黄河健康指标体系研究

数千年来，除害兴利一直是黄河治理与开发的目标，采用的手段基本以驯服洪水、抽取径流为主。但20世纪90年代以后，由于人类对河川径流的过度索取和对洪水的过度调控，黄河的自然功能已经退化到足以威胁到黄河自身的生命、制约了黄河流域及其相关区域社会经济的可持续发展，甚至威胁到人类的生存和健康，迫使人们不得不重新审视自己多年来与黄河相处的方式，从而使“维持黄河健康生命”的治河新理念应运而生。本文旨在分析河流生命和河流健康的科学内涵，提出黄河健康生命的标志及其评价指标，进而分析实现黄河健康的水沙条件和技术途径，为实践治河新理念提供理论基础。 　　通过研究，提出以下结论： 　　1、河流是陆地水循环的主要路径，河流的生命是河流水系按一定方向和路径进行的水循环过程，地表径流沿河流水系持续运动是河流生命的表现方式。河流生命存在的基本标志表现在容纳水流的河床、基本完整的水系和连续而适量的河川径流等三方面。连续而适量的河川径流是河流生命维持的关键。 　　2、气候和下垫面是影响河流生命状态的关键因素，二者主要受制于自然规律和人类活动。近百年人类活动对河流下垫面的剧烈改变使地球上众多河流出现了空前的健康危机，继而催生了河流健康的概念。河流健康是人类对河流生命存在状态的描述，但它是一个极具社会属性的概念，它反映的是人类对河流生存状态和河流功能发挥的认可程度。所谓健康河流是指在相应时期社会功能与自然功能可取得平衡的河流。河流健康的标准是动态的，不同背景下的河流健康标准实际上是一种社会选择。 　　3、黄河健康生命是指在基本保障人类社会安全和经济发展的同时，其河川径流条件基本满足河流生态系统健康需要时的生命状态。现阶段，黄河健康生命标志可表达为：不仅具有连续的河川径流，更应具有通畅安全的水沙通道、良好的水质、可持续的河流生态系统和一定的供水能力。本文通过深入分析，提出用低限流量、主槽平滩流量、河道排洪能力、滩地横比降、下游河道游荡范围、水质类别、湿地规模、水生生态和黄河对人类的可供水量等因子作为表征健康黄河的指示性因子，并给出了不同河段的量化标准，如黄河入海流量应不小于 50～260 m<'3>/s、渭河入黄流量应不小于 12～95 m<'3>/s、黄河下游主槽过流能力应不小于4000m<'3>/s、兰州以下河段水质应优于Ⅲ类、河流生态应恢复到80年代后期的规模、年均降水情况下对人类和环境的供水能力应达332亿m<'3>和188亿m<'3>等。 　　4、保证黄河干支流低限流量和重点河段的最大排洪能力”应该是黄河健康指标的最优先层次。其它健康指标在各河段的优先序有所不同。对下游河段，主槽过流能力、水质和可接受的河道游荡范围等应是其最重要的指标。对河源段和河口段，湿地和水生生态保护显得尤其突出。 　　5、水沙过程和水沙约束条件是影响健康因子的关键因子。本文对有利于维持黄河各健康指标所需要的的适宜流量过程、低限流量过程、来沙量控制条件、洪水含沙量、河床边界条件等均给出了量化或可操作的指标。 　　维持黄河纯天然水沙过程并不能满足维持黄河健康生命的要求，健康黄河应该是水沙过程适宜的河流，过大或过小的流量、过多或过少的沙量、不适宜的水沙搭配等，都会对河流健康造成伤害。同样，只有适宜的水沙约束条件才能创造出健康的黄河。 　　6、为论证维持黄河主槽不萎缩的水沙条件，文章特别分析了不同量级和不同历时洪水的塑槽机理，提出了洪水塑槽机理的概念表达式，并通过实测资料和试验资料建立了在非漫滩中低含沙情况下洪水动力W<'α>Q<'β>与主槽断面的量化响应关系，提出了非漫滩洪水和不同量级漫滩洪水的调控指标，可为黄河调水调沙试验提供参考。 　　借鉴国外关于河流生态需水计算方法，结合黄河实际，认为黄河生态需水估算时应保证洪水和春季径流、保证径流不低于低限流量。 　　7、黄河健康指示性因子的大小是全流域人类活动的集中反映。人类必须根据健康黄河所要求的水沙条件和水沙约束条件，向黄河各支流的入黄水沙条件、干流工程布置及其运行方式等提出要求，据此进一步规范和调整全流域所有涉水涉沙活动，以向黄河提供足够的径流、必要的洪水、限量的泥沙、合适的水沙搭配和适宜的河道工程体系。为此，需要采取的措施包括：通过加强用水管理和节水型社会建设等，努力使环境流量和人类需水均得到适当满足、并确保生命流量不被侵犯；通过水沙调控工程体系的科学调度，给黄河创造出必要而合适的洪水泥沙过程，并保证径流的连续性；通过水土流失治理和其它泥沙处理措施，尽可能使入黄泥沙的数量和级配控制在适宜范围内；要综合多方面对水沙约束条件的要求，科学安排河道工程。