维持黄河健康生命的关键途径分析

维持黄河健康生命的关键途径分析刘晓燕1常晓辉1张原锋2张建中1（1.水利部黄河水利委员会国际合作与科技局郑州4500032.黄河水利科学研究院郑州450003）【摘要】维持黄河健康生命，关键要控制河川径流的数量和质量不低于某一水平、进入下游的泥沙量不高于某一水平、且水沙搭配基本协调。因此，需要通过严格控制人类用水、涵养黄河水源和实施调水补黄工程等增加黄河水量；严格执行国家排污标准，控制入黄排污量和支流入黄水质；以实现持续而有效地减沙为目标，加大多沙粗沙区水土流失治理力度，努力减少入黄泥沙并改善泥沙级配；科学调控入黄的洪水泥沙，使之不仅兼顾进入下游的水沙搭配，而且兼顾小浪底水库拦沙库容的长期有效利用，并妥善安置入黄泥沙；推进黄河流域水沙一体化管理，构建和谐社会环境。【关键词】黄河健康生命径流量水质水沙调控0前言黄河健康状况是全流域人类活动的集中反映。人类在黄河流域面上的活动可以是多种多样，但真正对黄河健康生命有显著影响的是那些可能改变入黄水沙形势（包括径流、洪水、泥沙级配、数量及其时空分布和水体质量等因子）和河床边界条件的活动。因此，要实现现阶段黄河的各项健康指标，必须调整和规范全流域及相关区域人类涉水涉沙活动的方式和程度，使有利于维持黄河健康的洪水、径流、含沙量及其级配、入黄水质等条件得以实现，核心途径在于增水、减沙、科学调控水沙。1多途径增水黄河天然河川径流量多年平均为535亿m3[1]。20世纪90年代以来，花园口站天然径流量减少至430亿m3，人类用水却一直维持在290亿m3左右。黄河输沙、自净和生态用水量年均不足140亿m3，其中1/3以上年份不足100亿m3。按照1990年以来花园口站5亿t的年均来沙水平，黄河环境需水量（输沙、自净和生态需水的耦合水量）应为215亿m3，其中汛期需水152亿m3（含输沙需水100亿m3）。环境用水的严重短缺，使20世纪90年代以后的黄河健康状况严重受损。要维持黄河健康生命，必须增加黄河水量，主要途径为：节约用水，涵养水源，外流域调水和减少水污染。1.1严格控制人类用水在外流域调水入黄措施生效前，控制河川径流的关键是在用水、配水和节水等环节充分挖掘黄河自身水资源潜力。1.1.1调整水分配思路黄河可供水量分配方案应以黄河平枯水年年均天然径流量作为分水基础。目前沿用的中国水利学会第二首届青年科技论坛论文集2黄河可供水量分配方案，是针对丰、平、枯等多种来水水平的黄河多年平均河川径流量。实际运行发现，用水矛盾最突出的年份是区域降水较少的平水年和枯水年，此时，黄河自身用水往往被过分挤占。因此，应调整黄河水资源分配思路，将黄河平枯水年的年均天然径流量作为水资源分配方案的基础。明晰黄河各支流水权和地下水水权分配方案。1987年的黄河可供水量分配方案分配的是全流域多年平均天然河川径流量，黄河实际配水调度中主要依据干流重点河段实测径流量，因此当在黄河支流取水或傍河抽取地下水时，必然减少入黄地表径流，但减少部分目前仍难以客观反映在用水。户的耗水记录中。因此，为真正合理配置黄河水资源，必须在省区用水总量控制的基础上科学合理地分配流域内支流和地下水水权。人类应该与黄河共同分担水损耗。蒸发、渗漏和测量误差等是不可避免的水量损失，但在目前的水资源分配中，黄河及其生态系统是此水损的唯一承担者。该部分自然水损应由包括省区和黄河在内的所有利益相关者共同承担。1.1.2强化人类用水管理改革用水监测和评价方法。用水监测是当前黄河水资源统一管理的薄弱环节。由于现有水文测验体系还不够完善，测验精度难以满足精细配水要求，一些地区的超指标取水并没有在其用水数据中体现，一些河段仍然存在相当严重的“水量不平衡”。初步估算，全流域此类水量大约在数十亿m3。因此，必须加强全流域的用水监测，并制定科学的用水量评价方法，以控制黄河河川径流。高度重视节水管理的机制和政策。为实现区域经济社会的进一步发展，必须逐步建立节水型社会，为此，要通过工农业用水的转换，提高水的利用价值；通过节水设施改造、提高水价和其它节水政策，最大限度地挖掘节水潜力；调整经济结构特别是农业种植结构，实现农业用水的高利用价值；发展井渠双灌，以控制盐碱地；建立通过控制地下水位和漫灌水回收措施实现节水的成本分摊、回收水监测和回收水再分配模式。充分利用洪水及时补充地下水。流域内不仅要严格控制地下水开采，同时要在保障防洪安全的前提下，适当延长地下水漏斗严重地区洪水滞留时间，使地下水得到补充。1.2涵养黄河水源黄河河源区海拔在3000m以上，湖泊和沼泽湿地众多，面积12.2万km2，占流域面积的16％。源区径流补给方式主要为降水，约占96％，其次为冰川融水及地下水。年均天然径流量205亿m3，占黄河天然径流量535亿m3的38％。近20多年来，黄河源区草场和湿地严重退化。源区玛多县的湖泊由20世纪90年代初的4077个减至目前的不足2000个；2000年的沼泽湿地及湖泊面积比1976年减少了近3000km2。1996年、1998～1999年，扎陵湖和鄂陵湖之间两次出现断流。黄河源区的主要产水区，玛曲湿地草场退化程度达30％以上，表现在植被覆盖度下降、草地优势种群演化、草群结构变化、草地生产力下降等[2]。伴随着湿地萎缩，黄河源区径流也发生了很大变化：20世纪90年代以来，源区降水虽仅较前期减少5.36%，但唐乃亥水文站实测径流减少了22％。为了保护源区湿地、涵养水源，必须科学调控不同季节牲畜放养量及其方式；严格控制在湿地内开挖排水设施和修建建筑物；探索利用生物或其它措施减少鼠害；严格控制源区的开矿和采药活动等。同时，利用高新技术，构建源区监测网络。1.3实施外流域调水3一、水资源水环境黄河现阶段健康生命需水量约655亿m3（利津断面），但黄河天然河川径流量只有535亿m3，相差约120亿m3。健康水量的短缺大部分体现在汛期。增加黄河地表径流量的可行途径包括：（1）从外流域调水直接补充黄河，目前正在重点论证的方案包括南水北调西线工程和小江调水工程，前者可兼顾上中游健康流量需求，后者则可兼顾渭河健康对流量的需求，具体选择仍需深入论证。鉴于利津以下河段生态环境流量严重短缺的局面，近期应考虑利用南水北调东线富余供水能力向黄河相机补水。（2）2010年南水北调中东线生效后，需要重新分配黄河水资源。届时在研究新的分水方案的过程中，东、中线与黄河的关系是考虑的一个前提。在黄河健康状况严重恶化的背景下，可以考虑利用南水北调中、东线向黄河相机补水，以补充黄河下游及河口地区生态环境用水，防止断流。1.4严格入黄排污管理对比黄河干流自净流量和1999年以来各断面逐月平均流量发现，黄河近年水质严重超标主要源自流域达标排放程度过低。目前，黄河上中游入黄排污口达标排放率仅60％，超排和偷排形象仍十分严重。未来，流域内工业将进一步发展、新企业仍将增加，要实现维持黄河健康生命的目标，必须严格入黄排污管理，并实施省（区）入黄排污总量控制制度。实现黄河水质达标，关键在于调整流域内人们的用水方式、唤起人们的环境保护意识和流域上下游相互配合意识。水利、环保和地方政府要共同努力，探索水污染信息披露和信息共享机制、水污染事故应急处理机制等，形成一套跨辖区水质管理的工作模式和配套政策。有关省区必须以入黄污染物限排要求为准则，通过经济手段、行政手段、法律手段和技术手段等，敦促人们调整经济结构、改变生产方式、加强污染治理。另外，要加强水土流失区的水土保持，引导农民发展绿色产业，实现减沙和减污双赢。2减少入黄泥沙据分析，如果没有外部水源补充，即使考虑非汛期可节约的水量，未来下游汛期径流量也难以超过130～150亿m3。因此，在基本保证环境和人类用水（约60亿m3）情况下，用于输沙的水量难以超过90亿m3。在维持主槽不萎缩的前提下，90亿m3水最多可输送5亿t泥沙入海。因此，要维持黄河健康生命，必须加大黄土高原水土流失治理力度，持续而稳定地控制入黄泥沙。黄土高原水土流失面积达45.4万km2，其中的7.86万km2的多沙粗沙区多年平均输沙量（1954－1969年系列）达11.82亿t，来水量37.7亿m3，分别占黄河同期总输沙量的62.8%、来水量的6％。而粒径大于0.025mm的中粗泥沙输沙量6.22亿t，占黄河同期中粗沙输沙量的65.5%；粒径大于0.05mm的粗泥沙输沙量3.19亿t，占黄河同期粗沙输沙量的72.5%[3]。在多沙粗沙区中，面积为1.88km2的粗泥沙集中来源区虽只占多沙粗沙区面积的23.9%，但对黄河下游主槽淤积危害最大的粒径大于0.05mm的粗沙产量却占多沙粗沙区粗沙产量的47.6%[4]。因此，黄土高原水土流失治理应该首先重点考虑多沙粗沙区，特别是粗泥沙集中来源区。淤地坝持续而稳定地拦沙是减少入黄泥沙的主要途径。在淤地坝建成前期，拦沙作用明显，如20世纪70和80年代水土保持拦沙效益的约70％来自淤地坝；随着库容的淤满，其拦沙作用逐渐降低，至90年代前期，其拦沙作用已经降低到50％以下。为了有效推动中国水利学会第二首届青年科技论坛论文集4淤地坝建设，今后必须以持续而稳定地拦沙为目标，深入研究坝系中大小坝的数量和功能搭配、坝系的施工顺序、坝系运行方式、坝地利用方式和坝系管护政策等问题。控制坡面侵蚀是延长淤地坝坝系运行年限的重要环节。未来还应以兼顾生态效益和经济效益为原则，客观制定适于不同类型区的坡面治理措施，包括适宜的植物或作物种类、适宜封禁的地区选择、必要的坡面导流措施、区域产业结构引导等；同时，深入研究维持坡面治理效果与坝地承载能力的关系，并制定出有利于长期维持退坡效果的政策。3合理调控洪水泥沙“水沙关系不协调”是黄河问题之症结，水沙关系不协调主要表现在汛期洪水的水沙搭配不合理。当花园口流量大于2300m3/s左右时[5]，下游才有可能实现主槽不淤。但据1986～2002年潼关水文站实测资料，7～10月份小于2000m3/s流量的天数约占84％，其径流量占130亿m3汛期总水量的2/3以上，黄河下游这些年主槽萎缩和二级悬河加剧，正是因为遭遇了这样的平枯水沙过程，且在洪水调度期间没有充分兼顾到泥沙调控。因此，要实现维持主槽不萎缩目标，必须进行洪水泥沙调控，而且要兼顾延长水库长期有效利用、滩区及河口地区人类生产生活环境。3.1加强黄河水沙调控体系建设到2050年，黄河年输沙量仍将达8亿t，在维持黄河下游主槽不萎缩的前提下，至少需要140亿m3的输沙水量，当然，相应的洪水输沙过程可以根据天然和人工洪水情况分1～3个阶段完成。但即使如此，小浪底水库的防洪库容只有50.5亿m3，调水调沙库容10亿m3，在小浪底水库淤积到一定程度后，仅靠小浪底水库仍难以达到协调水沙关系塑造对调控库容的要求，小浪底水库出库含沙量的调控更必须依靠多库配合，因此，建设以古贤、三门峡和小浪底水库等七大控制性工程为主体的黄河水沙调控体系，对实现主槽不萎缩并兼顾延长水库拦沙期的目标，已是势在必行。3.2提高小浪底出库水沙关系调控技术20世纪50年代，黄河多年平均含沙量为32.6kg/m3。近几十年来，随着人类用水增加和水利水保工程的作用，已经使洪水形势发生了很大改变（表1）：1986年以后，流量大于5500m3/s的洪水出现时段大幅度减少；流量2500～5500m3/s的洪水含沙量明显增大。外部水源补充黄河前，洪水量级减少的趋势难以显著改变，依靠漫滩洪水淤滩刷槽的机会将很少。因此，未来黄河下游洪水管理面临的最大挑战是如何通过中游水库群的联合调控，改善中常洪水不利的水沙搭配，以维持下游主槽不萎缩。表1潼关站不同时期洪水泥沙特征（年均）特征值年份流量大于5500流量2500～5500流量小于2500水量沙量含沙量水量沙量含沙量水量沙量含沙量1950-195930.64.03131.7127.77.2356.6276.85.8121.01960-197323.71.4561.21256.4351.4258.66.1823.91974-198519.31.682.9116434.5265.64.818.11986-19962.20.341