滦河的水沙关系及水利工程对下游河道的影响

张丽云 蔡湛 李庆辰 等

摘要：滦河径流年内分配极不均匀，有７３％的输水量和９６％的输沙量集中在汛期，大水挟大沙的特征明显。修建于干流上的潘家口水库、大黑汀水库和支流上的桃林口水库控制了流域８９．９％的汇水面积，削减了滦河６３％的径流量、９９．３％的输沙量和汛期３０％的径流峰值，引起了下游河道的快速响应，导致河床展宽变浅，出现衰亡迹象。

关键词：滦河水文；水沙关系；河道衰亡

中图分类号：ＴＶ１２１文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０12）15－3222-04

Ｔｈｅ Ｒｕｎｏｆｆ－ｓｉｌｔ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｉｎ Ｌｕａｎｈｅ Ｒｉｖｅｒ Ｂａｓｉｎ ａｎｄ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ Ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｌｏｗｅｒ Ｒｅａｃｈｅｓ

ＺＨＡＮＧ Ｌｉ－ｙｕｎ１，ＣＡＩ Ｚｈａｎ１，ＬＩ Ｑｉｎｇ－ｃｈｅｎ１，ＬＩＵ Ｐｉｎｇ－ｙｕ２

（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｈｅｂｅｉ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００１１， Ｃｈｉｎａ；

２．Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ Ｐｒｅｓｃｈｏｏｌ Ｔｅａｃｈｅｒｓ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５０２２８，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ａｎｎｕａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｗａｓ ｖｅｒｙ ｕｎｅｑｕａｌ ｉｎ Ｌｕａｎｈｅ Ｒｉｖｅｒ Ｂａｓｉｎ． Ａｂｏｕｔ ７３％ ｏｆ ｒｕｎｏｆｆ ａｎｄ ９６％ ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ concentrated ｉｎ ｔｈｅ ｆｌｏｏｄ ｓｅａｓｏｎ． Ｓｏ ｔｈｅ ａｎｎｕａｌ ｆｌｏｏｄ ｃａｒｒied ａｗａｙ ｔｈｅ major ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔ． Ｔｈｅ Ｐａｎｊｉａｋｏｕ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ａｎｄ Ｄａｈｅｉｔｉｎｇ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｂｕｉｌｔ ｉｎ ｔｈｅ ｍａｉｎｓｔｒｅａｍ， and Ｔａｏｌｉｎｋｏｕ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｗａｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｒｉｂｕｔａｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ８９．９％ ｏｆ ｄｒａｉｎａｇｅ ａｒｅａ， ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ６３％ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ， ｒｅｄｕｃｅｄ ９９．３％ ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｙｉｅｌｄ， ａｎｄ ｃｕｔ ｄｏｗｎ ３０％ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｏｏｄ ｒｕｎｏｆｆ． Ｔｈｅ ｇｒｅａｔ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｒｉｖｅｒ ｈｙｄｒｏｌｏｇｙ ｃａｕｓｅｄ ｔｈｅ ｒｉｖｅｒｂｅｄ ｗｉｄｅｎｉｎｇ ａｎｄ ｓｈａｌｌｏｗｉｎｇ， and ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａ ｓｉｇｎ ｏｆ ｄｅｃｌｉｎｅ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｌｕａｎｈｅ Ｒｉｖｅｒ ｈｙｄｒｏｌｏｇｙ； ｒｕｎｏｆｆ－ｓｉｌｔ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ； ｒｉｖｅｒ ｃｏｕｒｓｅ ｄｅｃｌｉｎｅ

滦河发源于丰宁县巴彦图古尔山麓，流经内蒙古高原、燕山山区后，于冀东平原的乐亭县、昌黎县交界处入海，全长８７７ ｋｍ，汇水面积４４ ８８０ ｋｍ２。滦河为华北地区的一条大河，水量充沛，年平均径流量４．５６３×１０９ ｍ３，多年平均流量１４５ ｍ３／ｓ，实测最大洪峰流量高达３４ ０００ ｍ３／ｓ（１９６２年滦县站）。滦河水量的８０％来自长城以北，常年性支流有５００余条，其中，汇水面积大于１ ０００ ｋｍ２的有１０条，以青龙河最大，约占总水量的３０％。滦河为一条多沙河流，年输沙量达２．４０８×１０７ ｔ，平均泥沙浓度３．９４ ｋｇ／ｍ３［１］。

１９７９年滦河干流潘家口水库、大黑汀水库先后蓄水投入运行，７８．６０％的汇水面积得到了控制。其中潘家口水库控制面积３３ ７００ ｋｍ２，水库总库容２．９３０×１０９ ｍ３；大黑汀水库位于潘家口水库下游，控制潘家口至大黑汀区间面积１ ６００ ｋｍ２，总库容为３．３７０×１０８ ｍ３。１９９８年底，位于滦河支流青龙河上的桃林口水库投入运行，控制面积５ ０６０ ｋｍ２，水库总库容８．５９０×１０８ ｍ３。至此，滦河全流域８９．９０％的汇水面积得到了控制［２］。

１滦河的水沙特征

滦河流域地处暖温带季风气候区，位于内蒙古高原南端的夏季迎风坡上，降水丰沛且雨量集中，多暴雨［3］，因而使滦河成为华北地区水量最丰富的一条河流。与降水的年内变化相一致，滦河径流易形成年内明显的洪水期和枯水期。其中洪水期出现在６～９月，径流量３．４３０×１０９ ｍ３，占全年径流总量的７３％，而洪水又主要集中在７、８月，径流量为２．６３０×１０９ ｍ３，占全年径流总量的５６％［4］，形成了年内径流分配的明显峰值（图１）。

滦河的输沙量主要集中在洪水季节，６～９月输沙２．１３９×１０７ ｔ，占全年输沙量的９６％，其中７～８月输沙１．９３９×１０７ ｔ，占全年输沙量的８７％，形成了年内输沙分配的明显峰值（图２）。

对比图１和图２可知，滦河水沙年内分配比具有相似性，即在７、８月份洪水季节均出现明显的峰值，表明滦河具有大水挟大沙的水沙关系。而且进一步观察发现，７、８月份的峰值在输沙量年内分配图上，比其在径流量年内分配图上表现得更加尖锐，这说明滦河在洪水期间增加的径流量具有更高的挟沙能力。将径流量和输沙量年内分配值绘制在一张曲线图上，二者在形态上的差异更加明显，如图３所示。尤其在雨季开始的７月份，２２．２％的年径流量携带了４２．９％的泥沙，因而输沙量累积曲线在７月份的线段具有更高的斜率。这表明滦河水流流量的增加与挟沙能力的增加不是线性关系而是指数关系。

１９５０年至潘家口、大黑汀两座大型水库启用前３０年的水文观测记录显示，滦河年径流量存在极高的变率（表１）。而更长年份的观测资料表明，滦河丰水年份径流量是平水年份的４．４倍，甚至是枯水年份的６７１倍［２］。

２水利工程对滦河水文情势的影响

１９７９年底，位于滦河干流上的潘家口、大黑汀两座大型水库建成并投入运行，可调节水量（兴利库容）２．２８７×１０９ ｍ３，基本改变了滦河水流的自然状态。除个别年份流域发生特大降水外，即便是在洪水季节的７、８月，水库下游河道也基本无洪水发生。而仅仅是根据下游需水量由水库放水形成径流。自此，滦河干流６～９月径流量为１．１３０×１０９ ｍ３，占全年的６２％，比工程兴建前减少了１１个百分点，其中７、８月的径流量为０．６２０×１０９ ｍ３，占全年的３４％，比工程兴建前减少了２２个百分点；而每年旱季潘家口水库向下游灌区的供水使５、６月的平均流量较工程兴建前有所增加，因此，滦河干流的洪峰被大大削平。而每年平均向天津、唐山两市供水１．２８７×１０９ ｍ３，向滦下灌渠输水超过１．０００×１０９ ｍ３，使滦河干流多年平均径流量由工程兴建前的４．７２０×１０９ ｍ３降到工程兴建后的１．８４０×１０９ ｍ３，减少了６１％。滦河多年平均入海水量由４．１９０×１０９ ｍ３减少到０．３５５×１０９ ｍ３，减少了９２％［５］，其中１９８２、１９８３年入海水量仅为０．０３０×１０９ ｍ３，尚不足多年平均入海水量的１％。而在桃林口水库１９９８年底启用后，滦河下游平均径流量进一步减少到０．０１７×１０９ ｍ３，其中２００１、２００２年出现断流。

３水利工程对滦河泥沙的影响

统计数据显示，滦河水利工程（包括干流的潘家口水库、大黑汀水库和支流上的桃林口水库）的实施对滦河的泥沙运移产生了重要影响。在２０世纪７０年代末以前，滦河在６～９月的洪水期间输沙量为２．１３９×１０７ ｔ，占全年输沙量的９６％，其中７、８月输沙量为１．９３９×１０７ ｔ，占全年输沙量的８７％。１９７９年滦河干流上的潘家口、大黑汀两座大型水库建成并投入运行后，滦河上游的来沙主要淤积于潘家口、大黑汀两大库区。水库对泥沙的拦截作用使库区下游泥沙供应量骤减，故输沙量明显下降，其中６～９月输沙量８．８６０×１０５ ｔ，占全年的８６％，比工程兴建前减少了１０个百分点，７、８月输沙量为６．１２０×１０５ ｔ，占全年输沙量的６０％，比工程兴建前减少了２７个百分点。多年平均输沙量由工程兴建前的２．２１９×１０７ ｔ减少到０．１０３×１０７ ｔ，减少了９５％。而１９９８年底，位于滦河最大支流青龙河上的桃林口水库建成并投入运行后，滦河在洪水季节和全年的输沙量进一步减少，年平均输沙量仅为０．１６１×１０６ ｔ。由于滦河干流的洪峰被进一步削减甚至消除，在滦河干流下游河段，大水挟大沙的水沙过程基本不复存在。甚至由于水利工程对滦河上游来水的拦蓄，下游河段基本干涸，全年无水流入海，由此导致在２００１年和２００２年通过滦河口入海的泥沙为零。

４滦河下游河道对水沙变化的响应

河道的地貌形态是由河流的水沙共同塑造的，是与河流水沙过程长期适应的结果。在自然条件下，河道形态保持着相对稳定的状态。但随着河流水沙条件的变化，其在形态上也必然作出相应的调整，以适应变化了的水沙条件。１９７９年潘家口水库、大黑汀水库启用后，滦河下游的水文过程发生了改变。来水方面主要表现为滦河下游的水量减少，洪峰降低，枯水流量增加，年内和年际流量变幅减小，接近恒定流状态的流量持续时间增长。来沙方面主要是下泄沙量减少，泥沙颗粒变细，水流含沙量减少。工程建立后，滦河干流的大黑汀水库坝下河段河道曾发生冲刷，冲刷距离为９９～１１０ ｋｍ，在第一个１０年内的冲刷深度为１．９７ ｍ，总冲刷量以靠近水库的迁西段为最大［５］。理论上，坝下河道冲刷过程中河床的床面会不断粗化，最终形成抗冲的铺盖层，阻止河床进一步下切。同时，由于水流所挟带的悬移质组分中的粗颗粒会不断换取河床中的细颗粒，从而使悬移质不断细化。未能满足的冲刷深度将在下一河段得到补偿。因此，在最初阶段，河道的下切将从水库坝下向下游河段延伸。由于滦县以下除海平面外，不存在局部基准面控制河床下切，因此，当水库下泄清水流量超过５００ ｍ３／ｓ，只要有足够的时间，冲刷就可以发展到河口地区。三角洲地处地壳下沉区，地壳下沉导致河道堆积，对下游河床的冲刷起到一定的补偿作用。但实际上，下游河道对滦河干、支流水利工程的实施所引起的水沙变化的响应却并非如此。尽管在潘家口水库和大黑汀水库启用前，由于向下游三角洲灌区每年引水１．０００×１０９ ｍ３，引起岩山渠首下游河段河床下切并向窄深方向发展，河床宽度曾以每年１３ ｍ的速度减少［５］，但在潘家口、大黑汀两座大型水库启用后，库下河道却并未持续下切，而是以平均每年４７ ｍ的速度横向拓宽。尤其是１９９８年桃林口水库启用后，滦县以下的冲积三角洲平原（或称扇三角洲平原）区，滦河河床明显变浅，且侧向迁移迅速。一方面是本区河床为沙质，河岸虽然为二元结构，但黏土等细粒物质含量极少，抗冲刷能力弱，加上河岸植被生长衰退，灌丛大量死亡，丧失固岸功能，使河岸的可动性较大；另一方面是河道流量的变化引起水流动力轴线的摆动，导致河岸着流位置的迁移，造成崩岸的具体位置发生改变，从而使得原来的固堤设施失效或不能发挥应有作用。１９８４年８月１１日，口门附近的河床向南拓宽５０～７０ ｍ；１９８５年８月，九间房一带原有河堤被冲塌５～１０ ｍ，河岸显著变陡。但观测资料表明，滦河下游段有余沙存在，河道发生了淤积［６］，因而河道发生了深度的变浅和侧向的拓宽，使河床的形态逐渐变得模糊，即滦河水利工程所引起的水沙变化导致了下游河道的衰亡。

为防止河道侧向迁移更多地危及两岸农、牧、渔业生产，１９９８年在滦河下游左岸的昌黎段实施浆砌石块护坡９．１ ｋｍ，在右岸的乐亭段加固堤防５ ｋｍ。尽管如此，据现场观测，２０１１年滦河下游右侧河岸仍然崩塌后退了９５ ｍ。

５结论

滦河径流与流域降水年内变化相一致，在６～９月形成汛期，径流量可占到年径流总量的７３％，而洪水主要集中在７、８月，径流量也占到年径流总量的５６％。沙随水行，泥沙量亦在洪水季节形成峰值，而且峰度更加尖锐，其中６～９月输沙量占到年输沙总量的９６％，而７、８月输沙量更是占到年输沙总量的８７％，大水挟大沙的特征明显。不过，在径流峰值左侧的７月份输沙量增加更为迅速。这种现象可能与雨季到来之前流域内地表松散物质干燥疏松有关，而随着雨季的来临，流域内地表松散物质因含水量增加而变得湿润，故黏结程度提高而更不容易被冲刷，因而使滦河干流的含沙量有所降低，如表２所示。

１９７９年位于滦河干流上的潘家口、大黑汀水库启用，以及１９９８年位于滦河最大支流青龙河上的桃林口水库启用后，控制了滦河流域８９．９％的汇水面积，调蓄了滦河下游（滦县站）６３．６％的径流量，也使其泥沙量减少了９９．３％。从而引起滦河下游直至滦河三角洲河道的快速响应。由此导致滦河口的衰亡［７］和滦河三角洲由淤涨转变为侵蚀后退［３］，并导致了海滩及海岸侵蚀、河口淤积、河口生态环境退化、海水入侵及土壤盐渍化［１］。更为重要的是，滦河水利工程的实施所导致的水沙变化，引起了下游河道展宽淤浅而逐渐衰亡，造成河道行洪功能的丧失。而为了不淹滩地，目前在已衰亡的滦河下游河道中所筑相距仅为２ ５００ ｍ的小埝及滩地已郁闭成林的大片林地，也昭示着人们防洪意识的逐渐淡薄。一旦遇上径流量达常年径流量２０余倍、枯水年份径流量５６．８倍的丰水年份，尤其是流量高达３ ４００ ｍ３／ｓ［２］的特大洪水，如果处置不当，其后果将是灾难性的。水利工程所引起的下游河道衰亡在长江、黄河［１，７］等中国诸多大河的下游均已初现端倪，应引起高度重视。

参考文献：

［１］ 王颖，傅光翮，张永战．河海交互作用沉积与平原地貌发育［Ｊ］．第四纪研究，２００７，２７（５）：６７４－６８９．

［２］ 河北省国土资源厅． 河北省海洋资源调查与评价［Ｍ］．北京：海洋出版社，２００７．

［3］ 河北省海岸带资源编辑委员会．河北省海岸带资源［Ｍ］．石家庄：河北省科学技术出版社，１９９８．

［4］ 钱春林．引滦工程对滦河三角洲的影响［Ｊ］．地理学报，１９９４，４９（２）：１５８－１６６．

［５］ 钱春林，任美锷．引滦工程对滦河下游水文及河道的影响［Ｊ］． 海河水利，１９９１（４）：１０－１６．

［６］ 姜太良，房宪英，徐洪达，等． 滦河口径流量和滦河口输沙分析［Ｊ］． 黄渤海海洋，１９８６，４（４）：９３－１０６．

［７］ 冯金良，李庆辰．论华北地区河口衰亡［Ｊ］．地理科学，１９９８， １８（２）：１２９－１３４．