黄土高原与黄河的纠缠不清

冯兆东

2024-10-27

（注：本文的压缩版将出现在“全国水土保持大会-2024”的摘要里。题目：黄土高原与黄河的水沙纠缠；作者：冯兆东、赵传燕、彭守璋）

 一、问题陈述

先说黄河。黄河孕育了中华文明。然而它在下游的肆虐，也给黄河下游地区造成过多次沉重的打击。广义的黄河下游地区包括整个华北平原。从洪水或极端水文事件的角度讲，黄河下游地区一直面临着三个风险：①来自黄河中上游的“外生特大洪水”，②来自黄河下游地区的“内生特大洪水”，③黄河下游的“防洪河堤”的不断加高。而“防洪河堤”的不断加高增加了“河堤决溃”的破坏力。可靠的文字记录显示，从公元前602年到公元1938年的2500多年中，黄河下游人工堤决口多达1590余次，发生过5次大规模的和21次较小规模的河道迁徙（图1）。

图1.过去约2500年里，黄河在下游发生过多达1500多次溃决和26次改道

黄河下游几乎全是地上悬河,可谓“咫尺不坚，则千里为壑”。早在上世纪80年代初期，黄秉维先生曾严肃地警告说：“目前形势比过去更加凶险，历史可能重演”。是的，黄河下游自1949年以来没有发生过“河堤溃决”，特别是小浪底水坝的建成给了我们足够的定心丸。但是，深刻理解黄河问题的行家却对此定心丸“持有理性态度”。虽说整个黄河下游段都是被“黄河大堤”围堵起来的，但河南河段“黄河大堤”内的淤积量占下游河道淤积总量的3/4，目前河床高出背河地面3~9米，成为了著名的地上悬河。水利部黄河水利委员会河南黄河河务局的张遂芹等（2003）认为，小浪底水坝并不能保证下游的绝对安全，问题仍然出在：来自黄土高原的泥沙垫高了黄河下游的河床，日益增高的悬河仍然有溃决的可能（图2）。

图2.黄河大堤:始于郑州，至于渤海湾。黄河大堤造就了“悬河”

再说黄土高原。黄土高原北起长城，南至秦岭，西抵乌鞘岭，东到太行山，面积约64万平方千米，黄土平均厚度约92米。黄土以粉砂颗粒为主（很像是做面包的面粉），具孔隙、无层理、土质疏松、垂直节理发育、碳酸钙含量高、遇水崩解等特性，使黄土地层极易受水力和风力的侵蚀和搬运（图3）。加之黄土高原降雨变率很大，丰水年和干旱年降雨量相差2-5倍，集中发生在6-9月，且以暴雨形式为主，因此水土流失一直是黄土高原最为严峻的生态环境问题。目前，黄土高原水土流失面积约64万km²，其中年侵蚀模数大于5000t/km²的面积约为15.6万km²，年侵蚀模数大于8000t/km²的“极强”程度以上水蚀面积为8.5万km²。

图3.黄土以粉砂颗粒为主，极易受水力和风力的侵蚀和搬运

已有资料显示：由于退耕还林草和建设水平梯田，黄土高原向黄河输送的泥沙量在过去70年（特别是过去20年）是锐减的，锐减到人们可以锐升“完全控制水土流失”信心的地步。例如，Chen等（Chen等，2015）和金钊（2019）显示：黄土高原向黄河输送的泥沙量在过去70年一直是锐减的。人们的信心是建立在：过去150,000年里（特别是过去4000年里），黄土高原的侵蚀在1000年之前，特别是1950年以前，一直是“低水平”的（图4）。我们（本文作者）认为，那些“被重建的”且早于1800年（甚至早于1900年）的输沙资料的可靠性有待证实。进而，输沙量的近期锐减趋势的观测时段很短，我们需要更长的观测资料来确定这个锐减趋势。很可能，许多水利专家愿意接受的“年输沙量为6亿吨左右”是一个可以接受的数字。

图4.黄河流域过去150,000年来的土壤侵蚀（请注意时间轴的长短不一）

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二、解决方案

先说黄河。地貌学家陈蕴真博士最近指出：在可预见的未来，黄河流域也必将面临老坝退役、再无建坝可建的局面。地貌学家陈蕴真博士建议：防洪除了要不断创新和适合国情的措施外，“还地于河”是必由之路。水利学家王光谦院士也反复强调：我们应该寻求“逐渐废弃黄河大堤”的途径。实际上，如果长远地看，“还地于河”不仅符合生态期望也符合经济期望。随着中国经济能力的继续提升和城市化率的不断提高，用“还地于河”的方式，逐渐废弃黄河大堤，就不再有“难以克服”的经济压力和人口压力。例如，我们可以运行两条黄河：一条是现代的黄河（入渤海），另一条大致沿着明清故道开辟新河道（入黄海）。让清水通过现代的黄河入渤海。那样呢，渤海湾的“海港作用”就会被长期保护。每当发洪水或小浪底放水排沙时，让黄河取道沿着“明清故道”新修的河道，将浊水（高泥沙含量的水）排到黄海去（图5）。

图5.我们可以运行两条黄河：一条入渤海，另一条入黄海

如果有了这两条黄河，我们就可以将现在黄河的“豆腐腰段”(从花园口到台前)截弯取直，再将截弯取直的河道与现在河道之间的区域（主要包括大功分洪区和北金堤滞洪区）变为生态保护区（图6）。

图6.我们可以建立“黄河下游豆腐段生态保护区”

再说黄土高原。无疑，退耕还林草和建设水平梯田，使得黄土高原向黄河输送的泥沙量锐减。这个锐减趋势还可以被加强：将年均降水450毫米以下的黄土高原区域完全用于生态保护。年均降水450毫米以下的黄土高原区域不仅年均降水少，而且降水的变率很大。这里的降水条件是不足以支持农业的。这些地区呢，还不如“彻底退耕还草”，发展有限的“以种植草业为基础的养殖业”（图7）。

图7.我们可以将年均降水450毫米以下的黄土高原区域完全用于生态保护

  即便是那些“梯田化”了的农田，也并不是旱涝保收的。梯田的确增加了土壤水分，但是，这样的土地仍是低产的。即便用这些梯田种粮食，它也是养活不了多少人的。更不用说，在这样的土地上，根本做不到在2035年实现人均3500美元的GDP的目标。还不如，干脆用这些“梯田化”了的土地，种植饲料，发展有限的养殖业。这样一来，既发展了经济，还保护了生态（图8）。

图8.那些“梯田化”了的农田，可用来种植饲料，发展有限的养殖业

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三、生态价值升华的社会经济可行性

这里先说一说GDP，中国的人均GDP从1983年就开始了增加，到了2005年，中国的人均GDP开始了高速腾飞（图9）。就经济总量而言，中国最近也紧逼美国，已然成为了世界第二。

图9.中国的人均GDP从2005年就开始了高速腾飞

此外，人口趋势也值得关注。据国家统计局，中国的人口的出生率从2013年开始下降，总人口从2022年开始下降。据国家统计局基于目前出生率和死亡率的预测，到了2099年（距现在也只有75年），中国的人口可能仅为6亿左右（图10）。中国的发展目标是：到了2035年，人均GDP达3500美元。到了2099年，中国的预测人口只有6亿左右。预计那时（2099年）的人均GDP应该能达到7000美元。

图10.中国的人口从2013年开始下降，到了2099年，中国的人口可能仅为6亿左右

在这样的经济条件和人口条件下，我们就完全可以腾出土地，建设黄河下游“豆腐腰段”的生态保护区！同理，在这样的经济条件和人口条件下，我们就不需要黄土高原的年降水少于450毫米的区域为我们生产粮食啦！自然，我们完全可以跟随着经济发展和人口发展步伐，及早地和逐渐地去实现上述的生态价值升华的目标。