黄河调水调沙
一、黄河调水调沙的由来
黄河是世界上最复杂、最难治理的一条河流，其主要症结在于泥沙，水少沙多，水沙不平衡。黄土高原严重的水土流失，造成大量泥沙在黄河下游强烈堆积，使黄河下游近800公里的河床还以年平均0.1米的速度淤积抬高，成为地上悬河，一般下游河床高出地面3~5米，个别地段达到10米。在历史上，黄河下游决口频繁，造成严重灾害，与逐年抬高的\地上悬河\有很大关系。在今后相当长的时期内，黄河依然是一条多泥沙河流，同时由于上游水库汛期蓄水，上、中游工农业用水日益增长，黄河下游汛期水少沙多的矛盾更趋严重，黄河下游河床将继续淤积抬高，防洪形势更加严峻。因此，解决黄河下游泥沙淤积问题成为迫在眉睫的要害问题。
多年来，黄河科技工作者一直在努力探索通过人工手段改变天然水沙不平衡关系的减淤方式，力图控制位于关键地位的水库运用，塑造一种理想的水沙配比，这种水流下泄后，可使黄河下游河道不淤积，甚至对下游河道造成冲刷，从而达到“河床不抬高”的目的。我们把这样的过程称之为调水调沙。
调水调沙治黄思想的形成经历了一个较长的过程。这一设想的提出，最早可追溯到20世纪40年代，美国学者萨凡奇.葛罗同在1946年治理黄河的初步报告中提出，利用八里胡同水库控制洪水并发电，坝底设排沙设施，每年放空排沙一次，以减缓下游淤积。20世纪60年代三门峡水库泥沙问题暴露以后，有人提出利用小浪底水库进行泥沙反调节的设想。70年代后期，随着“上拦下排”治黄方针局限性的显露以及三门峡水库的运用实践，人们更深刻地认识到黄河水少沙多、水沙不平衡对黄河下游河道淤积所起的重要作用，再一次提出了调水调沙的治黄指导思想，设想在黄河上修建一系列大型水库，实行统一调度，对水沙进行有效的控制和调节，变水沙不平衡为水沙相适应，更好地排洪、排沙入海，从而减轻下游河道的淤积甚至达到不淤。由于小浪底水库在黄河上所处的关键位置，经过专家学者反复的论证和黄委及有关部门领导的大量工作，决定先建设小浪底水库，进行调水调沙的实践。1987年1月，国务院批准了小浪底水利枢纽工程的设计任务书，治黄工作又向前推进了一大步。小浪底工程建成后，经过多种运行方式的研究和实践，已发挥调水调沙的作用。
二、调水调沙的实现方式和科学依据
通俗地说，黄河调水调沙就是要把小浪底的沙送到大海中去，同时冲刷下游河床，减少淤积，但调水调沙并非简单的用水冲沙，它还要考虑多方面因素，即要把小浪底水库的沙带
走，不会在下游淤积，又要最大限度地节约宝贵的黄河水资源，还不能对下游河道堤岸产生破坏等等，所以调水调沙的关键就在一个“调”字，一个调的是流量，另一个调的是含沙量，甚至包括泥沙颗粒的粗细。而小浪底水库正是黄河调水调沙的主角，根据沙在水中容易沉底、越粗的沙沉得越低的道理，通过科学测算，来人工调控小浪底水库中处于不同位置的排沙孔，明流孔和暗流孔，这三类孔洞的开关顺序及次数，这样，就可以使下泄水中形成一定的水沙比例，并且符合下游河道的输沙规律，小浪底水库制造出来的“人造洪峰”就能够把所经之处的泥沙带到大海，从而保证“地上悬河”的河床不再升高。而这次黄河调水调沙试验就是为了寻求一个符合上述要求的最佳临界流量和含沙量。
人们从研究下游河道输沙特性中发现，在一定的河床边界条件下，水流挟沙能力近似与流量的平方成正比，同时还与来水的含沙量有关。即在河床边界条件下和水流条件不变的情况下，如果来水的含沙量大，则在单位时间内通过某一断面的输沙量（称输沙率）也大；如果来水的含沙量小，则在单位时间内通过某一断面的输沙量也小，这说明下游河道有\多来沙多排沙\、\少来沙少排沙\的特点。黄河的显著特点是水少沙多，水沙不平衡，且泥沙的地区分布和时间分布都不平衡，因此，在黄河上修建水库，不仅要调节径流，还要调节泥沙，使水沙关系更加适应，以达到更好的排沙、减淤效果。这就是调水调沙的科学依据。即结合水库初期的运用特点，采取\蓄满造峰\（蓄小水期水量集中泄放）、\相机造峰\（大水期及时泄放）两种方式。由于初期3～5年水库库容大，主要以异重流输沙为主，调水调沙运用在很大程度上是对水量的调节，对于沙量调节主要表现在当上中游地区为较大流量较高含沙量时，适当控制坝前运用水位和安排泄水建筑物使用次序，调配以异重流形式运用至坝前的较细泥沙的蓄存或泄放。
三、黄河首次调水调沙试验
自从小浪底水库1999年11月建成投入运用以来，黄河水利委员会就一直开展调水调沙试验的各项准备工作，但由于2000、2001年黄河上中游来水较少，特别是汛期来水的严重不足，缺乏进行调水调沙的基础条件。 2002年5、6月份，黄河上中游来水较近几年同期偏丰。6月底，小浪底水库水位已达236.09米，水库蓄水量43.41亿立方米，汛限水位225米以上水量14.21亿立方米。利用汛限水位以上水量加上对未来几天的预估来水，具备了调水调沙试验的水量条件。
综合考虑下游部分河段主槽过洪能力已不到3000立方米每秒的河道条件、水库的蓄水量和试验目标，经反复研究，于6月27日确定了本次试验的方案为：控制黄河花园口站流量不小于2600立方米每秒，时间不少于10天，平均含沙量不大于20千克每立方米，相应
艾山站流量2300立方米每秒左右，利津站流量2000立方米每秒左右。
7月4日上午9时，小浪底水库开始按调水调沙方案泄流，7月15日9时小浪底出库流量恢复正常，历时共11天，平均下泄流量为2740立方米每秒，下泄总水量26.1亿立方米，其中河道入库水量为10.2亿立方米，小浪底水库补水15.9亿立方米（汛限水位以上补水14.6亿立方米），出库平均含沙量为12.2千克每立方米。
花园口站2600立方米每秒以上流量持续10.3天, 平均含沙量为13.3千克每立方米。 艾山站2300立方米每秒以上流量持续6.7天。 利津站2000立方米每秒以上流量持续9.9天。 7月21日，调水调沙试验流量过程全部入海。
调水调沙试验期间，总指挥部根据实时水情，通过精心调度三门峡和小浪底水库，保证了试验正常进行。据统计，在短短的11天中，三门峡和小浪底水库各泄水建筑物共启闭294次。
为完整监测小浪底水库及其以下河道的水沙变化过程和冲淤变化情况，对小浪底库区和下游河道共计900多公里河段上布设的494个测验断面，开展了水位、流量、含沙量、库区异重流、坝前漏斗及库区淤积测验，下游河道淤积测验、典型断面冲淤过程监测等项目，取得了520多万组测验数据。在一次试验过程中，观测项目之全，取得数据之多在黄河上尚属首次。
7月19日和7月23日，黄委会分别对小浪底库区实体模型、黄河下游游荡性河道实体模型进行了验证；7月24日，又对有关单位和部门开发的4个小浪底库区数学模型、6个下游河道冲淤演变数学模型进行了验证演算，并组成专家组对各模型进行了评估。 经过对实测资料的分析计算，调水调沙试验期间，黄河下游河道净冲刷量为0.362亿吨，其中小浪底至艾山河段冲刷0.137亿吨，艾山至河口河段冲刷0.225亿吨，河道排洪能力得到一定提高。加上小浪底出库泥沙，调水调沙期间入海泥沙共计0.664亿吨，达到了预期的效果。
首次调水调沙试验的几点启示
1、利用调水调沙减轻黄河下游淤积是可行的
在“拦、排、放、调、挖”处理和利用泥沙的综合措施中，“拦、排、放、挖”四项措施都已在黄河上实践过，并取得了一定的经验和效果，只有“调”尚未实施。通过这次调水调沙试验，使我们充分认识到可以利用干流水库对水沙进行有效的控制和调节，实现下游河道冲刷或不淤积。“调水调沙”由理论上升到试验阶段，对减缓下游河道淤积，实现河床
不抬高的目标，具有十分重要的意义。
2、对黄河下游防汛形势的严峻性有了新的认识
试验期间，高村上下河段流量不足2000立方米每秒时发生了漫滩，部分堤根水深约4-5米,高村水文站2980立方米每秒流量的水位比“96.8”洪水同流量水位高出0.55米。这些现象超出了我们的预估，使我们认识到黄河下游主槽萎缩、悬河加剧、过洪能力减小的趋势有了进一步发展。同时，对以下问题有了更清醒的认识：
（1）中小洪水形成横河、斜河造成下游堤防冲决、溃决的可能性大大增加
（2）人与河争地严重减小了主槽过洪能力
（3）小浪底水库运用初期阶段，下游河道主槽过洪能力增加的估计不能过于乐观 （3）漫滩几率的增加，对滩区167万群众生命财产安全的威胁加剧 （4）即使发生中小洪水，都可能造成非常危急的抗洪抢险局面等。 3、保证黄河输沙用水十分必要和紧迫
本次试验中，用26亿立方米水量输沙6640万吨，每输送1吨泥沙入海用水39立方米。按照理论研究结果，在进一步优化水沙组合的情况下，把目前进入下游的泥沙全部输送入海，每年至少需要调水调沙水量200多亿立方米。90年代以来，黄河天然径流量年均只有420多亿立方米，而同期，沿黄城市生活和工农业用水、不断流及河道损耗等年均消耗水量已近400亿立方米。可见，基本已无调水调沙水量。
本次试验表明，下游河道主槽淤积加剧，尽快实施减淤已十分紧迫，调水调沙对下游减淤效果是明显的。因此，保证一定的输沙水量是十分必要和紧迫的。 4、黄河调水调沙任务十分艰巨
由于黄河来水来沙情况多变、下游河道演变及输沙规律复杂、河道目前的行洪能力与调水调沙流量量级不协调，致使水库调水调沙的运用方式多种多样。调水调沙是小浪底水库的主要功能之一，怎样充分发挥小浪底水库调水调沙、减少黄河下游河道淤积的作用，是黄委会今后长期而艰巨的一项工作任务。本次试验只是多种组合方案的一种，今后还要进行多种方案的试验。
5、进一步明确了黄河治理开发中急需研究解决的问题
黄河首次调水调沙试验既深化了对一些重大问题的认识，也发现了一些新的情况，进一步明确了今后黄河治理开发中一些急需研究解决的课题，如： （1）小浪底水库运用初期防洪减淤作用及运行方式 （2）黄河下游“二级悬河”发展趋势及其治理措施
（3）黄河调水调沙用水与其它用水之间的关系 （4）小浪底、三门峡水库调水调沙联合调度问题 （5）异重流的形成机理及人工调控措施 （6）物理模型、数学模型体系完善及其应用 （7）如何建立和完善黄河水沙运行监控体系
（8）如何加快新技术、新设备在黄河治理开发中的综合运用
由于黄河泥沙问题的复杂性，单靠调水调沙一项措施不能完全解决黄河下游河道淤积问题，要靠 “拦、排、放、调、挖” 多种措施，综合处理和利用泥沙。从长远来看，要根本解决黄河泥沙问题，必须采取法律、行政、政策、经济、技术等多种措施加快上中游地区水土保持力度，减少入黄泥沙,谋求黄河的长治久安!