黄河科学技术研究管理论文

120世纪黄河研究的进展

对黄河的研究由来已久：从汉代贾让的“治河三策”、王景的“河汴分流”，到明代潘季训的“束水攻沙”，他们从不同角度和不同的实践提出的治黄见解，使治黄思想不断发展，为黄河治理积累了十分宝贵的技术经验。

20世纪初，随着一批学者学成回国，为黄河研究带来了西方新思想和先进技术。以李仪祉、张含英等为代表的中国现代水利先驱，在探讨治黄途径中，首次引进国外水文测验技术、原型观测技术、模型试验技术等，加之大量的实地考察和中国的传统经验，提出治河应上中下游兼顾、下游应固定中水河槽并整治河口等思想，改变了几千年来单纯着眼于治理黄河下游的思想，推动了从经验治河向现代科学治河的转变。但由于时代背景的限制，这些治黄思想终未付诸实践。

对黄河问题的系统而深入的研究和实践始于新中国成立以后。

1.1对黄河的认识获得了质的飞跃

认识黄河是治理和开发黄河的基础。所谓认识黄河主要是指认识黄河的水沙运动规律，包括其产生、输移和演化趋势等。在过去的50年中，人类对黄河的认识突破主要反映在以下方面：

(1)摸清了黄河泥沙的来源、数量及其时空分布，弄清了决定水土流失程度的自然因素，弄清了不同粒径泥沙在黄河下游河道内的淤积分布。这个认识的突破对促进黄河泥沙“上拦”方略的形成、选定水土流失治理措施，对“利用水库减轻下游河道淤积”思路的形成和实践等都具有决定性的意义。

(2)摸清了黄河径流的来源、数量及其时空分布，弄清了产生黄河下游洪水的原因，洪水的来源、特点和演进规律。这个认识的突破对促进黄河洪水“上拦”方略的形成、确定防洪工程布局及其运用方式等具有决定性意义，同时也为实现黄河水资源优化配置奠定了基础。

(3)基本摸清了黄河水沙在下游河道中演进的规律，包括不同粒径泥沙在下游河道中的输移冲淤特点、不同水沙量和水沙比例的洪水在下游河道中演进的特点、影响泥沙输移的主要因素，这些成果为形成和实践利用水库调水调沙减轻淤积的方略、对形成和实践游荡性河道整治等奠定了坚实的理论基础。

(4)基本摸清了人类活动和气候变化对黄河水沙变化的影响，包括影响方式、影响程度及其发展趋势等，这些成果为指导今后治黄措施的修改和实施具有重要意义。

(5)结合三门峡水库和小浪底水库运用方式研究，不仅深化了对黄河泥沙运动规律的认识，发展了水沙运动的数学模拟和河工模型模拟技术，更重要的是基本上形成了一套具有国际先进水平的多沙河流水库调度运用的理论。

人们对黄河水沙运动规律认识的突破，主要得益于四个方面的支持：一是几十年来对黄河流域进行的几十次大规模实地科学考察，使科学研究可以建立在宝贵的第一手资料之上；二是西方水文观测技术的引进和大规模应用，使科学研究的资料更具广泛性和客观性；三是在科学研究中发展起来的水沙数学模拟和河工模型模拟技术，也为科学研究提供了更多的研究手段；四是边认识边实践的研究路线使科学研究的成果可以随时被检验和修正。

1.2治理黄河的技术获得了跨越式发展

历史上，黄河以“三年两决口、百年一改道”著称于世，所以“千年黄河，唯防洪一事”。过去的50年，人们在治理黄河中做出的最突出成绩莫过于“50年伏秋大汛未决口”，取得这一辉煌成绩除了依赖于国家治理资金的投入、历史治水经验的继承运用等因素外，更重要的是依赖于人们治理黄河技术水平的跨越式发展：

(1)在黄河治水史上首次提出并实践了“依靠干支流骨干水库和下游蓄滞洪区，拦减和疏导洪水”的防洪措施，并取得了极大的成功。而这种思路的形成主要得益于人们对黄河洪水规律认识的深化和国外防洪经验的引进。目前，随着水文测报技术的发展、计算机网格技术和3S技术的引入和大规模应用，更使黄河防洪跃上了现代化的轨道。

(2)黄河洪水灾害之症结在于泥沙。50年来，人们在充分认识黄河洪水泥沙特性的基础上，提出了减少黄河下游河道泥沙淤积的综合措施，包括上中游水土保持拦减入黄泥沙，中游骨干水库拦截泥沙、调节出库水沙比例使之有利于下游减淤等，这是治河思路的飞跃和创举。同时，在科学研究的指导下，水土流失治理措施的选择和配置更加科学合理、多沙河流水库减淤调度技术基本形成。20世纪末，挖河疏浚、引水冲刷等减淤技术也被相继列入河道减淤措施的试验研究计划中。

(3)下游河道治理和堤防建设是历代治黄的首要任务。进入新时代，科学技术的发展给河道治理和堤防加固都注入了更新的内容：形成于20世纪初的“整治中水河槽”概念终于在近几十年得到实践，并在实践中发展成为一套独具特色的游荡性河道整治技术体系；实践中探索出的淤筑相对地下河技术近年正在迅速改变着传统堤防的结构型式；传统的柳埽结构丁坝已经变成土石结构，而土石结构的丁坝又在近十几年得到不断创新：由于新材料的出现及应用，上百座新型结构丁坝正在悄然改变着历史；传统的抢险技术虽然还在沿用，但机械化程度更强、效果更突出的新型抢险机具的出现，已经给传统的抢险技术注入了新的活力。

1.3开发和利用黄河水资源的思路逐渐形成和深化

虽然自12世纪以后，黄河流域逐渐向干旱方向发展、旱灾频频发生，但新中国成立之前，黄河水资源的开发利用除个别河段外仍处于较原始水平。新中国成立后，特别是改革开放以来，随着区域社会经济的快速发展，水资源供需矛盾日趋尖锐，促使“黄河水资源合理配置”课题列入了黄河研究的框架，并取得了一些具有历史意义的突破：

(1)作为当前黄河水量配置的原则性文件——“黄河可供水量分配方案”是20世纪80年代中期以前黄河水资源研究成果的集中反映，而形成这一文件的基础是人们对黄河降雨径流特点及其时空分布、相关区域社会经济发展对水的需求、黄河下游河道输沙能力等一系列科学课题的研究结晶。

(2)通过对黄河水的自然属性和社会属性、造成下游河道断流的原因、流域社会经济发展状况及其趋势等问题的分析，提出了要解决黄河水资源的供需矛盾，必须对全河水量实行统一管理和调度，同时开源节流保护并举，并以节流为主。这一认识是20世纪末黄河干流水量最终能够实现统一管理和调度、下游断流问题能够得以解决的基础。

(3)水的生态属性逐渐被人们关注，流域生态环境需水量、满足河流最小水质目标的纳污能力等概念正在被接受，并初步形成了兼顾人类社会经济发展和生存质量的流域水资源配置和保护的概念。

(4)认识到流域水系统是一个复杂的、整体的、相互关联的系统。流域水开发中在某一方面的受益可能都伴随着另一方面利益的损失。

250年治黄实践的思考和启示

2.1关于黄河防洪的思考

50多年的奋斗使黄河洪水基本得到了控制，但由于洪水的病根——泥沙问题并未得到根本解决，所以黄河的防洪减灾问题仍是21世纪初黄河水问题之一。进入21世纪初，区域社会经济发展对黄河的防洪安全提出了更高的要求，因此，我们有必要对20世纪治黄实践中总结出来的防洪减淤方略、防洪组织模式和防洪技术在新世纪的适用性、应用条件、应用前景和发展方向等问题进行深入思考。

(1)到20世纪末，我们确立了“拦、调、排、放、挖，综合处理泥沙”的黄河减淤方略，并在努力实践着这个方略。现在应进一步考虑的问题是：其一，作为解决泥沙问题的根本措施，依靠水土保持现有措施到底能把泥沙拦截到什么程度?水土流失要治理到什么程度才算理想状态?治理到理想状态需要多长时间?治理水土流失有没有更快捷的模式?其二，随着水沙条件、社会经济发展等运行条件的改变，作为实施“拦、调、排”泥沙的主要工具，小浪底和三门峡水库到底能在多大程度、多长时间内使下游河道不发生淤积抬高?怎么样运用才能达到理想目标?其三，下游两岸“放”沙的余地还有多大?“挖”沙能解决多少问题?其四，即使综合运用“拦、调、排、放、挖”手段，30年或50年后的黄河下游淤积发展势头能否得到控制?要实现“下游河道不抬高”的目标，还有没有其他更好的办法?签于小浪底水库难以彻底解决山东河段的淤积问题，随着南水北调东线的实施，能不能利用东平湖增加黄河山东河段的下泄水量以减缓该河段的淤积?

(2)到目前为止，黄河的防洪仍然主要依靠技术手段，包括工程技术手段和非工程技术手段。实际上，根据国外发达国家的经验，单纯依靠技术手段难以把洪灾降低到最低程度，仅靠有限的空间去防超标准的洪水是困难的，依靠工程技术措施完全消除洪灾既不现实，也无必要。因此，为降低某些稀有频率洪水造成的灾害，引入了滞洪区、洪水保险和灾后重建等机制。黄河虽然也开辟了滞洪区，但在实际操作中并未建立一套可操作的防洪管理机制，洪水保险等仅仅处于概念和探讨阶段。

(3)现行的黄河下游河道整治工程布置方案形成于20世纪70年代，经过二十多年的建设，现已大部分布设实施完毕，并在归顺河势、限制游荡中发挥了关键作用。进入21世纪初，随着小浪底水库的投运，以及黄土高原大规模生态环境建设的逐步见效，进入黄河下游的水沙条件将发生重大变化，那么，现有整治工程布局能否适应新形势的要求已经成为亟待考虑的问题。

(4)下游大堤以内均是黄河的正常行洪区，这是以往黄河防洪的基本思路，在这个思路的指导下，滩区180万人口和370万亩耕地每年都面临洪水的威胁，群众无法安居乐业；北金堤等是规划的黄河滞洪区，区域内的经济发展受到限制。这种状况是由于当时的客观条件所决定的。然而当时间的脚步迈进新世纪，小浪底水库已经投入运用，用人们对发展经济的渴求越来越强，有关滩区及滞洪区的有关政策是否也可以在科学研究论证的基本上做些调整?防洪标准的提高，必将付出更高的社会和经济的成本，人们似乎应该在防洪标准和防洪成本之间做出较为合理的选择。

实际上，洪水本是一种自然现象，是自然水在特殊时期的特殊反映，因为洪水泛滥区域内有了人类社会，防御洪水才被赋予了实际的意义。因此，防御洪水的真正目的是“减灾”，所以指出要建立和完善黄河防洪安全保障体系。从“减灾”这个角度讲，防洪安全保障体系应该包括两大部分：一是用于调控制约洪水的工程技术措施，包括水库、河道、堤防、水保工程、蓄滞洪区等工程体系，以及用于支持该工程体系有效运行的洪水预报预警系统、洪水调度系统、人防队伍等，这些条件是我们已经基本具备的。二是用于调整规范区域内社会经济发展以适应洪水规律、减轻洪灾损失的防洪管理措施，包括防洪风险管理体系、防洪保险、蓄滞洪区管理与赔偿、洪灾损失评估体系等。这些是我们至今仍未建立的。可见，现有的黄河防洪减灾体系仍然是一个不完整的体系。

2.2关于黄河水资源的思考

黄河水资源的开发利用极大地促进了相关区域内社会经济的发展，但同时也是由于水资源的大量开发，使黄河水资源供需的矛盾日益突出、生态环境日益恶化。目前，黄河水资源的开采度(含地下水)已达60%，而国际公认的流域水资源合理开采度是40%；据2000年黄河水质评价结果，全年劣于Ⅲ类水质的Ⅳ、Ⅴ和超Ⅴ类水质的河长为4440km，占评价总河长的61.3%，远超过全国平均水污染水平(47%)。21世纪初，小浪底水库投入运用后，下游防洪能力又将进一步提高，但水资源的供需形势将随着社会经济的发展将更加严峻，黄河水资源的可持续利用问题已经成为21世纪初黄河最大的水问题。因此，在进入21世纪初之时，我们有必要客观审视20世纪人们在黄河水资源开发利用的实践中积累的经验和教训，在充分吸取国内外在水资源开发利用领域中取得成就的基础上，探讨实现黄河流域水资源可持续利用、保障黄河流域及相关区域内人口资源和环境协调发展的途径。

(1)20世纪末的水危机终于促成了黄河水的统一调度和管理，但当我们开始按照20世纪80年代中期拟定的分水方案进行操作时却常常陷入尴尬：当年的分水方案分的是全流域的水，即黄河多年平均天然径流量，但我们实际能调度的只能是干流。由此引发的问题是：在支流取水算不算参与分水?当年的分水方案分的是地表水，那么在河流外抽取了地下水和拦截雨水，会不会影响地表可供水?实际上，自然界的水系统是一个有机联系的整体，在“降雨—径流—入渗—蒸发—降雨”这个水循环中，人类无论触动其任一个环节，都将影响到其他环节。可见，我们对黄河水的统一管理范畴不仅包括径流，还应该包括雨水和地下水。但遗憾的是，由于我们目前对黄河水的自然循环系统，包括三水转化关系、发展演变趋势等仍缺乏系统的研究，所以真正意义上的统一水管理很难实现。此外，如何及时掌握各有关省区的实际引耗水量和未来月旬内的实际缺水量、如何及时掌握未来降雨量等，也是制约黄河水量调度方案得以科学有效实施的关键因素。

(2)进入21世纪初，人们对水的属性和功能已经有了更深的认识：即水不仅要为工农业生产和人类基本生活服务，还要为人类的生存环境服务。实际上，为生存环境服务本是水在远古时期的唯一功能。但由于人类的生存需要，如今不得不牺牲掉一部分生态和环境用水。但当沙尘暴频频向我们进攻、当母亲河频频亮出河底，我们不得不沉思：是否该给生态和环境留点水?为维持人类生存的最低限生态和环境需要多少水?怎样才能实现人类、自然、资源的协调共处?

(3)在黄河水资源高度紧缺的今天，在人们寻求水资源的“开源”途径时，除了跨流域调水外，不能不把目光投向洪水。曾几何时，人们修建水库的目的之一就是要把汛期多余的水调节到非汛期使用，然而一旦水库具有防洪功能，防洪即变为其首要功能，其他功能只能是兼顾一下，于是汛前必须把库水位降低到汛限水位以下；洪水季节，人们往往忘却了非汛期缺水的煎熬，恨不得一瞬间就把洪水排泄入海。这种方式如果发生在水资源丰沛的南方，当然无可非议，但在水资源日益紧缺的北方，我们有没有可能换个思路?实际上，洪水不仅是资源，而且是上帝恩赐我们的宝贵资源。而要使洪水真正成为资源，必须对传统意义上的汛期、汛限水位和防洪库容做一个深入而客观的分析，为不同时段、不同频率的洪水设定一个既保证防洪安全又兼顾蓄水的汛限水位和防洪库容。

(4)随着南水北调的脚步越来越近，原来的“黄河可供水量分配方案”就要失去其应用前提。那么，当客水接替了原黄河水的部分服务对象后，黄河水的再分配问题将成为21世纪初黄河水管理的重要课题。进入21世纪初，由于人们生态意识和市场意识的增强，水在其再分配过程中最引人注目将是两大问题：一是生态及环境需水量，二是水权水市场。因此，对这两个问题的研究，不但非常必要，而且应当早日进行。

2.321世纪的黄河呼唤高新技术的介入

20世纪，由于洪水是黄河的头号水问题，因此人们管理黄河主要着眼于洪水，从而促成了黄河洪水监测和控制过程现代化的实现。21世纪初，人们对黄河的水管理将扩展到更广义的水——水系统。要实现对黄河水系统的现代化管理，建设“数字黄河”是基础。

应该说“数字黄河”是一种境界，是一个综合性的叫法，也是逐步渐近的目标。

可以这样理解，“数字黄河”指的是对黄河及其治理开发相关的各种可数字化信息的总和，是对真实黄河及其相关现象的统一性的数字化重现和认识，其核心有二点：一是用数字化手段统一地处理黄河水问题，另一点是允许人们最大限度地利用信息资源。“数字黄河”将主要由空间数据、文本数据、操作平台、应用模型组成。这些数据不仅包括全流域的水文、气象、水质、河道、工程等信息，还应包括流域的多光谱、多时相、高分辨率的遥感卫星影像、航空影像、不同比例尺的各种数字专题图，流域及相关区域内必要的社会经济数据等。操作平台是一种开放、分布式的基于INTERNET这样的网络环境的各类数据更新、查询、处理、分析的软件系统。应用模型包括水文预报、水质预警预报、水土流失预报、水量调度、防洪调度等方面的应用模型。

实际上，20世纪末，我们已经在有意无意地建设着数字黄河，譬如为防洪服务的水文数据库及预报系统、防洪调度指挥系统，用于模拟黄河水沙运行规律和轨迹的一系列数学模型等，但限于当时考虑问题的出发点和当时科技发展水平的限制，现有的系统尚未形成数字黄河的框架，也不能满足黄河水资源统一管理和防洪安全的需要。

首先，水及其相关信息的采集将需要水文水质自动测验技术、遥感技术、水下地形自动测验技术等技术的支持。其次，要对整个黄河流域的数据加工处理，并通过虚拟现实技术将其形象地表现出来，没有巨大的计算能力是实现不了的，量子计算机的出现将更加促进计算速度的提高。第三，要把数字黄河所有数据存储起来，需要强大容量的存储器，如今激光全息存储器、蛋白质存储器等方面已获得巨大进展，不久就能存储字节级这样大量数据。第四，因为数字黄河的数据分散在许多个数据库里，因此需要有高速网络把各个点连接起来。第五，即使是主要依赖传统黄河研究成果的应用模型也同样需要高新技术的支持：20世纪末，通过对黄河水沙运动规律的探索，我们已经在黄河的降雨、径流、洪水和泥沙演进、水土流失等方面建立了一系列数学模型，这些数学模型实际上就是黄河水沙运动规律的数学表达，我们把这些数学表达应用于水资源预报和调度就是构筑数字黄河的应用模型。不过，模型的应用水平既受限于人们对黄河自然规律的认识水平，还受到计算机发展水平的限制。

21世纪初高新技术对黄河的介入不仅反映在“数字黄河”的建设中，还应反映在黄河治理及开发工作的其他领域：延续了几十年的土石结构丁坝虽在20世纪末做了许多改进，但终未摆脱易出险的局面；用于抽吸泥浆的泥浆泵抗磨蚀能力虽然在逐渐提高，但终未获得实质性进展。21世纪初，新材料技术的发展必将为这些问题的解决带来曙光。

321世纪初黄河研究的任务

认识黄河水沙运动规律、提出调控黄河水沙的措施，是黄河研究的永恒主题，但在不同历史时期，研究的出发点和侧重点有所不同。20世纪，黄河研究的出发点主要是防洪和减淤，因此研究的科学问题主要是泥沙和洪水的特性，研究的技术问题主要是防洪减淤的措施。

21世纪初，如何实现黄河流域及其相关区域人口、水资源和环境的协调发展成为时代的主题，因此黄河的科学问题将更加关注水循环和水环境，在技术上更关注水资源的优化配置问题和控制下游河库淤积的措施。

3.1以实现黄河水资源可持续利用为目标的科研课题

实现黄河水资源可持续利用体现在三个方面：一是指流域水管理和配置是对包括流域内的降雨、地表水和地下水等完全意义上的水系统的管理和水配置；二是指流域水配置必须考虑维持人类生存的生态和环境需水；三是指流域及其相关区域经济结构的配置必须与水资源的承载能力相适应。因此，21世纪初应进行以下课题的研究：

3.1.1黄河流域水资源循环规律研究

要实现对黄河广义水资源的优化配置，首先要摸清黄河水系统的运动规律。由于在认识上的差距、科研资金投入不足和时代背景限制等因素，以往这方面的研究或不够深入，或仅偏重地表水的产水用水统计。21世纪初，应通过深入细致的典型调研和观测试验，研究黄河重点产流区产汇流规律及其变化趋势、黄河流域典型支流水循环机理研究、黄河流域重点灌区区域水平衡机制及耗水量、黄河流域地下水存量及其变化趋势，以弄清流域下垫面变化对黄河水资源量的影响，弄清黄河流域的产水用水特点和流域水循环规律，摸清黄河水家底，合理评价和配置黄河水资源。

3.1.2黄河流域生态和环境需水量研究

生态环境需水问题是20世纪90年代以后逐渐被世界各国重视的新课题，但生态及环境需水量的概念和计算方法仍没有定式。黄河流域是中国生态环境非常脆弱的地区之一，为维持和改善流域的生态环境，需要对黄河流域生态环境用水特点及用水量计算方法、黄土高原地区水土保持生态建设与水资源的适应性、黄河重点河段生态环境需水量等重大课题进行研究，为流域水的合理配置和可持续利用提供支持。

3.1.3黄河水量调度管理系统关键技术研究

利用水库调度全河水量是实现黄河水资源优化配置的一个关键环节。为配合黄河水量调度管理系统的建设和运行，应抓紧开展以下课题的研究；黄河中长期降雨及径流预报关键技术、提高黄河小流量测验精度的关键技术、黄河水量水质快速监测关键技术、黄河干流小流量演进模型、黄河干流水质污染预警预报技术、黄河水量调度模型开发等。

3.1.4黄河水资源保护关键问题研究

目前，黄河的水污染已经成为黄河的水灾害之一，控制和治理流域水污染刻不容缓。为此，要在深入分析黄河干流重点河段水污染趋势及满足水质目标的最大纳污能力、黄河干流重点河段主要污染物扩散规律及河流自净能力等问题的基础上，研究提出黄河流域的水功能区划分、流域内各省区最大容许入黄排污量，为实现黄河水资源的可持续利用提供技术支撑。

3.1.5实施南水北调工程的部分关键技术问题研究

涉及的科技问题有两个层次。一是西线南水北调重大技术问题研究，包括南水北调西线工程对黄河流域水资源和生态环境的影响分析，南水北调西线工程关键技术包括深埋长隧洞衬砌型式和施工技术、隧洞穿越活断层的结构型式、高坝抗震稳定性等问题研究。二是要研究南水北调工程生效后黄河可供水量优化配置方案。要通过分析未来不同水平年黄河现供水区水资源需求状况、南水北调三条线路分别对黄河现供水区的可能补水量和对缓解黄河水资源紧缺的作用，提出工程生效后黄河可供水量的再分配方案，包括分配范围和数量，为国家决策提供科学依据。

3.1.6引黄灌溉节水技术配置及节水潜力研究

节水是当前缓解黄河水资源紧缺的关键措施，因此关于节水技术的研究一直是我国水利科研工作的重点之一。21世纪，节水研究不仅要关注技术本身，更要关注不同技术在不同地域的适应性和当地社会的接受能力，从而提出因地制宜且利于推广的节水技术配置模式。

要通过对几个重点引黄灌区引水、耗水、作物结构和耕作制度、灌溉设施、社会经济条件等情况的调查，分析其用水中存在的问题，比较现有的水高效利用技术在当地适用的可能和效益，提出适宜的农业高效用水技术配置模式，进而提出引黄灌区实施高效节水农业战略后的节水潜力。

3.1.7黄河洪水资源化关键问题研究

为使黄河的洪水资源化，需要在以下方面进行研究：一要根据历史资料，分析黄河中游不同来源区的洪水在不同时期的量级表现和出现频率；二要分析中游各骨干水库对不同来源区和不同频率的洪水应该具有的拦调作用、人们对中游暴雨洪水预报的时效，进而提出汛期不同时段中各骨干水库兼顾防洪和蓄水的汛限水位；三是要对调整汛限水位后确保防洪安全的风险进行分析，并提出配套措施，四是提出兼顾防洪和蓄水的水库汛期调度原则。

3.1.8实现黄河水资源可持续利用的社会经济问题研究

应开展研究的问题包括：黄河水统一管理的体制和运作机制、与流域水资源承载能力相适应的区域经济结构模式、黄河水权及水市场等。

3.2以保障黄河防洪安全为目标的研究课题

黄河防洪之关键在减淤，因此21世纪初黄河防洪减灾科学研究的目标之一就是要实现黄河下游河床不抬高，为此，应以“小浪底水库运用”为切入点，重点抓好以下研究：

3.2.1小浪底水库防洪减淤运用方式研究

小浪底水库防洪减淤运用对控制黄河下游淤积抬高、提高防洪能力具有至关重要的意义。“十五”期间，要在其初期运用方式的研究基础上，通过原型观测资料分析、动床模型试验和泥沙数学模型计算等手段，重点研究：小浪底水库运用后下游河道的再造床过程及排洪输沙能力变化、不同水沙组合条件下黄河下游的冲淤预测、小浪底水库库区冲淤演变规律、小浪底水库不同时期减淤运用的方式和减淤效果、小浪底水库运用后黄河下游河道整治工程对策、三小陆故四库联合运用方式等。

3.2.2小浪底水库运用后三门峡水库运用方式研究

三门峡水库自1973年采用“蓄清排浑”运用方式后至1986年，抑制了淤积末端上延，基本控制了潼关高程的不断抬高。1986年后，由于其上游降雨偏少、用水增加和龙刘水库调节径流的影响，使原已缓解的矛盾又有所加剧，表现为：潼关高程居高不下、渭河下游淤积加重、库区河道变形剧烈等。因此，当前应充分考虑小浪底水库运用后三门峡水库承担的防洪减淤任务将有所减轻的有利因素，分析小浪底水库运用后三门峡水库的应承担和可承担的防洪减淤任务，提出兼顾潼关高程和下游防洪减淤和发电需要的水库运用方式。

3.2.3黄土高原多沙粗沙区生态环境建设的若干科学问题研究

水土保持是解决黄河下游泥沙问题根本措施，因此研究水土流失治理措施仍然是21世纪初的重要任务。鉴于目前的研究水平，今后应该通过现场观测和模型试验等措施，重点研究以下课题：多沙粗沙区水土流失规律及水土保持措施蓄水拦沙作用机理、多沙粗沙区典型林草措施的耗水规律、多沙粗沙区生态环境特征及演变趋势、水土保持生态环境建设对黄河水资源和泥沙影响评价方法研究、黄土高原水土保持生态效益监测和评价指标体系研究等。

3.2.4黄土高原多沙粗沙区水土保持生态环境建设的关键技术研究

包括多沙粗沙区沟道坝系相对稳定关键技术研究、沟道工程加固配套及可持续利用技术研究、多沙粗沙区生态功能区划分及不同区域的适地林草品种选择、兼顾水资源高效利用的多沙粗沙区水土保持生态环境建设的关键措施及配置模式研究等。

3.2.5黄河下游窄河段及河口段冲淤演变发展趋势及减淤措施研究

小浪底水库投入运用虽然对整个下游河道具有很大的减淤作用，但从目前的研究成果来看，对艾山以下窄河段和河口河段的减淤作用仍不容乐观。21世纪初，要在认真研究小浪底水库运用后下游窄河段和河口段冲淤发展趋势的基础上，研究南水北调东线工程实施后，利用东平湖水库增加艾山以下河道的清水下泻量从而达到河道减淤所需要的水量，并与其他减淤措施进行经济比较，以论证该方案的可行性；要研究提出解决拦门沙问题的技术措施，继续探讨引用海水冲刷黄河下游河槽或挖河疏浚解决河口淤积的技术可行性。

3.2.621世纪初黄河下游河道淤积发展趋势预测及减淤方略研究

拦、排、放、调、挖，综合处理和利用泥沙，是五十多年治黄实践的总结。小浪底水库运用后，下游防洪减淤工程体系已经基本构成，因此，当前需要深入研究“拦、排、放、调、挖”等减淤措施的实际减淤能力和发展趋势，为今后防洪减淤方略的调整完善提供指导意见。研究应以“下游河床不抬高”的目标，对人类活动和气候变化共同作用下的黄土高原生态环境演变趋势、黄土高原大规模水土保持生态建设的拦沙作用及发展趋势、小浪底等中游骨干水库拦沙调沙对下游的减淤作用及发展趋势、引黄放淤及淤筑相对地下河工程可处理泥沙的潜力、黄河下游防洪减淤工程体系的合理运用方式及其效果预测等问题进行深入分析，提出实现下游河床不抬高的措施。

为确保堤防不决口，除了加强对减缓黄河下游河道淤积的措施研究外，还要加强对河道整治工程、堤防工程和洪水测报技术的研究：

(1)新形势下黄河下游河道整治工程的适应性及其完善措施研究

研究内容包括：小浪底水库运用后黄河下游河道断面形态调整及发展趋势研究；黄河下游现有的河道整治工程对河势的调整作用分析；小浪底水库运用后黄河下游现有河道整治工程对小流量的适应性研究；小浪底水库运用后黄河下游宽河道整治方向研究，包括整治流量、整治河宽和整治工程布局等。

(2)黄河下游现状堤防的安全度分析

黄河下游现状堤防仍存在着较多险点隐患，因此应在调研、分析下游堤防工程隐患分布及成因的基础上，确定黄河下游现状堤防安全度评价方法，进而对黄河大堤重点堤段进行安全评价并提出适宜的加固措施。研究内容包括：黄河下游堤防工程隐患分布及成因分析；黄河下游堤防安全度评价方法及下游典型堤段安全度评价；提高黄河下游堤防安全度的关键措施研究。

(3)堤防工程新结构及其防护技术研究

要以不出险或少出险、抗老化、造价低为目标，在20世纪80年代以来的研究基础上，继续探讨黄河堤防工程的新型结构，包括材料、结构、施工工艺、管护技术等，研究比较丁坝与护岸两种整治工程的扰流作用、冲刷坑的形成与发展以及工程抢险条件，根据小浪底水库运用后不同河段的河势和流路规划，结合丁坝与护岸对河势的调整作用，合理确定小浪底水库运用后黄河下游不同河段河道整治工程的结构型式。要继续开发堤防隐患探测的新技术。

(4)黄河水沙监测技术升级

近年，黄河流域的水沙测验虽然在测验设施方面做了较大的改善，但测验技术仍十分落后，并成为制约延长洪水预见期和建设数字黄河的瓶颈。21世纪初，一方面要大力引进国内外先进的水沙测验技术，另一方面要结合黄河的水沙特点，研制开发新型测验仪器。

科学合理的防洪管理政策是黄河防洪减灾保障体系的重要组成部分，也是20世纪黄河研究的薄弱环节。进入21世纪，为达到防洪减灾的目的，应该开展以下研究：

①通过研究人类活动对小花间暴雨洪水的影响，客观认识小浪底水库投入运用后21世纪初黄河下游防洪形势，以此为基础，研究北金堤、东平湖和南北展工程的运用几率，并提出其科学合理管理方式，以在促进地区经济发展的同时，确保黄河防洪安全；研究黄河下游重点河段生产堤对不同量级洪水和泥沙演进的影响、减少中小洪水灾害损失的措施，并针对滩区社会经济发展面临的困难，提出适应当前社会经济发展的滩区防洪管理政策。

②为建立健全黄河防洪管理体系，还需要尽快在防洪风险管理的理论和体制、洪灾风险分析及风险区划、防洪保险的理论和实施方案、洪灾损失评估理论和方法、蓄滞洪区预警系统建设、蓄滞洪区的管理和赔偿政策等方面进行研究并提供技术支持。

3.3关于建设面向21世纪初的数字黄河的有关科技问题

建设数字黄河需要科学技术提供的支持是多方面的：

在水沙、地理、社经等信息的获取方面，由于需要采集的信息将包括降雨、径流、洪水、泥沙、水质、地下水、土壤水、引退水、地形地貌、人口、社经等诸多方面，因此科学技术的支持也反映在多方面：一是监测网络的设计，包括监测站网布设、监测参数选择等；二是自动化的监测设施配置，包括水文水质自动监测仪器、水文水质移动监测仪器、水土流失遥感测网络配置、降雨监测设施、大地测量新技术等，这些需要通过引进国际先进技术来解决；三是监测信息的提取技术，如卫星遥感信息、航空遥感信息、卫星云图信息等，这些不仅需要引进国际先进技术，更需要自主研究和开发，如遥感信息最下图斑的提取方法等；四是海量信息的储存技术和信息再现技术，即通过虚拟现实技术将数据形象地表现出来。

因为数字黄河的数据分散在许多个机构的数据库里，因此当某处要利用它时，要能从四面八方把有关数据迅速调来。这就需要有高速网络把各个点连接起来。当前飞速发展的网络技术是解决这个问题的基础。

应用模型是构成数字黄河的重要部件，离开了应用模型的支持，数字黄河仍难以为黄河水沙的管理和调控提供优质的服务。这些模型的建立不仅需要黄河水沙规律研究成果的支持，也需要计算机技术、神经网络、虚拟现实、图像自动解译、多源数据融合技术等多种高新技术的支持。根据21世纪初数字黄河的服务对象，需要开发的应用模型将包括：

1.黄河上中游中长期降雨及径流预报模型

2.黄河小花间暴雨及洪水预报模型

3.黄河防洪调度模型

4.黄河水量调度模型

5.黄河中下游河道水沙演进仿真模型

6.黄土高原水土流失预测预报模型

为建立和完善以上模型，需要对以下关键技术进行深入研究：

1.受人类活动影响的黄河中游重点支流产汇流规律变化规律

2.多源降雨信息的同化技术

3.黄河水体中污染物迁移和扩散规律的数学模拟

4.黄土高原水土流失的数学模拟技术

5.黄河下游河道水沙运动的数学模拟技术

6.黄河入海口区域的水沙运动的数学模拟技术

7.数学模型与GIS的结合技术

可见建设数字黄河一靠高新技术的引进和应用，二靠黄河水沙规律认识的进一步突破。

总之，21世纪的人们将在黄河流域的三水循环规律及其演变趋势、水沙在河道中的冲淤演变规律、生态与环境演变及其需水配置等方面取得突破，从而使人类对黄河水沙运动规律的认识更加充分；21世纪初的人们将更充分理解黄河水沙系统运动规律的基础上，提出黄河水资源得以优化配置、下游河床不再抬高、流域生态环境不再继续恶化的更有效措施，以促进区域内人口、资源和环境的协调发展；21世纪，高速发展的高新技术将为黄河水沙调控系统插上现代化的翅膀，实现传统治黄向现代治黄的转变。