拦截粗泥沙 放出新天地
——黄河小北干流放淤试验纪事
李晓飞 马继锋
引 言
黄河中游禹门口至潼关之间１３２．５公里河道，俗称为小北干流，为山西、陕西两省界河。早在１８０万年前，人类就在此生存繁衍，流传着“螺祖养蚕”、“舜耕历山”、“禹凿龙门”等许多动人的传说，是中华民族的重要发祥地之一。然而长久以来，它总是处于人们的视线之外。跨入新世纪，在“维持黄河健康生命”治河新理念的指引下，在这个传说中“大禹开山导流”的地方，现代治黄人用他们的智慧和才能创造着一个“黄河泥沙大挪移”的现代神话，并从此开辟了治黄又一新的主战场。
一段特殊的河道和一个大胆的设想，圆了治黄人的一个梦，也改变着黄河的命运
黄河治理，症结在泥沙。虽然人民治黄取得了６０年岁岁安澜的辉煌成就，然而，泥沙的问题仍然没有真正得到解决，泥沙在黄河治理中所产生的一系列连锁反应仍旧困扰着我们。黄河下游的“地上悬河”问题一直是国家的心腹大患。
为了减少进入下游河道的泥沙，国家修建了三门峡和小浪底水库。有人认为通过小浪底水库把泥沙拦下来，黄河的问题就解决了。但事实远非那么简单。小浪底水库设计拦沙量７５亿立方米（约１００亿吨），减少下游河道淤积仅仅只有７５亿吨。从小浪底水库２０００年建成运用，到２００５年的５年时间，已经淤积了１８亿立方米，用不了几年，小浪底拦沙库容很快就会淤完。在小浪底库区以上河段，减少泥沙的主要手段是进行黄土高原水土保持工作，重点在多沙粗沙区开展淤地坝建设。但黄土高原气候恶劣，自然条件差，全面治理需要漫长的时间。即使人们美好的愿望能够实现，只能减少进入黄河泥沙的一半，仍然还有８亿吨泥沙。相对于人类有限的能力，相对于小浪底水库的库容和下游河道有限的容积，这仍是一个天文数字。那么，减少小浪底和下游河道泥沙来量的途径在哪儿呢？
小北干流处于黄河流经的最后两段峡谷晋陕峡谷和中条山、崤山峡谷之间。黄河流出龙门，河床由１００米骤然展宽到４０００米以上，最宽处达到１８．８公里，平均宽度８．８７公里。河道两岸为黄土台塬，地势由内向外逐渐抬升，坡度较大，塬面高出河床５０－７０米，从空中俯视像一个巨大的“水槽”。这个特殊的地理形态，使其除向下游输送大量泥沙外，自身的河床也在持续抬高，但因该河段具有“揭河底”的特性，这种抬升相当缓慢。历史上，黄河小北干流从未治理过，河床自然演变，主流游荡不定，“三十年河东，三十年河西”，发生大洪水时，滞洪滞沙，从而塑造了大片的滩区，在其１１００平方公里的河道面积内，滩地占了６８２平方公里。
随着经济社会的快速发展，小北干流滩区开发力度不断加大。为解决两岸争种滩地修建阻水挑流工程、围垦河道的问题，１９８５年至今，黄委在两岸统一规划，建设控导、护岸工程３６处、１４７．５公里，有效控制了河势，促进了地方经济社会的发展。然而，这些工程在产生社会效益的同时也将小北干流约束在一定的范围内，主流摆动的区域大大缩小，使本来处于自然状态下缓慢抬升的宽阔河床呈现出工程控制河槽内明显淤积抬升、工程控制外滩地几乎不再淤积的状态。目前，该河段主河槽和滩地临背差平均达到１．５米以上，俨然成为一条“小悬河”。在这种情况下，黄委党组和许多治河专家开始重新思考小北干流的问题，将其置于黄河治理的整体背景中去研究。
黄河小北干流的河道地形条件决定了该河道为黄河洪水泥沙的天然滞蓄场所，在这里处理泥沙不仅具备客观的条件，而且符合必然的要求（控制泥沙不进入三门峡、小浪底水库）。经过长期的思索和谋划，２００３年，黄委党组将眼光投在了沉寂已久的小北干流。
２００３年１月２２日，黄委主任李国英在科技工作会议上提出了黄河小北干流放淤课题。这一课题的提出像在平静的水面上投入了一颗石子，立即泛起阵阵浪花，引起治河专家和治黄科技工作者的强烈反响。１９７５—１９７７年、１９７９年、１９８４年黄委都曾提出过小北干流放淤方案，但受主客观因素影响制约，未能实施。这一次又将怎样呢？在种种的猜测、顾虑、观望、质疑中，２００３年２月１４日，黄委党组召开专题办公会议，将小北干流放淤正式提上议事日程，一项搁浅３０年的宏伟工程从未像今天这样触手可及。此后，越来越多的单位、专家和技术人员参加到这项工程中来，小北干流放淤在更大的范围内思考和酝酿。２００３年６月２０日，黄委主任办公会议确定先行进行放淤试验。当年１２月１９日，提出“淤粗排细”的试验目标和试验工程建设任务。设计方案一次次被提出，又一次次被否定。一次接一次地修改完善，一次接一次地研讨论证，黄河人在无数次思想火花的碰撞中寻找最合理的放淤规划和方案。２００４年２月６日，黄委主任办公会议初步确定了“淤粗排细”的设计方案和调度方式，整个试验方案初步成型。之后，至２００４年５月，方案又进行了多次调整。
通过小北干流放淤将来自黄土高原的粗泥沙拦截在两岸，可以有效减少进入三门峡库区和小浪底水库的泥沙，大大延长小浪底水库的拦沙寿命，使下游河道的淤积抬升速度减缓。通过淤沙排清可以冲刷小北干流河道，有效降低潼关高程。在淤积总量上，小北干流的广阔滩区可以淤积１００亿吨泥沙，相当于下游河道２５年的淤积量。同时，通过放淤还可以使两岸盐碱化滩地得到改良，促进当地农业发展，是一项利国利民的双赢工程。
一个与黄河调水调沙异曲同工的大型原型试验，叩开了人工处理黄河粗泥沙的又一扇大门
（一）
小北干流放淤规模大、社会效益大，治黄中的战略意义明显，它最大的亮点在于“淤粗排细”目标的确立。为什么要淤粗排细呢？相对于黄土高原无限的泥沙来量，尽管小北干流滩地能容纳１００亿吨泥沙，那也是微不足道的。从黄河下游河道的淤积物组成分析中可以获知，粒径大于０．０５毫米的泥沙占５０％，占主河槽淤积量的７０％。这就是说，那些粒径小于０．０５毫米的泥沙利用水沙调控体系的调水调沙，绝大部分可以由水流携带通过主河槽输送入渤海。基于这样的认识，小北干流放淤重点是要拦截那些对小浪底水库和下游河道淤积“贡献”最大的粗泥沙。“淤粗排细”目标的确立能够充分发挥小北干流有限容积的最大效率。“淤粗排细”的思想是黄河人的一个创新，是基于治黄大局理性、科学的选择。
在全新的课题面前，黄委设计公司成立了小北干流放淤规划设计项目组，组织１０多个部门的技术人员攻关。工程设计中技术含量最高、难度最大的当属“泥沙分选”控制工程措施。为攻克这一难关，设计人员先后１０多次到现场查勘。他们查阅了古今中外大量的泥沙分选水利工程资料，实地考察了渭南市东雷抽黄和风陵渡港口镇漏斗排沙工程，邀请中国水科院和武汉大学的泥沙专家进行专题研讨和咨询，对不同方案的优缺点和适应性进行分析。经过反复比较，最终确定了弯道分选方案。在天然弯道河段，经常可以看到凹岸坍塌后退、凸岸边滩淤积。这种工程利用自然条件可以形成的水头，施工便利，符合试验工程需要。
弯道的思路确定了，但弯道的建设怎样才能产生最佳的分选效果？设计人员反复思考运算。与此同时，黄科院也在加紧开展小北干流放淤试验的实体模型实验，通过模拟水沙运动过程和比较不同设计方案，寻找最佳的设计值。弯道曲率半径越小，弯道的环流强度和横向流速越大，表层的引水宽度越大，分选泥沙的效果也就越好。但是，当弯道半径特别小时，弯道环流强度剧烈，此时掺混作用也加剧，粒径大于０．０５毫米的黄河泥沙本身也不粗，可能影响分选。经过无数次运算、分析、比较、试验，最后设计布置为两个弯道，半径分别取４倍、２．５倍的河宽。
黄委党组对试验工程设计高度关注，短短４个月时间内先后召开了４次主任办公会议和１次专题会议，研究解决局部关键工程设计方案，并提出了“淤粗排细”的关键控制环节。与此同时，２００４年４月２０日，在黄科院北郊的“模型黄河”试验基地，黄河小北干流实体模型放水验证。黄科院先后进行了淤区实体模型试验、干流实体模型试验、淤区数学模型试验和放淤试验工程原型观测效果分析。技术人员对试验资料进行了系统的分析计算，并将结果反馈到“原型设计”中，为“原型设计”修改提供了科学依据，也为放淤试验工程现场提供了技术指导。在“三条黄河”的有效联动下，放淤试验局部关键工程设计方案终于出笼了。
黄河小北干流放淤试验工程分为引水闸、输沙渠、淤区、退水闸４个部分，淤区面积为５．５平方公里，设计淤积粗沙１３９５万立方米。引水条件为含沙量大于５０千克每立方米、粒径大于０．０５毫米的泥沙占１６％以上，流量大于５００立方米每秒小于４０００立方米每秒。整个工程通过放淤闸开启时机和开度、弯道溢流堰的控制运用、淤区适度的长度和宽度、洪水在淤区中的停留时间和水位控制、退水闸的控制时间和闭度等一系列复杂的控制措施实现“淤粗排细”的目标。
（二）
２００４年３月中旬，黄河小北干流沉寂的上空响起清脆的鞭炮声，大型机械成群结队出现在河津连伯滩空旷的滩地上，小北干流放淤试验工程正式破土动工。
参建人员满腔热情地投入到战役中。虽然大家做好了打硬仗的准备，但工程建设中遇到的困难还是大大超出了想像。现场地质条件复杂、恶劣，当地群众阻挠施工，湿地问题难以达成一致意见，困难重重。７月份进入黄河汛期，随时可能发生满足试验条件的水流，试验工程必须在６月底完工。不算天气影响，施工期满打满算只有１００天，时间异常紧迫。黄委党组对此高度重视，李国英主任两次亲临现场指导工作，副主任廖义伟直接领导工程建设，３次召开现场办公会抓工期促进度，副主任徐乘、苏茂林、纪检组长李春安、工会主席郭国顺等党组成员也先后到现场指导工作。黄委１０多家单位和部门全力投入其中，紧密协作。各施工企业昼夜施工，建设管理单位山西河务局班子成员吃住在一线，科学组织，合理调度。广大职工奋勇当先，服务建设。在建设资金暂不到位的情况下，为支付老百姓占压赔偿，他们在短短两天时间内集资８９万元。李国英主任听到此事后，激动地说：“干国家的工程，从自己家里拿钱，没有任何利息和报酬，这样的事情在市场经济的今天罕见，我为有这样的职工队伍感到无比骄傲！”
经过各方的艰苦战斗，放淤试验工程按期完工，累计完成土方２３６万立方米，金属结构安装１９６．８吨，土工膜铺设１０．７万平方米，石方砌筑１．００万立方米，混凝土浇筑１．２２万立方米，水泥土填筑１．７９万立方米，完成投资４５００余万元。
工程建设的同时，通信与网络系统、信息管理系统建设、运行调度方案制订、查险抢险队伍组织、抢险物资储备及水文测报等各项工作也在紧锣密鼓进行。７月上旬，一切准备工作就绪。７月１７日，放淤试验现场指挥部进驻，凝结着广大治黄科技工作者心血和智慧、备受职工关注的放淤试验进入倒计时。
（三）
２００４年７月２６日５时６分，清涧河延川站出现１７５０立方米每秒的洪峰流量，最大含沙量５２０千克每立方米，黄河小北干流迎来了适宜的水沙过程。２６日１６时，随着黄河小北干流放淤试验总指挥李国英主任的一声令下，放淤闸闸门缓缓开启，黄河人期待已久的小北干流放淤试验正式开始。
开展小北干流放淤试验，光有工程措施还不行，如何实现各项控制措施的综合应用，最大限度地“淤粗排细”，还要靠科学的运行调度。在放淤试验的整个过程中，“三条黄河”发挥了巨大的威力。试验前，正是通过“三条黄河”联动，建立了由大河流量、含沙量、场次洪水流量、水沙同历时、泥沙中数粒径、平均粒径、大于０．０５毫米粗沙百分比等指标组成的放淤试验调度控制指标体系。同样，试验的科学调度方案仍然离不开“三条黄河”联动。试验人员通过在“模型放淤试验”上反演放淤试验过程，观测放淤河段主流摆动、河势变化、引水口的靠流情况，引水闸所在断面含沙量、悬移质级配变化，淤区沿程水位、冲淤变化、含沙量的变化等，再将观测数据和收集的资料进行数学模型分析验算，从而对淤区运用方式提出了科学的参考调度方案。依据这个参考方案，放淤试验总指挥部建立了完善的调度指标体系，制订了科学、严格的现场调度方案和运行机制，做到了运筹帷幄之中，决胜于千里之外。
在放淤试验现场，现场指挥部驻地、放淤闸、输沙渠、淤区、退水闸等各个地点２４小时专人守护，指挥调度、查险抢险、水沙测报、后勤保障等人员奔波在各处，现场见证着每一次水沙的演进过程。水文测报数据是实施调度的依据。试验现场原型观测断面多、距离长、观测项目多、频次高、信息提交速度快，工作强度是常规测验的１０倍以上。为确保测报数据准确、全面，水文局布设观测断面标牌桩点２００多个，水尺１００余支，准备沙样桶瓶６０００多只，组织了７个观测组。他们现场配备了新研发的“振动式在线测沙仪”，每６秒钟测报一个含沙量。从英国引进了具有世界先进水平的“激光粒度分析仪”，几秒钟即可绘制颗粒级配曲线。依靠源源不断的水文监测数据，现场指挥部在瞬息万变的水沙关系面前，细致分析，严格论证，紧紧围绕“淤粗排细”的目标动态控制，科学调度，确保了试验平稳运行。
２００４年７月２７日１０时，首次试验首轮放水引入洪水水头抵达退水闸。经水文人员昼夜监测、分析，在放淤闸处还高达２０％至３０％的粗泥沙，经过两处弯道溢流堰的分选和淤区落淤，到达退水闸时已不见了踪影，从退水闸排入大河的泥沙全部为粒径小于０．０５毫米的细泥沙。放淤试验中最为关键的环节，治黄人苦苦追求的“淤粗排细”目标成功实现。这一结果，让众多关注和参与试验过程的黄河职工无比激动。
在试验过程中，为了达到“淤粗排细”的目的，创新思维时刻铭记在每个现场指挥人员的脑海里。他们对淤区水沙运动观测资料进行了认真分析，对退水闸的设计调度方案进行较大修正，随时掌握淤区淤积物的粗颗粒泥沙含量，调度目的明确了然。
２００４年，小北干流放淤试验实施了６轮，共运行２９７个小时。试验过程中，放淤闸闸门启闭、输沙渠弯道溢流堰、１号淤区退水口门、退水闸叠梁高度控制等控制环节全部得到运用。２００５年、２００６年继续开展了试验，运行调度进一步完善，特别是放淤试验“淤粗”关键措施——溢流堰经技术改进后，分选效果更加明显。
（四）
滚滚泥沙慢慢沉淀在广阔的淤区，覆盖了滩区内郁郁葱葱的芦苇和野草，几处灌木只剩下树梢，耀眼的阳光垂直照射下来，满眼是金灿灿的沙子。２００４年放淤试验运行的一号、三号淤区淤积粗泥沙４３７．８万吨，大于０．０５毫米的占到４５％，成功实现了“淤粗排细”关键目标。虽然，２００５年、２００６年受黄河来水来沙条件限制，淤积总量大为减少，但淤积的粗泥沙比例却有了进一步提高，“淤粗排细”效果更加明显。
从小北干流放淤课题的提出，到放淤规划的编制；从试验任务的明确到“淤粗排细”目标的确立；从试验工程的设计、建设到试验运行，小北干流放淤的梦想一步步变成现实。为此，黄委的领导们不知度过了多少无眠之夜，参与试验的职工不知付出了多少努力。正如李国英主任在放淤试验座谈会上所说，这是一个非常伟大的试验，值得我们去奋斗。不管我们从事哪项工作，只要为这件事服务的同志都在创造一项世界纪录。
通过３年来的试验，黄河人初步认识和掌握了“淤粗排细”的运行规律。同时，试验中取得的数据，也将通过“三条黄河”联动进行合成分析，互为验证补充。可以说，小北干流放淤试验是一次充分运用现代科技成果，通过人工手段，利用自然力量改变黄河不平衡水沙关系的大胆尝试；是继黄河调水调沙之后，探索解决黄河泥沙问题的又一重大决策，是运用自然规律推动黄河治理的开拓性工作，必将在治黄史上留下浓重的一笔。
作为处理黄河“沙患”痼疾的一项战略举措，小北干流放淤试验从规划开始就赢得了水利界以及地方政府的高度认同和一致支持，水利部在最快的时间内批复了试验工程实施方案，山西省政府协调解决了工程建设环境问题。试验的成功更是引起国家有关部门和社会的广泛关注，２００４年试验结束后，国家发改委高俊才司长到放淤试验现场进行了考察。人民网在“特别策划”专栏进行了专题报道。
一个新的治黄主战场即将开辟，人类治理黄河又一波澜壮阔的画卷正在向世人展开
小北干流放淤的宏伟蓝图分三个阶段实施，第一阶段是无坝自流放淤试验，通过试验对大放淤的关键性技术和问题进行实践，积累经验，寻找解决途径。第二阶段是无坝自流放淤，是小北干流放淤的生产阶段，同时也为大放淤提供经验和技术支持。受黄河干流水位的限制，符合条件的滩区只有７处、３０３平方公里，按照“淤粗排细”的运行方式，只能处理泥沙１３．５亿吨，其中粗沙７亿吨左右。第三阶段是小北干流长期、充分发挥减沙作用的生产阶段，通过在黄河干流峡谷出口附近修建枢纽工程，壅高水位，人为增加洪水与滩区高程比降，放淤的面积将增加至４１０平方公里，将淤积泥沙１０７亿吨，其中粗沙占到５０亿吨左右。甘泽波上游古贤水利枢纽为放淤创造条件，使放淤过程在人为控制之中。
“维持黄河健康生命”，泥沙的处理和利用是所有工作的重中之重。目前，正在努力构建控制黄河粗泥沙的“三道防线”。一是在上游开展水土保持，本着“先粗后细”的原则进行水土流失综合治理，减少进入黄河的粗泥沙。二是依靠小北干流广阔的滩区放淤，通过“淤粗排细”，进一步拦截进入小浪底水库和下游河道的粗泥沙。三是利用黄河上中游干流骨干工程的死库容拦沙，实现拦粗泄细，减少进入中下游河道的粗泥沙。三条防线互为弥补，缺一不可。骨干工程拦蓄没有被水土保持减少的泥沙，小北干流放淤可以在相当长的时间内延缓骨干工程的淤积，减缓下游河道的淤积速度，使“粗泥沙治理”三道防线更好地策动。同时，我们也将有更充分的时间，摸索古贤水库、三门峡、小浪底水库的联合运用手段，充分发挥水沙调控体系的作用。
放淤，唤醒了沉寂多年的小北干流，也唤醒了黄河人多年的梦想。小北干流得天独厚的放淤条件和承上启下的战略地位决定了它必将成为黄河治理的又一主战场。从这里开始，黄河人将改变黄河泥沙的空间分布，为母亲河“减负”，重塑新生。
人类在黄河治理中的每一次大手笔，对河流来说都是一次革命，都将使人们对黄河及其治理规律的认识和把握达到一个新的高度，并产生深远的影响。这一过程大都充满艰辛和曲折，甚至争议和否定。黄河小北干流放淤也不例外。我们在憧憬未来时，也不得不面对一系列的技术和社会问题，不得不进一步去认识、研究、思考、实践。我们相信，母亲河一定会生生不息、万古奔流，永葆青春；我们相信，“维持黄河健康生命”的治河终极目标一定会实现。
