从教训中认识并利用泥沙
2009/9/14 14:47:17 新闻来源：科学时报
| 清华大学水利水电工程系教授王光谦谈水利工程与泥沙治理： |
| 从教训中认识并利用泥沙 |
我国水力资源蕴藏量居世界第一位。在现阶段能源战略调整的大前提下，发展水利水电工程成为必要之举，但在自然界修建人工工程，必然产生一系列后果。那么，修建水利水电工程对河流泥沙会产生怎样的影响？带着这个问题，《科学时报》记者采访了清华大学水利水电工程系的王光谦教授。
王光谦介绍说，典型的水利工程就是修水库、拦河大坝。修水库大坝与河流泥沙的关系，主要在两个方面：上游，来沙导致水库泥沙淤积；下游，清水下切致使河岸冲刷和出海口泥沙减少。两方面均归结为水沙平衡问题。修建水利工程必然会改变水沙关系，而最好的状态是达到水沙平衡，因而需要掌握水沙运行规律。
三门峡与小浪底的天壤之别
为掌握水沙运行规律，中国付出了很大的代价。
“最典型的案例是三门峡水库。修建于1958年的三门峡水库集防洪、发电、拦沙、灌溉为一体，为高坝大库，设计库容达上百亿立方米，由苏联专家设计。由于苏联河流泥沙较少，设计时没考虑黄河泥沙的实际情况，结果两年间三门峡水库淤积了37亿吨泥沙。”王光谦说。
其中最为关键的是，泥沙淤积的地方正是渭河入黄的河口，潼关高程由原324米上升到了329米，导致渭河河口堵塞。由此，渭河水不但流不进黄河，更成为一条“地上悬河”，威胁关中平原甚至西安的安全。
王光谦记得，为解决地上悬河的威胁，上世纪70年代，国家集中了大量水利人才解决三门峡水库的泥沙淤积问题，清华大学水利水电工程系师生在1972年至1978年全体驻扎于三门峡库区开展工作，最后发现，三门峡水库通过改变运行方式可减少泥沙淤积，且不同水库对泥沙的调节应采取不同的运行方式。
据王光谦介绍，水库淤沙是必然的。世界上有很多水库因淤沙过多而报废，如何解决好淤沙问题，使水库能保持常年正常运行是一个世界性的难题。三门峡水库泥沙淤积的缓解，为中国的水利工程技术提供了重要的经验，并跻身世界领先水平。
由于积累了三门峡的经验，水利专家们认识到，在黄河这种多泥沙河流上修建水电站不能一味采取蓄洪拦沙的运行方式，因此在修建小浪底水电站时，专家们采取了蓄清排浑的方式。
王光谦说：“小浪底水库已9年，蓄清排浑一直做得很漂亮。现在人们可看到，虽然黄河上游的水挟带泥沙很多，但小浪底水库的蓄水却是清澈的。”
他解释说，这是因为泥沙比重为2.65，水的比重为1，对于小浪底水库而言，上游来水会造成一股“异重流”，从水库底部通过，因此可以把排沙掌握得很好。小浪底的设计库容为130亿立方米，其中80亿立方米用于拦沙。水库先拦截了一部分上游的泥沙，同时对于下游泥沙淤积采取了水库放水产生的“人造洪峰”，将泥沙冲进大海。这样一来，黄河下游的泥沙短缺问题也得到了很好的解决。
三峡蓄清排浑解除长远忧虑
“相对于黄河，长江是泥沙较少的河流，位居其上的三峡工程是举世无双的大工程。长江每年挟沙5.2亿吨，如果不作专门的工程设计，流水通过三峡大坝时会淤积80%的泥沙，每年约4亿吨，估计三峡水库在约100年后会淤积报废。这是人们不愿看到的情况。经过论证，三峡库区每年淤沙如果能保持在40%以下，即可保证220亿立方米的有效库容，达到持久的正常运行。这是一道世界级难题，但是我国水利工作者成功攻克了这一难题，现在的实际情况是三峡库区的泥沙淤积比预设的40%还要乐观。目前，三峡工程是世界上公认的唯一一个可能在达到水沙平衡后还能保证防洪、发电等需要的大型水库。”王光谦说。
据介绍，在水电站运行上，三峡水库现在主要采取蓄清排浑的方式。三峡水库的正常运行水位为175米，但夏季水浑浊，需要降低水位将泥沙排出。所以夏季一般采取145米的低水位运行；9月份以后，水质较清，水库水位就抬升到175米的正常水位蓄水。蓄清排浑是目前我国解决水库淤沙最成功的方式，这也是从三门峡水库中摸索出来的经验。
从现在起防患于未然
值得注意的是，水库大坝拦截了部分泥沙，下游水质会变得清澈。这也会产生两方面问题：第一，清水冲刷能力较强，下切河岸可能造成河岸坍塌，且冲刷河床过程中可能形成浅滩妨碍航道；第二，河流带到出海口的泥沙减少，造成出海口造地减少、海岸线后退和河口湿地生态系统遭受破坏。
河岸坍塌和浅滩问题，都可以通过工程治理和调控方式来解决。如枯水期浅滩影响了航道，可通过水库放水的方式使水位抬高，从而改善航道。但是关于河口泥沙减少以及河口生态问题，则是一个长期性的问题，需要多学科共同合作、多部门综合治理。
过去，黄河每年可造地23平方公里，现在每年造地只有7平方公里。现阶段，黄河泥沙减少是人们乐于看到的，也是我们在上游修建水利工程、植树造林保持水土等工作的目的之一。但是长期来看，可能存在问题。目前，莱茵河因泥沙过少已经采取在河口处“人工喂沙”的方式。尽管我国的河流开发比莱茵河晚很多年，仍有必要从现在起重视这个问题，防患于未然。
《科学时报》 (2009-9-14 A2 国内)
