科技日報記者 喬地

今年8月下旬以來，受秋季強降雨影響，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47天，洪水場次之多、量級之大、歷時之長，歷史罕見，形成了新中國成立以來最嚴重的秋汛洪水。汛情發生后，水利部黃河水利委員會職工和群眾防汛隊伍近4萬人日夜堅守，通過精準調度、科學防控、查險搶險，使黃河下游灘區189萬群眾、340萬畝耕地免遭漫灘洪水損失，140萬群眾避免應急搬遷，得以安然過冬。

總結今年的黃河防汛，近日，著名水利專家、黃河勘查勘測設計院院長張金良提出黃河防汛“六策”，并從科普角度，向科技日報記者介紹了黃河防汛的“異”“難”“短”“重”，以期讓社會各界了解、理解、重視、關心黃河安瀾。

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。在防汛的各個環節，清水河流防汛像解一元多次方程，可通過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，在水沙預報、測驗、調度、洪水演進、河勢演變等方面，均要水沙統籌考慮，就像在解二元多次方程，難以尋求精確解。

黃河水沙兩相流運動

黃河上中下游分界圖

黃河防汛之“異”

張金良說，黃河防汛與其他江河的不同，主要體現在四大方面。

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、河勢游蕩多變。因此，在洪水調度過程中，既要防御化解洪水威脅，還要考慮減少河道淤積。

二是動床防汛。一般的清水河流，在水流作用下河道河床變形較?。欢S河防汛面臨的是動床邊界條件，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，河勢游蕩多變，岸灘變遷“三十年河東、三十年河西”，往往同流量不同水位，同水位不同流量。高含沙洪水不僅對水工建筑物發電、引水造成巨大威脅，而且容易引發“揭河底”“洪峰增值”“假潮”等異常現象。

黃河“揭河底”現象

三是懸河防汛。下游河床高于背河地面4-6米，局部達10米以上，一旦發生較大洪水導致堤防決口，勢能巨大，難以堵復。歷史上洪水波及范圍，可北抵天津、南達江淮，面積達25萬平方千米。黃河下游目前已建成標準化堤防，大洪水漫灘堤防漫決風險已然消除，但因河勢變化疊加“二級懸河”引發洪水沖決的風險依然很大?？貙Чこ淌屈S河下游防汛的另一道防線，可約束主流擺動范圍、護灘保堤。保障控導工程不跑壩、穩定發揮控導作用，是黃河防洪的關鍵。

黃河堤防與控導工程

四是防桃伏秋凌四汛。由于獨特的地理位置，黃河常有桃、伏、秋、凌四汛要防，幾乎貫穿全年。桃汛一般發生在三月，伏汛在七八月間，秋汛在九十月間，凌汛多發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節，桃汛洪水已無災害威脅，目前對防汛威脅最大的是伏秋大汛和凌汛。

黃河防汛之“難”

張金良認為，“多沙河流”給黃河防汛帶來許多難題。

一是洪水泥沙預報、預警難。黃河流域降雨-產匯流-產匯沙過程，影響因素眾多，水沙相互作用關系復雜，沙峰與洪峰不同步，呈現非線性關系，“洪水+泥沙”的預報內容及難度成倍增加。加之目前黃河水沙變化機理和產水、產沙機制等許多關鍵問題仍未厘清；渾水密度差異、重力作用等對洪水演進的影響尚未被充分揭示等，給黃河洪水泥沙預報預警帶來非常大的隨機性和不確定性，產匯沙預報預警迄今未見成熟技術。

二是水庫調度難。由于黃河的高含沙和大輸沙量等特性，水庫的泥沙淤積和庫容損失問題嚴重。汛期洪水含沙量大，水庫滯蓄洪水后，發生大量淤積，造成出庫洪峰、洪量減小、出庫含沙量降低，泄流過程和清水調洪相比差距較大，水庫運用必須同時考慮調水和調沙問題，在保證防洪安全前提下，保持水庫長期有效庫容、平衡年度和年際間泥沙沖淤變化影響。隨著水庫規?；傲饔蚧姥凑{度的時間和空間尺度增大，調度目標任務逐步向流域防洪防凌減災、水量時空調節分配、水沙調控、能源保障、維護流域生態平衡及改善水生態環境等多目標綜合調度轉變。

三是水沙測報難。黃河水文測報，既要測水又要測沙，而沙要素的測驗難度極高。洪峰和沙峰往往不同步，導致沙峰準確測驗難；缺乏泥沙含量、顆粒級配在線測驗技術，導致及時測驗難；河道沖淤變化大，導致斷面測驗頻次高且難等。

四是產匯流、調度模型開發難。由于水沙二相流演進機理尚需深入研究，流域下墊面變化劇烈，面上水利工程影響大，洪水泥沙產匯流模型精度有待提高。隨著信息技術的高速發展和洪水調度業務需求的不斷提高，黃河現有的洪水調度系統難以滿足干支流水庫群精準化、精細化調度要求，也不能支撐對多種水庫調度方案即時響應的要求。特別是河口鎮至潼關區間洪水含沙量一般較大，渾水與床面的交換通量相對于過水面積的變化率不是一個低階量，此時大多數建立在低含沙量基礎上的數學模型不再適用，但渾水調度尚無成熟模型。此外，現有洪水調度系統與預報系統耦合度較低，難以滿足洪水預報調度一體化的需要。

五是防汛搶險難。黃河下游槽高、灘低、堤根洼的二級懸河的河道形態，目前仍未明顯改善，防洪工程和非工程措施仍不完善，遇超標準洪水時河床沖淤變化劇烈，河勢變化劇烈，加之防汛搶險群防隊伍組織難、搶險隊員經驗不足、搶險物資設備保障程度低、搶險手段落后等問題，給黃河防汛搶險帶來巨大挑戰。

黃河防汛之“短”

黃河下游防洪工程體系圖

張金良認為，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、劉家峽水庫距離寧蒙河段遠，凌汛期出庫流量演進至內蒙古河段時間長達6-15天，難以及時準確調控封河流量、凌洪流量，海勃灣水庫調節庫容小，對凌汛過程的調控能力不足，同時龍羊峽、劉家峽水庫汛期大量蓄水帶來的負面影響難以消除，造成寧蒙河段水沙關系惡化、河道淤積加重、主槽嚴重淤積萎縮形成“新懸河”，對中下游水沙關系也造成不利影響；中下游現有的萬家寨水庫庫容小，三門峽水庫運用水位低，缺少控制性骨干工程分擔大洪水，防洪庫容不足；小浪底至花園口區間尚有1.8萬平方公里無工程控制區，該區域100年一遇洪峰流量12000立方米每秒，由于緊鄰黃河下游，洪水預見期短，預報難度大，一旦發生暴雨洪水，洪水演進速度快，下游將迅速漫灘，灘區群眾撤退保安措施難以從容實施，防洪形勢異常嚴峻。

黃河水沙調控體系工程圖

二是下排工程的短板。黃河下游“二級懸河”的不利河槽形態沒有得到根本改善，河道整治工程不完善，高村以上游蕩性河段河勢未得到有效控制?！皺M河”和“斜河”時有發生，如裴峪工程附近、三官廟工程附近的河勢。

三是滯洪工程的短板。黃河下游艾山以上寬河段相當于一個巨型滯洪水庫，滯洪庫容可達30多億立方米。寬河段因受人水混居、“二級懸河”反向斷面、灘區空間布局不合理等方面影響，使寬灘區河段蓄滯洪、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安全設施建設落后，避洪設施少、標準低，湖區撤退道路不足，新湖區缺少靠船碼頭和救生船只，無法保證蓄滯洪期間群眾的生命財產安全，影響滯洪區分洪運用。沁北自然溢洪區等局部臨時滯洪區域內人口多，轉移撤離難度大。伊洛河夾灘自然滯洪區滯蓄功能逐漸消失。

黃河下游臨黃大堤上現有引黃涵閘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，閘門設施、設備老化，防洪能力逐漸降低。根據穿堤建筑物穩定分析，有37座涵閘不能滿足防洪要求。

五是上游防凌的短板。黃河上游防凌重點主要在內蒙古河段。2008年內蒙古河段凌汛決口后，規劃建設了六個應急分凌區。但目前只有烏蘭布和、河套灌區及烏梁素海兩個較大的分凌區，能夠正常啟用；另外四個規模較小的分凌區，有的目前還未建設完工，有的達不到原設計分洪分凌能力。此外，還有制約凌汛防御工作的科學技術問題，包括黃河冰凌演變機理研究薄弱，凌情信息獲取難、冰凌預報技術不成熟，防凌調度理論與技術體系不完善，破冰減災技術安全隱患大等。

內蒙古河段應急分洪區位置示意圖

黃河防汛之“策”

一要完善“上攔”。盡快完善黃河水沙調控體系建設，盡早開工建設古賢水利樞紐，利用其獨特的地理位置優勢，發揮調控水沙、調蓄水資源等綜合作用，和小浪底等水利樞紐聯合運用形成洪水泥沙調控子體系，以解下游防汛之危。及時開工建設磧口、黑山峽水利樞紐，研究建設桃花峪水庫，協調黃河水沙關系，合理配置水資源，從根本上夯實黃河長治久安的工程基礎。還要盡快遷安“上攔工程”的庫區移民，組織編制庫區移民安置規劃，完成三門峽、故縣、陸渾三個水庫庫區移民安置方案，實施移民搬遷，恢復水庫全部防洪功能。

二要通暢“下排”。完善流域河防工程體系，出臺泥沙處理、利用措施的總體布局和實施方案，進一步研究恢復和維持下游河道中水河槽的方案和措施，科學調控水沙，提高河道排沙能力，控制下游河道淤積，恢復并維持中水河槽的排洪輸沙能力。

三要恢復中滯。加強河道整治工程建設，控制高村以上游蕩性河勢。根據灘區滯洪沉沙、生產生活、生態保護等功能需求，因灘施策，開展河道防洪與生態協同治理，將灘低槽高反向斷面改造為灘高槽低正向斷面，實現“洪水分級設防、泥沙分區落淤、灘槽水沙自由交換”，逐步恢復下游灘區滯洪、沉沙、行洪、沉沙落淤、水沙交換能力。

四要健全外分。加強東平湖滯洪區安全建設，解決北排不暢、南排不通問題。結合區內群眾生產生活、地方發展訴求，優化東平湖滯洪區防洪工程布局及運用方式，解決金山壩以西防洪運用難題。研究復核東平湖分洪能力。減少南水北調對滯洪區的不利影響。建立由黃河流域、南水北調、航運等部門參加的東平湖進出水量調度協商機制，實現南水北調數據與黃河水量管理系統實時對接，加強對入湖出湖水量的有效管理。

五要提升預警預報能力。加強“四預”和水工程調度。加強水文信息化和測報能力建設，建立完善重要地區暴雨洪水預報模型，進一步延長水文預報期，提高預報精度；加強水庫調度技術研究，探索新的氣象、工程條件下水沙聯合調度模式。實施干支流重要控制性水庫防汛統一調度，提高水庫群調度精準水平，發揮水庫群在防洪減淤、水資源綜合利用中的整體作用。引進先進防汛裝備，加快防洪工程安全監測建設，加強工情險情災情信息采集，進一步提升水旱災害防御應急保障能力。

六要提升搶險救災能力。加強水旱災害防御管控能力建設。建立專業化與社會化相結合的應急搶險救援隊伍，健全防汛應急搶險和抗旱物資儲備體系，完善防汛抗旱應急預案，提高防汛抗旱現代化管理水平，積極應對黃河防汛抗旱“灰犀牛”事件。增強憂患意識，加強洪水風險管理，加強歷史大洪水應對戰略研究；加強流域洪災、凌災發生機理和成災機制研究和巨災應對措施研究，探索黃河水旱災害防御新技術，防范化解“黑天鵝”事件重大風險，提升水旱災害防御現代化水平。

黃河防汛之“重”

張金良說，下游是黃河防汛重中之重。黃河水災最嚴重的在下游，集中表現為頻繁的決口泛濫和河流改道，決口頻次高，淹沒面積廣，水淹沙壓災情重，經濟損失大。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施等。當前，黃河下游在不發生重大改道的條件下，現行河道向北決溢，洪水泥沙災害影響范圍包括漳河、衛運河及漳衛新河以南的廣大平原地區；現行河道向南決溢，洪災影響范圍包括淮河以北、潁河以東的廣大平原地區。黃河洪水泥沙災害影響范圍，涉及冀、魯、豫、皖、蘇五省的24個地區（市）所屬的110個縣（市），總面積約12萬平方公里，耕地1.1億畝，人口約9064萬人。就一次決溢而言，向北最大影響范圍3.3萬平方公里，向南最大影響范圍2.8萬平方公里。

黃河下游堤防決溢可能波及范圍

張金良還說，上游河段的防洪問題，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有21次之多；寧夏河段自清朝至1949年，有記載的大洪災有24次，同期內蒙古河段發生大洪災13次。目前，由于工農業用水增加和上游水庫大量攔蓄汛期水量，使進入寧蒙河段的水沙關系惡化，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，將使現狀河防工程的防洪標準不斷降低，河道形態惡化又導致主流擺動，嚴重威脅河防工程的安全。

此外，張金良說，“黃河防汛之‘重’，還有保障黃淮海平原防洪安全、傳承弘揚保護黃河文化、實現中華民族偉大復興的重要意義?！?/p>

（文中圖片均由受訪者提供）

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