黄河是怎样调水调沙的

摘要：20世纪70年代后期，随着治黄实践的不断深入，“上拦下排”的治黄方针暴露出一定的局限性，治黄专家认识到黄河“水少沙多、水沙不平衡”对黄河下游河道淤积的重要影响。首任黄河水利委员会主任、著名水利专家王化云和他的同事们，在此基础上比较系统地提出了“调水调沙”的治黄思想。 

关键词：黄河 调水 调沙 

　　截至6月28日10时，来自黄河防汛指挥部的消息称，已经进行了9天的黄河第三次调水调沙试验，由于高科技的娴熟应用，没有再像前两次一样，在个别地段发生串沟漫滩现象，桀骜不驯的黄河水只冲河底泥沙，不淹滩上庄稼，表明我国在科技治黄方面已经迈出了新的一步。 
　　“调水调沙”治黄思想的由来 
　　20世纪70年代后期，随着治黄实践的不断深入，“上拦下排”的治黄方针暴露出一定的局限性，治黄专家认识到黄河“水少沙多、水沙不平衡”对黄河下游河道淤积的重要影响。首任黄河水利委员会主任、著名水利专家王化云和他的同事们，在此基础上比较系统地提出了“调水调沙”的治黄思想。其具体设想就是在黄河上修建一系列大型水库，实行统一调度，对水沙进行有效地控制和调节，变水沙不平衡为水沙相适应，更好地排洪、排沙入海，减轻下游河道的淤积，甚至达到不淤。 
　　随着1997年小浪底工程的截流蓄水，治黄专家进行了大量的物理模型试验，找到了理论上的实现黄河下游不淤积的临界流量和临界时间。2001年小浪底工程全面竣工，次年便进行首次“调水调沙”试验，从而使“通过原型试验，进行调水调沙试验”的设想最终变为现实。 
　　调水调沙的基本原则是根据黄河下游河道的输沙能力，利用水库的调节库容，有计划地控制水库的蓄、泄水时间和数量，调整天然水沙过程，使不平衡的水沙过程尽可能协调。 
　　“三条黄河”互为验证补充 
　　从2002年7月4日黄河首次调水调沙试验开始，实验室里的“模型黄河”和机上的“数字黄河”就与“原型黄河”一样同步进行。 
　　所谓“原型黄河”，就是界中真实的黄河；“数字黄河”则是借助信息技术构建的数字化虚拟平台，被称为“装在计算机里的黄河”；而“模型黄河”则是以相似性原理为依据，按照一定比例缩小的黄河模型，也就是“实验室中的黄河”。 
　　“模型黄河”比“原型黄河”小600倍，河道模型长585米，宽36米，直观地反映了小浪底水库以下近350多公里游荡河段在不同水文条件下的河势变化。与“原型黄河”具有高度的相似性。当调水调沙还处于论证阶段的时候，“模型黄河”就已进行了数十次模拟试验，为找到利用最小水量、最短泄水时间、对下游河道形成最佳减淤效果的方法，提供了大量数据。 
　　“调水调沙”试验开始后，“模型黄河”又与“原型黄河”进行同步试验，一方面复验“模型黄河”的可靠性，一方面为“原型黄河”提供更好的技术支撑。与此同时，“数字黄河”则利用遥测、遥感、卫星技术和数字模型等科技手段，在调水调沙试验期间进行降雨预报、洪水预报和水库调度；同时收集水量分配、冲淤变化、洪水演变等方面的数据信息，并运用数学模型即时分析研究。在首次试验前夕建成的黄河流域第一个数字化水文站——花园口水文站在其中发挥了重要作用。 
　　每一次调水调沙试验结束后，专家们就对“三条黄河”分别取得的试验数据进行合成分析，互为验证补充，大大提高了试验的性。 
　　第三次调水调沙不同于前两次 
　　含沙量、水量及其历时，是确保调水调沙试验成功的三个关键数据。既要把这三个指标确定下来，又要确保这三个指标能顺利实现，其中饱含着专家们的大量劳动和科学技术的强大作用。 
　　今年6月19日开始的第三次试验，预计于7月14日结束,历时约25天。其显著特点是，基于人工扰动方式，在更大空间尺度上的调水调沙。将充分借助自然力量，加之中游水库联合调度塑造人工异重流，形成连续的泄流动力对小浪底水库的淤积泥沙进行冲刷，同时在下游淤积严重的河段进行人工扰动加沙，增加入海洪水的挟沙含量，从而最大限度地实现减淤冲沙的目的。 
　　今年的试验不同于2002年、2003年的地方是：科学调控万家寨、三门峡、小浪底水库的泄流时间和流量，在小浪底库区塑造人工异重流，并实现异重流的接力运行，从而保证对小浪底水库淤积泥沙形成连续的冲刷能量，不同于小浪底水库的单库运用，也不同于单纯依靠自然异重流的联合调度；二是充分利用小浪底出库洪水的富余能量，在下游“二级悬河”最严重和平滩流量最小的河段进行人工扰动，结合小浪底水库可能下泄的含沙量在下游河道实施人工加沙，从而增加“卡口段”平滩流量，扩大主河槽行洪能力。通过科学调度，控制小浪底水库出库流量和含沙量，使花园口站流量控制在2700立方米/秒左右、平均含沙量控制在25千克/立方米左右。 
　　塑造人工异重流 
　　异重流本来是挟沙水流进入库区遭遇清水后，由于密度差而潜入清水底部运行的一种现象。异重流使泥沙运行到大坝前淤积，增强大坝的防渗能力，但对调水调沙试验来说，如果不及时对异重流进行调控，则会大大影响人造洪峰中含沙量的试验指标。 
　　一般来说，每立方米的水量最多只能运送20千克的泥沙，超过了这个量就可能淤积。首次试验就是按这个一般进行。但此后，科研人员发现了异重流，并变异重流这个不利条件为有利条件，加大泥沙的运送能力。正在进行的第三次试验，在中下游长达2100公里的河道上，充分借助自然力量和黄河中游干流水库的联合调度，尝试塑造人工异重流，提高一定流量的水运送泥沙的能力，形成连续的泄流动力，对小浪底水库的淤积泥沙进行冲刷。具体措施就是科学调控黄河干流万家寨、三门峡、小浪底水库的泄流时间和流量，在小浪底库区塑造人工异重流，并实现异重流的接力运行，从而保证对小浪底水库淤积泥沙形成连续的冲刷能量，减少库区淤积或调整其淤积形态。 　　采用人工扰沙技术 
　　所谓“人工扰沙”，即借助河水已有的势能，辅以人工扰动河床土质，促进河床泥沙启动，实现河床下切、输沙入海。简单地说，就是通过搅动让河底淤沙上浮，使其与水流一起下泄，从而达到清淤输沙的目的。第三次调水调沙试验共设3个扰沙点，分别位于小浪底库尾、河南范县李桥河段、山东梁山县小路口河段。 
　　黄委会主任李国英说：“这在世界其他江河上是没有过的。”通过实施人工扰沙，可实现小浪底水库减淤或调整库区泥沙淤积形态。同时利用下泄水流的富余挟沙力，扩大黄河下游高村和孙口之间的徐码头、雷口两个“卡口”处的行洪能力，而且加大下游“悬河”河道的排沙量，扩大主河槽的过洪能力。 
　　河南范县吴老家是人工扰沙实验的一个现场。6月23日下午，记者乘江河09号船顺流而下，距离5号作业船还有50米的距离，一股带有新鲜泥土腥味夹杂着细微泥浆的空气扑面而来。但见3道暗褐色的高含沙泥浆流从作业平台喷涌而出，在宽阔的黄河水面上划出一道道优美的抛物线后融入大河。放眼眺望，在上下五六公里的河段上，8艘作业船只依次排开，一道道泥浆流似一条条黄龙翻腾、跳跃。据技术人员介绍，此次安装的QL两相流渣浆泵可在水下12米处作业，泵前端叶轮可将河底沉积的泥沙搅起，并将搅起的高含沙泥浆通过泵抽吸上来，生产出的泥浆每立方米最大含沙量可达900公斤，高含沙泥浆流顺着高压管道再喷射到黄河主流区，从而达到降低河底高程、减少河道淤积的目的。各类指令随着50余部报话机高速运转，确保了这项具有开创意义实验的顺利进行。 
　　高新技术总动员 
　　调水调沙试验是一次大规模的试验。每次试验，黄委会都约有15000多名工作人员参加方案制定、工程调度、水文测验、预报、河道形态和河势监测、模型验证及工程维护等项工作。同时，也是高科技技术在黄河上的一次全面应用，使用了天气雷达、全球定位系统、卫星遥感、地理信息系统、水下雷达、远程监控、图像数据实时传输等技术，为科学分析调水调沙效果提供宝贵而丰富的资料。 
　　每一次调水调沙，都是高新技术的总动员，并且采用的高新技术越来越多，比如此次采用的塑造人工异重流技术和人工扰沙技术，就是前两次所没有的。 
　　除了上述重点介绍的高新技术外，设在黄河水利委员会的异地会商系统的显示终端，不仅是记者们首次接近调水调沙高新技术的窗口，也是调水调沙的总指挥部。它于2002年一启用，就与数百公里试验河段上的多个前线指挥部保持着面对面的交流。每次试验开始的命令，就是总指挥长、黄委会主任李国英从这里发出的，而不是在130公里外的小浪底水库。 
　　为确保试验的顺利实施，在小浪底水库的水文检测船上，还配备有目前国际上最先进的水文监测设备。在试验期间，小浪底水库大坝内部安装的2000多个检测探头，时刻把大坝因水流冲击而发生的振动情况记录下来，被称为大坝安全的“心电图仪”。 
　　按照“数字黄河”建设规划的总体要求，黄委会建成的花园口数字化水文站、全数字水质自动监测站、引黄涵闸远程自动化监控监视系统等，也在调水调沙中发挥着重要作用。 
　　黄委会主任李国英说：“黄河调水调沙试验至今已经进行了3次，自始至终都是一个充满悬念的试验，蕴涵着很高的科技含量，是传统治黄走向治黄、科技治黄的一个里程碑。” 
　　调水调沙 
　　调水调沙就是在主汛期（七至九月），当来水流量小于二千五百立方米每秒时，将水位调整到低雍水的蓄水拦沙状态，避免长时期下泄清水，控制对下游河道产生不利影响的高含沙洪水，在保证发电、下游用水等基本下泄流量的同时，拦蓄一部分水沙在库中；当流量大于二千五百立方米每秒时，将水库调整到敞泄排沙状态，通过调水造峰、调沙淤滩、增加洪水冲刷河槽等措施，使水沙过程两极分化，改善河床形态，增大滩槽高差，增大河槽的排洪和输沙能力，起到减轻下游河道淤积的作用。在非汛期利用水库蓄水调节径流，满足供水和灌溉的要求，并增大发电量。