黃河泥沙問題與長遠安全對策

◎ 周建軍

黃河是中華民族的母親河。歷史上，黃河北越京津、南極長江，12000年來在平原堆積了平均厚度35.6米的泥沙，創造了廣袤的華北及黃淮平原。花園口以下800千米的黃河下游是地上懸河，長期泛濫，成為中華民族的心腹之患，與華夏安危興衰密切相關。人民治黃已經實現70年安瀾，而黃河的長遠安全則是中華大地平安的根本保證。

一、黃河下游泥沙淤積與影響概述

黃河流域面積79.5萬平方千米，多年平均泥沙16億噸。水資源647億立方米、天然徑流量496億立方米，其中62%來自河口鎮以上少沙區，唐乃亥以上河源區徑流202億立方米；泥沙89.1%來自中游“多沙粗沙區”（11.82億噸），是危害下游的主要沙源和水土保持重點地區。

黃河下游淤積歷程

由于人類活動對河流的約束越來越大，隨時代發展，黃河下游淤積強度不斷增加。歷史上，明清黃河故道600余年，從河南東壩頭到蘇北云梯關（600千米）灘面抬高17～18米，河口延長了187千米，兩岸地面抬高約10米；1855年以來，現代黃河河床抬高10～15米。1960年以來，盡管上游水庫大量攔沙，下游淤積有所減弱，但下游淤積抬高仍然嚴重。1960—2000年平均年升高8.5厘米，1958—1995年花園口至利津河道抬高了2.1～3.4米，下游兩岸四次加高大堤，懸河程度已經與明清故道相當；1950—2010年，三門峽水庫和黃河下游總淤積超過140億立方米，其中下游河道淤積超過60億立方米，水庫淤積占比很大，2000年小浪底蓄水以來水庫淤積也很嚴重。而且，由于三門峽等水庫調節“消滅”了中小洪水，使河道排沙能力減弱、河槽萎縮，下游形成“二級懸河”，洪水期間出現“滾河”，大堤安全風險顯著加大。

黃河下游河道的洪水安全狀況

有水庫攔沙后，黃河下游安全狀況同樣不容樂觀。三門峽水庫蓄水以來，下游洪水位全線升高（錢正英院士曾在上世紀90年代發表過一組數據，比較花園口、夾河灘、高村、孫口、艾山、濼口和利津等地1958年和1996年洪水情況，通過數據可以看出，1996年黃河洪水流量只有1958年的40%左右，但除艾山外，前者洪水水位均超過后者）；河道普遍萎縮（2002年平灘流量每秒只有1800立方米）；小洪水、高水位成為普遍狀況。2000年小浪底蓄水以來，平灘流量有所增加，但黃河下游整體情況并無根本改觀。

現在，黃河下游地上懸河和高洪水位嚴重，下游必須依靠中上游水庫保護。而必須注意的是，目前黃河下游大堤內人口超過200萬，小浪底等水庫防洪首先必須考慮堤內人口安全，我國著名水利水電專家張光斗先生曾戲稱小浪底變成了“保灘水庫”。灘地問題嚴重制約著水庫防洪運用，影響下游安全；同時，黃河中游水庫在不斷淤積減少庫容。流域水庫防洪能力的可持續是下游長遠安全的根本，這必須完全依賴于水庫壽命。

三門峽水庫的泥沙淤積教訓

目前，三門峽水庫淤積87億立方米。其中僅初期4年就達45.7億立方米，導致渭河侵蝕基面（潼關高程）抬高5米，渭河變成地上懸河，洪水危及西安。1964年周恩來總理決定改建和降低三門峽運行水位，后來又經過多次反復改建，已經完全放棄原來規劃。雖然水庫泥沙淤積得到控制，但潼關高程仍居高不下。三門峽水庫泥沙淤積使渭河變成人造懸河，在華縣一帶形成“二華夾槽”凹地，支流泥沙倒灌淤堵、排澇不暢，渭南支流橋梁不斷被迫加高，渭北良田沼澤鹽堿化，廣袤富饒的關中平原受到嚴重破壞。

工程攔沙可造成的淤積尺度和危害巨大。歷史是一面鏡子，我們必須從中吸取教訓，必須站在更高更長遠的角度審視黃河泥沙和水庫淤積問題。

二、黃河流域水沙變化、水土保持與泥沙問題

60余年間，黃河下游（花園口）徑流不斷減少，1987－2016年比1950－1969年平均減少47.5%。黃河源區（蘭州以上）水量比較平穩，相同時期只減少18.3%，現在花園口水量已經少于河源區。源區徑流減少，使龍羊峽水庫（247億立方米）1986年建成后20年不能蓄滿。黃河水量減少與流域水庫建設高度相關，水庫調節已經使黃河汛枯水量格局發生了根本性顛覆。三門峽蓄水前多年平均16億噸泥沙進入下游，1952－1972年平均出海沙量12億噸，每年4億噸泥沙淤積在下游河道，黃河整體排沙比75%；1960年后進入下游泥沙逐漸減少，2000年后平均只有0.86億噸，減少95%。由于上游工程攔沙，黃河出海沙量僅為1.17億噸，黃河整體排沙比只有7.33%（假設流域產沙量不變）。2014年后，黃河中游小北干流和渭河進入三門峽水庫的泥沙已經不足0.8億噸，幾乎無沙進入下游和出海。舉世聞名的萬年黃河，幾十年內變成了“清河”。黃河泥沙劇烈減少是水土保持作用還是工程攔沙作用、是否可持續、“黃河清”是利是弊等，都值得我們認真思考和研究。

黃河流域水土保持減沙作用研究很不充分。近年植樹造林和耕作改善，特別是農民工進城，在很大程度上利于流域泥沙減少。但不爭的事實是，黃河流域溝壑地貌沒有發生根本改變，土地利用面積不斷增加（用水大量增加即為佐證），真正攔截在流域坡面的泥沙有限。黃河流域以溝道重力侵蝕為主的現象并沒被遏制，除淤地壩攔沙外尚無有效措施可以大規模減沙。另一方面，近幾十年來，因氣候變化和人類活動影響，全球主要流域產沙都在大幅增加。國務院新聞辦2009年的報告認為，水土保持可每年減沙3億噸。目前，黃河流域大量減沙主要依靠淤地壩等水保工程措施。由于黃河沙源主要在中游“多沙粗沙”區，這些工程措施壽命都非常有限。總體而言，目前黃河泥沙大幅減少與水土保持有一定關系，但主要還是高強度壩系攔沙的作用。水土保持及其長效作用研究還需要加強。

近幾十年（特別是近20年），流域修建攔蓄工程包括塘壩184萬座、淤地壩9萬座、攔沙壩5399座，流域蓄水工程總庫容716億立方米，已超黃河水資源總量。一般淤地壩和小支流攔沙壩缺乏泄洪設施、短期內粗細都攔、效率低、壽命短（一般工程20～30年、減淤工程5～10年）、排洪條件差、易潰決、維護和修復困難。同時，隨著氣溫升高或雨帶北移和暴雨強度增加，流域侵蝕和泥沙增加的預期風險也很大，大量積累在溝道中的泥沙若“零存整取”，或成為威脅下游安全的風險。中游大型水庫都以為下游防洪減淤名義規劃建設，但實際在發電等興利方面作用更大。目前大型水庫實際排沙比都很小，可長期利用減淤的庫容非常有限。三門峽水庫因淤積基本喪失減淤功能；小浪底設計減淤年限只有20年（近年入庫沙量減少，可延長）、工程壽命80年；其他擬建工程也都多為相同目標。黃河水利委員會擬寄托于多庫聯合“調水調沙”提高水庫時效，然而目前實際運用證明其效果很差。當前的基本事實是，黃河整體排沙比很小而且越來越小（“調水調沙”沒有提高水庫排沙比，小浪底水庫16年平均排沙比只有30%，遠低于三門峽水庫淤積最嚴重的1961—1964年的排沙比），水土保持主要依靠壩系，大壩上游溝谷堆積大量泥沙的同時下游變清。

黃河安全的主要問題是下游河道不斷抬升。當前，黃河安全，根本原因是下游泥沙少了，但是，這種減少是否可持續？假設水土保持每年能將3億噸泥沙完全攔截在坡面而其余為溝道和水庫所攔截（考慮到已經20年了），或可粗略匡算：50年后65立方千米泥沙將被堆積在小浪底大壩以上河谷。黃河中游十分狹小，水庫、河谷和溝道空間有限，淤地壩等約束泥沙存在時效性，全球變暖使黃河流域暴雨風險增大，今天所攔截的泥沙或是未來難以承受之重。如何化解？這是我們所面臨的黃河泥沙難題。

三、黃河下游河床持續抬升的主要原因

黃河水少沙多是泥沙淤積的原因。在沒有更好的水土保持方法前，筑壩攔沙是完全必要的。但是，黃河中游河谷空間是十分珍貴的不可再生資源，筑壩高強度攔沙只是保衛黃河下游安全的權宜之計，不可持續。著名河流動力學家錢寧院士上世紀70年代業已揭示，對黃河下游危害最大的主要是泥沙中含量比例較小的粗沙。歷史上淤積在花園口以下河床中的泥沙超過70%粗于0.08毫米，50%粗于0.1毫米；1954－1995年三門峽入庫泥沙中，0.1毫米以上粗沙平均只占3.8%。大量觀測證實，這種粗沙主要來自黃河中游多沙粗沙區的很小范圍。因此，淤積黃河下游河槽的根本原因不在于沙多而在于粗沙，大量粗沙淤積河槽而降低平灘洪水流量，導致洪水期大量漫灘、泥沙全面淤積而抬高黃河。多沙粗沙區理論是黃河中游水土保持和小浪底工程設計逐步提高運行水位、主要攔截粗沙的理論依據。

遺憾的是，上述理論并沒有得到嚴格應用。雖然多沙粗沙區已經是黃河水土保持的重點地區，但淤地壩建設粗放，高強度攔水攔沙，粗細都攔，沒有更好發揮對下游的有效減淤作用。小浪底工程2000年建成后，為了多發電不顧“防洪減淤”規劃目標和規劃確定的“從205米低汛限水位運行、逐步抬高水位”原則，2002年就將汛限水位提高到230/248米。產沙區泥沙全面攔截、水庫沒有發揮分選攔沙作用，在黃河變清的同時，流域有限的攔沙空間消耗更快。

四、黃河泥沙治理方向與對策

黃河自然多沙，而泥沙不都是害。實際上，千萬年的黃河泥沙締造了中華民族的生存家園（華北平原）和最年輕的國土（東營）。黃河泥沙還是近海生產力的基礎和河流生態與環境容量的支撐。治理黃河不能改變黃河的自然屬性，“黃河清”不是好事。未來黃河治理應該著重加強水土保持，提高水利工程“攔粗排細”功能。

當務之急是暫緩正在推進中的小北干流古賢、磧口和涇河東莊三個以防洪攔沙為主要目標的工程建設，避免其加劇黃河低效攔沙以及“黃河清”危害三門峽、小浪底等重要水庫水質。按可持續發展和生態文明要求重新論證后，這些珍貴的壩址資源應該放到黃河下游安全最需要和最有利的時機使用。同時，黃河泥沙長遠治理需要改進水土保持，切實優化調度，用好已有工程，創新泥沙處理方式。

多沙粗沙區水土保持和淤地壩建設是黃河重點流域治理的有效手段，今后需要進一步改進和提高淤地壩壽命。建議通過分類改造逐步增加重點淤地壩泄洪設施，完善安全監測和維護維修機制，優化目標應該是降低攔水攔沙強度；二是通過植樹造林、農田加固和治溝造地等方式，加強固溝保塬和壩地保護。

黃河流域水利水電工程應該首先處理好發電等現實利益與保衛黃河長遠利益的關系。在當前流域來沙較少的有利條件下，小浪底等水庫的防洪減淤壽命可明顯加長，高效用好當前大型水庫非常重要。建議大型水庫切實按照原規劃確定的建設目標和運行原則調度（比如小浪底應在汛期防洪排沙期間按原規劃切實降低水位，努力增加排沙），延長水庫使用壽命。

水庫是河流粗細泥沙的高效分選器。在三門峽、小浪底等河道型水庫，粗沙主要淤積在庫尾上游變動回水區。當前我國挖沙機械較為先進，費用也越來越低，泥沙處理能力和效率已不可同日而語。建議在上述水庫庫尾固定河段枯水期水下挖粗沙（每年最多5000萬噸），將其堆放到中游大荔和小浪底下游的溫孟灘等規劃的巨型放淤區，建設國家建筑材料基地，將粗沙集中長期利用，同時通過適時降低水庫水位等方式沖刷水庫，讓更多于下游無害的淤泥出庫入海。

黃河安全是民族生存和國家發展的基礎，也是美麗中國建設的根本保障。當前治黃主要依靠工程措施，但水庫目前的運行方式并不能實現長效和高效減淤；當前水土保持作用巨大，但流域面上減沙和長期效果尚不能肯定；當前高強度筑壩攔沙又明顯操之過急。黃河中游壩址、水庫、河谷和溝道空間十分有限，大量工程高強度攔沙浪費著不可再生空間資源，下游泥沙和河道抬升恢復的風險很大。在當前安瀾條件下，我們必須一以貫之居安思危的憂患意識，高度重視黃河的長遠安全。