黃河是世界著(zhù)名的多沙河流,泥沙淤積導致下游河道不斷抬高,局部河段甚至高出兩岸5~10米。數據顯示,1950~1999年間黃河下游累積的淤沙量已達92億噸,這一情況直到小浪底水庫運用(2002年)以后才得到好轉。
小浪底水庫是位于黃河中游下端的控制型水庫,也是調控黃河水沙關(guān)系的骨干水庫。調水調沙20年來(lái),黃河的泥沙得到了有效治理,下游的沖沙量累計達到了30多億噸,河槽下切深度普遍超過(guò)2米,小流量水深大幅度增加。
小浪底水庫不僅是治理黃河泥沙的功臣,還發(fā)揮了另外一個(gè)顯著(zhù)的效益:為黃河下游的通航提供了有利條件。
黃河下游的航運
黃河的航運有悠久的歷史,可以追溯到春秋時(shí)期的泛舟之役。直到清末明初,國內鐵路、公路建設開(kāi)始興起,陸上運輸逐漸取代內河水運,昔日繁榮的黃河航運也趨于沒(méi)落。
20世紀50~70年代,黃河下游的航道整治力度開(kāi)始加大,航運能力得以提高,這也是黃河航運歷史上最后的輝煌。彼時(shí),山東段每年的水運增量達到了120萬(wàn)噸的級別,河南段的貨物吞吐量有數十萬(wàn)噸。
可惜的是,黃河的航運盛況并未持續太久。1985年以后,黃河下游的天然徑流量急轉直下,河道因缺水而出現萎縮、斷流的現象。1997年,黃河下游的斷流時(shí)長(cháng)竟有226天,斷流河道超過(guò)700km,從入??谝恢毖由斓胶幽祥_(kāi)封,北方的黃金水道因此陷入低谷。
很多網(wǎng)友好奇:未來(lái)的黃河下游,還有可能再次大規模復航嗎?
答案是肯定的,黃河下游確實(shí)有望實(shí)現復航!根據交通部發(fā)布的《黃河水系航運規劃報告》,黃河在2030年前后將實(shí)現通航,下游航道標準將提升到IV級,300~500噸級的船隊將實(shí)現通航達海。根據全國航運規劃,黃河的水運路線(xiàn)將和沙漠運河貫通,形成一條橫跨東西的超級水上航道,屆時(shí)滬江運河的運量有望超越長(cháng)江,前景規劃十分誘人。
而根據《海河流域綜合規劃》,黃河下游的京杭大運河航道也將迎來(lái)復蘇,黃河北岸至天津段被規劃為內河III級航道,航運開(kāi)發(fā)潛力巨大。山東省還規劃了以京杭大運河、黃河、小清河、徒駭河所構成的一縱三橫水網(wǎng)主骨架。
結合各級規劃來(lái)看,黃河下游將整體按照IV級航道的標準建設,局部可達到III級航道的標準。但在此之前,還有很多難題需要解決,比如水量保證、航道疏浚、港口維護等等,每一項的難度都不容小視。
小浪底水庫未建船閘,為何卻有利于黃河通航?
保障黃河的運行安全,重在防洪和治沙。為治理黃河,我國先后著(zhù)手建設了6座大型水庫,其中,小浪底水庫是最具代表性的核心水庫。
小浪底工程開(kāi)工于1994年,并于2001年全面竣工。工程主體由攔河大壩、引水發(fā)電系統以及泄洪建筑物組成,但并未修建船閘。由于小浪底大壩的阻隔,壩前與壩后的水域無(wú)法直接通航。至于三門(mén)峽水庫,在建設時(shí)倒是預留了船閘的位置,但是一直未投入建設,目前已被泄洪排沙隧道所占用。
小浪底工程為啥不修建船閘呢?首先,該工程最初的設計目標就是防洪和減淤,當時(shí)黃河下游的河槽深度、水量等均不滿(mǎn)足通航條件,沒(méi)有建船閘的必要。其次,一年一度的排水排沙也不利于通航設施的維護,泄洪排沙期間的泥沙密度最高可達378kg/m3,不僅會(huì )嚴重侵占引航道,導致設施癱瘓,還會(huì )大大提高維護成本,增加航運風(fēng)險。
綜合來(lái)看,小浪底水利樞紐并不適合配套建設船閘。但另一方面,調水調沙的運用卻對黃河的通航起到了推動(dòng)作用,其直接貢獻就是減輕了淤沙隱患,降低了疏浚成本。
先看大壩上游河段。在三門(mén)峽-小浪底河段,泥沙淤積主要發(fā)生在蓄水期內,導致淤積面逐漸高于下游的水位。此時(shí),若上游來(lái)水量增多,水流速度加大,就會(huì )產(chǎn)生自上而下的劇烈沖沙效應。這種效應被稱(chēng)為水庫溯源沖沙,多發(fā)生在小浪底水庫的攔沙后期以及正常運用期內。
此外,塑造異重流也是實(shí)現高效排沙的重要手段。在調水調沙過(guò)程中,小浪底庫區先提前排水,降低水位,使泥沙集中在低位,由于河水的密度比沙更低,因此會(huì )浮于表面,導致沖沙效果不理想。而異重流則是密度更大的下潛水流,能有效沖刷庫區底部的泥沙,排沙效果顯著(zhù)。
通過(guò)溯源沖沙和異重流沖沙,三門(mén)峽-小浪底庫區的泥沙就能順利被帶出,最終經(jīng)低位排沙孔輸送到下游。這對于降低潼關(guān)高程、改善庫區內的通航條件、實(shí)現局部通航都具有重要的意義。
1950-2020年,潼關(guān)高程變化
再看大壩以下的河段。小浪底下游的河段地勢平緩,河床開(kāi)闊,加深并穩定河槽是保證通航的難點(diǎn)。調水調沙20年來(lái),黃河下游的懸河風(fēng)險已大大降低,主河槽平均下切了2.6米,過(guò)洪能力已提高到5000m3/s左右。
下游的花園口站、高村站,常年流量都在250m3/s以上,孫口站、艾山站90%流量保證率也達到了220~250m3/s,對應的水面寬度為120~200米,對應水深為1~2.5米。調水調沙帶來(lái)的清淤效果極為顯著(zhù),為下游通航提供了最基本的保障。
黃河下游通航難在哪里?分析:仍有四大難點(diǎn)
即便如此,黃河下游要實(shí)現通航還有不小的阻礙,主要體現在以下幾點(diǎn):
1,航道疏浚任務(wù)繁重。黃河下游達到250m3左右的流量時(shí),水深普遍可達到1.0~2.5m,只需稍加疏浚就可滿(mǎn)足航道建設標準。但是,黃河下游河床存在槽高、灘低、堤根洼的斷面形態(tài),疏浚難度很大。并且每年調水調沙后,河道形態(tài)會(huì )被重塑,還需要重新疏浚,任務(wù)繁重。
三門(mén)峽庫區清淤船
2,黃河下游水位變化大。在每年汛期,黃河下游均會(huì )變成行洪通道,水量急劇增多,時(shí)常發(fā)生漫灘現象,容易形成斜河、橫河,嚴重影響航運安全。而在枯水期,黃河下游則容易出現河床干涸裸露、水位急劇下降的現象,河底沙洲肉眼可見(jiàn)。究其原因,還是因為黃河的水量受到了氣候影響,降雨集中在夏季,年內分布不均,導致下游水位變動(dòng)極大,不利于保證通航的穩定性。
3,部分河段動(dòng)蕩多變。20世紀50年代以來(lái),我國在黃河下游開(kāi)始實(shí)施河道整治工程,采用以壩護彎,以彎導溜的微彎型整治方案,取得了明顯效果。如今,黃河下游的中水流路已基本得到控制,但高村以上將近300km的河段依然來(lái)回游蕩,深泓線(xiàn)變動(dòng)幅度大,航道的彎度和深度也會(huì )隨之改變。
動(dòng)蕩河段河道整治示意圖
4,黃河下游存在多處礙航建筑物。據不完全統計,黃河下游南段各類(lèi)橋梁的數量超過(guò)50座,包括公路橋、鐵路橋以及浮橋。很多過(guò)河橋梁年久失修,老化嚴重,橋梁的凈高度和跨徑寬度不足以保證船只通過(guò),這給航道建設帶來(lái)了不小的阻礙。
總結
黃河是中華民族的母親河,實(shí)現黃河通航是中華兒女的共同愿景。調水調沙以來(lái),黃河中游及下游的水沙環(huán)境已大幅改善,河道抬升的趨勢基本扭轉,為通航提供了有利條件。
但在黃河下游,通航入海仍存在一定的難點(diǎn),需要通過(guò)水量供應、常態(tài)化清淤、過(guò)航設施改造等多種途徑才能實(shí)現。隨著(zhù)南水北調西線(xiàn)工程的推進(jìn)、黃河航道建設規劃的實(shí)施,未來(lái)的黃河一定能成為造福人民的幸福之河!