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120世紀黃河研究的進展

對黃河的研究由來已久：從漢代賈讓的“治河三策”、王景的“河汴分流”，到明代潘季訓的“束水攻沙”，他們從不同角度和不同的實踐提出的治黃見解，使治黃思想不斷發展，為黃河治理積累了十分寶貴的技術經驗。

20世紀初，隨著一批學者學成回國，為黃河研究帶來了西方新思想和先進技術。以李儀祉、張含英等為代表的中國現代水利先驅，在探討治黃途徑中，首次引進國外水文測驗技術、原型觀測技術、模型試驗技術等，加之大量的實地考察和中國的傳統經驗，提出治河應上中下游兼顧、下游應固定中水河槽并整治河口等思想，改變了幾千年來單純著眼于治理黃河下游的思想，推動了從經驗治河向現代科學治河的轉變。但由于時代背景的限制，這些治黃思想終未付諸實踐。

對黃河問題的系統而深入的研究和實踐始于新中國成立以后。

1.1對黃河的認識獲得了質的飛躍

認識黃河是治理和開發黃河的基礎。所謂認識黃河主要是指認識黃河的水沙運動規律，包括其產生、輸移和演化趨勢等。在過去的50年中，人類對黃河的認識突破主要反映在以下方面：

(1)摸清了黃河泥沙的來源、數量及其時空分布，弄清了決定水土流失程度的自然因素，弄清了不同粒徑泥沙在黃河下游河道內的淤積分布。這個認識的突破對促進黃河泥沙“上攔”方略的形成、選定水土流失治理措施，對“利用水庫減輕下游河道淤積”思路的形成和實踐等都具有決定性的意義。

(2)摸清了黃河徑流的來源、數量及其時空分布，弄清了產生黃河下游洪水的原因，洪水的來源、特點和演進規律。這個認識的突破對促進黃河洪水“上攔”方略的形成、確定防洪工程布局及其運用方式等具有決定性意義，同時也為實現黃河水資源優化配置奠定了基礎。

(3)基本摸清了黃河水沙在下游河道中演進的規律，包括不同粒徑泥沙在下游河道中的輸移沖淤特點、不同水沙量和水沙比例的洪水在下游河道中演進的特點、影響泥沙輸移的主要因素，這些成果為形成和實踐利用水庫調水調沙減輕淤積的方略、對形成和實踐游蕩性河道整治等奠定了堅實的理論基礎。

(4)基本摸清了人類活動和氣候變化對黃河水沙變化的影響，包括影響方式、影響程度及其發展趨勢等，這些成果為指導今后治黃措施的修改和實施具有重要意義。

(5)結合三門峽水庫和小浪底水庫運用方式研究，不僅深化了對黃河泥沙運動規律的認識，發展了水沙運動的數學模擬和河工模型模擬技術，更重要的是基本上形成了一套具有國際先進水平的多沙河流水庫調度運用的理論。

人們對黃河水沙運動規律認識的突破，主要得益于四個方面的支持：一是幾十年來對黃河流域進行的幾十次大規模實地科學考察，使科學研究可以建立在寶貴的第一手資料之上；二是西方水文觀測技術的引進和大規模應用，使科學研究的資料更具廣泛性和客觀性；三是在科學研究中發展起來的水沙數學模擬和河工模型模擬技術，也為科學研究提供了更多的研究手段；四是邊認識邊實踐的研究路線使科學研究的成果可以隨時被檢驗和修正。

1.2治理黃河的技術獲得了跨越式發展

歷史上，黃河以“三年兩決口、百年一改道”著稱于世，所以“千年黃河，唯防洪一事”。過去的50年，人們在治理黃河中做出的最突出成績莫過于“50年伏秋大汛未決口”，取得這一輝煌成績除了依賴于國家治理資金的投入、歷史治水經驗的繼承運用等因素外，更重要的是依賴于人們治理黃河技術水平的跨越式發展：

(1)在黃河治水史上首次提出并實踐了“依靠干支流骨干水庫和下游蓄滯洪區，攔減和疏導洪水”的防洪措施，并取得了極大的成功。而這種思路的形成主要得益于人們對黃河洪水規律認識的深化和國外防洪經驗的引進。目前，隨著水文測報技術的發展、計算機網格技術和3S技術的引入和大規模應用，更使黃河防洪躍上了現代化的軌道。

(2)黃河洪水災害之癥結在于泥沙。50年來，人們在充分認識黃河洪水泥沙特性的基礎上，提出了減少黃河下游河道泥沙淤積的綜合措施，包括上中游水土保持攔減入黃泥沙，中游骨干水庫攔截泥沙、調節出庫水沙比例使之有利于下游減淤等，這是治河思路的飛躍和創舉。同時，在科學研究的指導下，水土流失治理措施的選擇和配置更加科學合理、多沙河流水庫減淤調度技術基本形成。20世紀末，挖河疏浚、引水沖刷等減淤技術也被相繼列入河道減淤措施的試驗研究計劃中。

(3)下游河道治理和堤防建設是歷代治黃的首要任務。進入新時代，科學技術的發展給河道治理和堤防加固都注入了更新的內容：形成于20世紀初的“整治中水河槽”概念終于在近幾十年得到實踐，并在實踐中發展成為一套獨具特色的游蕩性河道整治技術體系；實踐中探索出的淤筑相對地下河技術近年正在迅速改變著傳統堤防的結構型式；傳統的柳埽結構丁壩已經變成土石結構，而土石結構的丁壩又在近十幾年得到不斷創新：由于新材料的出現及應用，上百座新型結構丁壩正在悄然改變著歷史；傳統的搶險技術雖然還在沿用，但機械化程度更強、效果更突出的新型搶險機具的出現，已經給傳統的搶險技術注入了新的活力。

1.3開發和利用黃河水資源的思路逐漸形成和深化

雖然自12世紀以后，黃河流域逐漸向干旱方向發展、旱災頻頻發生，但新中國成立之前，黃河水資源的開發利用除個別河段外仍處于較原始水平。新中國成立后，特別是改革開放以來，隨著區域社會經濟的快速發展，水資源供需矛盾日趨尖銳，促使“黃河水資源合理配置”課題列入了黃河研究的框架，并取得了一些具有歷史意義的突破：

(1)作為當前黃河水量配置的原則性文件——“黃河可供水量分配方案”是20世紀80年代中期以前黃河水資源研究成果的集中反映，而形成這一文件的基礎是人們對黃河降雨徑流特點及其時空分布、相關區域社會經濟發展對水的需求、黃河下游河道輸沙能力等一系列科學課題的研究結晶。

(2)通過對黃河水的自然屬性和社會屬性、造成下游河道斷流的原因、流域社會經濟發展狀況及其趨勢等問題的分析，提出了要解決黃河水資源的供需矛盾，必須對全河水量實行統一管理和調度，同時開源節流保護并舉，并以節流為主。這一認識是20世紀末黃河干流水量最終能夠實現統一管理和調度、下游斷流問題能夠得以解決的基礎。

(3)水的生態屬性逐漸被人們關注，流域生態環境需水量、滿足河流最小水質目標的納污能力等概念正在被接受，并初步形成了兼顧人類社會經濟發展和生存質量的流域水資源配置和保護的概念。

(4)認識到流域水系統是一個復雜的、整體的、相互關聯的系統。流域水開發中在某一方面的受益可能都伴隨著另一方面利益的損失。

250年治黃實踐的思考和啟示

2.1關于黃河防洪的思考

50多年的奮斗使黃河洪水基本得到了控制，但由于洪水的病根——泥沙問題并未得到根本解決，所以黃河的防洪減災問題仍是21世紀初黃河水問題之一。進入21世紀初，區域社會經濟發展對黃河的防洪安全提出了更高的要求，因此，我們有必要對20世紀治黃實踐中總結出來的防洪減淤方略、防洪組織模式和防洪技術在新世紀的適用性、應用條件、應用前景和發展方向等問題進行深入思考。

(1)到20世紀末，我們確立了“攔、調、排、放、挖，綜合處理泥沙”的黃河減淤方略，并在努力實踐著這個方略。現在應進一步考慮的問題是：其一，作為解決泥沙問題的根本措施，依靠水土保持現有措施到底能把泥沙攔截到什么程度?水土流失要治理到什么程度才算理想狀態?治理到理想狀態需要多長時間?治理水土流失有沒有更快捷的模式?其二，隨著水沙條件、社會經濟發展等運行條件的改變，作為實施“攔、調、排”泥沙的主要工具，小浪底和三門峽水庫到底能在多大程度、多長時間內使下游河道不發生淤積抬高?怎么樣運用才能達到理想目標?其三，下游兩岸“放”沙的余地還有多大?“挖”沙能解決多少問題?其四，即使綜合運用“攔、調、排、放、挖”手段，30年或50年后的黃河下游淤積發展勢頭能否得到控制?要實現“下游河道不抬高”的目標，還有沒有其他更好的辦法?簽于小浪底水庫難以徹底解決山東河段的淤積問題，隨著南水北調東線的實施，能不能利用東平湖增加黃河山東河段的下泄水量以減緩該河段的淤積?

(2)到目前為止，黃河的防洪仍然主要依靠技術手段，包括工程技術手段和非工程技術手段。實際上，根據國外發達國家的經驗，單純依靠技術手段難以把洪災降低到最低程度，僅靠有限的空間去防超標準的洪水是困難的，依靠工程技術措施完全消除洪災既不現實，也無必要。因此，為降低某些稀有頻率洪水造成的災害，引入了滯洪區、洪水保險和災后重建等機制。黃河雖然也開辟了滯洪區，但在實際操作中并未建立一套可操作的防洪管理機制，洪水保險等僅僅處于概念和探討階段。

(3)現行的黃河下游河道整治工程布置方案形成于20世紀70年代，經過二十多年的建設，現已大部分布設實施完畢，并在歸順河勢、限制游蕩中發揮了關鍵作用。進入21世紀初，隨著小浪底水庫的投運，以及黃土高原大規模生態環境建設的逐步見效，進入黃河下游的水沙條件將發生重大變化，那么，現有整治工程布局能否適應新形勢的要求已經成為亟待考慮的問題。

(4)下游大堤以內均是黃河的正常行洪區，這是以往黃河防洪的基本思路，在這個思路的指導下，灘區180萬人口和370萬畝耕地每年都面臨洪水的威脅，群眾無法安居樂業；北金堤等是規劃的黃河滯洪區，區域內的經濟發展受到限制。這種狀況是由于當時的客觀條件所決定的。然而當時間的腳步邁進新世紀，小浪底水庫已經投入運用，用人們對發展經濟的渴求越來越強，有關灘區及滯洪區的有關政策是否也可以在科學研究論證的基本上做些調整?防洪標準的提高，必將付出更高的社會和經濟的成本，人們似乎應該在防洪標準和防洪成本之間做出較為合理的選擇。

實際上，洪水本是一種自然現象，是自然水在特殊時期的特殊反映，因為洪水泛濫區域內有了人類社會，防御洪水才被賦予了實際的意義。因此，防御洪水的真正目的是“減災”，所以指出要建立和完善黃河防洪安全保障體系。從“減災”這個角度講，防洪安全保障體系應該包括兩大部分：一是用于調控制約洪水的工程技術措施，包括水庫、河道、堤防、水保工程、蓄滯洪區等工程體系，以及用于支持該工程體系有效運行的洪水預報預警系統、洪水調度系統、人防隊伍等，這些條件是我們已經基本具備的。二是用于調整規范區域內社會經濟發展以適應洪水規律、減輕洪災損失的防洪管理措施，包括防洪風險管理體系、防洪保險、蓄滯洪區管理與賠償、洪災損失評估體系等。這些是我們至今仍未建立的。可見，現有的黃河防洪減災體系仍然是一個不完整的體系。

2.2關于黃河水資源的思考

黃河水資源的開發利用極大地促進了相關區域內社會經濟的發展，但同時也是由于水資源的大量開發，使黃河水資源供需的矛盾日益突出、生態環境日益惡化。目前，黃河水資源的開采度(含地下水)已達60%，而國際公認的流域水資源合理開采度是40%；據2000年黃河水質評價結果，全年劣于Ⅲ類水質的Ⅳ、Ⅴ和超Ⅴ類水質的河長為4440km，占評價總河長的61.3%，遠超過全國平均水污染水平(47%)。21世紀初，小浪底水庫投入運用后，下游防洪能力又將進一步提高，但水資源的供需形勢將隨著社會經濟的發展將更加嚴峻，黃河水資源的可持續利用問題已經成為21世紀初黃河最大的水問題。因此，在進入21世紀初之時，我們有必要客觀審視20世紀人們在黃河水資源開發利用的實踐中積累的經驗和教訓，在充分吸取國內外在水資源開發利用領域中取得成就的基礎上，探討實現黃河流域水資源可持續利用、保障黃河流域及相關區域內人口資源和環境協調發展的途徑。

(1)20世紀末的水危機終于促成了黃河水的統一調度和管理，但當我們開始按照20世紀80年代中期擬定的分水方案進行操作時卻常常陷入尷尬：當年的分水方案分的是全流域的水，即黃河多年平均天然徑流量，但我們實際能調度的只能是干流。由此引發的問題是：在支流取水算不算參與分水?當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攔截雨水，會不會影響地表可供水?實際上，自然界的水系統是一個有機聯系的整體，在“降雨—徑流—入滲—蒸發—降雨”這個水循環中，人類無論觸動其任一個環節，都將影響到其他環節。可見，我們對黃河水的統一管理范疇不僅包括徑流，還應該包括雨水和地下水。但遺憾的是，由于我們目前對黃河水的自然循環系統，包括三水轉化關系、發展演變趨勢等仍缺乏系統的研究，所以真正意義上的統一水管理很難實現。此外，如何及時掌握各有關省區的實際引耗水量和未來月旬內的實際缺水量、如何及時掌握未來降雨量等，也是制約黃河水量調度方案得以科學有效實施的關鍵因素。

(2)進入21世紀初，人們對水的屬性和功能已經有了更深的認識：即水不僅要為工農業生產和人類基本生活服務，還要為人類的生存環境服務。實際上，為生存環境服務本是水在遠古時期的唯一功能。但由于人類的生存需要，如今不得不犧牲掉一部分生態和環境用水。但當沙塵暴頻頻向我們進攻、當母親河頻頻亮出河底，我們不得不沉思：是否該給生態和環境留點水?為維持人類生存的最低限生態和環境需要多少水?怎樣才能實現人類、自然、資源的協調共處?

(3)在黃河水資源高度緊缺的今天，在人們尋求水資源的“開源”途徑時，除了跨流域調水外，不能不把目光投向洪水。曾幾何時，人們修建水庫的目的之一就是要把汛期多余的水調節到非汛期使用，然而一旦水庫具有防洪功能，防洪即變為其首要功能，其他功能只能是兼顧一下，于是汛前必須把庫水位降低到汛限水位以下；洪水季節，人們往往忘卻了非汛期缺水的煎熬，恨不得一瞬間就把洪水排泄入海。這種方式如果發生在水資源豐沛的南方，當然無可非議，但在水資源日益緊缺的北方，我們有沒有可能換個思路?實際上，洪水不僅是資源，而且是上帝恩賜我們的寶貴資源。而要使洪水真正成為資源，必須對傳統意義上的汛期、汛限水位和防洪庫容做一個深入而客觀的分析，為不同時段、不同頻率的洪水設定一個既保證防洪安全又兼顧蓄水的汛限水位和防洪庫容。

(4)隨著南水北調的腳步越來越近，原來的“黃河可供水量分配方案”就要失去其應用前提。那么，當客水接替了原黃河水的部分服務對象后，黃河水的再分配問題將成為21世紀初黃河水管理的重要課題。進入21世紀初，由于人們生態意識和市場意識的增強，水在其再分配過程中最引人注目將是兩大問題：一是生態及環境需水量，二是水權水市場。因此，對這兩個問題的研究，不但非常必要，而且應當早日進行。

2.321世紀的黃河呼喚高新技術的介入

20世紀，由于洪水是黃河的頭號水問題，因此人們管理黃河主要著眼于洪水，從而促成了黃河洪水監測和控制過程現代化的實現。21世紀初，人們對黃河的水管理將擴展到更廣義的水——水系統。要實現對黃河水系統的現代化管理，建設“數字黃河”是基礎。

應該說“數字黃河”是一種境界，是一個綜合性的叫法，也是逐步漸近的目標。

可以這樣理解，“數字黃河”指的是對黃河及其治理開發相關的各種可數字化信息的總和，是對真實黃河及其相關現象的統一性的數字化重現和認識，其核心有二點：一是用數字化手段統一地處理黃河水問題，另一點是允許人們最大限度地利用信息資源。“數字黃河”將主要由空間數據、文本數據、操作平臺、應用模型組成。這些數據不僅包括全流域的水文、氣象、水質、河道、工程等信息，還應包括流域的多光譜、多時相、高分辨率的遙感衛星影像、航空影像、不同比例尺的各種數字專題圖，流域及相關區域內必要的社會經濟數據等。操作平臺是一種開放、分布式的基于INTERNET這樣的網絡環境的各類數據更新、查詢、處理、分析的軟件系統。應用模型包括水文預報、水質預警預報、水土流失預報、水量調度、防洪調度等方面的應用模型。

實際上，20世紀末，我們已經在有意無意地建設著數字黃河，譬如為防洪服務的水文數據庫及預報系統、防洪調度指揮系統，用于模擬黃河水沙運行規律和軌跡的一系列數學模型等，但限于當時考慮問題的出發點和當時科技發展水平的限制，現有的系統尚未形成數字黃河的框架，也不能滿足黃河水資源統一管理和防洪安全的需要。

首先，水及其相關信息的采集將需要水文水質自動測驗技術、遙感技術、水下地形自動測驗技術等技術的支持。其次，要對整個黃河流域的數據加工處理，并通過虛擬現實技術將其形象地表現出來，沒有巨大的計算能力是實現不了的，量子計算機的出現將更加促進計算速度的提高。第三，要把數字黃河所有數據存儲起來，需要強大容量的存儲器，如今激光全息存儲器、蛋白質存儲器等方面已獲得巨大進展，不久就能存儲字節級這樣大量數據。第四，因為數字黃河的數據分散在許多個數據庫里，因此需要有高速網絡把各個點連接起來。第五，即使是主要依賴傳統黃河研究成果的應用模型也同樣需要高新技術的支持：20世紀末，通過對黃河水沙運動規律的探索，我們已經在黃河的降雨、徑流、洪水和泥沙演進、水土流失等方面建立了一系列數學模型，這些數學模型實際上就是黃河水沙運動規律的數學表達，我們把這些數學表達應用于水資源預報和調度就是構筑數字黃河的應用模型。不過，模型的應用水平既受限于人們對黃河自然規律的認識水平，還受到計算機發展水平的限制。

21世紀初高新技術對黃河的介入不僅反映在“數字黃河”的建設中，還應反映在黃河治理及開發工作的其他領域：延續了幾十年的土石結構丁壩雖在20世紀末做了許多改進，但終未擺脫易出險的局面；用于抽吸泥漿的泥漿泵抗磨蝕能力雖然在逐漸提高，但終未獲得實質性進展。21世紀初，新材料技術的發展必將為這些問題的解決帶來曙光。

321世紀初黃河研究的任務

認識黃河水沙運動規律、提出調控黃河水沙的措施，是黃河研究的永恒主題，但在不同歷史時期，研究的出發點和側重點有所不同。20世紀，黃河研究的出發點主要是防洪和減淤，因此研究的科學問題主要是泥沙和洪水的特性，研究的技術問題主要是防洪減淤的措施。

21世紀初，如何實現黃河流域及其相關區域人口、水資源和環境的協調發展成為時代的主題，因此黃河的科學問題將更加關注水循環和水環境，在技術上更關注水資源的優化配置問題和控制下游河庫淤積的措施。

3.1以實現黃河水資源可持續利用為目標的科研課題

實現黃河水資源可持續利用體現在三個方面：一是指流域水管理和配置是對包括流域內的降雨、地表水和地下水等完全意義上的水系統的管理和水配置；二是指流域水配置必須考慮維持人類生存的生態和環境需水；三是指流域及其相關區域經濟結構的配置必須與水資源的承載能力相適應。因此，21世紀初應進行以下課題的研究：

3.1.1黃河流域水資源循環規律研究

要實現對黃河廣義水資源的優化配置，首先要摸清黃河水系統的運動規律。由于在認識上的差距、科研資金投入不足和時代背景限制等因素，以往這方面的研究或不夠深入，或僅偏重地表水的產水用水統計。21世紀初，應通過深入細致的典型調研和觀測試驗，研究黃河重點產流區產匯流規律及其變化趨勢、黃河流域典型支流水循環機理研究、黃河流域重點灌區區域水平衡機制及耗水量、黃河流域地下水存量及其變化趨勢，以弄清流域下墊面變化對黃河水資源量的影響，弄清黃河流域的產水用水特點和流域水循環規律，摸清黃河水家底，合理評價和配置黃河水資源。

3.1.2黃河流域生態和環境需水量研究

生態環境需水問題是20世紀90年代以后逐漸被世界各國重視的新課題，但生態及環境需水量的概念和計算方法仍沒有定式。黃河流域是中國生態環境非常脆弱的地區之一，為維持和改善流域的生態環境，需要對黃河流域生態環境用水特點及用水量計算方法、黃土高原地區水土保持生態建設與水資源的適應性、黃河重點河段生態環境需水量等重大課題進行研究，為流域水的合理配置和可持續利用提供支持。

3.1.3黃河水量調度管理系統關鍵技術研究

利用水庫調度全河水量是實現黃河水資源優化配置的一個關鍵環節。為配合黃河水量調度管理系統的建設和運行，應抓緊開展以下課題的研究；黃河中長期降雨及徑流預報關鍵技術、提高黃河小流量測驗精度的關鍵技術、黃河水量水質快速監測關鍵技術、黃河干流小流量演進模型、黃河干流水質污染預警預報技術、黃河水量調度模型開發等。

3.1.4黃河水資源保護關鍵問題研究

目前，黃河的水污染已經成為黃河的水災害之一，控制和治理流域水污染刻不容緩。為此，要在深入分析黃河干流重點河段水污染趨勢及滿足水質目標的最大納污能力、黃河干流重點河段主要污染物擴散規律及河流自凈能力等問題的基礎上，研究提出黃河流域的水功能區劃分、流域內各省區最大容許入黃排污量，為實現黃河水資源的可持續利用提供技術支撐。

3.1.5實施南水北調工程的部分關鍵技術問題研究

涉及的科技問題有兩個層次。一是西線南水北調重大技術問題研究，包括南水北調西線工程對黃河流域水資源和生態環境的影響分析，南水北調西線工程關鍵技術包括深埋長隧洞襯砌型式和施工技術、隧洞穿越活斷層的結構型式、高壩抗震穩定性等問題研究。二是要研究南水北調工程生效后黃河可供水量優化配置方案。要通過分析未來不同水平年黃河現供水區水資源需求狀況、南水北調三條線路分別對黃河現供水區的可能補水量和對緩解黃河水資源緊缺的作用，提出工程生效后黃河可供水量的再分配方案，包括分配范圍和數量，為國家決策提供科學依據。

3.1.6引黃灌溉節水技術配置及節水潛力研究

節水是當前緩解黃河水資源緊缺的關鍵措施，因此關于節水技術的研究一直是我國水利科研工作的重點之一。21世紀，節水研究不僅要關注技術本身，更要關注不同技術在不同地域的適應性和當地社會的接受能力，從而提出因地制宜且利于推廣的節水技術配置模式。

要通過對幾個重點引黃灌區引水、耗水、作物結構和耕作制度、灌溉設施、社會經濟條件等情況的調查，分析其用水中存在的問題，比較現有的水高效利用技術在當地適用的可能和效益，提出適宜的農業高效用水技術配置模式，進而提出引黃灌區實施高效節水農業戰略后的節水潛力。

3.1.7黃河洪水資源化關鍵問題研究

為使黃河的洪水資源化，需要在以下方面進行研究：一要根據歷史資料，分析黃河中游不同來源區的洪水在不同時期的量級表現和出現頻率；二要分析中游各骨干水庫對不同來源區和不同頻率的洪水應該具有的攔調作用、人們對中游暴雨洪水預報的時效，進而提出汛期不同時段中各骨干水庫兼顧防洪和蓄水的汛限水位；三是要對調整汛限水位后確保防洪安全的風險進行分析，并提出配套措施，四是提出兼顧防洪和蓄水的水庫汛期調度原則。

3.1.8實現黃河水資源可持續利用的社會經濟問題研究

應開展研究的問題包括：黃河水統一管理的體制和運作機制、與流域水資源承載能力相適應的區域經濟結構模式、黃河水權及水市場等。

3.2以保障黃河防洪安全為目標的研究課題

黃河防洪之關鍵在減淤，因此21世紀初黃河防洪減災科學研究的目標之一就是要實現黃河下游河床不抬高，為此，應以“小浪底水庫運用”為切入點，重點抓好以下研究：

3.2.1小浪底水庫防洪減淤運用方式研究

小浪底水庫防洪減淤運用對控制黃河下游淤積抬高、提高防洪能力具有至關重要的意義。“十五”期間，要在其初期運用方式的研究基礎上，通過原型觀測資料分析、動床模型試驗和泥沙數學模型計算等手段，重點研究：小浪底水庫運用后下游河道的再造床過程及排洪輸沙能力變化、不同水沙組合條件下黃河下游的沖淤預測、小浪底水庫庫區沖淤演變規律、小浪底水庫不同時期減淤運用的方式和減淤效果、小浪底水庫運用后黃河下游河道整治工程對策、三小陸故四庫聯合運用方式等。

3.2.2小浪底水庫運用后三門峽水庫運用方式研究

三門峽水庫自1973年采用“蓄清排渾”運用方式后至1986年，抑制了淤積末端上延，基本控制了潼關高程的不斷抬高。1986年后，由于其上游降雨偏少、用水增加和龍劉水庫調節徑流的影響，使原已緩解的矛盾又有所加劇，表現為：潼關高程居高不下、渭河下游淤積加重、庫區河道變形劇烈等。因此，當前應充分考慮小浪底水庫運用后三門峽水庫承擔的防洪減淤任務將有所減輕的有利因素，分析小浪底水庫運用后三門峽水庫的應承擔和可承擔的防洪減淤任務，提出兼顧潼關高程和下游防洪減淤和發電需要的水庫運用方式。

3.2.3黃土高原多沙粗沙區生態環境建設的若干科學問題研究

水土保持是解決黃河下游泥沙問題根本措施，因此研究水土流失治理措施仍然是21世紀初的重要任務。鑒于目前的研究水平，今后應該通過現場觀測和模型試驗等措施，重點研究以下課題：多沙粗沙區水土流失規律及水土保持措施蓄水攔沙作用機理、多沙粗沙區典型林草措施的耗水規律、多沙粗沙區生態環境特征及演變趨勢、水土保持生態環境建設對黃河水資源和泥沙影響評價方法研究、黃土高原水土保持生態效益監測和評價指標體系研究等。

3.2.4黃土高原多沙粗沙區水土保持生態環境建設的關鍵技術研究

包括多沙粗沙區溝道壩系相對穩定關鍵技術研究、溝道工程加固配套及可持續利用技術研究、多沙粗沙區生態功能區劃分及不同區域的適地林草品種選擇、兼顧水資源高效利用的多沙粗沙區水土保持生態環境建設的關鍵措施及配置模式研究等。

3.2.5黃河下游窄河段及河口段沖淤演變發展趨勢及減淤措施研究

小浪底水庫投入運用雖然對整個下游河道具有很大的減淤作用，但從目前的研究成果來看，對艾山以下窄河段和河口河段的減淤作用仍不容樂觀。21世紀初，要在認真研究小浪底水庫運用后下游窄河段和河口段沖淤發展趨勢的基礎上，研究南水北調東線工程實施后，利用東平湖水庫增加艾山以下河道的清水下瀉量從而達到河道減淤所需要的水量，并與其他減淤措施進行經濟比較，以論證該方案的可行性；要研究提出解決攔門沙問題的技術措施，繼續探討引用海水沖刷黃河下游河槽或挖河疏浚解決河口淤積的技術可行性。

3.2.621世紀初黃河下游河道淤積發展趨勢預測及減淤方略研究

攔、排、放、調、挖，綜合處理和利用泥沙，是五十多年治黃實踐的總結。小浪底水庫運用后，下游防洪減淤工程體系已經基本構成，因此，當前需要深入研究“攔、排、放、調、挖”等減淤措施的實際減淤能力和發展趨勢，為今后防洪減淤方略的調整完善提供指導意見。研究應以“下游河床不抬高”的目標，對人類活動和氣候變化共同作用下的黃土高原生態環境演變趨勢、黃土高原大規模水土保持生態建設的攔沙作用及發展趨勢、小浪底等中游骨干水庫攔沙調沙對下游的減淤作用及發展趨勢、引黃放淤及淤筑相對地下河工程可處理泥沙的潛力、黃河下游防洪減淤工程體系的合理運用方式及其效果預測等問題進行深入分析，提出實現下游河床不抬高的措施。

為確保堤防不決口，除了加強對減緩黃河下游河道淤積的措施研究外，還要加強對河道整治工程、堤防工程和洪水測報技術的研究：

(1)新形勢下黃河下游河道整治工程的適應性及其完善措施研究

研究內容包括：小浪底水庫運用后黃河下游河道斷面形態調整及發展趨勢研究；黃河下游現有的河道整治工程對河勢的調整作用分析；小浪底水庫運用后黃河下游現有河道整治工程對小流量的適應性研究；小浪底水庫運用后黃河下游寬河道整治方向研究，包括整治流量、整治河寬和整治工程布局等。

(2)黃河下游現狀堤防的安全度分析

黃河下游現狀堤防仍存在著較多險點隱患，因此應在調研、分析下游堤防工程隱患分布及成因的基礎上，確定黃河下游現狀堤防安全度評價方法，進而對黃河大堤重點堤段進行安全評價并提出適宜的加固措施。研究內容包括：黃河下游堤防工程隱患分布及成因分析；黃河下游堤防安全度評價方法及下游典型堤段安全度評價；提高黃河下游堤防安全度的關鍵措施研究。

(3)堤防工程新結構及其防護技術研究

要以不出險或少出險、抗老化、造價低為目標，在20世紀80年代以來的研究基礎上，繼續探討黃河堤防工程的新型結構，包括材料、結構、施工工藝、管護技術等，研究比較丁壩與護岸兩種整治工程的擾流作用、沖刷坑的形成與發展以及工程搶險條件，根據小浪底水庫運用后不同河段的河勢和流路規劃，結合丁壩與護岸對河勢的調整作用，合理確定小浪底水庫運用后黃河下游不同河段河道整治工程的結構型式。要繼續開發堤防隱患探測的新技術。

(4)黃河水沙監測技術升級

近年，黃河流域的水沙測驗雖然在測驗設施方面做了較大的改善，但測驗技術仍十分落后，并成為制約延長洪水預見期和建設數字黃河的瓶頸。21世紀初，一方面要大力引進國內外先進的水沙測驗技術，另一方面要結合黃河的水沙特點，研制開發新型測驗儀器。

科學合理的防洪管理政策是黃河防洪減災保障體系的重要組成部分，也是20世紀黃河研究的薄弱環節。進入21世紀，為達到防洪減災的目的，應該開展以下研究：

①通過研究人類活動對小花間暴雨洪水的影響，客觀認識小浪底水庫投入運用后21世紀初黃河下游防洪形勢，以此為基礎，研究北金堤、東平湖和南北展工程的運用幾率，并提出其科學合理管理方式，以在促進地區經濟發展的同時，確保黃河防洪安全；研究黃河下游重點河段生產堤對不同量級洪水和泥沙演進的影響、減少中小洪水災害損失的措施，并針對灘區社會經濟發展面臨的困難，提出適應當前社會經濟發展的灘區防洪管理政策。

②為建立健全黃河防洪管理體系，還需要盡快在防洪風險管理的理論和體制、洪災風險分析及風險區劃、防洪保險的理論和實施方案、洪災損失評估理論和方法、蓄滯洪區預警系統建設、蓄滯洪區的管理和賠償政策等方面進行研究并提供技術支持。

3.3關于建設面向21世紀初的數字黃河的有關科技問題

建設數字黃河需要科學技術提供的支持是多方面的：

在水沙、地理、社經等信息的獲取方面，由于需要采集的信息將包括降雨、徑流、洪水、泥沙、水質、地下水、土壤水、引退水、地形地貌、人口、社經等諸多方面，因此科學技術的支持也反映在多方面：一是監測網絡的設計，包括監測站網布設、監測參數選擇等；二是自動化的監測設施配置，包括水文水質自動監測儀器、水文水質移動監測儀器、水土流失遙感測網絡配置、降雨監測設施、大地測量新技術等，這些需要通過引進國際先進技術來解決；三是監測信息的提取技術，如衛星遙感信息、航空遙感信息、衛星云圖信息等，這些不僅需要引進國際先進技術，更需要自主研究和開發，如遙感信息最下圖斑的提取方法等；四是海量信息的儲存技術和信息再現技術，即通過虛擬現實技術將數據形象地表現出來。

因為數字黃河的數據分散在許多個機構的數據庫里，因此當某處要利用它時，要能從四面八方把有關數據迅速調來。這就需要有高速網絡把各個點連接起來。當前飛速發展的網絡技術是解決這個問題的基礎。

應用模型是構成數字黃河的重要部件，離開了應用模型的支持，數字黃河仍難以為黃河水沙的管理和調控提供優質的服務。這些模型的建立不僅需要黃河水沙規律研究成果的支持，也需要計算機技術、神經網絡、虛擬現實、圖像自動解譯、多源數據融合技術等多種高新技術的支持。根據21世紀初數字黃河的服務對象，需要開發的應用模型將包括：

1.黃河上中游中長期降雨及徑流預報模型

2.黃河小花間暴雨及洪水預報模型

3.黃河防洪調度模型

4.黃河水量調度模型

5.黃河中下游河道水沙演進仿真模型

6.黃土高原水土流失預測預報模型

為建立和完善以上模型，需要對以下關鍵技術進行深入研究：

1.受人類活動影響的黃河中游重點支流產匯流規律變化規律

2.多源降雨信息的同化技術

3.黃河水體中污染物遷移和擴散規律的數學模擬

4.黃土高原水土流失的數學模擬技術

5.黃河下游河道水沙運動的數學模擬技術

6.黃河入海口區域的水沙運動的數學模擬技術

7.數學模型與GIS的結合技術

可見建設數字黃河一靠高新技術的引進和應用，二靠黃河水沙規律認識的進一步突破。

總之，21世紀的人們將在黃河流域的三水循環規律及其演變趨勢、水沙在河道中的沖淤演變規律、生態與環境演變及其需水配置等方面取得突破，從而使人類對黃河水沙運動規律的認識更加充分；21世紀初的人們將更充分理解黃河水沙系統運動規律的基礎上，提出黃河水資源得以優化配置、下游河床不再抬高、流域生態環境不再繼續惡化的更有效措施，以促進區域內人口、資源和環境的協調發展；21世紀，高速發展的高新技術將為黃河水沙調控系統插上現代化的翅膀，實現傳統治黃向現代治黃的轉變。