处理好泥沙问题是黄河长治久安之根本

母亲河：忧也泥沙，喜也泥沙

黄河是一条自然条件复杂、河情极其特殊的河流。多年来，“水少沙多、水沙关系不协调”成为母亲河的特征。黄河上中游地区干旱少雨，风大沙多、水土流失严重，下游河道持续淤积造成的“小水大灾”现象一度成为人们关注的焦点，“二级悬河”的严峻形势进一步加大了两岸堤防及其防洪保护区的洪水压力。黄河是中华民族的母亲河，其抚育了一代又一代炎黄子孙，但自古至今把黄河看成一条害河却成为主流观点。

1. 母亲河之忧在于其巨量泥沙和不断的洪水灾害

64.06万平方公里的黄土高原地区，水土流失严重，不仅造成该地区生态环境恶化和人民群众长期生活贫困，制约经济社会的可持续发展，而且是导致黄河下游河道持续淤积、河床高悬的根源。

黄河下游的水患历来为世人瞩目。从黄河下游河道的总体格局及水患可能造成的洪灾态势，将影响区域划分为两大部分。

一是黄河大堤以外的保护区。这种洪灾一旦发生，其损失将触目惊心！目前的下游河床高出背河地面4～6米，最大达10米，黄河一旦决口，洪灾波及范围北达天津，南抵江淮，将造成巨大经济损失和人民群众大量伤亡。同时，大量的铁路、公路和生产生活设施，以及治淮工程、治海工程、引黄灌排渠系等也将遭受毁灭性破坏。另外，泥沙淤积将造成河渠淤塞、良田沙化，对经济社会和生态环境的灾难性影响将长期难以恢复。

二是黄河下游广大滩区。目前，黄河下游滩区仍然居住着189.5万人口，有375万亩耕地，中小洪水频繁漫滩。据不完全统计，1949年以来滩区遭受不同程度的洪水漫滩20余次，仅“96·8”洪水期间造成的漫灘直接经济损失就高达64亿多元。特别需要强调的是，20世纪90年代的黄河下游滩区，“小水大灾”现象频繁发生。究其原因，除人类活动影响及防洪意识、防洪管理和防洪工程建设方面尚有欠缺外，自然因素中的直接原因是泥沙淤积。

对此，倪晋仁教授给予了高度概括：江河泥沙灾害一旦形成，便有可能造成复合灾害，从而在流域系统中形成泥沙灾害链。如上游侵蚀的泥沙不仅造成该区域的水土流失，还会在进入下游河道后造成淤积，并在相同的来流条件下，使水位较原河道有大幅度抬高，造成更大的洪灾。

2.母亲河之喜在于其源源不断的水、沙等资源

母亲河的功德，水资源、沙资源一定要一起歌颂。众所周知，黄河多年平均径流量为548亿立方米，流经我国严重的干旱与半干旱地区，近些年受气候变化影响，黄河年径流量也出现了不同程度的减少。可是，黄河本已匮乏的水资源，除必须满足流域内和沿黄工农业用水外，还必须给外流域供水。据统计，近几年来黄河分别给天津、河北白洋淀等供水90多亿立方米。

多年来，黄河的巨量泥沙，人们均以灾害之源视之，所有的治理措施和工程实践也是基于这一理念布局和推进的。在国家对土地加强集约利用、严守耕地保护红线、高度重视环境保护的情况下，逼迫人们必须反思过去的治理思路，重新审视我们的泥沙处理与利用策略。鉴于此，江恩慧等建议：“泥沙的资源化利用”必须改为“泥沙资源利用”，力争从观念上逐渐强化人们对“黄河泥沙”资源的认识；“换个角度去思考水库的泥沙淤积问题”，水库是黄河泥沙的收纳箱和天然分选场，黄河下游河道淤积主要来自少数的几场高含沙洪水，如何通过泥沙资源利用，发挥水库持续拦沙效益，是最值得关注的难题之一。江恩慧分别应邀在2011年海峡两岸河川整治技术研讨会、中国大坝协会2012年学术年会暨中非水资源可持续发展圆桌会议、2013年中国工程科技论坛、2014年黄河研究会年会暨全球水伙伴（中国）圆桌会议上分别做了题为“水库泥沙处理与利用有机结合运用机制的思考”、“水库泥沙资源利用与河流健康”、“黄河泥沙资源利用整体架构及时空效应”、“黄河泥沙资源利用的长远效应”等报告，得到强烈反响，收到良好效果。

众所周知，黄河泥沙资源的第一大功劳，就是塑造了35万平方公里的华北平原，近百年来河口造陆为国家增加了345万亩土地，也为胜利油田的开发做出了重大贡献。

沿黄地区的引黄灌溉是黄河水沙资源利用有机结合的典范。自古，且灌且粪，经黄河水灌溉的粮食品质明显提高。黄河泥沙富含氮、磷、钾等有机元素，可进入农田改良土壤，肥沃土质，引黄放淤可集改碱、平整土地、改良土壤结构、增加土壤肥力等多种功能于一身，能起到一举多得的治理效果。此外，近期研究开展的利用黄河泥沙对采煤塌陷地等进行充填复垦，生态修复，既解决了煤田开发的后顾之忧，又巩固了土地资源，确保了国有土地资源的总量不减少，避免了生态环境污染和次生灾害诱发。

黄河泥沙资源利用在黄河下游防洪安全建设方面也发挥了巨大作用。20世纪50年代，黄河上开展了“放淤固堤”，经过几十年的不断探索和生产实践，目前已成为黄河下游治理中一项不可缺少的技术手段，是标准化堤防建设、二级悬河治理的重要组成部分。近几年，利用黄河泥沙制作防汛备防石以及大网笼、大土工包机械化抢险技术的研究和实践，更是“以河治河”理念的延伸，利用黄河泥沙加固了河道整治工程，改善了河道泄流状况，保障了黄河防洪安全。

人们利用黄河泥沙制作建筑材料由来已久，著名的秦砖汉瓦就是一例。尤其是近20年来，经过深入研究，对黄河泥沙的特性有了更加深刻和全面的认识，取得了丰富的综合利用黄河泥沙的经验，研究了一系列由黄河泥沙制成的装饰和建材产品，这些研究在促进治河治沙、保护环境、保护生态的同时，也为国家提供了大量基础建筑材料，主要产品有免烧免蒸养砖、烧结普通砖及大块砖、干混砂浆、制作拓扑互锁结构砖等。另外，在利用黄河泥沙的特性制作免蒸加气混凝土砌块、烧制陶粒、微晶玻璃以及新型工业原材料等方面进行了探索，取得了良好的效果。

解忧：黄河泥沙科研战绩辉煌

黄河泥沙的研究是世界性科技难题，黄河治理与开发主战场为黄河泥沙研究团队提供了难得的机遇与挑战。近十几年来，围绕黄河泥沙的热点难点问题，以水利部黄河泥沙重点实验室为主体的研究团队，开展了系统研究，取得了辉煌战绩。研究团队着眼于黄河水沙产输条件剧烈变化、人为干预显著增强的背景条件，立足黄河治理与开发的战略目标及重大需求，持续不断地开展了泥沙运动基本理论、河床演变与河道整治、工程泥沙与泥沙资源利用、高含沙河流模拟及洪水演进预报等方面的研究。研究成果直接转化为生产力，在黄河治理中起到了至关重要的作用，为确保黄河岁岁安澜和黄淮海地区经济和社会发展提供了重要的科技支撑。

近5年来，水利部黄河泥沙重点实验室先后获国家级、省部级科技进步奖16项，其中国家级一等奖1项、国家级二等奖2项、省部级一等奖9项；获国家发明专利10项、实用新型专利15项、软件著作2项；出版专著18部、译著1部，参编行业规范及工程技术手册4部；发表论文425篇，其中SCI、EI检索48篇。

研究团队创建并逐步完善了一套适合于黄河高含沙水流的水沙运动理论体系，实现了高含沙水流研究由传统经验向普适理论的跨越，不仅解决了黄河治理与开发中的诸多难题，而且极大地促进了河流泥沙学科的发展。在高含沙水流造床规律、灾变效应、河型转化、“揭河底”现象发生机理及临界条件、极细沙减阻及“洪峰增值”机理等方面，提出了多项原创性成果，建立了游荡性河流河道整治理论体系和方法，提出的数十条泥沙理论公式，直接应用于黄河防洪减淤、河道整治、滩区安全建设等重大治黄实践中。

在河道整治理论研究方面，提出了“横河、斜河”判定指标及其形成机制；通过理论研究揭示了“河性行曲”、“大水趋直、小水坐弯”和“河弯蠕动”等河势演变现象规律及其机理，提出了游荡性河段的河型转化规律，“分段整治、突出‘节点工程’、实现游荡性河道整治有机统一”的新思路为黄河下游整治实施方案的确定奠定了理论基础。

在水库异重流运动基础与应用研究、水库群优化调度、深水水库淤沙处置、泥沙资源利用等方面实现了重大创新。首创水库群水沙联合调度塑造异重流模式，发展了多沙河流水库排沙途径，为成功实现黄河调水调沙、完善黄河水沙调控体系、深度利用泥沙资源奠定了坚实基础，建立了黄河调水调沙中游多座水库水沙联合调度异重流塑造指标体系，设计并优化了实时调度方案，多次成功塑造了异重流并实现排沙出库，标志着对异重流运行规律的认识得到了扩展和深化。

在实体模型模拟理论与技术方面，针对黄河实际特点，创造性地提出了一套高含沙洪水实体模型相似律及试验方法，解决了模型时间变态问题，成功模拟了游荡性河道河势演变特征，实现了大型动床模型主河槽阻力自动相似。“模型黄河”基地已成为面向国内外开放的教学与科研基地，党和国家领导人多次亲临视察，并给予高度评价。“多沙河流洪水演进与冲淤演变数学模型”和其他模型平台，具有自主知识产权，已纳入国家防汛指挥系统和黄河防洪调度系统，在黄河调水调沙及异重流排沙期洪峰增值调控、黄河流域综合规划、重大水利工程建设等方面得到广泛应用。

此外，在泥沙资源利用方面，提出了深水水库淤沙处置与泥沙利用有机结合的新理念和技术，建立了一套适合黄河不同河段泥沙物化特性的泥沙固结指标体系，开发了胶凝化系列产品，研制了系列新型生态建筑制品和防汛抢险材料，被列为水利部重点科技成果推广计划。在环境泥沙研究方面，系统阐明了普遍意义上河流健康的科学内涵，提出了黄河生态健康指标及其标准确定方法，提出了以水质目标为约束的黄河自净需水计算方法、黄河环境流量和环境水量的确定方法等。

乐喜：发挥黄河泥沙处理与资源利用平台的示范效应

几千年来，人们更关注的是黄河的灾害一面，治黄方略的千年之争，持续不断，归根结底都是“泥沙”问题。随着气候变化和人类活动对下垫面的影响，未来即使实行最严格水资源管理制度，工农业生产和城乡生活对水资源的需求仍将呈持续增长的趋势，黄河“水少、沙多”的矛盾也会更加突出。一方面黄河水资源的严重匮乏使泥沙问题更加突出，另一方面严重的泥沙问题使黄河的水资源显得更加宝贵。

泥沙是造成黄河河道淤积严重、防洪防凌形势严峻的根本原因。黄河健康生命的维持、黄河环境流量的研究等，最后落脚点或给出的一个关键参数，都是“黄河输沙用水量”。目前，黄河泥沙的处理措施除流域外供水和引黃灌溉外，其他措施均没有实现黄河河道内的有效减沙。

多途径处理、利用泥沙，尽量减少河道的泥沙淤积，是黄河综合治理的关键。未来一个时期，黄河多泥沙的根本属性不可能在短期内发生改变，为此，要转变思路、利用好源源不断的泥沙资源，扭转河流面临的泥沙危害。与此同时，随着经济社会的发展和技术的进步，人们对泥沙资源属性的认识和对泥沙资源的需求逐渐增加，通过泥沙资源利用处理泥沙的途径和潜力大大增强。2010年完成的《黄河流域综合规划》，将以前的“拦、排、放、调、挖”泥沙综合治理策略修编为“拦、排、调、放、挖”的同时，首次明确延伸提出了“泥沙资源化利用”。2012年，黄委依托黄河水利科学研究院，成立了“黄河泥沙处理与资源利用工程技术研究中心”，在中心的工作报告中明确指出，“资源化”是指将废物直接作为原料进行利用或者对废物进行再生利用，而黄河泥沙不是一种废物。为强调泥沙的资源性，中心今后所有工作及文字报道，将“泥沙资源化利用”统一为“泥沙资源利用”，力争从观念上逐渐改变人们对黄河泥沙的认识。

依托“黄河泥沙处理与资源利用工程技术研究中心”，黄河水利科学研究院已经着手开展了黄河泥沙资源利用的研究工作。近期将开展黄河中下游河段泥沙物化特性及分布研究，明确泥沙资源利用方向，提出泥沙资源利用整体架构；开展水库泥沙处理与利用联合技术研究，建立联合运行机制并应用示范；研发低成本人工防汛石材胶凝材料，改进成型工艺，研制集成人工防汛石材规模化生产成套设备并示范；提出黄河泥沙资源利用效益评价指标，开展综合效益评价。

黄河泥沙资源利用，可有效降低干流上水库库容的淤损速率，延长水库使用寿命，提高水库防洪、发电等综合效益的发挥；利用黄河泥沙生产人工备防石可适度减轻河道淤积，减少开山采石，有利于生态环境保护，大尺寸人工备防石还可取代铅丝笼等常规材料，节省投资，提高抢险效率。泥沙的利用还能有效减缓黄河下游河道持续抬升态势，减轻河道输沙用水与工农业用水之间日益尖锐的矛盾，促进黄河长治久安。因此，黄河泥沙资源利用是实现泥沙进入河道后，唯一有效减沙的技术途径，其巨大的效应不仅体现在黄河健康生命的维持及长治久安愿景的实现，而且也符合国家的产业政策，具有重大的社会经济、环境生态及民生意义。

任重道远：基于黄河流域系统探索与发现

黄河治理涉及人类与自然极为复杂的关系，它是一个典型的自然和人为众多因素交错组成的复杂巨系统。在这个巨系统中各种自然和人为因素相互影响、相互作用、相互依赖，形成各种各样的复杂关系，往往牵一发而动全身。过去受认识水平和条件的限制，无法将这个客观存在的巨系统完整地反映出来，更不能正确地把握住它。数千年来，数不胜数的具体措施往往顾此失彼，按下葫芦浮起瓢，留下无穷的遗憾，造成无休止而又难以明断的争吵。我们的祖先早就认识到治理黄河要有大局观，2000多年前就有关于治河方略的大讨论，先贤们提出了很多关于治理黄河大政方针的建设，最著名的当属西汉时贾让的“治河三策”。然而这些宏观的治理方略往往比较空泛，缺乏系统、明确、清晰、缜密的论证。难以让决策者下决心付诸实施。贾让提出的上策（改道）和中策（分流）人们只能叹为观止，2000多年来依旧照他所批评的下策修堤不止。明代潘季驯提出的“束水攻沙”理论，连当代学者们都赞叹不已，可就没有人认真实施过。

几千年来黄河治理在争论中蹒跚前行，人民治黄几十年来更以前所未有的规模和强度突飞猛进。黄河干流已建15座大型水利枢纽，总库容达566亿立方米，相当于黄河多年平均的年径流量，加上支流数不清的大中小型水库，进入黄河下游的水流过程很大程度上已受人为控制。下游河道不但两岸大堤经过了多次加高培厚，还修筑了数以万计的控导工程，黄河很大程度上已经人工化了，并且正在沿着这个方向迅速发展。治理黄河的工程多了，问题和矛盾也随之多了起来，目前几乎到了爆发的程度，严重影响了治理的决策。如果不改变原有的研究和讨论方式，问题还是没有希望辩明，还将是各说各理，谁也说服不了谁。系统科学的产生及日臻完善，给黄河治理研究带来了全新的思路。我们要把系统科学拿过来，运用它的思路、方法和工具，结合黄河治理科学巨系统，用数学的方式和计算机语言将黄河治理所涉及的自然和人为所有（尽可能）的元素和它们直接的关系明确、清晰、严密、规范地表述出来。特别注意梳理清楚并严谨表达出全局到每一个细节之间的联系，建立起各种治理系统模型，用系统工程方法优选治理方案，并为这些方案提出具有说服力的证据。

按照大系统理论的思路，把一个大系统进行分解，有助于问题的解决。黄河治理大系统可以分为上中游治理和下游治理两个系统，也可以仅限于直接影响下游防洪安全大事的下游治理系统，而把上中游治理系统当做它的一个外部环境条件考虑。下游河道治理的最终目标是确保下游防洪安全，主要内容为河道整治工程、堤防工程，以及滩区治理、河口治理，所受的控制条件最重要的是上中游来水来沙条件（包含自然因素和人為因素），滩区和河口的自然和社会发展是一个重要的约束因素。另外，上中游骨干工程联合调控的能力与技术水平、两岸引水、泥沙资源利用程度、生态保护、国家经济社会发展格局及治黄财力投入、路桥等涉河工程建设等，也是直接影响黄河治理的重要因素。在系统建设中，力争把所有的影响因素定量规范地收藏于方便抽取运用的数据库中，明确严密地表达各个因素各个系统层次之间的关系。最后，运用系统工程的分析方法，优选出实现最终目标的社会、环境效益最大，经济代价最小的近、中、远期综合治理方案，并且提出支持这些方案的全方位的信息和数据。