深瞳工作室出品
科技日报记者 张佳星 策划 刘恕 李坤
站在河南濮阳清河滩的生产堤上，王飞清楚地看到，村屋的烟囱在黄河干道所处的水平面以下。
黄河下游的生产堤，是滩区群众为保护耕地自发修建的土堤。作为水土保持专家，中国科学院水利部水土保持研究所副所长、西北农林科技大学水土保持学院副院长王飞长期扎根黄河治理一线。土堤不断加高的场景令他忧心不已：夹在土堤和黄河大堤之间的滩区村庄，地势显得越来越低洼。
千百年来，黄河奔涌穿过晋陕峡谷，每年有数以亿吨计的泥沙顺流而下，部分淤积在沿途河道的泥沙抬高河道，致使“地上悬河”已长达800多公里。近20米的高度造就了“黄河之水天上来”的排山倒海之势，也给滩区百姓带来了巨大的生产生活隐忧。
近年来，通过水土保持、水库淤积和调水调沙等水沙协同治理方式，黄河安澜得以保障。然而，看似平静的水面仍然危机蛰伏。研究表明，经过20多年的演变，黄河的水沙关系已悄然发生变化，水流不断减少，粗砂不断沉积，输沙量已不如从前。调水调沙效能趋缓，再加上极端天气事件的影响加剧，“悬河”风险日益凸显。
为此，专家提出“以沙适水”新思路，通过粗砂细化和粗细分离等技术，加快开展人工主动治理。
“悬河”风险不断加剧
一张开封铁塔与黄河河道对比的示意图长期在网上广泛流传：铁塔一层的顶部整体低于河道底部，河床高出开封城超过10米，黄河水面与四层塔高平齐。有了参照物，“悬河”之悬一目了然。
“黄河下游两岸大堤间距从几百米到20公里不等，下游河道总面积4860平方公里，其中滩区面积超过3100平方公里。”中国工程院院士、中国水利水电科学研究院研究员王浩道出“悬河”与岸边的复杂现状，河滩区域不仅有160多万人居住，还有300多万亩耕地。
黄河下游“悬河”问题由来已久，根源在于黄河上中游，尤其是黄土高原长期严重的水土流失。多年来，我国持续加大源头减沙力度，深入推进黄河上中游水土流失治理，通过坡耕地改造、退耕还林还草等举措，显著减少了入黄泥沙量。
“黄土高原的主色调已经‘从黄变绿’，绿色版图明显向北延伸。”王浩说，减沙效益促成黄河平均年来沙量不断减少，每年从16亿吨降至不到3亿吨。
为促进河道淤积泥沙的下排，2002年黄河首次开展调水调沙试验，也就是通过多水库联合接力调度，人为塑造洪峰，利用水流力量冲刷水库和下游河道中的淤积泥沙。截至2026年7月，我国已连续实施33次调水调沙，进行小浪底水库以下河道的全线冲刷。数据显示，该治理方案累计输沙入海37.4亿吨，促进下游主河槽平均下切3.1米。
目前黄河治理、水沙调控和防灾减灾都处于有史以来最好的时期。但王飞坦言，多年数据综合分析显示，黄河输沙量和径流量呈现双下降趋势，沙量减少的同时黄河水资源量也下降约15%。即便目前每年只有2亿吨左右的来沙，依然会有约5000万吨泥沙淤积在潼关以下河道，持续托高“悬河”。
沿大广高速进入河南新乡，封丘县李庄新区的大片楼房格外显眼。为落实2017年发布的《黄河滩区居民迁建规划》，2024年9月之前，河南省已完成30万黄河滩区居民迁建任务，实现“从滩区到城区、从平房到楼房”的转变。
“但因守护耕地红线、传承农耕文化等原因，仍有不少居民留在黄河大堤的老滩里。”郑州大学水利与交通学院教授左其亭告诉记者，这些地方地形差异显著，尤其东部地势低洼，受淮河及黄河“悬河”影响，内涝多发。
左其亭对河南省18个地级市进行了防灾能力和韧性的评估。结果显示，豫东3个地级市的排名整体落后于豫西地区。
“在当前河道地形和防洪工程体系下，如果发生20年一遇洪水，55.7万人可能存在淹没风险，其中河南46.6万人、山东9.1万人。”王浩说，即将发布的《黄河流域防洪规划（2025—2035年）》会再次优化迁建安置计划。
与此同时，“悬河”带来的伴生问题不容忽视。中国水利学会流域发展战略专业委员会主任委员、黄河水利委员会研究员、山东大学黄河国家战略研究院副院长江恩惠表示，不断托高的“悬河”甚至危及十几公里开外的黄河大堤。
“河床不断抬高让地势成了一头高的‘跷跷板’，低的那头靠近黄河大堤根部，形成危及大堤安全的‘堤沟河’问题。”她说，一旦“悬河”的水漫过生产堤汇入狭长的堤沟河，就会给大堤带来加倍冲击。特别是近年来黄河水量较小，输沙困难，主槽不断抬高，导致“跷跷板”失去平衡，“堤沟河”过流犹如一把钝锯磨损大堤，严重威胁黄河大堤安全。
黄河从上中游携巨量泥沙冲出三门峡，源源不断地将黄土高原松散的黄土裹挟东运，形成了广袤的华北平原和黄河三角洲。
“如果越来越多的泥沙在‘东运’旅程中提前‘掉队’，沉降到河南与山东等地的河道，那么当地的‘悬河’会越来越‘悬’，下游黄河三角洲的发育也会受到影响。”王飞不无担忧地说。
研究发现，全球气候变化也在改变黄河水沙关系。南京水利科学研究院正高级工程师王国庆认为，全球气候变暖背景下，黄河流域气温显著升高，径流泥沙归因分析结果表明，气候变化贡献率达29.5%。
“极端气候带来的波动及不确定性，让‘悬河’治理更显紧迫。”王国庆说。
创新研究水沙新格局
“尽管连续多年开展调水调沙治理，2025年小浪底汛后淤积量仍比2015年增加了4.5亿吨，损失库容超过3亿立方米。”王飞说，这并非黄河独有的特征。《长江泥沙公报》也显示，每年进入洞庭湖的泥沙量达到1.3亿立方米，出湖泥沙则不及三分之一，湖床也在被不断抬高。
各大流域水域共同呈现水沙新格局，令学界意识到，基于历史水沙状况建立的防洪经验、设计标准，可能难以适配新情况。新格局下，黄河治理面临小浪底水库调水调沙后续动力不足、水沙调控体系整体合力难以充分发挥的新问题。
“水沙关系不协调，是黄河复杂难治的症结所在。”王浩说，黄河流域水沙变化趋势和预测是科研单位持续研究的课题。
王飞在中下游的多次实地调研中发现，近年来调水调沙期间的入海泥沙逐步减少，背后是黄河输沙特征的变化：水的力量在“萎缩”，沉降沙粒却越来越大，人造洪峰搬运粗沙能力极小，调水调沙动力不足矛盾凸显。
“河水挟沙能力小于含沙量就会‘转淤’，这一现象背后仍有很多待解的科学问题。”作为主持和参与百余项重大科研项目的黄河水利专家，江恩惠认为，需要在理论模型上更深入地开展研究和描述，比如黄河大堤与生产堤之间、地基对泥沙淤积的空间效应以及水动力效应的关系，要用数理模型表示出来，实现水沙规律的可计算、可量化。
为研究“悬河”水、沙和它们所处空间的诸多影响因素，王飞带领团队将黄河下游泥沙按粒径分为三组开展实地调研。“结合大量的历史研究资料，通过数学模型计算我们发现，泥沙沿程输移过程中存在明显的分选效应。”王飞解释说，一般经验认为沙粒越粗就越沉积在上游出山口附近，但大量监测数据显示在黄河下游的沉积顺序恰恰相反。比如，山东河段艾山以下的淤积物反而粗于上游河南段（花园口至高村），前者大于0.05毫米的粗沙含量高达54%。
反常态的淤积效应推动团队继续开展成因研究。“河流通过窄深河道时，因流速增大而冲刷力提高，细沙得以冲向下游，但更粗的泥沙却更容易流到平缓的河滩。”王飞说，如何用好水沙关系加大泥沙输送，还面临很多未解难题。
同时，团队还进行了大量径流挟沙力模型测试。水沙动力学研究结果显示，对于下游河道主要淤积的大于0.1毫米粒径的粗沙，当前的洪水输送能力几乎丧失；如果将泥沙粒径细化到0.05毫米和0.03毫米时，水流挟沙力则分别提高2倍和5倍。
“径流挟沙力的陡增让我们非常兴奋。”王飞说，它可能成为未来化解泥沙淤积与黄河水资源短缺之间矛盾的“突破口”。
在创新研究方面，更多围绕水沙新格局的成果逐步出现。比如，为了描述水沙调控对于河流、社会、生态等多方面的治理效能，江恩惠团队构建了适配新形势的黄河流域水沙调控框架，用1个总目标统筹3个分目标，以9个目标函数进行计算，为不同来水来沙情景的研判和计算提供理论依据。
“还有团队证实并描述了水沙‘博弈关系’，就特定地区进行了水沙博弈的临界点分析。”江恩惠表示，更多科学研究将为完善黄河下游“悬河”治理体系奠定基础。
面对水沙新格局的严峻形势，王飞团队已通过不同渠道提交了加强“悬河”治理的提案。提案强调，目前黄河下游河道系统已经形成了相对“高风险”稳定状态，面对淤积不断加剧的态势，如果要提高“地上悬河”未来的安全性，亟须开展人工主动治理。
提案同时指出，治理行动需结合流域水资源现状、输沙需水及保障能力、现有水库泥沙淤积量、调水调沙功能等因素开展科学细致的研判。
在王飞看来，黄河下游“悬河”河道分布广，泥沙矿物属性不一，粒径构成和淤积部位也各不相同，要抓准治理的“牛鼻子”。当务之急是对不同地段“悬河”进行摸底式调查和分析，为各地“悬河”治理制订适配方案及全局性联调方案提供科学数据。
“以沙适水”理论亟待破题
在河南兰考，王飞手捻黄土，黄土间巨大的粗细差别让他心中一惊。在当地的黄河旧河道里，他捧起一把泥沙，捏碎干土时，细细的尘土在空中飘浮；而在新黄河河床里，他从表面只能抓起粗大的泥沙颗粒。粒径强烈的对比，让他感到黄河治理不能再只从水量入手了。
一直以来，黄河调水调沙主要靠“以水冲沙”——调节水库下泄流量形成人造洪峰，把库底和河道泥沙冲入大海，减少淤积。水，一直被当作主动方。
后来，学界认为“调水调沙”的主动方可以是水，也可以是沙。“以沙适水”治河理论顺势提出。
“通过粗细分离和粗沙细化技术，如果让‘沙’也向前迈出一步，协同当前的‘以洪输沙’举措，可以使黄河的输沙能力提高2倍甚至更高。”王飞表示，从模型预测来看，若能在关键节点实施，每年能节省50亿至100亿立方米输沙用水。“这意味着只要换个思路，就可以大量节约水资源，还可以降低泥沙处理成本。”王飞说。
“粗细分离，是对淤积泥沙的全沙进行机械扰动促进分离，细沙进入下游河道，粗沙就地或就近沉积。”王飞进一步解释，粗沙细化可以通过加速自然风化和通过机械和物理方法实现，一旦粗沙变为更细小的颗粒，其下排机会就会大幅提高。
实际上，冲不动的大颗粒在日晒、寒暑交替的自然环境下能够风化，但泡在水里或埋在河道中层，温度变化小，就不具备风化条件。“用合适的装备进行扰动，比如利用河库清淤的绞吸船把泥沙的粒径进行重排，不仅能促进细沙的大海之旅，还会加快部分大颗矿物质风化变细。”王飞说。
“在粗细分离、粗沙细化之外，还可以将黄河流域水土保持、干支流水库协同调控水沙关系动态机制纳入研究。”黄河水利科学院正高级工程师姚文艺认为，研究可以拓展至泥沙矿物学、河流与三角洲地貌学、河流动力学及河床演变学等领域，为解决我国其他地区和全球河道、水库淤积等重大问题提供新理论、新方法。
为了形成“悬河”问题的破题新思路，近日召开的香山科学会议组织地学、生态、水土保持、河流泥沙及水资源以及科技管理等领域专家围绕“以沙适水”等新思路展开研讨。
与会专家认为，如果能够顺利实施“以沙适水”，不仅可以持续减少泥沙沉降，降低“悬河”河床，还能促进三门峡、小浪底和河道的泥沙下排；如果通过科学调控每年稳定向河口输送0.5亿—1亿吨泥沙，就可维持黄河三角洲发育并促进其生态功能提升。
“同时，将调水调沙与生态补水、退养还滩、海岸防护、人工补沙等措施统筹起来，可兼顾行洪安全、岸线稳定与湿地生态保护。”王浩强调，黄河治理需要上中下游协同，不断丰富科学调控手段，提升“悬河”的整体治理能力。
在王飞看来，“以沙适水”思路需要进一步论证技术的实现方式、能耗成本以及综合效益。然而，解决从基础理论到工程实施、机械制造等实际落地问题，离不开国家层面的顶层设计和组织实施。
王飞建议，在相关部门的统筹下，尽快开展“以沙适水”理论、技术与设备研发，发展水沙调控理论与方法；开展水库与河道泥沙粒径分层与分河段分布特征，估算不同河段的细沙下排潜力；系统研究不同区间和洪水特征下人工主动治沙的位置和数量，提高水沙调控效率。
在专家看来，“悬河”治理达成的将不是一河之功。当前，鄱阳湖、渭河等流域也存在类似水沙新格局。如果“以沙适水”的调控理念得以落地验证，将为更广泛的河湖淤积治理和生态功能提升提供有益借鉴。
