水利工程论文-面向21世纪的黄河科学技术问题思考.doc

水利工程论文-面向21世纪的黄河科学技术问题思考摘要：对黄河的研究由来已久，但系统而深入的黄河研究与实践则始于新中国成立以后。50多年来，人们对黄河水沙运动规律的认识取得了质的飞跃，从而使治理黄河的技术获得了跨越式的发展，并逐渐形成和深化了开发利用黄河水资源的思路和模式。但黄河毕竟是一条河性最为复杂的河流，人们仍没有完全掌握其水沙运动规律和特点，因而制约了黄河治理和开发技术水平的进一步提高，21世纪的黄河研究任重道远。关键词：黄河研究进展治黄实践研究展望120世纪黄河研究的进展对黄河的研究由来已久：从汉代贾让的“治河三策”、王景的“河汴分流”，到明代潘季训的“束水攻沙”，他们从不同角度和不同的实践提出的治黄见解，使治黄思想不断发展，为黄河治理积累了十分宝贵的技术经验。20世纪初，随着一批学者学成回国，为黄河研究带来了西方新思想和先进技术。以李仪祉、张含英等为代表的中国现代水利先驱，在探讨治黄途径中，首次引进国外水文测验技术、原型观测技术、模型试验技术等，加之大量的实地考察和中国的传统经验，提出治河应上中下游兼顾、下游应固定中水河槽并整治河口等思想，改变了几千年来单纯着眼于治理黄河下游的思想，推动了从经验治河向现代科学治河的转变。但由于时代背景的限制，这些治黄思想终未付诸实践。对黄河问题的系统而深入的研究和实践始于新中国成立以后。1.1对黄河的认识获得了质的飞跃认识黄河是治理和开发黄河的基础。所谓认识黄河主要是指认识黄河的水沙运动规律，包括其产生、输移和演化趋势等。在过去的50年中，人类对黄河的认识突破主要反映在以下方面：(1)摸清了黄河泥沙的来源、数量及其时空分布，弄清了决定水土流失程度的自然因素，弄清了不同粒径泥沙在黄河下游河道内的淤积分布。这个认识的突破对促进黄河泥沙“上拦”方略的形成、选定水土流失治理措施，对“利用水库减轻下游河道淤积”思路的形成和实践等都具有决定性的意义。(2)摸清了黄河径流的来源、数量及其时空分布，弄清了产生黄河下游洪水的原因，洪水的来源、特点和演进规律。这个认识的突破对促进黄河洪水“上拦”方略的形成、确定防洪工程布局及其运用方式等具有决定性意义，同时也为实现黄河水资源优化配置奠定了基础。(3)基本摸清了黄河水沙在下游河道中演进的规律，包括不同粒径泥沙在下游河道中的输移冲淤特点、不同水沙量和水沙比例的洪水在下游河道中演进的特点、影响泥沙输移的主要因素，这些成果为形成和实践利用水库调水调沙减轻淤积的方略、对形成和实践游荡性河道整治等奠定了坚实的理论基础。(4)基本摸清了人类活动和气候变化对黄河水沙变化的影响，包括影响方式、影响程度及其发展趋势等，这些成果为指导今后治黄措施的修改和实施具有重要意义。(5)结合三门峡水库和小浪底水库运用方式研究，不仅深化了对黄河泥沙运动规律的认识，发展了水沙运动的数学模拟和河工模型模拟技术，更重要的是基本上形成了一套具有国际先进水平的多沙河流水库调度运用的理论。人们对黄河水沙运动规律认识的突破，主要得益于四个方面的支持：一是几十年来对黄河流域进行的几十次大规模实地科学考察，使科学研究可以建立在宝贵的第一手资料之上；二是西方水文观测技术的引进和大规模应用，使科学研究的资料更具广泛性和客观性；三是在科学研究中发展起来的水沙数学模拟和河工模型模拟技术，也为科学研究提供了更多的研究手段；四是边认识边实践的研究路线使科学研究的成果可以随时被检验和修正。1.2治理黄河的技术获得了跨越式发展历史上，黄河以“三年两决口、百年一改道”著称于世，所以“千年黄河，唯防洪一事”。过去的50年，人们在治理黄河中做出的最突出成绩莫过于“50年伏秋大汛未决口”，取得这一辉煌成绩除了依赖于国家治理资金的投入、历史治水经验的继承运用等因素外，更重要的是依赖于人们治理黄河技术水平的跨越式发展：(1)在黄河治水史上首次提出并实践了“依靠干支流骨干水库和下游蓄滞洪区，拦减和疏导洪水”的防洪措施，并取得了极大的成功。而这种思路的形成主要得益于人们对黄河洪水规律认识的深化和国外防洪经验的引进。目前，随着水文测报技术的发展、计算机网格技术和3S技术的引入和大规模应用，更使黄河防洪跃上了现代化的轨道。(2)黄河洪水灾害之症结在于泥沙。50年来，人们在充分认识黄河洪水泥沙特性的基础上，提出了减少黄河下游河道泥沙淤积的综合措施，包括上中游水土保持拦减入黄泥沙，中游骨干水库拦截泥沙、调节出库水沙比例使之有利于下游减淤等，这是治河思路的飞跃和创举。同时，在科学研究的指导下，水土流失治理措施的选择和配置更加科学合理、多沙河流水库减淤调度技术基本形成。20世纪末，挖河疏浚、引水冲刷等减淤技术也被相继列入河道减淤措施的试验研究计划中。(3)下游河道治理和堤防建设是历代治黄的首要任务。进入新时代，科学技术的发展给河道治理和堤防加固都注入了更新的内容：形成于20世纪初的“整治中水河槽”概念终于在近几十年得到实践，并在实践中发展成为一套独具特色的游荡性河道整治技术体系；实践中探索出的淤筑相对地下河技术近年正在迅速改变着传统堤防的结构型式；传统的柳埽结构丁坝已经变成土石结构，而土石结构的丁坝又在近十几年得到不断创新：由于新材料的出现及应用，上百座新型结构丁坝正在悄然改变着历史；传统的抢险技术虽然还在沿用，但机械化程度更强、效果更突出的新型抢险机具的出现，已经给传统的抢险技术注入了新的活力。1.3开发和利用黄河水资源的思路逐渐形成和深化虽然自12世纪以后，黄河流域逐渐向干旱方向发展、旱灾频频发生，但新中国成立之前，黄河水资源的开发利用除个别河段外仍处于较原始水平。新中国成立后，特别是改革开放以来，随着区域社会经济的快速发展，水资源供需矛盾日趋尖锐，促使“黄河水资源合理配置”课题列入了黄河研究的框架，并取得了一些具有历史意义的突破：(1)作为当前黄河水量配置的原则性文件“黄河可供水量分配方案”是20世纪80年代中期以前黄河水资源研究成果的集中反映，而形成这一文件的基础是人们对黄河降雨径流特点及其时空分布、相关区域社会经济发展对水的需求、黄河下游河道输沙能力等一系列科学课题的研究结晶。(2)通过对黄河水的自然属性和社会属性、造成下游河道断流的原因、流域社会经济发展状况及其趋势等问题的分析，提出了要解决黄河水资源的供需矛盾，必须对全河水量实行统一管理和调度，同时开源节流保护并举，并以节流为主。这一认识是20世纪末黄河干流水量最终能够实现统一管理和调度、下游断流问题能够得以解决的基础。(3)水的生态属性逐渐被人们关注，流域生态环境需水量、满足河流最小水质目标的纳污能力等概念正在被接受，并初步形成了兼顾人类社会经济发展和生存质量的流域水资源配置和保护的概念。(4)认识到流域水系统是一个复杂的、整体的、相互关联的系统。流域水开发中在某一方面的受益可能都伴随着另一方面利益的损失。250年治黄实践的思考和启示2.1关于黄河防洪的思考50多年的奋斗使黄河洪水基本得到了控制，但由于洪水的病根泥沙问题并未得到根本解决，所以黄河的防洪减灾问题仍是21世纪初黄河水问题之一。进入21世纪初，区域社会经济发展对黄河的防洪安全提出了更高的要求，因此，我们有必要对20世纪治黄实践中总结出来的防洪减淤方略、防洪组织模式和防洪技术在新世纪的适用性、应用条件、应用前景和发展方向等问题进行深入思考。(1)到20世纪末，我们确立了“拦、调、排、放、挖，综合处理泥沙”的黄河减淤方略，并在努力实践着这个方略。现在应进一步考虑的问题是：其一，作为解决泥沙问题的根本措施，依靠水土保持现有措施到底能把泥沙拦截到什么程度?水土流失要治理到什么