侯全亮
黃河從遠古走來,點亮了黃河文明的曙光,造就了中華民族的底色,被譽為中華民族的搖籃。然而,歷史上黃河洪水肆虐泛濫,決口改道頻繁,也給兩岸人民留下了不盡的驚悸和悲愴。為了治理黃河,歷代先賢和勞動人民前赴后繼,不懈探索。中華人民共和國成立后,除害興利,綜合治理,古老的黃河發生滄桑巨變,黃河治理開發取得舉世矚目的巨大成就。古往今來,一部黃河治理史,承載了一部中華民族的奮斗史,也鐫刻著一部治河科技進步史。
一、洪水時代的堵疏之變
在黃河流域,生動的神話傳說留下了洪水時代的最早記憶,影響最深遠的神話當屬大禹治水的故事。
相傳堯帝在位時,黃河流域連年發生特大洪水,淹沒了廣大平原,莊稼與房屋盡被洪水吞沒,天下黎民生靈涂炭。為消除洪水威脅,堯召開部落聯盟會議,將治理黃河水患的艱巨任務交給了鯀。
鯀受任后,義無反顧地率領群眾投入了治水斗爭。但是在治理方法上,他采用以堵治水的辦法,由于違背了自然規律,耗費功力所修筑的九仞高墻,頃刻土崩瓦解。洪水驟然沖向下游,導致一場空前浩劫。鯀因此被殺死在羽山,成為一場治水悲劇。
為了治理洪水,大禹常年和民工一起,披星戴月,風餐露宿,挖山掘石,足跡踏遍了黃河流域山山水水,經過十余年不辭勞苦的奮斗,終于平息了波浪滔天的水患。
大禹治水“三過家門而不入”的故事,被傳為千古佳話。郭沫若早年詩作《洪水時代》中曾用“我若不把洪水治平,我怎奈天下的蒼生”的詩句,高度頌揚這位治水英雄的家國情懷。大禹治水公而忘私的奮斗精神,已成為中華民族眾志成城、戰勝艱難困苦的寶貴精神財富。
二、黃河大堤的千年進化
進入文明歷史時期,黃河下游淤積區域不斷延伸,單靠“疏導”治理洪水,已殊難奏效。人們便把高地的泥土石塊搬到近水處,壘成簡易堤埂,限制洪水橫流。這就是黃河大堤的前身。
關于黃河大堤的記載,最早見于春秋時期的“毋曲堤”。當時黃河下游地區逐漸開發,兩岸諸侯國為了自保家園,開始修筑黃河堤防。位居黃河最下游的齊國經常遭受河決之害,為此,正在施展霸業宏圖的齊桓公率先開始修筑黃河堤防防洪治河,齊國由此國力大增。
然而,那是中國歷史上第一個群雄爭霸的時代。下游兩岸諸侯國筑堤挑流、以鄰為壑的水事爭端時有發生。對此,齊桓公先后舉行“召陵之盟”和“葵丘會盟”,促使各諸侯國簽訂了共同盟約。其中,針對亂筑堤防禍水外引的不軌行為,規定“毋曲堤”,首次為修筑黃河堤防立規建制。
葵丘會盟遺址
然而利弊總是相伴而生。隨著黃河堤防的發展,含有大量泥沙的洪水被約束在河道內,久之河床淤積,險情迭出,終于釀成了有史記載的黃河第一次大改道。周定王五年(公元前602年)黃河在今河南省浚縣決口遷徙,主河由北流改往東北,形成了新的下游河道。
公元前602年黃河第一次大改道流勢圖
秦朝統一中國之后,詔令“決通川防,夷去險阻”,拆除原來阻水工事和關卡,黃河堤防連成統一實體。此后,人們根據下游決口河勢變化,多次堵塞決口,修復黃河大堤,筑堤技術不斷發展。
西漢時期,雄才大略的漢武帝親率眾臣實施瓠子堵口工程,并現場賦詩《瓠子歌》,激情宣示治理黃河水患的決心,成功堵復決口。東漢水利專家王景奉命治河,采取筑堤理渠、絕水立門的治理方略,平息泛濫已久的黃河水患,史稱“黃河安流八百年”。
漢武帝瓠子堵口遺址紀念碑@河南滑縣
北宋時期創立的岸埽、龍尾埽、馬頭埽等黃河埽工,成為黃河堤防工程的獨特創造。明代治河名臣潘季馴,把堤防分為遙堤、縷堤、格堤、月堤四種類型,形成一套堤防體系,挽河歸槽,束水攻沙,印證了中國古代修堤技術的發展足跡。
然而,由于社會制度和生產力水平的局限,世代人們所希冀的黃河安瀾局面始終未能實現。“俟河之情,人壽幾何”,留下的只是悲涼嘆息和無盡期盼。
中華人民共和國成立后,黨和國家高度重視黃河治理。先后實施四次大修堤,持續開展河道控導工程,游蕩性河勢得以有效控制,黃河大堤抗洪能力顯著提升。進入21世紀,全面建成集防洪保障線、搶險交通線和生態景觀線于一體的標準化堤防。綿延千里的黃河大堤猶如巍然聳立的水上長城,夾持著河水東流入海,守衛著黃河防洪安全。
? 今日黃河下游大堤與河勢控導工程
披瀝千年風雨的黃河大堤,見證了中華民族與洪水抗爭的奮斗歷程和千年堤防的發展步履,成為黃河文化的重要實體形態和物質財富。
三、水庫誕生引發治河革命
縱觀歷代黃河治理,嚴重水患之所以不絕史書,究其根本原因,在于幾千年來單純依靠修堤防洪,大量泥沙淤積河床,修筑大堤和泥沙淤積賽跑,久之長河高懸,如龍虎側臥,防不勝防,導致決口改道頻繁。直到現代水利催生了水庫蓄水攔洪新技術,黃河治理才開啟了革命性的嶄新局面。
改建后的三門峽工程
1957年,萬里黃河第一壩——三門峽水庫開工興建,成為黃河治理開發的里程碑。但由于當時對黃河中游水土流失的長期性、艱巨性估計不足,三門峽大壩建成蓄水后,庫區出現嚴重淤積,為此,三門峽水庫經過改建,并采用“蓄清排渾”運用方式,成為削減黃河下游洪峰的重要手段。三門峽水庫的建設實踐,使人們對黃河的認識產生了一次重大飛躍,為多泥沙河流上修建水庫積累了寶貴的經驗。
小浪底水庫壩址原貌
2001年竣工的小浪底水庫,就是吸取三門峽工程正反兩方面經驗興建的大型水利樞紐。該工程以防洪減淤為主,兼顧防凌、灌溉、供水、發電等。壩址位置控制黃河流域面積的92.3%,水庫總庫容126.5億立方米,壩址位置優良,綜合效益顯著。但這座水庫又是一座設計難度極高的水利工程。在漫漫征途中,黃河勘測規劃設計專家反復探索,相繼攻克左岸單薄山體洞群密集布置、壩基鵝卵石深層覆蓋、汛期渾水發電、高速水沙對泄洪洞的腐蝕等一座座技術險隘,終于取得這場“藍圖戰役”的決戰全勝。
小浪底工程建成投入運行后,成為黃河下游防洪工程體系的領軍“王牌”。同時,運用小浪底水庫進行科學調度,統籌兼顧居民生活、工農業生產和生態環境用水,扭轉了上世紀末黃河頻繁斷流的不利局面,實現了黃河連年不斷流,被譽為“新世紀綠色的頌歌”。
事實上,峽谷水庫的誕生,不僅成為防御黃河洪水的鼎力重器,也是一座座流金淌銀的能源寶藏。九曲黃河自青藏高原奔流而下,蜿蜒于崇山峻嶺之間,河水清澈,坡陡流急,水力資源豐富。中華人民共和國成立后,黃河水電開發事業從無到有,如火如荼,發展迅速。1961年我國自行設計、自行施工的鹽鍋峽水電站建成發電,古老的黃河第一次放射出耀眼光芒。1968年建成投產的劉家峽水電站,為中國第一座百萬千瓦級大型水電站,其發電量比舊中國全國一年的發電量還多。
鹽鍋峽水電站
劉家峽水電站
目前黃河干流已建成28座梯級電站, 一座座矗立在黃河峽谷中的水電站,像鑲嵌在大河上下的璀璨明珠,點亮萬家燈火,喚醒了西部生命,源源不斷地為國家經濟社會發展提供著強大動力。
四、雄渾壯美的水沙交響曲
不過,當一座座高峽平湖閃亮登場時,黃河水庫泥沙淤積仍然是人們不可回避的嚴峻挑戰。黃河泥沙源源不斷,而水庫庫容終歸有限,攔蓄日久必成泥腹。那么,怎樣才能破解這道生死攸關的重大難題呢?
跨入21世紀,新一代治河人研究認為,黃河復雜難治的根本癥結在于水少沙多、水沙關系不協調。如果通過調度大型水庫,改善水沙組合關系,變水沙不平衡為相適應,蟄伏在水庫和河道的泥沙將被更多地輸送入海。于是,水庫調水調沙實踐應運而生。
2002年7月4日,黃河首次調水調沙試驗正式啟動,隨著小浪底水庫徐徐開啟閘門,沖天的水沙激浪噴薄而出,國內外水利界為之一振。作為世界上最大規模的調水調沙實踐,黃河建設者的探索精神和水工建筑物的控制能力結合之壯美,氣勢之宏大,猶如一部雄渾的水沙交響曲。
2004年,一項具有高科技含量的試驗再獲成功。當年利用萬家寨、三門峽和小浪底等水庫聯合調度,千里接力調水調沙,成功塑造人工異重流,排出小浪底水庫的泥沙厚度達7米。掌握這種高含沙河流特有水流的演進規律,科學調度流量,保持后續動力,可將高含沙渾水排出庫外,有效延長水庫生命。
從單座水庫試驗到不同水沙來源區對接,從水庫群聯合調度到生態調度,黃河調水調沙運用為延長多泥沙河流水庫壽命,維持黃河流域生態系統良性維持,探索出了一條新路。
有資料顯示,自2002年首次調水調沙至2021年,黃河下游主河槽普遍刷深2米多,主槽行洪能力由以前1800立方米每秒提高到5020立方米每秒,“小洪水高水位、小洪水多險情”的極為不利狀況顯著改善。黃河調水調沙的實施,還大幅增加了黃河入海口濕地面積,河口生態系統進一步復蘇。草本植物繁茂,珍稀鳥類回歸,呈現了人與自然和諧相處的新景象。
五、抓住水沙調控的牛鼻子
然而,黃河畢竟是黃河。由于黃河水少沙多的特性沒有發生根本改變,單靠已建水庫奮力作戰,仍然不能完全解決黃河水沙關系不平衡的問題。研究表明,解決黃河水沙關系不協調之頑癥,必須完善由干支流骨干工程所組成的黃河水沙調控體系。這一體系,被形象地比喻為黃河治理的“牛鼻子”。
地處晉陜大峽谷中部的古賢水利樞紐,正是這個“牛鼻子”的核心。它控制著黃河65%流域面積、80%水量和60%泥沙。攔沙庫容巨大,調控能力強勁,戰略位置得天獨厚。
根據設計,古賢水庫總庫容129.42億立方米,利用93.42億立方米攔沙庫容,能攔減泥沙122億噸,它與小浪底水庫聯合調度,可在60年內減少下游河道泥沙淤積近百億噸。古賢水庫的興建,將大大增強黃河水資源調控能力,使中下游地區生態系統得以持續改善。
六、蓄清調渾,破繭而出
路漫漫其修遠兮,吾將上下而求索。面對世界上最為復雜難治的這條大河,黃河人的深入探究從未止步。
取得成功的黃河調水調沙雖然能將部分泥沙排出水庫并沖刷河道,但畢竟仍限于水庫運用革新的范疇。隨著時間推移,水庫淤積形態精準控制難,攔沙庫容再生利用難,挾沙徑流跨年調節難,如同峰高冷峻的三座大山橫亙在治河征途。怎樣才能找到開山鎖鑰,搬掉"攔路虎",成為多泥沙河流興建水庫并保持高效運行的關鍵所在。
為此,黃河規劃設計院的專家經過對水庫與河道水沙運動機理悉心探求,近期提出了多沙河流水庫“蓄清調渾”設計運用新理論。他們以揭示水工建筑物布設與水庫調沙庫容保持互饋機制為基礎,研究出以水沙調控度量為控制邊界的設計運用方法,建立以水沙關系協調度為目標的水沙調控標準,構建了水庫“蓄清調渾”設計運用的指標體系。
根據這一理論,黃河規劃設計專家通過識別庫區與干支流四種水沙交互基本模式,建立基本模式與泥沙淤積形態的響應關系,研發水庫群調控與泥沙沖淤計算的成聯動控制方法,以此實現庫區與河道沖淤大尺度快速模擬和區域精細化協同模擬,構成了水庫“蓄清調渾”模型體系。
為使多沙河流水庫能夠長期保持有效庫容,黃河規劃設計專家深入探索多沙河流水庫淤積形態靶向控制技術,建立“深槽調沙、中槽興利、高槽調洪”功能協同配置模式,創建“小水攔沙,大水排沙,適時造峰,淤灘塑槽”的庫區灘槽同步塑造技術和運用方式,使庫區攔沙、調沙、興利、防洪、生態五種庫容分布與淤積形態耦合,實現淤積形態精準設計與靶向調控,消除支流攔門沙坎,讓延長水庫攔沙年限成為現實。
為攻克水庫挾沙徑流年際調節關,這一新理論以“蓄清+調渾”二元協同調控為目標,建立了水庫群興利庫容聯合配置設計技術,并提出串聯水庫群“上下庫聯動、蓄調排交替”,并聯水庫群“大庫調渾、小庫蓄清”聯合運用方式,從而掙脫了挾沙徑流囿于年內調節的束縛,解決了有效庫容保持和汛期供水調節兩者相左的問題,使多沙河流水庫的綜合效益得以顯著提升。
目前,“蓄清調渾”新理論已應用于古賢、東莊、馬蓮河、巴家咀—五臺山供水等重大工程設計,為黃河水沙調控體系建設和水安全保障提供了重要支撐。隨著研究與實踐持續深入,這將是黃河治理科技進程中又一次新的重大飛躍。
鑒古而知今,臨黃河而知中國。中國人民治理黃河的歷史,也是一部科技進步史。如今,萬古流淌的黃河,正在一系列科技創新的催動和支撐下,迸發新的活力,奔騰在幸福黃河新時代!