■需要解决的泥沙问题,简单来讲包括流域产沙、河道输沙和河口沉积。
■随着人类与自然环境协调发展理念的不断深入,泥沙学科也面临新的挑战。
■在今后的泥沙研究中除了继续将传统研究领域作为重点方向外,更要注意与其他学科的融合,开创泥沙研究的新领域。
现代水利周刊:目前,我国需要解决的泥沙问题有哪些?
匡尚富:我国河流众多,江河治理历来是中华民族安民兴邦的大事。在国际上,20世纪90年代以来,全球关注的环境问题和可持续发展战略以及我国新的治水思路,对江河治理的研究提出了新的要求,江河治理不可避免地变成了与社会、经济、生态与环境密切联系的综合问题,成为区域可持续发展中的一个极为重要的因子。与生态、环境协调发展的江河治理技术,人类活动影响下的大江大河的河床演变规律,长江三峡和黄河小浪底等大型水利工程修建后下游河道已有整治工程的适应性及今后的整治措施,标准化、商业化和可视化河道演变数学模型,江河治理工程的信息管理系统等都将是未来泥沙学科需要研究和解决的问题。从泥沙研究的对象和范围来看,需要解决的泥沙问题,简单来讲包括流域产沙、河道输沙和河口沉积。
流域产沙问题。我国是世界上水土流失最严重的国家之一,全国各类水土流失面积达367万平方公里,占全国总土地面积的38.2%。大量的泥沙进入河道发生淤积,导致河床抬高,河道行洪能力下降,洪水位上升,水库湖泊库容大幅度降低,造成极为严重的防洪问题。
河道输沙问题。大型水利水电工程的修建,促进和保障了经济社会的发展,但同时也改变了自然状态下河流的水沙过程,容易引起水库泥沙淤积上延,库尾洪水位抬高,下游河道重新塑造,河势变化,护岸工程失稳,取排水工程脱流等问题。
河口沉积问题。我国大江大河的河口是经济发达的重要地区。然而,河道上中游的大型水库群的建设和运用,使入海泥沙大幅度减少,可能导致河口三角洲蚀退,限制了河口城市的发展空间,咸水入侵上溯,可能引起淡水资源紧张,阻碍河口城市的社会经济发展。而河口城市的涉水工程和减灾防灾,就与河口水沙运动及河床演变密切相关。
要解决好上述问题,必须从法律层面、政策层面、标准规范层面、理论层面和技术层面开展大量系统的研究工作。
现代水利周刊:我国解决泥沙问题的现状如何?科学研究的总体状况怎样?研究中面临哪些困难?
匡尚富:我国在解决泥沙问题方面一直处于国际先进行列。古代的都江堰工程在设计与布置中都巧妙地利用了水流泥沙运动特性,完全符合现代河流动力学和泥沙运动力学原理。
新中国成立以来,经过几十年的发展和学科建设,我国在泥沙学科的多个研究方向居于国际领先水平,在江河治理技术方面也处于国际先进水平,为我国社会经济建设,尤其是大江大河治理和水利水电建设作出了重要贡献。
在水土保持与生态、环境建设方面:对流域土壤侵蚀、搬运和沉积过程中的动力学机制、水保措施减水减沙力学机理、水保措施对河流系统演化影响等问题进行了研究,建立了水土保持减沙效益计算方法。在治理措施方面,从单一治理、局部治理,发展到以小流域为单元的综合治理体系,取得了较丰富的经验。目前我国正在实施西部大开发战略,对水土保持和生态、环境建设提出了更高要求,必将促进我国水土保持科研的迅猛发展。
在泥沙运动基本理论研究方面:建立了非均匀悬移质不平衡输沙理论,完善了泥沙运动统计理论体系,给出了天然河流高低含沙量统一的水流输沙能力公式,研究了低输沙率的理论模式、微冲微淤条件下挟沙能力级配及有效床沙级配、非均匀沙挟沙能力、非均匀沙扩散方程及边界条件、恢复饱和系数、推移质交换及输沙等。高含沙水流作为我国黄河干支流上特有的一种运动现象,对其运动规律的研究取得突破性进展,通过对其运动规律的认识来指导高含沙河流与水库的治理,这在黄河上取得了很好的效果。
在河床演变与江河治理方面、在水库淤积规律研究方面取得了系统研究成果。我国在工程泥沙的控制与处理方面也积累了丰富经验,总体达到了国际领先的水平。在河流模拟理论及技术方面,数学模型和实体模型的应用已经解决了长江三峡和黄河小浪底等大量的工程泥沙问题。
尽管从总体上讲,我国泥沙研究处于国际先进行列,但是随着人类与自然环境协调发展理念的不断深入,泥沙学科也面临新的挑战。传统意义上的泥沙学科较窄,仅包括泥沙运动力学、河床演变学、工程泥沙、航道与港口治理、水土流失与治理、高含沙水流与泥石流等内容,而与地貌学、地理学以及生态与环境学融合较少。因此,在今后的泥沙研究中除了继续将传统研究领域作为重点方向外,更要注意与其他学科的融合,开创泥沙研究的新领域。
包括与生态、环境学科相交叉,研究泥沙运动和河床演变对生物栖息地的影响,泥沙运动过程伴随的污染物的迁移转化及其对生态、环境的影响,利用泥沙基本理论模拟湿地发育、演化过程等,形成生态、环境泥沙研究的几个领域。
探讨与地貌学交叉,形成动力地貌学的若干领域;与沉积学相交叉,研究盆地沉积动特性学;与海洋动力学相交叉,研究在海流、潮汐与波浪作用下的泥沙运动规律。
在流域管理方面,流域的土壤侵蚀、水库和河道及河口的泥沙淤积作为自然生态系统的一部分,已不仅是单纯的泥沙工程技术问题,还必须考虑流域开发与生态、环境和社会经济的协调发展,是一个涉及学科研究、技术水平、经济条件、政策法规、公众参与、兼顾流域上下游协调发展的综合管理问题。
(摘自07年10月18日中国水利报)