渭河流域治理规划关键技术问题研究
［摘 要］ 从现状存在问题及成因分析、治理思路和总体布局研究、减轻渭河下游淤积的措施和潼关高程问题研究、考虑河流生态环境用水的水资源配置方案和控制指标等几个方面，研究了渭河流域综合治理的关键技术问题。这些问题研究和提出的成果是渭河流域重点治理规划编制的重要基础。
［关键词］ 渭河 流域 综合治理
1 概述
渭河是黄河的第一大支流，涉及甘肃、宁夏、陕西三省（自治区），从西至东横贯富饶的关中平原。渭河流域在黄河治理开发中占有重要地位，同时，作为西北经济发达地区，在区域经济发展和西部大开发中也具有重要作用和战略意义。渭河治理受到党中央、国务院的高度重视和有关专家及社会各界的普遍关注。2002年5月，由水利部黄河水利委员会牵头，成立了由水利部有关司局和流域内甘肃、宁夏、陕西三省（自治区）参加的渭河流域综合治理规划编制工作协调领导小组及规划编制组，开展了渭河流域综合治理规划编制工作。渭河流域现状存在问题及成因分析、治理思路和总体布局研究、减轻渭河下游淤积的措施和潼关高程问题研究、考虑河流生态环境用水的水资源配置和控制指标研究等是综合治理规划中的关键技术问题。
2 现状存在问题及成因分析
渭河流域的治理开发已经有2000多年的悠久历史，新中国成立后，在防洪减淤、水资源开发利用、水土保持建设等方面取得重大进展，水资源保护不断得到加强。随着经济社会的快速发展，国民经济用水的大量增加，河道内生态环境用水被严重挤占，西安、咸阳等城市及井灌区地下水超采，漏斗范围逐年扩大，导致很多环境地质问题，还造成了下游河道淤积加重、水环境污染加剧、生态环境日益恶化等问题。
渭河流域治理开发中出现的问题不是单一因素造成的，各个问题之间相互联系、相互影响、相互制约，水资源短缺是根本矛盾，水污染严重进一步加剧了缺水形势；渭河流域水少沙多的特点也决定了需要保持一定的输沙水量，河流生态环境用水要大于一般的河流，这就进一步加剧了流域水资源短缺。由于输沙用水被挤占，加之1991年以来来水持续偏枯，渭河下游河道淤积严重，主槽萎缩，防洪形势更加严峻，需要加快防洪工程建设。
3 治理基本思路和总体布局研究
根据现状渭河治理存在的问题和成因分析，渭河流域治理要紧紧围绕水资源的合理配置这一中心环节，结合渭河流域严峻的防洪形势，近期应将防洪减淤作为治理的重中之重，统筹考虑经济社会发展、水资源保护、水土保持等各个方面对水资源的需求，充分考虑水资源的承载能力，合理安排生活、生产和生态环境用水，以大力节水、治污和产业结构调整为重点，进行水资源的合理配置，以水资源的可持续利用支撑经济社会的可持续发展。
防洪减淤的基本思路：以排为主，拦排结合，水沙兼治，综合治理。防洪减淤的总体布局是：以渭河下游治理为重点，对堤防进行加高、加固，对干流河道进行整治，提高抗御洪水和河道排洪输沙能力；上中游以城镇等重要防洪河段为重点，进行堤防建设。对防洪问题严重的南山支流，以堤距展宽为主进行治理；进行三门峡库区防洪保安建设；兴建东庄水库拦减洪水泥沙。为减少渭河下游河道淤积，通过合理调整三门峡水库运用方式、渭河汇流区入黄流路调整及综合治理措施，控制并降低潼关高程，实施北洛河改道直接入黄；中远期利用引汉济渭、南水北调西线、引嘉济汉等调水工程增加水量，利用黄河干流古贤、碛口等控制性水利枢纽调水调沙，降低潼关高程。完善水文测报、洪水调度等非工程措施。初步形成渭河流域防洪减淤体系。
水资源开发利用和保护的基本思路：节水优先，治污为本，合理配置，适度开源，加强管理。水资源开发利用和保护的总体布局是：以大中型灌区和大中城市为重点，全面推行节约用水；加强工业污染源治理和“十五小”企业关停的环保督察工作，在沿河城市建设一批生活污水集中处理厂，加快污水资源化工程建设，结合农业节水和水土保持控制面源污染。建设引红（红岩河）济石（石头河）、引乾（乾佑河）济石（石砭峪水库）和引汉（汉江）济渭（渭河）调水工程，形成合理的配水工程体系；在水资源利用难度较大的地区兴建集雨节灌工程和城乡供水工程，解决城乡人畜生活用水，发展旱作农业。建立和完善水量水质统一监测网络。初步形成渭河水资源合理配置、高效利用和有效保护体系。
水土保持生态建设的基本思路：防治结合，保护优先，突出重点，强化治理。水土保持生态建设的总体布局是：在预防保护区，依法保护现有森林植被，巩固和提高已有水土流失治理成果；在监督区，完善规章制度，建立健全以水土保持执法机构为主体的执法体系，加强开发建设项目的管理，严格实行水土保持“三同时”制度，有效遏制人为水土流失；在水土流失治理区，以多沙粗沙区为重点，加强沟道坝系建设，促进种植结构调整和退耕还林还草，开展封山育林（草）、封坡禁牧，发挥生态自我修复能力。同时，建设水土保持监测网络，为水土流失预报、水土保持公告和科学决策提供依据。
4 减轻渭河下游淤积的措施和潼关高程问题研究
4.1减轻渭河下游淤积的措施
自1991年以来，渭河下游河道淤积严重，主槽萎缩，河床不断抬升，排洪能力急剧下降，洪水位上升。2000年华县站洪峰流量1 890m3/s水位比1981年5 380m3/s流量水位还高0.27m。2003年咸阳、临潼、华县站洪峰流量分别为5 340m3/s、5 100m3/s和3 570m3/s，相应洪水位均创历史最高，特别是华县站水位342.76 m比1996年历史最高水位高出0.51m。从而使中小洪水易形成“横河”、“斜河”，防洪大堤被冲决的几率增加。
造成渭河下游河道淤积抬升的原因是多方面的。三门峡水库运用初期潼关高程大幅度抬升，汇流区壅水滞沙和渭河河口拦门沙的增长，致使渭河下游发生了严重的溯源淤积。1974～1985年，随着三门峡水库泄流设施的两次改建和采用蓄清排浑的运用方式，潼关高程回落，基本控制在327m左右，渭河下游淤积减缓。。1991～2000年，渭河水量大幅衰减，洪水场次减少，洪峰流量降低，高含沙小洪水场次增多，水沙搭配失衡，输沙水量严重不足，河道累积淤积2.37亿t；加之黄河干流来水偏枯，且龙羊峡水库调蓄运用改变了来水过程，潼关高程回升，一直在328.5m左右，导致渭河下游淤积进一步加剧，治理难度增大，渭河下游防洪形势严峻。分析表明，1991年之后渭河下游河道淤积主要受来水来沙（包括黄河干流、北洛河、渭河不利洪水遭遇）的影响，同时潼关高程上升使渭河下游纵比降自动调整，比降变缓，对渭河下游的淤积也产生一定影响。
基于以上分析，近期需要采取综合措施减少渭河下游淤积，主要包括：控制并降低潼关高程；加强水资源合理配置和管理，保证输沙水量，提高输沙能力；实施含沙量较高的北洛河改道直接入黄工程；开展水土保持减少产沙量。
4.1.1控制并降低潼关高程
渭河中下游防洪工程建设与潼关高程（指潼关六断面1 000m3/s流量相应的水位）关系密切。潼关断面是渭河下游的侵蚀基准面，也是计算渭河下游设计洪水水面线的边界控制条件，潼关高程的升降直接影响渭河下游河道淤积和防洪安全。自三门峡水库建库以来，潼关高程经过了几个阶段的复杂演变，目前在328.5m左右。影响潼关高程的因素与三门峡水库运用水位、来水来沙条件、上下游河段演变和河道边界条件等有关，十分复杂。控制并降低潼关高程，必须采取多种措施综合治理。
（1）调整三门峡水库运用水位
在小浪底水库运用初期，三门峡水库承担的春灌、防凌等任务可由小浪底水库承担，为三门峡水库运用方式的调整提供了条件。
为确定三门峡水库适宜的运用方式，中国水利水电科学研究院、清华大学、西安理工大学和黄委会水利科学研究院等单位联合攻关，利用实测资料分析、数学模型计算和物理模型试验等三种技术手段，从三个方面开展了研究，完成了研究成果［2］。首先，开展了影响潼关高程的因素及合理潼关高程确定的研究，通过实测资料分析水沙条件、三门峡水库运用和河道冲淤等对潼关高程的影响，分析潼关高程与渭河下游冲淤变化的关系，确定合理的潼关高程，其中潼关高程对渭河下游的影响通过数学模型计算和物理模型试验进行研究。其次，通过物理模型试验研究降低潼关高程的措施。第三，通过数学模型计算和调查分析，研究三门峡水库不同运用方式对潼关高程和社会、经济、环境的影响，确定三门峡水库运用方式的调整方案。
基本认识是，调整三门峡水库运用方式，潼关高程可以有不同程度的下降。全年敞泄运用时，潼关高程下降最多，枯水可下降1.1m左右，平水可下降1.6m左右。其他方案，非汛期控制水位越低，潼关高程下降幅度越大，但是水库由现状运用调整为318m控制运用时，潼关高程下降比较显著，可降低潼关高程0.4～1.0m；进一步调整为315m或者310m控制运用时，潼关高程下降的幅度明显减少，315m控制比318m控制多降低潼关高程0.1～0.15m，310m控制比315m控制多降低潼关高程约0.15m。汛期敞泄比洪水期敞泄多降低潼关高程0.1～0.2m。
潼关高程降低1～2m将使渭河下游河道产生一定的冲刷，冲刷主要发生在主槽内，滩地仍然淤积。三门峡水库全年敞泄或者降低运用水位将有利于降低潼关高程，减轻下游河道淤积，从而提高下游河道泄洪输沙能力，减少洪水灾害，减轻南山支流倒灌引起的灾害。但是，三门峡水库降低运用水位也将对移民、防洪、生态环境、农业灌溉、城市供水、发电带来一定的影响，控制水位越低，带来的负面影响越大，并且影响三门峡水库在黄河水沙调控体系中的作用，潼关高程降低2m所产生的泥沙搬迁将使小浪底水库拦沙年限减少2～3年。
在进行数学模型计算和物理模型试验的同时，三门峡水库原型试验表明，非汛期水位最高按318m控制，回水最远至黄淤34断面，距离潼关30km，潼关河段不受三门峡水库蓄水影响，处于自然河道状态，对于改善淤积分布和降低潼关高程有一定的效果。
（2）其他措施
降低潼关高程必须采取综合措施，除了合理调整三门峡水库运用方式外，还应调整渭河汇流区入黄流路，并抓紧研究并实施三门峡库区大禹渡～稠桑河段裁弯疏导稳定流路、潼关河段清淤、潼三河段河道整治和小北干流放淤等综合措施治理，从增大河道比降、减少来沙、理顺流路、控导主流等多方面出发，千方百计控制并降低潼关高程。
（3）治理目标
综合考虑潼关高程变化的复杂性、大幅降低潼关高程的可能性和可行性以及由此带来的不利影响，确定潼关高程的治理目标是，通过采取综合措施，控制潼关高程不超过328m，并力争有所降低，从长远看，以潼关高程降低1～2m为控制目标。由于降低潼关高程需要一个过程，为保证当前防洪安全，并留有余地，以现状潼关高程作为渭河下游堤防设计标准的依据，按照潼关高程328m+0.5m，并考虑2010年水平渭河下游淤积。
4.1.2北洛河改道直接入黄工程
历史上北洛河曾经有过多次入黄和入渭的变化。目前北洛河在三河口入渭，距黄河约10km，由于黄、渭、洛三河洪水经常遭遇，北洛河来水含沙量高，受黄、渭河洪水顶托，小水大沙常在渭河入黄口形成拦门沙，加剧渭河下游淤积。实施北洛河改道直接入黄工程，可以使北洛河泥沙不进入渭河，并改变三河汇流区河势，减少在渭河口形成拦门沙的机率，减轻渭河下游淤积。
5 考虑河流生态环境用水的水资源配置和控制指标研究
渭河为多泥沙河流，进行流域水资源供需分析和配置时，必须考虑生态环境用水要求，为实施配置方案，还需提出主要断面下泄流量控制指标。
5.1渭河生态环境用水研究
河道内生态环境低限用水主要包括输沙用水和非汛期河道内最小生态用水量。
5.1.1输沙用水研究
渭河是多泥沙河流，华县站多年平均沙量3.56亿t（1950～2000年），实测径流量71.7亿m3，含沙量50kg/m3。不同时期渭河下游淤积特点不同，1973年以前由于潼关高程大幅升高，发生了严重的溯源淤积，渭河下游滩槽均产生了大量的淤积；20世纪90年代以来，由于来水偏少，渭河下游主要是沿程淤积，1990～2000年共淤积2.37亿t，导致河槽萎缩严重，平滩流量减少，排洪能力大大下降。
渭河水沙具有水沙异源、年际变化大、年内分配不均、水沙关系更趋不协调等特点，90年代以来，渭河水沙量均大幅减少，华县站径流减少52%，输沙减幅36%，水沙关系更加不协调。
本次综合已往多个研究成果，提出输沙用水量为在一定的来水来沙条件、一定的淤积水平以及一定的河床边界条件下，输送一定数量泥沙所需要的水量。下面通过实测资料分析和半经验方法两种途径进行分析。
实测资料分析方法［１］。根据1974～2000年实测资料，采用输沙水量与含沙量相关法、输沙率法、平均水量法等多种方法，分析论证渭河下游多年平均输沙水量，在渭河下游河道淤积不进一步恶化、平均淤积量0.10亿m3/a的情况下，计算2000年水平多年平均输沙水量为51亿m3（其中汛期为45亿m3，6月份为6亿m3），2010年水平考虑水土保持措施拦减泥沙作用，河道内多年平均输沙用水减少为45亿m3。
半经验方法。考虑来沙量、河道冲淤量和河道形态等多个因子，建立泥沙输移数学物理方程，通过推导，汛期输沙水量可表达为：
根据1974～2003年渭河下游汛期实测资料，可以求得上述公式的参数。其中,
由此可得渭河下游输沙用水量的半经验表达。式中：Ｗ汛—汛期输沙用水量（亿m3）；WS—咸张来沙量（亿t）；ΔWS—汛期河道冲淤量（亿m3）；Q平—汛前华县平滩流量（m3/s）。
根据式（1），2000年水平在渭河下游平滩流量1 500 m3/s、来沙3.5亿t、河道淤积0.1亿t的情况下，汛期输沙用水为46亿m3，再考虑6月份输沙用水6亿m3，输沙用水量为52亿m3；2010年在渭河下游平滩流量2 500m3/s、来沙3.1亿t、河道淤积0.1亿t的情况下，汛期输沙用水为44亿m3，再考虑6月份输沙用水6亿m3，输沙用水量为50亿m3。
通过以上实测资料分析和半经验方法的分析和比较，二者的结论是比较接近的，在规划中采用的输沙用水成果是：在平均淤积量0.10亿m3/a的情况下，2000年水平多年平均输沙水量为51亿m3，2010年水平输沙用水为45亿m3。
5.1.2非汛期生态基流
考虑维持河道基本形态、维持一定的稀释自净能力、城市段河道内生态景观用水、回补地下水等要求，下游河道内非汛期（11月～5月）最小生态需水量为6.13亿m3。
根据以上分析，2000年水平和2010年水平河道内生态环境低限用水量分别为57.13亿m3和51.13亿m3。
5.2流域水资源缺水形势和配置
在进行流域水资源供需分析和配置时，必须考虑生产、生活、生态用水要求，需要重视生态和环境对水资源的要求，对于渭河流域而言，渭河下游必须保持一定的输沙用水和生态基流。
根据分析，2000年渭河流域资源性缺水17.53亿m3，在大力节水、污水再生利用以及实施引洮一期工程向渭河补水、引乾济石和引红济石等调水工程后，2010年资源性缺水仍为13.4亿m3，缺水率为10.4％，见表1。在缺水情况下，流域水资源配置方案是，首先满足城镇生活用水、生态环境低限用水、重要工业用水，保证农业灌溉关键用水，加强用水管理，并采取调整种植结构、发展雨养旱作农业、实施非充分灌溉等措施。
为实施上述流域水资源配置方案，必须合理控制各主要断面下泄水量，选择林家村、华县和状头为主要控制断面，考虑各断面生态环境低限用水要求，并依据水资源配置方案和国民经济发展需求，提出2010年水平多年平均林家村、 华县、状头三站下泄水量分别为15.1亿m3、45.7亿m3和5.4亿m3，入黄水量达51.1亿m3，可以满足河道内生态环境低限用水要求，较20世纪90年代也增加6.3亿m3，见表2。
6 结语
本文从现状存在问题及成因分析、治理思路和总体布局研究、减轻渭河下游淤积的措施和潼关高程问题研究、考虑河流生态环境用水的水资源配置和控制指标研究等几个方面，研究了渭河流域综合治理的关键技术问题。以上述成果为重要基础，渭河流域综合治理规划经过近四年的工作，于2004年编制完成，提出了渭河流域重点治理的主要任务以及通过10年的综合治理达到的目标、治理基本思路和总体布局，安排了防洪减淤、水资源配置、水资源保护和污染治理、水土保持生态环境建设的重点治理措施，分析了投入规模，并提出了保障措施。规划于2004年通过水利部的审查，2005年12月国务院正式批复，这是继黄河、黑河、塔里木河规划之后被批复的又一重要规划，规划对于促进流域经济社会可持续发展和生态环境逐步改善具有重要意义。
渭河流域重点治理规划于2004年通过水利部审查，2005年12月份由国务院批复实施，该成果获得了2006年度全国优秀工程咨询成果一等奖。
参考文献
［1］渭河流域重点治理规划编制工作组，渭河流域重点治理规划，2005年12月
［2］潼关高程控制及三门峡水库运用方式研究项目组，潼关高程控制及三门峡水库运用方式研究（总报告），2005年9月
［3］黄河勘测规划设计有限公司，引江济渭入黄方案研究阶段成果，2004年6月
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