科技日?qǐng)?bào)記者 喬地
今年8月下旬以來(lái)，受秋季強(qiáng)降雨影響，黃河干流及支流渭河、伊洛河、沁河、汾河、北洛河、大汶河接連漲水，花園口站天然洪水總量249億立方米，洪水歷時(shí)47天，洪水場(chǎng)次之多、量級(jí)之大、歷時(shí)之長(zhǎng)，歷史罕見(jiàn)，形成了新中國(guó)成立以來(lái)最嚴(yán)重的秋汛洪水。汛情發(fā)生后，黃委職工和群防隊(duì)伍近4萬(wàn)人日夜堅(jiān)守，通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)度、科學(xué)防控、查險(xiǎn)搶險(xiǎn)，使黃河下游灘區(qū)189萬(wàn)群眾、340萬(wàn)畝耕地免遭漫灘洪水損失，140萬(wàn)群眾避免應(yīng)急搬遷，得以安然過(guò)冬。
總結(jié)今年的黃河防汛，近日，著名水利專家、黃河勘查勘測(cè)設(shè)計(jì)院院長(zhǎng)張金良提出黃河防汛“六策”，并從科普角度，向科技日?qǐng)?bào)記者介紹了黃河防汛的“異”“難”“短”“重”，以期讓社會(huì)各界了解、理解、重視、關(guān)心黃河安瀾。
張金良表示，黃河防汛，明顯不同于清水河流。黃河洪水含沙量高，是典型的水沙二相流。在防汛的各個(gè)環(huán)節(jié)，清水河流防汛就像是解一元多次方程，可通過(guò)降次的方法求得方程精確解；而黃河防汛，既要防水還要防沙，在水沙預(yù)報(bào)、測(cè)驗(yàn)、調(diào)度、洪水演進(jìn)、河勢(shì)演變等方面，均要水沙統(tǒng)籌考慮，就像在解二元多次方程，難以尋求精確解。
黃河上中下游分界圖
張金良說(shuō)，黃河防汛與其他江河的不同，主要體現(xiàn)在四大方面。
一是既要防水又要防沙，是水沙兩相流防汛。黃河下游水患災(zāi)害表象在洪水，根子在泥沙。黃河平均年輸沙量16億噸，為世界大江大河之冠，洪水期水流的泥沙含量往往大于300千克每立方米，中游支流最大含沙量最高達(dá)1600千克每立方米。這樣高的含沙量水流，往往造成河床快速淤積、河勢(shì)游蕩多變。因此，在洪水調(diào)度過(guò)程中，既要防御化解洪水威脅，還要考慮減少河道淤積。
二是動(dòng)床防汛。一般的清水河流，在水流作用下河道河床變形較小；而黃河防汛面臨的是動(dòng)床邊界條件，河道在高含沙水流的作用下，床沙迅速交換、河床沖淤變形劇烈。上游寧蒙河段、中游小北干流河段、下游河道均為典型的沖積性河段，河勢(shì)游蕩多變，岸灘變遷“三十年河?xùn)|、三十年河西”，往往同流量不同水位，同水位不同流量。高含沙洪水不僅對(duì)水工建筑物發(fā)電、引水造成巨大威脅，而且容易引發(fā)“揭河底”“洪峰增值”“假潮”等異?，F(xiàn)象。
三是懸河防汛。下游河床高于背河地面4-6米，局部達(dá)10米以上，一旦發(fā)生較大洪水導(dǎo)致堤防決口，勢(shì)能巨大，難以堵復(fù)。歷史上洪水波及范圍，可北抵天津、南達(dá)江淮，面積達(dá)25萬(wàn)平方千米。黃河下游目前已建成標(biāo)準(zhǔn)化堤防，大洪水漫灘堤防漫決風(fēng)險(xiǎn)已然消除，但因河勢(shì)變化疊加“二級(jí)懸河”引發(fā)洪水沖決的風(fēng)險(xiǎn)依然很大。控導(dǎo)工程是黃河下游防汛的另一道防線，可約束主流擺動(dòng)范圍、護(hù)灘保堤。保障控導(dǎo)工程不跑壩、穩(wěn)定發(fā)揮控導(dǎo)作用，是黃河防洪的關(guān)鍵。
四是防桃伏秋凌四汛。由于獨(dú)特的地理位置，黃河常有桃、伏、秋、凌四汛要防，幾乎貫穿全年。桃汛一般發(fā)生在三月，伏汛在七八月間，秋汛在九十月間，凌汛多發(fā)生在十二月至次年二三月間。隨著干流水利工程的攔蓄與調(diào)節(jié)，桃汛洪水已無(wú)災(zāi)害威脅，目前對(duì)防汛威脅最大的是伏秋大汛和凌汛。
張金良認(rèn)為，“多沙河流”給黃河防汛帶來(lái)許多難題。
一是洪水泥沙預(yù)報(bào)、預(yù)警難。黃河流域降雨-產(chǎn)匯流-產(chǎn)匯沙過(guò)程，影響因素眾多，水沙相互作用關(guān)系復(fù)雜，沙峰與洪峰不同步，呈現(xiàn)非線性關(guān)系，“洪水+泥沙”的預(yù)報(bào)內(nèi)容及難度成倍增加。加之目前黃河水沙變化機(jī)理和產(chǎn)水、產(chǎn)沙機(jī)制等許多關(guān)鍵問(wèn)題仍未厘清；渾水密度差異、重力作用等對(duì)洪水演進(jìn)的影響尚未被充分揭示等，給黃河洪水泥沙預(yù)報(bào)預(yù)警帶來(lái)非常大的隨機(jī)性和不確定性，產(chǎn)匯沙預(yù)報(bào)預(yù)警迄今未見(jiàn)成熟技術(shù)。
二是水庫(kù)調(diào)度難。由于黃河的高含沙和大輸沙量等特性，水庫(kù)的泥沙淤積和庫(kù)容損失問(wèn)題嚴(yán)重。汛期洪水含沙量大，水庫(kù)滯蓄洪水后，發(fā)生大量淤積，造成出庫(kù)洪峰、洪量減小、出庫(kù)含沙量降低，泄流過(guò)程和清水調(diào)洪相比差距較大，水庫(kù)運(yùn)用必須同時(shí)考慮調(diào)水和調(diào)沙問(wèn)題，在保證防洪安全前提下，保持水庫(kù)長(zhǎng)期有效庫(kù)容、平衡年度和年際間泥沙沖淤變化影響。隨著水庫(kù)規(guī)?；傲饔蚧?，防汛調(diào)度的時(shí)間和空間尺度增大，調(diào)度目標(biāo)任務(wù)逐步向流域防洪防凌減災(zāi)、水量時(shí)空調(diào)節(jié)分配、水沙調(diào)控、能源保障、維護(hù)流域生態(tài)平衡及改善水生態(tài)環(huán)境等多目標(biāo)綜合調(diào)度轉(zhuǎn)變。
三是水沙測(cè)報(bào)難。黃河水文測(cè)報(bào)，既要測(cè)水又要測(cè)沙，而沙要素的測(cè)驗(yàn)難度極高。洪峰和沙峰往往不同步，導(dǎo)致沙峰準(zhǔn)確測(cè)驗(yàn)難；缺乏泥沙含量、顆粒級(jí)配在線測(cè)驗(yàn)技術(shù)，導(dǎo)致及時(shí)測(cè)驗(yàn)難；河道沖淤變化大，導(dǎo)致斷面測(cè)驗(yàn)頻次高且難等。
四是產(chǎn)匯流、調(diào)度模型開(kāi)發(fā)難。由于水沙二相流演進(jìn)機(jī)理尚需深入研究，流域下墊面變化劇烈，面上水利工程影響大，洪水泥沙產(chǎn)匯流模型精度有待提高。隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展和洪水調(diào)度業(yè)務(wù)需求的不斷提高，黃河現(xiàn)有的洪水調(diào)度系統(tǒng)難以滿足干支流水庫(kù)群精準(zhǔn)化、精細(xì)化調(diào)度要求，也不能支撐對(duì)多種水庫(kù)調(diào)度方案即時(shí)響應(yīng)的要求。特別是河口鎮(zhèn)至潼關(guān)區(qū)間洪水含沙量一般較大，渾水與床面的交換通量相對(duì)于過(guò)水面積的變化率不是一個(gè)低階量，此時(shí)大多數(shù)建立在低含沙量基礎(chǔ)上的數(shù)學(xué)模型不再適用，但渾水調(diào)度尚無(wú)成熟模型。此外，現(xiàn)有洪水調(diào)度系統(tǒng)與預(yù)報(bào)系統(tǒng)耦合度較低，難以滿足洪水預(yù)報(bào)調(diào)度一體化的需要。
五是防汛搶險(xiǎn)難。黃河下游槽高、灘低、堤根洼的二級(jí)懸河的河道形態(tài)，目前仍未明顯改善，防洪工程和非工程措施仍不完善，遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)河床沖淤變化劇烈，河勢(shì)變化劇烈，加之防汛搶險(xiǎn)群防隊(duì)伍組織難、搶險(xiǎn)隊(duì)員經(jīng)驗(yàn)不足、搶險(xiǎn)物資設(shè)備保障程度低、搶險(xiǎn)手段落后等問(wèn)題，給黃河防汛搶險(xiǎn)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。
黃河下游防洪工程體系圖
張金良認(rèn)為，黃河防汛短板，可概括為上攔不全、下排不暢、中滯難用、分洪不全等。
一是上攔工程的短板。黃河干流已建成龍羊峽、劉家峽、三門峽、小浪底四座控制性骨干工程。但龍羊峽、劉家峽水庫(kù)距離寧蒙河段遠(yuǎn)，凌汛期出庫(kù)流量演進(jìn)至內(nèi)蒙古河段時(shí)間長(zhǎng)達(dá)6-15天，難以及時(shí)準(zhǔn)確調(diào)控封河流量、凌洪流量，海勃灣水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容小，對(duì)凌汛過(guò)程的調(diào)控能力不足，同時(shí)龍羊峽、劉家峽水庫(kù)汛期大量蓄水帶來(lái)的負(fù)面影響難以消除，造成寧蒙河段水沙關(guān)系惡化、河道淤積加重、主槽嚴(yán)重淤積萎縮形成“新懸河”，對(duì)中下游水沙關(guān)系也造成不利影響；中下游現(xiàn)有的萬(wàn)家寨水庫(kù)庫(kù)容小，三門峽水庫(kù)運(yùn)用水位低，缺少控制性骨干工程分擔(dān)大洪水，防洪庫(kù)容不足；小浪底至花園口區(qū)間尚有1.8萬(wàn)平方公里無(wú)工程控制區(qū)，該區(qū)域100年一遇洪峰流量12000立方米每秒，由于緊鄰黃河下游，洪水預(yù)見(jiàn)期短，預(yù)報(bào)難度大，一旦發(fā)生暴雨洪水，洪水演進(jìn)速度快，下游將迅速漫灘，灘區(qū)群眾撤退保安措施難以從容實(shí)施，防洪形勢(shì)異常嚴(yán)峻。
黃河水沙調(diào)控體系工程圖
二是下排工程的短板。黃河下游“二級(jí)懸河”的不利河槽形態(tài)沒(méi)有得到根本改善，河道整治工程不完善，高村以上游蕩性河段河勢(shì)未得到有效控制?！皺M河”和“斜河”時(shí)有發(fā)生，如裴峪工程附近、三官?gòu)R工程附近的河勢(shì)。
三是滯洪工程的短板。黃河下游艾山以上寬河段相當(dāng)于一個(gè)巨型滯洪水庫(kù)，滯洪庫(kù)容可達(dá)30多億立方米。寬河段因受人水混居、“二級(jí)懸河”反向斷面、灘區(qū)空間布局不合理等方面影響，使寬灘區(qū)河段蓄滯洪、蓄滯沙、水沙交換等功能受阻。
東平湖分洪退水通道
四是分洪工程的短板。主要是東平湖蓄滯洪區(qū)安全設(shè)施建設(shè)落后，避洪設(shè)施少、標(biāo)準(zhǔn)低，湖區(qū)撤退道路不足，新湖區(qū)缺少靠船碼頭和救生船只，無(wú)法保證蓄滯洪期間群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，影響滯洪區(qū)分洪運(yùn)用。沁北自然溢洪區(qū)等局部臨時(shí)滯洪區(qū)域內(nèi)人口多，轉(zhuǎn)移撤離難度大。伊洛河夾灘自然滯洪區(qū)滯蓄功能逐漸消失。
黃河下游臨黃大堤上現(xiàn)有引黃涵閘94座，分洪、分凌閘8座，退水閘5座，直接涉及堤防和分滯洪區(qū)的安全。隨著黃河下游河道沖淤變化和穿堤建筑物使用年限的增加，閘門設(shè)施、設(shè)備老化，防洪能力逐漸降低。根據(jù)穿堤建筑物穩(wěn)定分析，有37座涵閘不能滿足防洪要求。
五是上游防凌的短板。黃河上游防凌重點(diǎn)主要在內(nèi)蒙古河段。2008年內(nèi)蒙古河段凌汛決口后，規(guī)劃建設(shè)了六個(gè)應(yīng)急分凌區(qū)。但目前只有烏蘭布和、河套灌區(qū)及烏梁素海兩個(gè)較大的分凌區(qū)，能夠正常啟用；另外四個(gè)規(guī)模較小的分凌區(qū)，有的目前還未建設(shè)完工，有的達(dá)不到原設(shè)計(jì)分洪分凌能力。此外，還有制約凌汛防御工作的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題，包括黃河冰凌演變機(jī)理研究薄弱，凌情信息獲取難、冰凌預(yù)報(bào)技術(shù)不成熟，防凌調(diào)度理論與技術(shù)體系不完善，破冰減災(zāi)技術(shù)安全隱患大等。
內(nèi)蒙古河段應(yīng)急分洪區(qū)位置示意圖
一要完善“上攔”。盡快完善黃河水沙調(diào)控體系建設(shè)，盡早開(kāi)工建設(shè)古賢水利樞紐，利用其獨(dú)特的地理位置優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮調(diào)控水沙、調(diào)蓄水資源等綜合作用，和小浪底等水利樞紐聯(lián)合運(yùn)用形成洪水泥沙調(diào)控子體系，以解下游防汛之危。及時(shí)開(kāi)工建設(shè)磧口、黑山峽水利樞紐，研究建設(shè)桃花峪水庫(kù)，協(xié)調(diào)黃河水沙關(guān)系，合理配置水資源，從根本上夯實(shí)黃河長(zhǎng)治久安的工程基礎(chǔ)。還要盡快遷安“上攔工程”的庫(kù)區(qū)移民，組織編制庫(kù)區(qū)移民安置規(guī)劃，完成三門峽、故縣、陸渾三個(gè)水庫(kù)庫(kù)區(qū)移民安置方案，實(shí)施移民搬遷，恢復(fù)水庫(kù)全部防洪功能。
二要通暢“下排”。完善流域河防工程體系，出臺(tái)泥沙處理、利用措施的總體布局和實(shí)施方案，進(jìn)一步研究恢復(fù)和維持下游河道中水河槽的方案和措施，科學(xué)調(diào)控水沙，提高河道排沙能力，控制下游河道淤積，恢復(fù)并維持中水河槽的排洪輸沙能力。
三要恢復(fù)中滯。加強(qiáng)河道整治工程建設(shè)，控制高村以上游蕩性河勢(shì)；根據(jù)灘區(qū)滯洪沉沙、生產(chǎn)生活、生態(tài)保護(hù)等功能需求，因?yàn)┦┎?，開(kāi)展河道防洪與生態(tài)協(xié)同治理，將灘低槽高反向斷面改造為灘高槽低正向斷面，實(shí)現(xiàn)“洪水分級(jí)設(shè)防、泥沙分區(qū)落淤、灘槽水沙自由交換”，逐步恢復(fù)下游灘區(qū)滯洪、沉沙、行洪、沉沙落淤、水沙交換能力。
四要健全外分。加強(qiáng)東平湖滯洪區(qū)安全建設(shè)，解決北排不暢、南排不通問(wèn)題。結(jié)合區(qū)內(nèi)群眾生產(chǎn)生活、地方發(fā)展訴求，優(yōu)化東平湖滯洪區(qū)防洪工程布局及運(yùn)用方式，解決金山壩以西防洪運(yùn)用難題。研究復(fù)核東平湖分洪能力。減少南水北調(diào)對(duì)滯洪區(qū)的不利影響。建立由黃河流域、南水北調(diào)、航運(yùn)等部門參加的東平湖進(jìn)出水量調(diào)度協(xié)商機(jī)制，實(shí)現(xiàn)南水北調(diào)數(shù)據(jù)與黃河水量管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)接，加強(qiáng)對(duì)入湖出湖水量的有效管理。
五要提升預(yù)警預(yù)報(bào)能力。加強(qiáng)“四預(yù)”和水工程調(diào)度。加強(qiáng)水文信息化和測(cè)報(bào)能力建設(shè)，建立完善重要地區(qū)暴雨洪水預(yù)報(bào)模型，進(jìn)一步延長(zhǎng)水文預(yù)報(bào)期，提高預(yù)報(bào)精度；加強(qiáng)水庫(kù)調(diào)度技術(shù)研究，探索新的氣象、工程條件下水沙聯(lián)合調(diào)度模式。實(shí)施干支流重要控制性水庫(kù)防汛統(tǒng)一調(diào)度，提高水庫(kù)群調(diào)度精準(zhǔn)水平，發(fā)揮水庫(kù)群在防洪減淤、水資源綜合利用中的整體作用。引進(jìn)先進(jìn)防汛裝備，加快防洪工程安全監(jiān)測(cè)建設(shè)，加強(qiáng)工情險(xiǎn)情災(zāi)情信息采集，進(jìn)一步提升水旱災(zāi)害防御應(yīng)急保障能力。
六要提升搶險(xiǎn)救災(zāi)能力。加強(qiáng)水旱災(zāi)害防御管控能力建設(shè)。建立專業(yè)化與社會(huì)化相結(jié)合的應(yīng)急搶險(xiǎn)救援隊(duì)伍，健全防汛應(yīng)急搶險(xiǎn)和抗旱物資儲(chǔ)備體系，完善防汛抗旱應(yīng)急預(yù)案，提高防汛抗旱現(xiàn)代化管理水平，積極應(yīng)對(duì)黃河防汛抗旱“灰犀?！笔录?。增強(qiáng)憂患意識(shí)，加強(qiáng)洪水風(fēng)險(xiǎn)管理，加強(qiáng)歷史大洪水應(yīng)對(duì)戰(zhàn)略研究；加強(qiáng)流域洪災(zāi)、凌災(zāi)發(fā)生機(jī)理和成災(zāi)機(jī)制研究和巨災(zāi)應(yīng)對(duì)措施研究，探索黃河水旱災(zāi)害防御新技術(shù)，防范化解“黑天鵝”事件重大風(fēng)險(xiǎn)，提升水旱災(zāi)害防御現(xiàn)代化水平。
張金良說(shuō)，下游是黃河防汛重中之重。黃河水災(zāi)最嚴(yán)重的在下游，集中表現(xiàn)為頻繁的決口泛濫和河流改道，決口頻次高，淹沒(méi)面積廣，水淹沙壓災(zāi)情重，經(jīng)濟(jì)損失大。一旦破堤決口后，往往不再回歸原河道，而走新辟的河道入海，形成河流改道，沖毀村舍田園，破壞原有水系和交通設(shè)施等。當(dāng)前，黃河下游在不發(fā)生重大改道的條件下，現(xiàn)行河道向北決溢，洪水泥沙災(zāi)害影響范圍包括漳河、衛(wèi)運(yùn)河及漳衛(wèi)新河以南的廣大平原地區(qū)；現(xiàn)行河道向南決溢，洪災(zāi)影響范圍包括淮河以北、潁河以東的廣大平原地區(qū)。黃河洪水泥沙災(zāi)害影響范圍，涉及冀、魯、豫、皖、蘇五省的24個(gè)地區(qū)（市）所屬的110個(gè)縣（市），總面積約12萬(wàn)平方公里，耕地1.1億畝，人口約9064萬(wàn)人。就一次決溢而言，向北最大影響范圍3.3萬(wàn)平方公里，向南最大影響范圍2.8萬(wàn)平方公里。
黃河下游堤防決溢可能波及范圍
張金良還說(shuō)，上游河段的防洪問(wèn)題，在歷史上也比較突出。蘭州河段自明代至1949年間有記載的大洪災(zāi)有21次之多；寧夏河段自清朝至1949年，有記載的大洪災(zāi)有24次，同期內(nèi)蒙古河段發(fā)生大洪災(zāi)13次。目前，由于工農(nóng)業(yè)用水增加和上游水庫(kù)大量攔蓄汛期水量，使進(jìn)入寧蒙河段的水沙關(guān)系惡化，造成河道淤積抬高、主槽淤積萎縮、行洪能力下降，寧蒙河段已成為黃河干流又一段“地上懸河”。河道淤積，將使現(xiàn)狀河防工程的防洪標(biāo)準(zhǔn)不斷降低，河道形態(tài)惡化又導(dǎo)致主流擺動(dòng)，嚴(yán)重威脅河防工程的安全。
此外，張金良說(shuō)，“黃河防汛之'重’，還有保障黃淮海平原防洪安全、傳承弘揚(yáng)保護(hù)黃河文化、實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的重要意義?！?/span>
（文中圖片由被采訪對(duì)象提供）
編輯：王宇
審核：岳靚
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