谈起黄河,泥沙是一道怎么也绕不过去的坎儿。经过无数岁月的实践,水沙同治已经成为当今治理黄河的一条准则。
近几年,新一代治黄人以“调”为主要方式进行了基于人工扰动的调水调沙试验,取得了成功。2004年7月,在偏于一隅的山西河津小石嘴――黄河小北干流东岸一块狭长的滩地,治黄人又意味深长地开辟出另一个
开启天然沙仓闯出治沙新天地
根治泥沙,是治黄人一个久远的梦,但在我国千百年来的治黄历程中,特别是人民治黄以来,有关治沙的实践与探索却远比梦想来得真切。时至今日,多少代治沙的智慧与尝试被提炼为五个字 “拦、排、放、调、挖。”其中利用洪水排沙入海、运用挖泥船挖沙固堤的“排”与“挖”,由于受时空的限制,在海量的黄河泥沙面前略显脆弱。已建成启用的小浪底水利枢纽担当了“拦”与“调”的重任。“拦”可将下游20年的淤积量共计100亿吨泥沙拦截在小浪底水库内,为上中游水土保持争取宝贵时间;“调”的方法已在连续三年的黄河调水调沙试验中显现效果。
五大治沙措施中,唯独“放”这一看似随意、实则束缚重重的泥沙处理方式,还从未在黄河上真正大规模地实施过。直至2004年,在经过大量查勘和论证之后,水利部黄河水利委员会党组果断决定,在黄河小北干流这个拥有600平方公里广阔滩区的天然沙仓,正式开始放淤试验工程。
谋求人水和谐再造一个小浪底
如果说黄土高原水土保持是治理入黄泥沙第一道防线的话,小北干流放淤则是中游遏制泥沙的第二道屏障,若设计巧妙,放淤时机得当,将大大减少进入下游水库及河道的粗泥沙量。
据专家介绍,小浪底水库处于控制黄河下游水沙的关键部位,可作为控制黄河下游河道泥沙的第三道防线。在其126.5亿立方米的总库容中,拦沙库容75亿立方米,可拦蓄泥沙100亿吨。在水利界专家的眼里,小浪底的每一方库容都显得那么弥足珍贵,不敢轻言损失。尽可能延长小浪底水库的使用年限,已经成为目前该水库运用方式必须秉承的宗旨。那么,减少小浪底水库及下游河道泥沙淤积的有效途径在哪儿呢 答案就在黄河小北干流
黄河小北干流河道宽阔,地势低洼,其地理位置正好处于晋陕峡谷与干流三门峡、小浪底水库的连接部位。黄委会主任李国英指出,在这里处理黄河泥沙不仅有必然的要求,而且具备客观的条件。据了解,经过放淤试验工程、大规模无坝放淤和远期的有坝放淤,小北干流的放淤总量可达100亿吨以上,相当于再造一个小浪底。
黄河小北干流不仅可以成为黄土高原水土保持和淤地坝治理拦截后剩余泥沙的放置地,改变黄河泥沙的空间分布,减少小浪底水库和下游河道的淤积,而且还能大大改良小北干流两岸目前较为恶劣的农业耕作条件,促进当地经济社会发展,实现人水和谐,从而全面提升小北干流在治黄战略中的地位。
放淤淘沙科技为魂
7月26日16时,山西河津小石嘴放淤闸正式开闸引水。以此为标志,黄河小北干流放淤试验历经半年的紧张设计、施工与各项准备后,终于在大河边迈出历史性的探索步伐。
放淤试验的精彩华章莫过于“淤粗排细”。多年的研究表明,黄河下游河床的淤积物里面,绝大部分是直径大于0.05毫米的粗颗粒泥沙,而细颗粒泥沙却可以让水流带进大海。换言之,只要树立强烈的粗泥沙意识,以控制粗泥沙为目标,就可以在黄河的治理中获得事半功倍的效果。正是基于这样的构想,“淤粗排细”最终被确定为黄河小北干流放淤试验的关键目标。这意味着,此次放淤试验不是简单地将水沙漫流到低洼地里,沉淀后放出清水,而是要考虑多方面因素,既把高含沙水中的粗沙“留下”,又让细颗粒泥沙“回归”大河。
“淤粗排细”几个汉字的组合简单,却包含了沉甸甸的科技含量。首先,“淤粗排细”离不开泥沙分选,这一过程的实现要借助水力学原理,靠水力自然的力量。承担放淤工程设计的技术人员在认真研究分析诸多因素对“淤粗排细”目标的影响后,最终确立了试验工程在输沙渠上下设置两个弯道、每个弯道凹岸设立溢流堰,并在淤区设置一纵一横格堤的试验方案;同时遴选出放淤调度指标。
作为试验中关键环节的弯道设计,技术人员更是精益求精。为便于寻找弯道半径的下限和更优的弯道布置方案,设计人员设计的两个弯道半径分别取4倍、2.5倍的河宽,以达到试验研究的目的。此外,选择渠道比降时,考虑了输沙渠输沙对比降的要求、地形条件以及输沙比降加大后对淤区堆沙容积的影响等因素。与此同时,实验室中的“模型放淤试验”也在进行,通过在“模型放淤试验”上复演放淤试验过程,观测放淤区沿程水位、冲淤变化、含沙量的变化,进一步检验“放淤试验”设计的合理性及准确性。
试验期间,为了更好地预测未来中游地区来水来沙情况,黄河水文部门运用先进手段对天气系统进行实时监控和分析,及时预报黄河的流量、含沙量和颗粒级配情况;专门配备激光粒度分析仪,及时获取粗沙的比例,判断是否满足放淤的要求。正是依靠实时滚动的监测数据,试验指挥部在下达调度指令时才能够得心应手。
经过广大治黄科技工作者的精心试验,黄河小北干流放淤试验的首轮结果呈现在世人面前 放淤闸处高达20% 30%的粗泥沙经过两处弯道溢流堰的分选和淤区部分的沉淀,到达退水闸时已不见了踪影。经过严格的泥沙颗粒分析,从退水闸排入黄河的泥沙全部为粒径小于0.05毫米的细泥沙。这表明此次放淤试验中最为关键的环节,也是治黄人经过长时间苦心设计、追求的“淤粗排细”目标,已经在山西小石嘴连伯滩放淤区成功实现。
首次黄河小北干流放淤试验的成功,开启了又一扇有效处置黄河泥沙的新大门,她使从远古走来的母亲河可以在这里歇一歇脚,卸下身上过多的重负，迈着轻盈的步履走向东方了。
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