沙的能力大小，对保障下游两岸人民安居和经济的可持续发展具有至关重要的现实意义，是河流的最主要功能，一旦失去了基本排洪输沙能力，几乎等于失去了生命。”（刘晓燕《黄河河流生命需水量》）

　　面对严重退化的黄河生命，激活的途径到底在哪里呢？

　　当库容巨大、功能齐全的小浪底水利枢纽出现在黄河最后一个峡谷时，机遇来了。

　　调水调沙：一个令人发疯的科学神话？

　　龙羊峡，刘家峡，万家寨，三门峡，小浪底，故县，陆浑——正是这些梯级分布的水库群，预留、储存和分解了天然河流的巨大活力。

　　无论在发达国家还是发展中国家，都有许许多多大坝矗立在幽深的河谷之中，代表着繁荣、增长和工业时代的辉煌梦想。

　　能否通过这些水库能量的重新组合，调配出合适的水沙关系，塑造出理想的人造洪峰，从而为母亲河降血脂、树魂魄、起死回生呢？

　　作为传统治黄向现代治黄转变的标志性技术，调水调沙应运而生。所谓调水调沙，就是根据当年水情、雨情，统筹调度水库存水和上游来水，对来水来沙进行调整和重组，塑造出合理的水沙比例和连续的泄流冲力，使进入下游河道的洪峰对河道发生强烈的冲沙减淤，从而最大限度地促进河道良性发育，使河流生命由枯萎走向勃兴。在许多人看来，这是一个带有幻想色彩的理想化方案。“拦、排、放、调、挖”，尽管五字方针已明确写进了国务院批复的《黄河流域近期重点治理规划》，但惟独这一个“调”字一直蒙着神秘的面纱。由于空间尺度大，雨情、河情、水情瞬息万变，实验充满着不确定因素，因此，长期以来，这几乎只是一个传说中的洪水过程，一个令人发疯的科学神话。

　　调水调沙，这是世界上第一次在上千公里的河段上进行如此有效的原型实验。黄河苏醒了，颤栗着，试探着恢复自己原始的野性。在26亿立方米洪水的盛情邀请下，已经在主河槽里安营扎寨的6640万吨泥沙一路携手，直奔渤海。

　　说起来还真让人有点后怕。李国英说：稍有闪失，洪水后续动力不足，那些调出来的粗泥沙就会在演进中沉在中途，“冲河南淤山东”的后果并非绝无可能，那样我们就会成为罪人。这是上千公里甚至可能数千公里的的原型实验，而不是通常的实验室里的模型实验，实在是失败不起，只能成功。

　　除了担心，还有质疑的声音：在一个极为缺水的流域，把无比珍贵的水资源就这样放进大海，值吗？

　　在新闻发布会上，黄委会毫不踌躇地回答：第一，试验是在汛期举行的，参加实验的水量全部都超过了国家规定的汛限以上水位；第二，黄河下游河道已经恶化到了生死攸关的关头。想方设法遏制主河槽萎缩的趋势，增大其行洪能力，维持河流生命的本体存在，是一个刻不容缓的神圣使命！

　　 2003年，水旱交替、跌宕起伏。自8月25日后，黄河中下游干流及主要支流渭河、洛河、伊河、沁河、大汶河相继发生17次洪水。渭河出现了首尾相连的6次洪水过程，其他支流的来水量、洪水位也达到或接近有实测记录以来的最大值。各大干支流水库水位居高不下。黄河流域发生了近20年来未曾有过的强降雨。根据气象特点，第二次调水调沙实验充分利用洪水演进的时间差和空间差，结合防洪需要，对三门峡、小浪底、陆浑和故县四大水库实施了联合调度。

　　李国英说，这是一次基于空间尺度的调水调沙实验。

　　为黄河人工换血

　　作为世界上最复杂的水利工程之一，小浪底水利枢纽拥有由10座目前世界上最大、最集中、最复杂的进水塔组成的进水口系统。由3条明流洞、3条消能泄洪洞、3条排沙洞和一座正常溢洪道组成的出水口系统，由3个集中布置的消力塘组成的目前世界上最大的出水口建筑物，共同构成一个严密的泄洪排沙体系，各司其职而又紧密协作。

　　2003年9月6日时，小浪底排沙洞的闸门徐徐开启，一个精心塑造的洪水过程开始了。在这个举世瞩目的人造洪峰里，包含了2000立方米每秒的流量，100公斤每立方米的含沙量及0.05毫米以上的泥沙颗粒级配。如果没有适当比例的清水补进，这股洪水里的大部分泥沙将淤积在下游河床上。

　　在此之前，位于伊洛河上的故县、陆浑水库已经接到了开闸放水的命令。

　　8月30日9时，故县水库准时开启大坝底孔泄洪，流量逐渐增加到1000立方米每秒。

　　8月31日上午7时，陆浑水库开始放水泄洪。

　　黑石关水文站，伊洛河入黄口。滚滚碧波与滔滔浊流激情相遇，很快融为一体，清水自动背“沙袋”，成了大河减淤的搬运工。黄河干流水沙比例得到第一次调整。

　　3小时以后，武陟水文站、花园口水文站。从太行山奔腾而下的沁河在这里与人工洪水准确对接，一种冲而不淤的水沙关系形成了。

　　古老的河床上，流淌着一条新黄河。有人说，这哪里是调水调沙，这是为黄河人工换血。

　　黄河第二次调水调沙实验，使淤积在小浪底水库和黄河下游河道内的1．207亿吨泥沙被输送入海。黄河下游河道普遍刷深30～40厘米，各断面的同流量水位较试验前明显下降，过流能力增大了100～400个流量。

　　更重要的是，通过试验进一步深化了对黄河水沙规律的认识，探索了人工调控黄河水沙关系的可行性，为充分利用自然力量输送泥沙寻找了一条新的途径。充满理性和激情的李国英为这次神奇的水沙组合起了一个章回体小说的名字：无控区清水负载，小浪底调水调沙。

　　2004年的调水调沙空间是2100公里。6月19日，随着总指挥部一声令下，小浪底水库9个泄流孔洞同时打开。黄河第三次调水调沙实验拉开了帷幕。 　　

　　和前两次实验相比，它的特点是三库接力调度、人工扰沙和人工塑造异重流。实验的每一个阶段都充满了悬念，重头戏是人工塑造异重流。

　　异重流是发生在黄河等高含沙河流水库中的一种特殊水流形态，其形成机理是：当进入水库的高含沙水流与水库里的清水相遇时，由于两种水密度差异很大，高含沙水流即潜入清水下面形成暗流向水库坝前演进。掌握和利用水库异重流的运行规律，对解决库区泥沙淤积具有十分重要的作用。水库异重流的形成至少应具备三个条件：一是水库要有较大的流量；二是要有足够的泥沙含量，特别是要有足够的细颗粒泥沙含量；三是要有强劲的后续动力。此前国内外对水库异重流均限于观测、研究。为了利用这种自然规律减少黄河水库泥沙淤积，黄河水利委员会经过大量分析研究，决定在今年黄河第三次调水调沙试验中进行人工塑造异重流，并以其为载体，将小浪底水库库尾的泥沙排出库外。

　　从7月2日12时开始，远在三门峡水库上游1000公里的万家寨水利枢纽正式开闸放水，黄河第三次调水调沙试验进入第二阶段。

　　7月7日凌晨2时，万家寨水库下泄的1200立方米每秒的水流，经过5天的行程，进入三门峡水库。三门峡水库调度运用进入关键期。按照实验预案，三门峡水库将和万家寨水库下泄的水量实现同步对接，两库泄洪形成合力，向小浪底水库进发。调水调沙实验第三阶段开始了。

　　短短几个小时内，三门峡水利枢纽24个深孔和底孔全部打开，浑浊的激流夹带着泥沙从泄流孔内喷涌而出。

　　此时，由于小浪底水库已进行了第一阶段的防洪预泄，库尾淤积三角洲顶部河段暴露出水面，在上游泄水的猛烈冲刷下，被启动的泥沙迅即变为高含沙水流向坝前推进。

　　小浪底、三门峡、万家寨——像是一个个巨大的心脏起博器，为河流机体鼓荡起生命的春风。

　　世界上最大的多泥沙河流畅通了，这是一个史无前例的生命复活节。

　　从单库调度、四库联调，到三库接力调水，人工塑造异重流，不同的水情产生了不同的调度模式，却共同创造着河流生命的奇迹。通过连续3年的调水调沙实验，小浪底水库减沙2.3亿立方米，黄河下游河床冲淤2.4亿立方米，过流能力由1800立方米每秒提高到3000立方米每秒，黄河下游河道恶化的趋势开始得到遏制。

　　这是河流的福音。从此，调水调沙将作为新世纪黄河治理的关键技术转入常规运用。黄河生命，从此多了一个启动器和安全阀。