黄河水沙不等式，这样求解（生态治理中的中国智慧）

三十一次调水调沙，把超三十五亿吨黄河泥沙送入大海

黄河水沙不等式，这样求解（生态治理中的中国智慧）

三门峡水利枢纽。

常 奇摄（影像中国）

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党的二十届四中全会提出，加快经济社会发展全面绿色转型，建设美丽中国。

黄河调水调沙，是我国治水智慧与现代科技深度融合的生态实践。精准把握水沙关系、水库群联合调度、通过数字孪生技术提升调水调沙效能……经过20余年实践，黄河调水调沙为保障黄河安澜提供了坚实基础，为全球大江大河的生态治理贡献了中国智慧。

黄河之“黄”，在于泥沙。

水与沙，是母亲河的一道不等式。泥沙经年累月淤积，挤占水库库容，抬高下游河床，形成千里“悬河”。

保障黄河长久安澜，必须紧紧抓住水沙关系调节这个“牛鼻子”。2002年以来，黄河开展了31次调水调沙，把超35亿吨泥沙送入大海，“地上悬河”有效缓解，行洪排沙能力大大提高。

调水调沙，简单来说，是通过水库群联合调度，调节、控制下游水沙关系，将尽可能多的泥沙排入大海，塑造相对协调的水沙关系。

多座水库“接力”

一次次精准调度，为水库和河道卸下“泥沙包袱”

小浪底水库，黄河中下游的“水龙头”，调水调沙的“动力源”。

滔滔水流，转化为跃动的数字，显示在小浪底管理中心数字孪生小浪底集控中心大屏幕上。

9月8日9时，“下泄流量调整为2500立方米每秒”，调令传来。数字孪生小浪底集控中心调度工程师李宪栋下达操作指令。三条排沙孔洞的闸门徐徐抬升，巨浪排空，奔向下游。本年度黄河汛期调水调沙启动。

“2500立方米每秒，相当于每秒下泄一座标准泳池的水量，约为平时水库下泄流量的3倍。大流量水流，动力强，像一把把‘刷子’，‘刷’河道，冲泥沙。”李宪栋打了个比方。

他的工作，是根据不同流量，制定孔洞开闭组合，精准控制“刷子”力道和冲刷时机。在汛期调水调沙期间，6个调令、24次调整孔洞，为小浪底水库排沙88.7亿千克。

水库蓄泄之间，改变水沙关系。如今，黄河调水调沙形成了以小浪底水库为核心的水库群联合调度，在超1000公里的河道上，小浪底、三门峡、万家寨等干支流水库群相互配合，显著提升排沙效率。

水库群“接力”，精准“交棒”是关键。

6月23日至7月10日，黄河开展汛前调水调沙，三门峡和小浪底，这两座相隔约130公里的大水库，上演厘米级的水流对接。

黄河勘测规划设计研究院有限公司规划研究院副院长鲁俊是对接方案的制定人之一。

“浑水重，清水轻，浑水潜流在下。小浪底水库开启孔洞后，先排上面的清水，等水位降至220米左右开始排沙。”鲁俊介绍，从三门峡水库奔流而来的高含沙水流，经过10小时左右抵达小浪底水库坝前。此时，若水库水位过高，浑水难以排出，反而会增加淤积；但水位过低，可能影响后期供水安全。

多番论证、精心设计，水流对接水位设定为217米。从7月2日开始，鲁俊和团队轮番值守，一边紧盯来水情况，一边更新调度方案。小浪底下泄流量滚动“微调”，水库水位一点点降低……

“22时30分，小浪底水库下泄流量调至2000立方米每秒。”7月3日晚，数字孪生小浪底集控中心当值值长邓自辉收到最新调令，这已经是当天的第四次流量调整。

一项项参数输入大模型，调度方案自动生成。5分钟后，邓自辉将孔洞闸门组合方案提交至闸门操作部门。

巨型闸门，在毫厘之间、分秒之内精细调度。7月4日零时，当三门峡水库泄放的大流量水流到达小浪底坝前，小浪底水库水位为216.99米，与设定的对接水位仅相差1厘米，高含沙水流畅排下游。

一次次精准调度，为水库和河道卸下“泥沙包袱”。本次黄河汛前调水调沙历时18天，小浪底水库排沙量1.6亿吨、三门峡水库排沙量0.53亿吨，两座水库合计排沙量创下同期历次调水调沙之最。

2002年，水利部黄河水利委员会首次开展调水调沙。第二年，小浪底、三门峡、陆浑、故县实现干支流四库联调。第三年，小浪底、三门峡和万家寨水库首次“搭档”——3次试验，超4.5万人次参与，获取千万组以上数据，摸索出了水沙过程塑造技术、异重流塑造技术、空间尺度水沙对接技术等。

截至目前，水利部门开展了31次调水调沙，把超35亿吨泥沙送入大海，黄河下游河道主河槽平均下降3.1米，最小过流能力从不足2000立方米每秒提升至约5000立方米每秒。

“三条黄河”联动

5.5亿条数据把黄河“搬”进互联网

4820立方米每秒——6月28日8时，小浪底水库迎来了汛前调水调沙下泄流量峰值。

9时，一架无人机从坝顶起飞，按照预先设定路线巡检。“这架无人机搭载边缘分析终端、双光云台相机，实时传输画面，自动识别缺陷，生成巡检报告。”小浪底管理中心开发公司水工部副部长王鹏飞介绍。

数字孪生技术再造一座“小浪底”。坝体，2943支监测仪器精准感知各项工情。空中，遥感卫星对约300平方公里库区水面、约1300公里水库岸线全覆盖监测。“云中”，12个水利专业模型精准运算……大坝、库区、河道、水流等，一一映射到数字孪生小浪底平台，虚实交互，数字模拟，水库冲淤、水库调度、工程安全监测等提前预演。

从打造数字孪生小浪底到构建黄河济南段、东平湖等典型三维场景，数字孪生黄河建设扎实推进，5.5亿条数据把黄河“搬”进互联网。

“我们构建了原型黄河、模型黄河、数字孪生黄河‘三条黄河’联动的科研范式，‘三条黄河’相互参证，提高预报精度，让调度方案更精细。”黄河水利科学研究院泥沙研究所所长曹永涛说。

洪峰增值，是黄河调水调沙的一大挑战。

什么是洪峰增值？2004年调水调沙期间，水文测报员发现，小浪底水库以2680立方米每秒流量下泄，水流演进到128公里之外的花园口水文站时，流量却增大到3990立方米每秒。“就像是高速公路上的车流，后面的车开得快，前面的车开得慢，形成拥堵。”曹永涛说。

原型黄河摸准脉搏。汛前和调水调沙期间，黄河水利科学研究院组建5个野外工作组，对小浪底库区、下游河道与河口等重点河段开展查勘，收集关键数据，研究提出调水调沙关键参数。

数字孪生黄河提前预演。“关键参数输入到二维水沙动力学模型，10分钟完成15天大流量过程水沙演进及河道冲淤模拟，对提出的十几套调度方案效果进行评价分析。”曹永涛介绍。

模型黄河优化验证。在黄河水利科学研究院“模型黄河”试验基地，800米长的河道模型复现黄河下游480公里的游荡性和过渡性河段。“调水调沙提前在‘微缩黄河’里演练，查漏补缺，迭代升级。”曹永涛说，“‘三条黄河’深度联动，互相支撑，洪峰增值预报误差控制在10%以内。”

数字赋能，提升调水调沙效能。黄河水利委员会有关负责人表示，“十五五”时期，将持续完善“三条黄河”，提升原型黄河天空地水工一体化监测感知能力，强化模型黄河发展和运用，提升数字孪生黄河预报预警预演预案能力，不断赋能防汛抗旱、水土保持、水文监测等。

多次调研论证

摸清黄河水沙变化与水生生物之间的关系

今年汛前调水调沙，伴着轰鸣涛声，娄广艳奔波在黄河河道的监测点。不仅记录水和沙，她还关心鱼。

来自黄河水资源保护科学研究院生态环境研究室的娄广艳和团队正努力摸清黄河水沙变化与水生生物之间的关系。

2023年4月1日，黄河保护法正式施行，第六十二条明确要求，“水沙调控应当采取措施尽量减少对水生生物及其栖息地的影响”。

5次研讨会，多轮论证，娄广艳所在的团队拿出了一份包含上百个指标的生态“体检表”。“调水调沙生态环境监测是一项全新工作，我们要一点点摸清‘家底’。”娄广艳说。

2023年至2025年，专家团队在小浪底至河口河段等重点区域布设12个监测断面，采集各类样品1300多个。“从长期看，调水调沙塑造了稳定的河势，水生生物栖息环境得到改善，刀鱼等珍稀鱼类频频现身。”娄广艳介绍。

设备不断升级。在2025年调水调沙生物监测中，在线光电测沙仪投入运用，每6分钟形成一个泥沙数据。“在线光电测沙仪精度高，再搭配鱼类声呐监测系统、浮游生物采样等设备，揭示了水沙变动和鱼类之间的响应机制。”黄河水利委员会水文局小浪底站站长陈志远介绍。

数据显示，2008年以来，黄河下游浮游生物群落结构基本维持稳定，河南、山东两省境内鱼类种数增加近50种。调水调沙期间向黄河河口三角洲湿地进行生态补水，为三角洲湿地保护修复和生物多样性提升提供了有效保障。