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心系大河——李殿魁简析长期稳定黄河口的基础理论

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黄河文化

在中国历史上,黄河及沿岸流域给人类文明带来了巨大的影响,是中华民族最主要的发源地,中国人称其为"母亲河"。

心系大河——李殿魁简析长期稳定黄河口的基础理论

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上世纪80年代,改革开放的春雷唤醒了黄河三角洲开发事业。社会经济加快发展急需黄河口稳定,但那时河口摆动、黄河改道论还统治着我国水利界,认为新成立的东营市要求“黄河口稳定30年是不可能做到的”。在这种情况下,国家调我到东营任市长。在水利部、黄委会的支持下,我成功地解决了黄河口稳定问题,至今不仅已使黄河口稳定了37年,而且已统一了可以稳定百年的认识,并已发现和提出了可以长期固定黄河口的以海动力为核心的“三约束”基础理论,现已设计出长期稳定黄河口的工程保障体系。国家据此批准了黄河三角洲高效生态经济区发展规划,形成了国家著名的黄蓝区域经济发展战略,黄河三角洲已成为中国经济蓬勃发展的热区之一。这标志着我们在发扬我国科技治黄优良传统的基础上,已为固定河口、长期稳定黄河现行流路建立了坚实的基础理论。

把工作当作科学研究是我一生坚持的原则。所谓“三约束”基础理论,即把能量平衡原理引进治黄,整个黄河以三种力量与其平衡,河床、大堤是硬约束,发挥陆上的主要固河作用;软约束即滩区植被生物约束,发挥滞洪导流作用;河流进入大海,受到海动力和克氏力的牵引性约束,发挥海上的约束作用,决定河流在海上的流向和泥沙扩散状态。我们的治黄工作就是优化、强化“三约束”,形成在任何时空条件下,三约束所形成的综合能力大于黄河自身的能量,黄河就处于安流状态,否则就会发生水灾。黄河在河口段海动力的输沙能力大于沉沙能力,黄河口就处于稳定状态。因此,正确认识和充分发挥海动力的输沙作用,是长期固定河口、稳定黄河山东现行流路的关键。

 

 

一、首先通过深入调查研究,听取专家汇报,阅读专家著述,发现传统治黄的河口周期性摆动论已经过时,开始裂变。东营黄河修防处主任工程师王锡栋就认为黄河口可以稳定30年,中国水利科学研究院尹学良研究员还认为刁口河流路改道早了,黄科院也有认为黄河口可以稳定30年的科技治黄专家,他们为我打开了固定黄河口的科技之窗。

 

 

二、通过研究黄河的历史,发现有史记载的黄河至今行水2615年间,在渤海行水1878年,黄海行水737年,黄河主要在渤海。在1855年黄河重回山东的158年中,黄河口在北到套尔河、南到支脉沟的大范围内摆动,而在利津向东北方向的延长线上45°的范围内,行水时间大体占75%,这使我判定黄河口前沿的海域情况特殊,这里输沙能力强,对河口有牵引力,而这是渤海海流决定的。于是,在1986年底我提出了黄河口稳定的关键在于正确认识和充分利用海动力输沙的创新命题。只要让黄河口从海动力最强的地方入海,并且通过工程措施加以强化,黄河口就可以长期稳定。从而打开了固定河口、长期稳定黄河现行流路的科技之门。

三、深入研究渤海海流、海动力的形成机制,从理论和实践的结合上提出固定河口、长期稳定黄河现行流路的工程布局。

 

 

 

 

 

渤海是个大口袋,其口门在辽东半岛大连的老铁山和山东半岛蓬莱阁的连线处(图3为渤海潮流示意图)。该线上分布着长山列岛,把渤海湾涨落潮分成多股,对黄河口发挥主导作用的是两股:一股来自大连市老铁山脚下的老铁山水道,深87m,宽75km,涨潮时径直向西至唐山海岸一分为二,其中顺时针一小股进入辽东湾,逆时针一大股进入渤海湾,经天津、沧州、黄骅、滨州沿海进入黄河三角洲前沿:另一股是蓬莱阁下的登州水道,深25m,宽12. 5km,涨潮时,顺时针沿莱州湾西进,经过龙口、招远、平度、莱州、潍北沿海进入黄河三角洲前沿。两股潮流分别来到黄河三角洲前沿的时间相差6小时,结果出现了南涨北退、南退北涨的现象,形成了M₂分潮点(也称M₂无潮区)。(图4为黄河口M₂无潮区示意图、两大潮流的交汇示意图。)让黄河口从此点入海,海平面最低,而两大潮流的交汇线,向东北方向延伸,形成海平面的柔性海沟,让黄河口在渤海柔性海沟向东北方向发展,两大潮流双向输沙,最有利黄河口的泥沙疏散,所以让黄河口从M₂分潮点入海,向东北方向发展,黄河口就可以长期稳定。

 

 

 

根据以上科研成果,我们对黄河口的治理规划提出了“一主一辅,双流定河,高位分洪,导堤入海”的工程布局(图7为黄河口流路总体布局图)。即清水沟流路为主要流路,刁口河流路为辅助流路,主辅不能颠倒,以保持河口海动力最大的输沙能力,保持定向(东北方向)、稳定发展的河口航线(图8为黄河口双导堤平面图)。

四、实践效果和各界反应。

1988年,根据以海动力为核心的“三约束"理论,采取“截支强干,工程导流:疏浚破门,巧用潮汐;定向入海,指向东北”的措施,迎着相继扑面而来的8次洪峰,进行了史无前例的大规模人工治理黄河口,结果取得了突破性的治理成果。洪峰一次比一 次大,河口水位却一次比一次低,第八次洪峰最大流量5660m³/s,同一点的水位比第-次2780m³/s还低0. 13m,使垂死的河口恢复了青春,河口单一、顺直、畅流。连干3年,至1991年11月1日,国务院总理李鹏来东营视察,在听了我治理黄河口的情况汇报后,明确指出:“我赞成东营市长的意见,固住河口是一大创举,山东解决了黄河口稳定问题是了不起的。”1992 年联合国粮棉开发署驻北京的首席代表亚瑟.郝尔康先生到河口考察,指出:“黄河口是世界上最难治的河口,你能用海动力把黄河口固住,对世界大河的治理都有重要启发。”1994年黄委主任綦连安、总工吴致尧联名致信:“你们的成功,为黄河的根治带来了希望!”1998年在“世界泥沙北京会议”上,我发表了《巧用海动力治理黄河口》的论文,美国首席专家代表、世界著名水利专家颜本琦先生用英文书面评价:你的理论是正确的,措施是有效的,“你应该由此获得国家大奖!”2010年6月,水利部在东营召开黄河口治理专题研讨会,我作了巧用海动力治理黄河口的情况介绍,水利部分管科技工作的胡四一副部长对我说:“在水利界你虽然是少数,但你确实掌握了真理!

固定河口、长期稳定黄河现行流路的基础理论创新为根治黄河奠定了牢固的基础,开辟出正确的道路。根治黄河要经过“控制洪水、固定河口、优化河势、增水复航”四大阶段。新中国成立60多年,前两项任务已经完成,取得了辉煌的治黄成就。小浪底水库建成,标志着黄河上游的洪水问题已经解决;调水调沙的成功,标志着找到了处理黄河下游河道泥沙的办法。现在急需把治黄的工作重点转向“优化河势、增水复航”上来。进一步做到黄河自然优势和人工治理工程的结合,把南水北调工程与黄河增水工程统一起来,在新中国成立百年前一定可以完成根治黄河的历史任务,实现中华民族的千年梦想!

 

(此文是 2013年8月在四川成都第 35届国际水利学大会上的论文)