黄河的泥沙为中下游的安全带来了隐患,自然堆积导致下游河道呈现出“槽高、滩低、堤根洼”的断面形态,加剧了“二级悬河”的发育进程。
2002年,我国在中游开展调水调沙试验,黄河下游的淤沙形势逐渐出现改观,主河槽平均降低了2.6m,最大过流能力也从最初的1800m³/s增加到了4480m³/s左右,大幅降低了中小洪水漫滩概率,“人民治黄”取得了显著成效。
20年的调沙经验证明,以小浪底水库为核心的水库排沙运用是治理黄河的伟大创举,对于改善黄河下游的水沙关系大有裨益。一方面,中游和上游的水库群稳定了下游的水量,终结了黄河的断流现象,有水时段实现了全年覆盖;另一方面,调水调沙为下游提供了可观的生态水量和泥沙量,不仅增加了黄河三角洲的湿地面积,还加深了主槽河道的深度,稳定了河势,为未来的通航、复航创造了有利条件。
除了调水调沙,黄河的“源头减沙”也初见成效。在黄河潼关段,多年平均输沙量达9.2亿吨,多年径流仅为335.3亿m³,水流挟沙量大的特点十分突出。这些泥沙来源于中上游的水土流失,我国为此启动了大规模的水土保持工程,通过覆盖坡面、截排水流、蓄存水能等方式控制水流的冲刷力,通过植树造林、退耕还林还草增强土壤的凝聚力和根系的网兜效应,减少了黄土泥沙的流失量。
在黄河下游,处理淤沙的最佳方式则是水库冲沙;在黄河中游,三门峡库区内正在进行生态清淤的试点工作,后续有望推广至小浪底等骨干水库。生态清淤是实现黄河泥沙资源化利用的重要一步,应用前景广阔,但当前的疏浚能力整体较低,缺乏高效率的清淤设备。
特别是在2018年,国内专家提出了“分区治理”的新思路,在“宽河固堤”的基础上改造黄河下游的滩区,并根据洪水大小分级设防。整体思路并不复杂:先根据黄河河滩的泥沙淤积程度,将河滩分成“嫰滩”、“二滩”、“高滩”,再通过泥沙放淤、挖河疏浚等手段改造滩涂形态。
最重要的是在临堤2000米内的区域内,用抽出的泥沙加高河滩,按照20年一遇的防洪标准建成“高滩”,用于安置滩区的原有居民,提高防洪的安全指数。在淤积程度较轻的“二滩”,则按一般耕地的防洪标准规划建设,防洪标准设为5年一遇,可抵挡小型洪水。在淤积程度最轻的“嫰滩”,不做加高处理,而是建设成湿地生态景观,还能在汛期和黄河河道共同行洪输沙。
但这种方案要求沿黄各省具备强大的清淤能力,普通的清淤船难以胜任。有网友提出一个大胆的设想:有无可能利用天鲲号将黄河下游的淤泥抽排到两岸,既能肥沃两岸土地,又能降低“地上悬河”的风险,还有利于改善通航条件,岂不是一举三得?
这一想法有些天马行空,但理论上有一定的可行性。天鲲号是我国自主研发的大型自航绞吸船,也是亚洲最先进、最强大的清淤船,自下水以来就被视为“国之重器”,其清淤能力相当惊人。
天鲲号究竟有多强?直接看参数:这艘“海上巨无霸”总长140.0m,型宽27.8m,型深9.0m,航速12kn,总装机功率达25843kw,每小时就能清出6000m³的土方。天鲲号的输送能力更是达到了世界第一,总功率17000kw,最大排距15000m,完全有能力将黄河中水区域的泥沙直接堆放到两岸。
为适应不同的地质环境,天鲲号共配置了四型绞刀头,绞刀转速可根据土质的变化无极调速,既可用于挖掘松软的淤泥、粘土,密实的砂质土,也可用于粉碎抗压强度为50MPa的风化岩石,抽采黄河的泥沙自然不在话下。
但利用天鲲号治理黄河泥沙并非最佳的方案,现实中也无法彻底解决黄河下游的“沙患”。
首先,从黄河的输沙量和天鲲号的疏浚能力来看,一艘天鲲号无法解决黄河下游泥沙淤积的问题。统计数据显示,2021年汛期黄河潼关站的实测年输沙量为1.7亿吨,较多年均值减少了81.4%,即便如此,换算成体积也超过了1亿m³。
按每小时6000m³的清淤量计算,天鲲号24小时不停疏浚,一年最多也只能清出5000多万m³泥沙。实际上,天鲲号的设计吃水深度高达6.5m,而黄河下游的水深大多只有1.0~2.5m左右,通航能力有限,无法容纳天鲲号这样的重型疏浚船。
黄河下游的水量特点是季节性差异大,250m³/s的通航流量对应的河道宽度仅有120~300m,河床深度不足,连小吨位船只的通航都很困难。若使用天鲲号为黄河疏浚,唯一的方法只能从黄河口开始,一路向上游疏浚,但对应的工程量将超乎想象,疏浚的成本也将是一个天文数字。
其次,黄河下游是著名的“地上河”,对应的长度超过800km,河床平均高程比两岸平原高出4~6m。在河南开封段,河床更是高出地面7m以上,河堤高达15m,并且还有加高趋势。在这种情况下,天鲲号的能力就显得捉襟见肘了。更何况,黄河下游还存在浮桥、公路及铁路大桥等涉水建筑物,同样无法满足大型船只的通行需求。
最后,再从实际用途来看,天鲲号旨在提升我国在国际高端疏浚市场的竞争力,建成后主要用于海上疏浚和填筑工程,特别适用于在土质坚硬、输送距离长、工况较为恶劣的海区作业。根据天鲲号的配置,马来西亚耗时30年造出的25万㎡人工岛,天鲲号只需两周就能完成。
在我国南海海域,天鲲号曾多次创造出“造岛奇迹”。以海南的永兴岛为例,永兴岛是三沙市人民政府驻地,也是南海西沙群岛中的重要岛屿。在永兴岛扩建项目中,天鲲号立下了汗马功劳,岛屿的面积从2.13平方公里扩大到了3.16平方公里,这对于巩固我国在南海的主权地位、加快南海的资源开发都具有重要意义。
总之,利用天鲲号疏浚黄河泥沙,技术上和理论上有一定的可行性,但在现实中却并非最优方案。黄河的泥沙治理是一个系统性工程,疏浚清淤还要考虑到泥沙淤积规律、上游来沙量、河道深泓线的稳定性等情况,盲目清淤反而可能影响河势的稳定性。
治理黄河泥沙,我国采取的经验是“拦、排、调、放、挖”五位一体,综合治理,有效扭转了黄河下游河道抬升的趋势。其中,调水调沙的效果最为显著,异重流排沙和浑水水库排沙效率不断提高,近年来的排沙比维持在95%~193%的高位,净冲刷频率明显增高,同时也有力冲刷了下游淤沙。
在黄河安澜的情况下,动用天鲲号没有太大的必要性。经由科学调度,未来的黄河就有望成为一条财富之河、生命之河。