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从疲于奔命的鲧到大禹治水胜利,黄河的治理经历了一个由拦堵到疏导的观念性转变。大禹治水的思想经过历朝历代治水思想家的不断发展,演变为现在的“上拦下排、两岸分滞”及“拦、调、排、放、挖”多项措施并举的治黄思想,这是以泥沙为“结”、为“害”为前提的。但是黄河泥沙作为一种资源和黄河水有着同样悠久的历史,黄河泥沙的“用”将会成为治黄发展史上辉煌的一篇。
1黄河泥沙是宝贵的自然资源
千万年来黄河泥沙作为一种自然资源,履行着“填海造陆”使命。广阔的黄淮海平原正是由于黄河泥沙的存在,得以形成、扩大,中华儿女有了繁衍声息的场所和丰富的土地资源。因此黄河泥沙是国土资源的一部分,不仅过去是,现在和将来也是。
黄河泥沙还是天然的肥料,富含氮、磷、钾,大家知道黄河滩地种出来的水稻最香。
黄河泥沙还可以用来做什么?这是一个有待研究开发的课题。
长江流域流传着一句顺口溜:滚滚长江向东流,流的都是煤和油。涛涛黄河给我们带来的也是宝贵的自然资源。
2 黄河泥沙利用现状
以往黄河泥沙主要用于造陆、改良土壤种植水稻等农作物,20世纪90年代后期开始用于下游两岸堤防的加高加固,淤背、淤筑相对地下河。
最近,山东省研究生产了以黄河泥沙为主要原料的“黄河砖”,为黄河泥沙提供了又一用武之地。淄博高青县用黄河泥沙烧结而成的多孔节能“黄河砖”项目已通过省级鉴定,“黄河砖”的物理力学性能、放射性核素比活度均符合国家标准要求,热工性能优。烧结多孔砖重量轻、强度高、隔热保温性能好等优点。
另外,武汉大学、黄河河南河务局、武汉路德材料有限责任公司联合,在杨国禄教授领导下研制黄河淤沙固结技术。他们以“以沙治沙、以黄治黄”的科学理念,看到了黄河泥沙这一取之不尽的资源,以及广阔的市场前景,把黄河泥沙作为一个产业之源,把黄河泥沙的开发利用作为一个产业,将黄河泥沙在它的出处资源化、产业化。他们认为黄河泥沙的综合利用有利于黄河健康,有利于抑制悬河的发展,有利于疏通行洪河道;固沙之本在于水土保持,固沙之标在于减少淤积,泥沙之光在于发展产业。他们应用泥沙工程学、材料学、结构力学等交叉学科的相容性,从黄河淤沙的物理组成和力学性能研究入手,探索黄河泥沙资源化的可行性,提出黄河粗、细淤沙的科学固结方法和工艺。经过大量的研究他们认为,根据对黄河淤沙的物理力学检测分析,把黄河淤沙这种处理经济、简便的取之不尽的天然自然资源作为建筑材料是完全可能的,也是可行的。而依据黄河水利工程建设和黄河河道治理以及社会需求,运用高科技、高性能材料将黄河淤沙固结生成固结体,从而实现了黄河淤沙的资源化处置。
3 黄河泥沙应用市场
3.1造陆
据统计资料1950~2000年上海市造陆1000km2,上海市规划2000~2050年再造陆1000km2。据清华大学王兆印教授分析,长江口造陆每年需要3.5亿t泥沙,加上10%不能用来造陆的细泥沙,河口来沙不能少于3.8亿t才能维持平衡。现在,上海每年缺沙1亿t,未来50年,上海市缺沙约50亿t。不仅如此,其它沿海地区造陆对泥沙有着巨大的需求。
黄河肩负着南至淮河、北至海河广大地区的陆地延伸扩大与加高的任务。但是由于束水攻沙修筑堤防,陆地的延伸扩大仅限于入海口,陆地的加高仅限于两岸大堤之间,一段时期内仅限于生产堤之间。以至于形成了悬河乃至二级悬河。两岸大堤使黄河无法自由摆动,无法充分发挥其自身的造陆功能,同时两岸大堤又是黄淮海平原社会及经济发展、人民生命财产的必要保障。因此黄河的造陆使命,自然应该由黄河两岸的儿女们来承担。填补低洼地,扩大黄淮海平原具有广阔的市场前景。
因此,黄河除满足自身的造陆用沙要求外,多余的泥沙还可以用来开发其它缺沙地区的造陆市场。以国家用于治理黄河下游的部分资金作为补贴,鼓励造陆市场的开发。
3.2淤背、淤筑相对地下河
; ; ; ; 黄河两岸标准化堤防的建设已初见成效,背河侧淤宽100m,其高程与2000年水平设计洪水位齐平。未来一定时期内淤筑相对地下河,也将有一个较大用沙要求。
3.3河防及建筑
; ; ; 利用黄河河道中挖出的泥沙代替建筑材料,烧制成砖、烧结成石等,发展第三产业。仅淄博高青县用黄河泥沙烧结“黄河砖”每年需要黄河泥沙480万m3。
利用杨国禄教授研制的黄河淤沙固结技术,用黄河泥沙制成其它建筑材料,如堤防加固、丁坝强基护面、黄河抛石、水土植保等水利、土木工程的建筑材料,用于水利工程、民用建筑等其它工程建设。
黄河泥沙的河防和建筑材料市场是一个亟待开发的、具有可观经济效益和社会效益的广阔而又长期的市场。
3.4绿色食品市场
; ; ; 用黄河泥沙种植的蔬菜和粮食以无污染、营养丰富、味美而著称。黄河小北干流滩地种植的芦笋远销海外。河南原阳黄河滩地大米具有“中国第一”的称号,远销加拿大等国。黄河泥沙使黄河滩地成为天然的绿色农场,它的使用历史悠久,然而这一绿色农业资源自古以来就是无序的免费使用。因此这是一个亟待开发和重视的绿色市场。
4 黄河泥沙利用及其市场开发的意义和必要性
泥沙是黄河难治的症结所在。大量泥沙淤积在下游河道,使之成为举世闻名的地上悬河。1950年~1999年黄河下游河道共淤积泥沙93亿t,与20世纪50年代相比河床普遍抬高了2m~4m,河床高于背河地面4m~6m,局部河段高出10m以上。为了缓解黄河下游防洪的险恶局面,保障黄淮海平原的安全,人民治黄以来,先后四次加高大堤,堤防高度已达10m~14m。近年来黄河下游主槽淤积严重,“二级悬河”日益加剧,防洪形势严峻。
清华大学的王兆印教授经过多年的精心研究,提出了生态修复理论,根据植被——侵蚀动力学方程,将生态修复区分成不能自动恢复的植被恶化侵蚀增长区、需要付出努力人工修复的过渡区、可以自动修复的植被覆盖率增加区。根据王兆印教授的生态修复理论,黄土高原生态环境极其脆弱极易进入植被恶化区,远离自动修复区。因此黄土高原的生态修复及山川秀美计划是一个相当长期的工作。在未来一个很长的时期内黄河泥沙仍将源源不断、无控制地进入黄河。黄河小浪底水库的拦沙减淤年限有限,20年左右拦沙库容将淤满,黄河下游河道又将面临大幅度淤积抬高的被动局面。
规划的黄河干流骨干工程、小北干流放淤、黄土高原淤地坝建设,可以堆放大量的泥沙,为黄河下游减淤及两岸人民的生命安全提供保障。但是,当这些工程完成以后堆沙的场所将更加难以寻找。
因此黄河泥沙的综合开发利用在治理黄河中有可观的社会、经济、环境等效益。是我们这一代治黄工作者应该开展的工作。
5 黄河泥沙利用及开发方法
黄河泥沙的利用及开发方法可以是多种多样的。开发初期,由于黄河泥沙利用市场尚未成型,国家可以投入一定的补贴鼓励个人、集体、企、事业单位共同参与,让他们有利可图,愿意积极参与。当泥沙产业市场开发成型时,国家、企事业单位、个人和集体共同受益。
北沙南调,在小江调水的基础上继续延伸,让长江的水带着黄河的沙走进上海,淤沙造陆。或者在黄河滩地开挖新的主河槽,以机械将黄河泥沙运向各地。
进行有序的,又是自愿、自由的黄河泥沙利用开发。
鼓励,并大力开展跨学科的黄河泥沙应用技术研究。让黄河泥沙这一矿产资源能够在建筑、材料等领域得到充分的开发利用。
6 引水引沙对策研究
在黄河流域引水用水建设中,总是以多引水、少引沙为目的。引水闸位置选择在易引水避沙的地方,在结构设计中研究设计了各种各样的防沙设施。从黄河下游引水引沙统计资料看,引水含沙量小于河道含沙量。这使原本水沙比例失调的黄河水,水沙条件恶化,不利于黄河的治理。新疆大学的周著教授研制的分沙漏斗,可以将引水中所引泥沙的95%分选出来,重新送入黄河。这一技术已在黄河的支流北洛河、黄河小北干流得到应用,一两个分沙漏斗对黄河的影响可能不大,但是如果这项技术在黄河上下推广开来,将使黄河水沙条件更加不利。
向排污的工厂必须处理污水一样,为了黄河的利益,在引水用水的同时应同等引沙用沙,弃沙则须交纳泥沙的处理费用。泥沙和水一样同为自然资源,在收取水费的同时应同时收取沙费。应制定具有黄河特色的引水、引沙政策。并鼓励引水同等引沙,或多引沙。尽可能地避免水沙条件恶化。