中国水情分析研究报告
2008年第4期（总第149期）
水规总院水利规划与战略研究中心 2008年6月2日
小浪底水库治黄关键作用发挥亟待“三河四堤”
赵衍庚 研究员
（山东省科技战略研究所）
小浪底水库存在防洪设计错误，并不能因此就说小浪底工程兴建决策是错误的，更不能由此推论其投资建设是不必要的。恰恰相反，由于黄河下游存在改道问题，小浪底工程防洪作用及治黄意义，远不能仅就花园口防洪标准提高所能表征与概括。
上拦治黄减水减沙，与“大水出好河”的宽河防洪相对立，宽浅游荡型河道演变二级悬河，泄洪输沙功能丧失，成为目前治黄研究的重点、难点、热点问题。上拦治黄是根治黄河战略措施，蓄洪削峰是上拦工程防洪基本功能，目前黄河已经变成了一条一年下泄几次高含沙洪水的河流，需要放弃宽河防洪，实行三河四堤治理，实现河道功能分化，治理成窄深河槽，以输送高含沙洪水入海。
就当前防御二级悬河行洪与“小水大灾”，对于洪水漫滩、偎堤、顺堤行洪等威胁与冲决、溃决险情，小浪底蓄洪削峰就起着调节控制洪水关键作用。因此，小浪底水库兴建意义及其治黄关键作用发挥，有重新讨论、认识或确认的必要。
1、三门峡防洪调节洪水，下游河道淤积为二级悬河，小浪底防洪设计错误是无视花园口河防工程防洪标准已经严重下降的实际。
黄河下游地上河，主要承担泄洪输沙任务的是河槽，约占河道面积1/3，广大滩区在大洪水时滞蓄洪水。大洪水淤滩刷槽，滩槽高差增大，平滩流量增加，河工有“大水出好河”经验，平滩流量成为防洪能力的重要标志。20世纪50年代自然河道的10年，黄河下游铁谢至利津，共淤积泥沙36.10亿t，其中滩地淤积占76.77%，主槽淤积占23.23%，滩槽淤积比率与面积比相仿，防洪能力基本未变，花园口平滩流量6000～8000m3/s得以保持，并成功地防御了1958年60 年一遇大洪水，洪水之后平滩流量增加到8000～10000m3/s。
三门峡水库1960年投入防洪运用，是蓄洪削峰对下游产生防洪作用，而1972年完成两次大改建后，下游河道就出现了二级悬河问题。“1973年8月花园口洪峰流量5000m3/s，花园口至石头庄160km长的河道内，水位比1958年22300m3/s的水位还高0.2～0.4m。” （小浪底水库初设报告 Ⅳ-55页） 据1982年遥感资料，铁谢至利津的内滩（生产堤至滩唇之间）面积969 km2，外滩（生产堤至大堤之间）面积1818 km2，中水河槽（包括嫩滩、边心滩及心滩）面积1017 km2，生产堤内外滩临背差1～2m，全下游河道普遍的二级悬河已经形成。到1992年小浪底兴建开工时，生产堤内外滩临背差有的已高达4m。
小浪底水库防洪设计，认定通过工程削减洪峰，就能显著提高下游防洪标准，这是清水河干流工程防洪作用发挥的一般规律，然而多泥沙黄河则不同。因为宽河防洪下的滩高槽低断面，是在大洪水与中小洪水交替出现的冲淤平衡中保持的，上拦工程调节洪水，大洪水出现机率减少，河道冲淤平衡被打破，主槽淤积加重。统计1960～1991年三门峡运用的31年间，铁谢至利津共淤积泥沙33.36亿t，年均1.08亿t，比50年代年均淤积量3.61亿t减少70%，由于滩地淤积仅占8.44%, 主槽淤积竟占91.56%，滩槽淤积比例发生根本性变化，导致向二级悬河演变，使下游河道泄洪输沙功能丧失。
“96.8”洪水行洪异常，及其严重险情灾情，已经表现出二级悬河防洪困难与防洪能力下降。1996年8月5日花园口出现7860 m3/s中型洪水，仅2～3年一遇，3000m3/s左右就进滩，洪水演进速度特别慢，与一周以后8月13日出现的第二场洪水5520 m3/s，至15日在孙口站赶上第一场洪水，两峰合为一峰，最大洪峰仅5540 m3/s，而河道淹没面积和成灾损失，都超过了1958年大洪水。23天入海洪量58亿m3，孙口以上滩地滞水达12.5亿m3，河道成了个巨型平原水库。按现状河道情况推算，如果发生花园口设防标准22000m3/s以内的洪水，下游大堤将全部偎水，有240km临黄大堤超高不足（不含超高小于0.5m的390km），有686km堤身断面不满足浸润线要求，滩地滞水量将高达20亿m3。
黄委李国英主任于2004年《在黄河下游治理方略专家研讨会上的讲话》）中就明确指出：“以往说黄河下游堤防防御洪水的标准，在小浪底水库建成之后由不足60年一遇，提高到了千年一遇，现在看来，这个提法值得进一步商榷。这种说法是基于堤防高度而言，就堤防的基础防渗、堤身强度而言，并非如此。” 可见，8年前论文分析指出的小浪底防洪设计错误，已经为河道防洪能力下降实际与二级悬河防洪困难实践所证明。
2、上拦治黄减水减沙，宽浅游荡型河道却演变为二级悬河，从而终结了宽河防洪，需要治理成窄深河槽。
黄河1855年在河南省兰考县决口改道，洪水泥沙在口门下的菏泽、濮阳、济宁一带泛流20多年，北流袭夺大清河，南流冲毁京杭运河，淹没淤埋灾害面积5万km2。泛流期间，口门下形成冲积扇，冲深冲扩大清河，两岸大堤形成后洪水泥沙俱下，河道迅速回淤，河床抬升，大堤修筑与河床淤高赛跑，堤防决口自下而上发展。约百年后1949年新中国成立时，决口口门上下成为淤积抬升最快的河段。钱宁先生研究说，如果不是解放后人民治黄治河修堤，早已是频繁决口，尸横遍野了。（参见人民黄河1986，6）
1933年洪水22000m3/s，来沙42亿t，河道淤积20亿t，决口104处，淹没村庄4000处，塌毁房屋50万所，灾民320万人，水灾延续8个月。1934年长垣又决，多处堵口复决，水临金堤。1938年国民党的花园口扒口，形成全河夺溜改道达9年，洪泛区从西北至东南，长400km，宽30～80km，河南、安徽、江苏三省44个县市受灾，因洪水以致死亡人数达98万。
自2000年前黄河在天津静海县入海的原始河道，至今黄河发生改道26次，较大决口1500多次，北流入渤海，南流入黄海，在黄淮海平原上从北至南横扫一遍，成为世界上著名的害河和难治之河。黄河下游地上河，就位处以郑州为顶点的大冲积扇上，成了冲积扇脊背，平原河道分水岭，也是“南决、北决”威胁灾害的自然地形条件。
建国后连续修筑了三次临黄大堤，实行上拦治黄，尤其是现代大坝技术的防洪应用，建设干流水库蓄水削峰调节洪水，是下游防洪治理的釜底抽薪，对取得50多年伏秋大汛无决口巨大治黄成就，发挥了关键决定作用。据清华大学水利水电工程系夏军强等研究，黄河游荡性河段大部分滩岸土体属于黏性土，且具有较为明显的垂向分层结构，滩岸土体因黏粒含量少、抗冲强度弱，其起动切应力(0.1～0.3 Pa)，比近岸平均水流切应力(2～3.0 Pa)小一个数量级，故容易冲刷；滩岸土体的抗剪强度，随土体含水率增加而降低，其凝聚力可由34kPa急剧降低到4 kPa，故滩岸土体容易在汛期发生崩塌。这一最新科学研究成果，既解释了黄河大堤易决和洪水难防的原因，也证明从控制洪水上建设上拦工程蓄洪削峰，上拦治黄决策是正确的。
宽河防洪是历史上成功的治黄经验，也是历代治黄大师普遍认可与使用的方法措施。春秋战国的齐国、赵国，距河10km筑堤。汉唐故道行河近千年，南堤为现河道北岸金堤遗迹，北堤为马颊河现北岸大堤，河道宽达上百公里。河南省现河道宽为5—20km，也是按宽河防洪设计的。黄河传统的宽河防洪，有农耕时代的历史必然性。
因为黄河穿越中上游40万km2黄土高原，其高原盆地型地貌，河流密布，暴雨山洪流急浪大，汇水迅速；产沙区各河流暴雨洪水高含沙，最高含沙量普遍达1000kg/m3左右，实测最高达1600 kg/m3，三门峡洪水最高含沙量已达911 kg/m3；黄河有上游洪水、中上游上大洪水、下大洪水、下游洪水等不同类型，形成6种洪水组合，洪水含沙量也各不相同，对下游河道冲淤影响迥异；进入下游的洪水，浪大流急但洪量较小，实行宽河防洪，洪峰在平原河道上坦平，相应减轻了下游堤防工程的建设难度，适合农耕时代筑堤技术，也较适应洪水多变复杂情况。宽河防洪的实质是以土地换安全，以宽河道工程体系的不变，应洪水泥沙的万变。
宽河防洪是大水出好河，而上拦治黄则是减水减沙，从而打破了大洪水与中小洪水在下游河道的冲淤平衡，河道向二级悬河演变。根据1988年治黄修订规划，中上游29个干流梯级工程，总库容964.6亿m3，为天然径流量560亿m3的1.72倍，长期有效库容490.0亿m3，占天然径流量87.5%。目前建设的干支流水库和减水工程，已经使黄河变成了一条一年下泄几次高含沙洪水的河流。
黄科院齐璞先生研究，窄深河槽能输送高含沙洪水入海。黄河下游二级悬河如何治理成窄深河槽，成为当前治黄研究的重点、难点问题。徐乾清院士在对《小浪底水库···》批示中指出，利用东线工程增水刷黄“是不够现实的”。而且上拦治黄减少了来水，中上游又扩大了用水需求，充分估计冲刷治黄将受到的水少限制，研究提出了在下游实行三河四堤治黄，引水引沙治理二级悬河的措施方式。
3、二级悬河泄洪输沙功能丧失，洪水漫滩普遍偎堤，面对冲决、溃决多处决口发生的险情，小浪底控制洪水对下游防洪起着关键作用。
以郑州为顶点的黄河大冲积扇，河床为97m海拔，相比长江相似位置的武汉河床高出70m。中国水利水电科学研究院泥沙所尹学良先生研究认为，河道宽、比降大是河道游荡的两个劣相。或者说，是河道宽浅游荡、主流摆动的两个前提条件，防洪治理原则是：守堤不如守滩，守滩需要定槽，槽稳滩存，滩存堤固。地上河行洪输沙主要在河槽，滩地是大堤的屏障，成为下游河道防洪体系的重要组成部分，这是黄河防洪治理的特殊性。因为临黄大堤为淤积在平原上的泥土所筑成，含沙量高，遇水易液化，抗侵蚀力迅速降低，临黄大堤不具备抵御洪水冲刷侵蚀的堤基质量与功能，因此，黄河防洪也把洪水偎堤、顺堤行洪、顶冲大堤等险情，洪水尾水、后续洪水冲决、溃决出险，视为最严重的决口威胁危险。菏泽等地群众抗洪抢险，是男女老少齐上大堤，人人必备的防洪器具是一把铁锹和一捆秸草，显然不是决口堵复使用工具，是防洪峰溢堤。1855年在兰考的决口改道，头一天水流三分，第二天分流就达7 成，第三天全河夺溜，决口口门快速冲扩达2～3km，表现出黄河决口的防御困难与治理特殊性。
从河流学的物理意义上看，宽河防洪下的主流游荡摆动，是洪水的横向消能方式。因为洪水挟沙进入宽浅游荡型河道后，河床泥沙迅速被液化，与洪水融为一体整体下移，又在比降较大的河段上得到了较多势能，然而洪水下泄的流速并不高，这是主流游荡得以横向消能的结果。淤滩刷槽大洪水，水位深，挟沙输移，携带能量大，在较大比降河道上得到的势能又多，形成对主槽强冲刷，这就是“大水出好河”的原因。如1958年大洪水，滩地淤积10.2亿t，主槽冲刷8.65亿t，河道虽淤积1.55亿t，洪水的泥沙输移率高达92％。而平滩流量以下小水和非汛期水，冲刷表现于河底沟道侵蚀，侧蚀表现为冲滩淤槽，河道变得宽浅，游荡加剧。
黄河下游河道为泥沙堆积型，又有较大的纵比降，是强侵蚀性河流性质，而河道却表现为淤积抬升，这是水少沙多在下游河道冲淤的总结果。而实行宽河防洪的下游河道，也为主流的游荡摆动创造了条件，洪水泥沙侧向侵蚀消能，也表现为洪水泥沙的横向交换。而控导工程与生产堤阻水漫滩，洪水泥沙横向交换受阻，侧蚀消能转化为能量积累，表现为行洪主槽淤积抬升。由此可见，上拦工程防洪的蓄洪削峰，下游河道内控导工程、生产堤等阻水漫滩，影响或阻滞了洪水泥沙横向交换，成为宽浅游荡型河道向二级悬河演变原因。
目前的二级悬河与小水大灾，使漫滩洪水直接对滩区群众淹没成灾，洪水漫滩偎堤又造成冲决、溃决险情，小浪底水库防洪运用实施对洪水的控制调节，对下游防洪起着关键作用。小浪底拦沙期是有限的，拦沙库容不断减少，下游二级悬河和小水大灾问题将日益突出。1988年治黄修订规划确定上马小浪底水库，同时提出不排除下游改道可能，要预留改道环境。改道规划位处河南省武陟、濮阳和山东省聊城、惠民、无棣一线，河长550 km，河宽7～10km ，需迁移人口300多万。国家于1994年撤销了黄河下游经济带。2002年治黄规划，则重新确认下游存在“南决乱淮河，北决乱海河”洪水威胁。显然，以下游防洪为首要开发任务的小浪底水库的兴建，与黄河下游洪水威胁严重存在，并造成对经济布局与社会发展的重大不利影响，是不相称的。
问题还是要回到小浪底防洪设计的错误上，以提高花园口河防工程防洪标准为目标，是不妥当的。我们可以做一个学术性假设，如果改道规划不是从原阳起，而是上延至小浪底坝下，譬如在原引黄济京引水口白坡，位处花园口以上，成为白坡—原阳—濮阳—聊城—惠民—无棣改道方案，小浪底水库继续对下游防洪发挥作用，而花园口设防工程防洪标准的提高与否，就没有了意义。
4、小浪底水库蓄清排浑，与下游三河四堤结合治黄，既能解放“南决、北决”洪水威胁，又能解放河道内“小水大灾”，还能解放上拦减沙入黄的沉重负担。
黄河水少沙多，上拦治黄是要从沙多上解决黄河问题，既要在中上游投巨资建设干流拦沙水库，又要实行减沙入黄，还要为下游河道减淤，引黄灌溉就被视为增淤因素。1988年治黄修订规划认为，中上游水土保持治理实现远景目标，因重力侵蚀年产沙量为8亿t，仍是条多沙河，黄河不可能变清，下游河道仍然要泄洪输沙入海。
实行宽河防洪，河道是“大水出好河”，洪水挟沙输移，然而目前的二级悬河，泄洪输沙机制却发生了根本性改变。 如“96.8”洪水，是近10 年最大洪水，花园口洪峰含沙量分别为71.1 kg/ m3、129 kg/ m3，孙口站合为一峰后含沙量降低仅为6.89kg/ m3，洪水挟沙在河南宽河道几乎全部落淤，到利津含沙量又增大到18.6 kg/ m3，在山东窄河道则表现为小水冲刷，河道输沙效率大大下降。
黄河下游存在“南决、北决”洪水威胁，河道内是小水大灾，沿黄与近黄地区又面临洪水偎堤的冲决、溃决险情，目前黄河是历史上河道恶化最严重的时期。因为高悬的主槽与控导工程、生产堤首尾相接连在一起，在河道内曲折蜿蜒，阻洪下泄，漫滩洪水在滩区是“一个盆”“一个盆”地流，使河道行洪输沙基本功能丧失；漫滩洪水具有顶冲大堤、洪水偎堤、顺堤行洪严重险情，部分河段又存在发生横河、斜河、滚河危险，将是冲决、溃决多处决口发生的严峻防洪局面；我国实行绝对地以地表水流向划分流域的制度，临黄大堤成了流域分界，多泥沙黄河竟是一条没有下游平原的河流，连修筑临黄大堤就要从外流域买地买土，影响着科学治黄；水利投资实行按流域管理报批，沿黄和近黄地区受决口洪水威胁极其严重，却又难以成为淮河、海河防洪治理的重点工程，连抗洪、抢险、救助、逃逸道路都没有；当前处理河道内小水大灾防御问题，首先想到的是利用小浪底水库控制洪水，可是其拦沙使用期设计仅20年，随着拦沙库容不断减少，必须研究采取新的治黄对策。
小浪底水库实行蓄清排浑运用，汛期7月至9月敞泄洪水泥沙，非汛期10月至翌年6月，水库蓄水拦沙抬高水位发电，下排清水。小浪底水库与下游三河四堤结合治黄，水库非汛期下排的清水可排入运河，现下游河道主要承担输送汛期洪水泥沙任务，从而，黄河下游实现了河道功能分化，将对治黄产生重大战略意义。
（一）“南决、北决”洪水威胁，被限制在两运河和遥堤之内，威胁灾害面积可减少9/10。
（二）水库非汛期下泄清水，排入运河兴利运用，运河又能为平原防洪、除涝、通航，表现为兴利河流多功能。
（三）现河道主要在汛期下泄洪水，河道将表现为冲刷侵蚀，河床下切。
（四）临黄大堤、遥堤、格堤、运河等传统治黄方式，决口洪水将在一个格堤内滞水抬升，逼水回河，将保持洪水对河道冲刷。
（五）利用主槽高于滩地、滩地高于背地、背地高于运河的自然地形，进行引水引沙梯级开发，使治理二级悬河成为窄深河槽具有工程可实施性和技术可控性。
（六）小浪底水库等上拦工程能够调水调沙，与下游引水引沙梯级结合，成为窄深河槽治理工程措施，是现代工程治黄方式。
（七）引水引沙梯级工程分处黄河两岸，各引水口将发挥节点治黄作用，在河道向窄深河槽演变中，能保护滩地，抑制沙源，窄深河槽在两岸口门间弯蜒曲折，是治理宽河道的弯曲型河槽布局。
（八）引水引沙治理二级悬河，可以与引黄淤滩、淤临、淤背、淤田改土和蓄水利用结合，在河道内实行退耕还湖，规划蓄水、湿地工程开发，可治理河道内小水大灾，向国土资源开发、减灾兴利转变。
（九）利用遥堤、运河、临黄大堤高低地形，进行城市地下建筑与地下交通开发，实行引沙覆盖建筑施工方式，发展了黄河节能建筑，空间地利用了沿黄土地，使黄河泥沙具有了经济利用价值。
（十）黄河下游治理成窄深河槽，能输送高含沙洪水入海，沿黄城市节能节地建筑又需求大量泥沙，上拦治黄可放弃减沙入黄政策，转向水土保持兴利，将大大地减轻中上游地区减沙入黄治理负担，三门峡等上拦工程所淤积的库内泥沙，也具有了被清除或恢复库容的治理前景。
发送:部领导、总工，国务院发展研究中心，国家发改委有关司局，部机关各司局，各流域机构 ，各省（市、区）水利（水电）厅（局），有关规划、设计、科研单位和高等院校。
水利规划与战略研究中心编印 共印300份