黄河下游引黄灌区的水文问题及解决途径

　　黄河引水历史悠久， 上游的宁蒙地区引黄灌溉历史可追溯到秦汉，但直至20 世纪， 黄河下游引黄灌溉的记载鲜有出现。

　　20 世纪 50 年代以来，黄河下游引黄灌溉事业经历了曲折发展的历程。 目前，黄河下游大型引黄灌区有95 处，是我国最大的连片自流灌区，涉及豫、鲁两省18 个地（市）87 个县区 ,覆盖总土地面积500.2 万 hm2,设计灌溉面积343 万 hm2, 有效灌溉 面 积223.4 万 hm2,受益人口5 271 万人。治理黄河的主要问题在于治沙，引黄灌溉的发展也从未忽略黄河的泥沙问题。 黄河下游在两岸大堤建闸， 自流无坝引水向两侧平原输送。由于受黄河携带泥沙含量高和下游平原地区地势平缓的影响，引黄灌区渠系普遍存在严重的泥沙淤积问题。

　　一、黄河下游引黄灌区发展与泥沙治理

　　1.灌区建设与泥沙处理阶段新中国成立后，黄河下游引黄灌溉从试办中小型灌溉工程开始逐渐发展起来。

　　1953 年 8 月人民胜利渠灌区作为试点，借助引黄入卫工程遗址张菜园闸全部修建完成，是黄河下游第一个兴黄河水沙资源之利的灌区。

　　1955-1957 年，河南省的花园口和黑岗口两个引黄工程先后兴建，山东省建设虹吸工程24 个 , 期间兴建打渔张引黄闸。 在引黄灌溉初期，由于工程建设严格按设计要求，取得了较好的灌溉效果和改碱效果。

　　其后，黄河下游在1957-1961 年间共兴建引黄闸22 座 , 设计引水能力高达3 361 m3/s,设计灌溉面积达到536.53 万 hm2. 由于灌区实行大引、大蓄、大灌的运行方式，加之灌溉工程不配套、管理粗放，只灌不排致使灌区地下水水位上升，土壤次生盐碱化和内涝灾害加重，黄河下游引黄灌区全面停灌（仅保留人民胜利渠1.33 万hm2引黄灌溉面积作为试验）。

　　1965 年黄河下游发生严重干旱，山东打渔张灌区首先恢复了灌溉。 在全面总结经验的基础上， 研究了适宜的灌溉制度、灌溉技术、泥沙处理方法和技术、防治盐碱技术等，黄河下游引黄灌区走上健康发展的道路。

　　黄河河床高于两岸，历史上沿黄两岸有大量低洼盐碱荒地，可用于自流沉沙，同时改良为高产农田。 在引黄灌溉初期，对于引黄泥沙问题的解决途径主要是集中在两个方面：一是渠首引水防沙，减少引沙量；二是入渠泥沙的集中淤沉处理，主要采用沉沙池沉沙的方式。

　　2.灌区发展与泥沙治理利用阶段20 世纪 70、80 年代，随着引黄灌溉事业的蓬勃发展，下游地区引水量的需求不断增加，至1980 年 ,已实现有效灌溉面积60.93 万 hm2的规模。

　　在此期间，大多数引黄灌区存在用水定额偏高问题，仍以自流漫灌为主要灌溉形式，水资源浪费严重，灌区发展不平衡， 上下游用水矛盾日益激化，加之引沙量的累积增加也十分迅速，泥沙处理难度较大。 由于灌区泥沙淤积十分严重， 而且分布不均，68.5% 的泥沙淤积在渠首和渠系 , 给灌区带来严重问题。 尤为严重的是，黄河下游引黄灌区沉沙洼地已基本用尽，多数灌区采取“以挖待沉”的运作方式，清淤泥沙大量堆积在渠首地区，带来占压耕地、土地沙化、风沙灾害等不利影响， 甚至形成泥沙灾害。因此， 灌区开展泥沙治理势在必行。

　　此外， 对于引水条件便利的灌区，过度引黄使灌区过度排水，导致平原排水河道淤积， 防洪与排涝能力降低，甚至出现次生盐碱化等问题。

　　泥沙作为土壤流失的产物，具有一定的养分，而且可用于填充坑塘洼地和作为建筑材料原料。 针对渠首清淤泥沙带来的诸多问题，堆沙治理与利用措施和技术在这个阶段大量涌现并得以发展。 泥沙处理利用的方式主要包括淤改、稻改、淤临淤背、建材加工、农业和生活用土等。 据统计，到1990 年年底，黄河下游地区共放淤改良土地23.2 万 hm2. 放淤、 稻改和淤背固堤给黄河沿岸带来了巨大的经济、社会和环境效益。

　　3.灌区节水与泥沙输送阶段随着引黄灌溉的发展，泥沙淤积问题持续存在。 此外，由于水资源的紧缺，灌区时常面临需水期引水条件差、 非需水期引水条件好的问题，采取引黄蓄水、利用汛期含沙量较高浑水等措施，将使泥沙输移和安置问题更为突出。 灌区泥沙集中处理和渠首堆沙的利用措施，只是缓解渠首泥沙问题，不能从根本上解决灌区水资源浪费、泥沙淤积多、水沙分布不均等问题。 因此，应将泥沙集中淤积在渠首 沉 沙 池 及 输 水 干 渠 渠 道 沿 线 的“点 ”“线 ”式泥沙处理方式 ,转换为分散淤积到支渠以下或田间的 “面”式处理方式， 尽量减少渠首集中沉沙、淤沙，不使渠首地区因清淤造成累计性堆沙灾害。 随着对灌区渠道水流输沙规律认识的不断深入，提高渠道输沙能力的技术也取得进步，人们逐渐认识到，解决灌区泥沙问题的根源在于实现灌区泥沙的远距离输送。

　　围绕20 世纪 90 年代开展的节水灌溉和大型灌区配套改建措施，将泥沙处理利用和节水灌溉规划紧密结合，是实现泥沙远距离输送的重点途径。 泥沙远距离输送的具体技术包括优化断面形态、 加大渠道的纵比降、水沙优化调度措施等。

　　4.灌区泥沙资源化与水沙配置阶段进入21 世纪以来 , 黄河下游干流径流量和输沙量明显减少。一方面，可引水量的减少使得下游灌区水资源紧缺的形势越发严峻；另一方面，下游引黄灌区引水含沙量也明显减少，入渠泥沙堆积问题有所缓解。尽管如此，随着小浪底水库拦沙库容的淤满，黄河下游灌区引水含沙量也会随之加大，灌区泥沙问题依然不容忽视。

　　在实现灌区可持续发展的要求下，为解决水资源紧缺问题，灌区水资源的优化配置需要进一步细化和精确，以建立“节水型”灌区为主要目标；为解决泥沙问题，则需要对泥沙进行全面、统筹的考虑和安置，泥沙作为资源在整个灌区的配置愈发重要，即有意识地合理配置泥沙，减少泥沙灾害，建设“生态型”灌区。

　　由于水流与泥沙的不可分割性，灌区在配置水资源的同时也是对泥沙资源的配置。 但是，在当前灌区以用水为主要需求的前提下，水量调度并不以合理配置泥沙资源为转移，因此，灌区水沙资源联合配置的需求也更加紧迫。 灌区水沙资源优化配置是实现泥沙资源化的关键技术，也是建设“节水型” “生态型”灌区和可持续发展灌区的基础，更具有科学意义。

　　我国对水沙资源优化配置的研究主要体现在建立了水沙资源优化配置的理论，总结水沙优化配置关键技术等方面。 在水资源与泥沙资源联合优化配置模型研究方面也做了进一步的探索，我国建立适用于多沙河流的水沙资源优化配置数学模拟技术走在世界前沿。 水沙联合优化配置数学模型比较有代表性的是将水沙动力学模型与泥沙资源优化配置模型进行整合，以水沙动力学模型的计算结果作为泥沙优化配置模型的约束条件，从而实现水资源与泥沙资源联合优化配置的非耦合计算。

　　二、黄河下游引黄灌区面临的主要水沙问题

　　黄河下游引黄灌区经过多年的发展，在发现问题、解决问题的探索实践中， 形成了各具特色的调控模式。 在外界条件变化的影响下，各灌区受客观条件的制约，仍存在以下主要水沙问题：

　　1.引水引沙不易调控黄河是受人类活动影响较大的河流。 受黄河流域水量调度的约束，下游引黄灌区引水灌溉，无论在引水量还是在引水时机上，均不能完全按照灌区的运行方式来调控。例如， 受黄河来水量和引水期的制约， 近年大流量引水的概率明显减小，集中水流输送泥沙的“高水位、大流量、速灌速停”的运行方式难以做到。此外， 为了不加重黄河下游河道的淤积，灌区最初确立的引取表层水流以减少引沙量的“引水防沙”理念不再提倡；加之，黄河径流量减少，可引用水资源量也相应缩减，甚至出现灌区需水期无水可引的局面，为保证灌区用水，有时不得不引取汛期含沙量较高水流。

　　2.地理条件制约水沙输移对于入渠水沙的调控，应当以提高渠道输水效率、避免淤沙阻水为目标。 目前行之有效的方式仍是实现灌区泥沙的远距离输送。 灌区渠道纵比降平缓是影响泥沙远距离输送效果的主要因素。 然而，广大的黄河下游灌区位处黄河冲积平原， 地势平缓，河南、山东两省境内沿黄灌区地面比降分别在1/4 000~1/5 000 和 1/6 000~1/10 000 之间， 灌区调整加大渠道比降的潜力非常有限。

　　3.泥沙淤积虽然近年灌区引入泥沙量有所减少，泥沙堆积问题有所缓解，但灌区长时间以来的淤积和堆沙问题仍会持续存在。 此外，不难预测，随着小浪底水库拦沙库容的淤满，黄河下游干流含沙量将随之增加，灌区引水含沙量也会随之加大，灌区将重新面临挑战。 从引黄灌溉发展历史看，灌区泥沙问题依然不容忽视。

　　灌区水沙资源优化配置是解决黄河下游引黄灌区上述主要水沙问题的根本途径。

　　三、灌区水沙资源优化配置目标和方法

　　实施灌区水沙资源配置的目的是协调配置灌区的水资源与泥沙资源，既满足灌区对水资源和泥沙资源的实际需求，又接近灌区在经济社会和生态环境等方面的发展目标。 灌区水沙资源配置过程中，要求将水资源与泥沙资源作为平等的资源进行优化配置，水资源与泥沙资源的关联性可以通过水流泥沙运动规律建立联系， 在配置这两种平等资源的过程中， 体现相互的动力制衡和约束，这也是灌区水沙资源优化配置得以实现的基本原理。

　　实现不同资源在空间或时间上的最优分配，从多目标规划的角度上讲，可以将各资源按照其在配置单元的重要程度，进行分级加权与逐级优化，最终实现不同资源在不同配置单元的最优状态。 因此，对灌区水沙资源优化配置的模拟，有效的方法是采用多目标规划方法。 多目标规划的目标函数是通过目标约束的正、负偏差变量和赋予相应的优先等级来构造的。 正是利用多目标规划方法引入的正、负偏差变量，避开了两种以上不同类型配置变量单位不协调、数值比例不协调的困难； 通过建立只与正、负偏差变量相关的目标函数，将不同类型的相关配置变量共同配置；配置过程中，既受决策目标的约束，也受配置变量的相互制约。 多目标规划方法的主要特征是，合理地把定性与定量的决策结合起来，按照思维的规律将决策过程层次化、数量化，满足灌区将水、沙两种不同类型但相互关联制约的资源（配置变量）相互耦合、共同优化配置的要求。

　　四、结 论

　　①黄河下游引黄灌区发展在不同时期均面临不同的泥沙淤积问题，并采取了不同的解决措施，主要有4 个历史时期，分别是灌区始建探索与渠首引水防沙、 集中淤沉泥沙处理阶段，灌区蓬勃发展与泥沙治理利用阶段，灌区节水改造与泥沙远距离输送阶段，灌区泥沙资源化与水沙配置阶段。

　　②目前黄河下游引黄灌区依然面临较为严峻的水沙问题，主要体现在引水引沙不易调控、地理条件制约水沙输移和灌区泥沙淤积等方面。

　　③灌区水沙资源优化配置是应对和解决灌区主要水沙问题的主要途径。 配置目标是共同协调配置灌区的水资源与泥沙资源；可利用多目标规划方法解决水、沙不同性质资源共同配置的问题。

　　参考文献:

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