黄河河口入海流路运用方式研究现状与趋势

2018-09-10陈雄波陈松伟窦身堂师长兴魏剑宏

人民黄河 2018年9期

陈雄波陈松伟窦身堂师长兴魏剑宏

摘要：介绍了黄河河口入海流路摆动情况，阐述了长期稳定、轮流行河、同时行河等几种入海流路行河方案及已有推荐成果。根据流路使用约束条件，指出稳定百年的黄河河口入海流路运用方式研究的主要内容包括：三角洲演变对黄河下游河道冲淤的反馈机制及效应、治理方案综合效益评估技术、稳定百年的流路运用方案与优化、黄河河口流路稳定百年的综合治理措施及效应，需要解决的关健科学技术问题有：黄河河口三角洲演变对其上游河道的反馈机制、流路运用方案的综合效益评估技术。最后，分析了流路运用方式研完的趋势。

关键词：反馈机制；刁口河；清水沟；行河方案；入海流路；河口三角洲；黄河

中图分类号：TV856 ；TV882.1 文献标志码：A Doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.09.003

1855年黄河自铜瓦厢决口改道人渤海以后，大量泥沙淤积在陶城铺以上河段，进入黄河河口的泥沙很少，河口比较稳定。随着沿河堤防的逐步完善，输送到河口的泥沙量逐渐增大，河口淤积延伸问题开始显露出来，尾间河道的摆动变迁也日益频繁。1889-1949年，人类活动影响逐渐增强，但长时期内宁海以下两岸仅有民捻20余km，河口尾闾段经常决口摆动，其中较大的流路变迁就有6次，见表1（1938年春—1947年春无数据）[1]。

1949年新中国建立后，黄河河口地区生产发展对防洪的要求日益迫切，形势已不允许尾闾河道再任意自然改道。1953年以后，黄河河口三角洲的摆动顶点从宁海下移至渔洼，进行了3次大的人工改道。1953年改甜水沟、宋春荣沟、神仙沟分流入海为神仙沟独流入海。1964年1月，神仙沟流路实际行河10a5个月，由于河道淤积使水位抬高，因此凌汛期在罗家屋子爆破分洪，水由刁口河入海。1975年汛期流量6500m3/s时西河口水位达到当时预计的改道水位（大沽高程10m），至1976年5月在西河口实施了有计划的人工改道，由清水沟流路入海，刁口河行河12a5个月。清水沟行河后经过了淤滩成槽、溯源冲刷发展和溯源淤积的演变过程，至1996年西河口以下河长达到65km，为有利于胜利油田开采石油，沿东略偏北方向实施了清8改汉行河至今，目前西河口以下流路长度约60km，流路状况尚好，还有较大的行河潜力[2]。

黄河每年挟带大量泥沙入海，可利用东部和北部海域容沙。东部宋春荣沟以南海域可利用十八户流路；宋春荣沟以北五号桩以南约62km的海域，可利用清水沟现行清8、北汉、原河道等3条汉河（有计划摆动）；从五号桩以北至徒骇河口以东约100km的北部海域，可利用刁口河和马新河[1]。

根据有关研究成果，黄河河口未来仍然是一个多沙河口，河口淤积延伸不可避免[1，3-4]。随着河口的淤积延伸，侵蚀基准面相对升高，河道水位不断抬高并逐渐高出河道外地面，成为靠滩唇约束的地上河。河口淤积延伸到一定程度时，若不进行有计划的人工改道，则会发生自然改道，从整体上破坏已有的黄河三角洲生产力布局。因此，进行入海流路运用方式的研究是很有意义的。

1 几种流路运用方式和推荐方案

黄河河口流路运用方式主要有以下3种。

（1）固定流路行河。该行河方式的实质是希望通过一定的工程措施，把黄河来沙全部带到深海，使黄河河口海岸处于动态平衡，黄河入海流路长期固定，改变黄河河口长期以来淤积、延伸、摆动、改道循环演变的局面，以利于河口地区经济社会的发展。该行河方式最具代表性的方案是“一主一辅，双流定河，高位分洪，导堤入海”，即以现行清水沟流路为主河道，在其入海口建设双导堤伸至3m水深，双导堤内行洪流量为3000m3/s，并修建顺向丁坝，使双导堤中间形成复式河床；刁口河流路为辅助流路，在西河口断面附近建设分洪流量为3000m3/s的分洪闸。同时，建立疏浚船队，及时疏浚西河口以下可能出现的局部淤积，保证双导堤内河势稳定[5]。

（2）轮流行河。该行河方式以保障黄河下游防洪安全为前提，以黄河河口生态环境良性维持为基础，充分考虑地区经济社会的可持续发展。在控制西河口流量为10000m3/s时水位不超过12m、保障黄河下游河道防洪安全的前提下，按一定的控制条件轮流使用各条流路[6-7]。

（3）同时行河。基于河口岸线平衡概念，采用多条流路平行行河，利用海洋动力和输沙动力，力争通过各入海流路的同时使用，使河道泥沙输移与海洋动力拖曳泥沙形成相对平衡，恢复和维持各条流路的生态系统[1]。

根据在国家层面批准的《黄河入海流路规划报告》《黄河流域综合规划（2012-2030年）》、水利部审查通过的《黄河河口综合治理规划》，以及黄河河口多泥沙的特点，考虑下游河道防洪减淤、河口地区经济社会发展和生态环境保护的互动关系，推荐轮流行河的行河方式[1，3-4]。《黃河河口综合治理规划》推荐近期主要使用清水沟流路，行河顺序为：现行清8汊、北汉、原河道，可以使用50a以上，同时进行刁口河流路的生态调水，并加强对同时行河方式的深入研究，马新河与十八户是可能的远景备用流路[1]。

使用各条流路的约束条件为黄河下游防洪减淤、地方经济社会发展需求以及河口地区生态保护需求[8-9]。

2 稳定百年的入海流路研究内容和技术路线

黄河河口流路改道和出汉摆动对黄河下游河道稳定有着重要影响，频繁改道不利于河口地区的经济社会发展。通过研究黄河河口演变与下游河道的互馈关系，制定流路运用方案，提出使黄河河口流路稳定百年的综合治理措施，在黄河下游防洪减淤、河口地区经济发展和人民生命财产安全、生态环境保护与建设等方面具有重要意义[10-11]。因此，国家重点研发计划设立“稳定百年的黄河河口入海流路方案与治理措施”研究课题非常必要。

“稳定百年的黄河口入海流路方案与治理措施”研究将揭示黄河三角洲演变对黄河下游河道的反馈机制及效应；结合黄河水沙变化趋势最新研究成果，根据设计的黄河河口百年水沙系列和运用方案，分析不同流路运用方案的效果；开发并利用效应评估模型，对不同行河方案和治理措施进行综合评价，明晰刁口河备用流路的定位，综合提出稳定百年的黄河河口入海流路行河方案和综合治理措施。黄河三角洲河道见图1。由于清水沟流路还可以使用50a以上，刁口河能使用31a[1]，因此按稳定百年的时间尺度，本研究的入海流路仅包括清水沟与刁口河。为此，需要研究的主要内容有以下四方面。

（1）分析1855年以来黄河三角洲泥沙在不同尺度地貌单元的淤积分布和沉积组成的变化特征；识别变化过程的周期、趋势和突变特征，揭示黄河三角洲发育过程中河口改道延伸与侵蚀基准面变化的关系；以三角洲顶点体现河口侵蚀基准面的作用，探讨下游冲淤对河口三角洲演变的影响，计算河口侵蚀基准面变化对黄河下游冲淤的影响；分析未来百年尺度黄河河口三角洲发育对黄河下游冲淤的影响。

（2）从黄河下游减淤、河口地区防洪、生态环境、区域经济社会发展、海岸减蚀、投资费用等方面建立综合效益评价指标体系，利用德尔菲法、熵法、关联度法等方法，引入专家评估体系，建立各指标的定量与定性表达方法。针对定量的评价指标体系，利用层次分析法、模糊评判法、主成分分析法等方法建立综合评价模型，满足不同流路方案、治理措施等效益量化评价的需要。

（3）研究未来百年河口流路模式，包括清水沟、刁口河等多条流路的运用；利用混合模拟技术，针对河口流路运用模式，进行百年系列的方案试验及优化；构建黄河河口未来不同水沙条件下不同运用方案流路稳定运行年限、岸线变化、流路长度等特征值的图谱；开展流路方案综合效益评价，提出黄河河口流路稳定运行推荐方案。

（4）分析防洪堤防、河道整治工程、防潮堤及其他工程（如改汉、生态分水闸）等工程的现状及存在问题，评价其在减缓流路延伸长度、延长流路行河年限等方面的作用及局限性；提出黄河河口地区有利于流路稳定的防洪措施、防潮堤、流路调整（改汉或改道）工程措施的布局方案，模拟工程措施的长期及短期效果；提出河口流路稳定百年运行的水沙调控措施及工程措施。

本研究的技术路线见图2。

3 需要解决的关键科技问题

（1）河口三角洲演变对上游河道的反馈机制。河流侵蚀基准面是河流发育的一个重要控制因素，河流侵蚀基准面的升降最终将造成河流均衡纵剖面不同程度的升降，但是河流响应基准面升降的过程在多沙和少沙河流上可能有所不同。少沙河流上侵蚀基准面升降后，河口以上河道可以通过多因素的综合调整，限制侵蚀基准面升降对上游河道的影响，因此大多数情况下少沙河流三角洲演变并不会明显加重上游河道的淤积。多沙河流侵蚀基准面升降可能会显著影响其上河道的淤积强度，这种影响不是线性的，需要弄清侵蚀基准面升降响应三角洲建造的机制，以及下游河道冲淤响应侵蚀基准面变化的机制，揭示各种影响因子在各过程反馈机制中的作用，在此基础上建立正确反映河口三角洲建造与河口上游河道发育关系的模型，准确估算河口延伸对下游淤积的效应。因此，多沙河流河口三角洲演变对河口上游河道发育的影响机制与程度是一个关键科学问题，涉及黄河下游水沙过程、河道自动调整、流路延伸等多种因素的交错影响，需要理论解释和定量回答河口淤积延伸、侵蚀基准面变化对三角洲以上河道冲淤的反馈过程。

（2）流路运用方案的综合效益评估技术。黄河河口在相当长时期内仍然是一条多沙河口，河口演变仍然遵循着淤积、延伸、摆动、改道的演变规律，只是和历史时期相比演变速率有所减小。为了给黄河尾闾留有摆动空间，黄河河口将有不同的入海流路，且每条入海流路的启用及稳定需要配套多种治理措施。各流路行河方式及不同的综合治理方案关系着黄河下游防洪安全、河口生态以及地区经济社会的可持续发展。因此，科学评价各行河方式下的综合治理方案是推荐及稳定黄河流路的关键技术问题。针对不同行河方案和治理措施，识别其影响对象及效益目标，构建综合评价指标体系，同时建立各指标的定量与定性表达方法，构建综合效益评价模型，可為河口流路稳定百年提供技术支撑。

4 研究内容的细化

将研究目标、研究内容和需要解决的关键科学技术问题进行适当分解，设置4个专题进行研究：第1专题主要研究三角洲演变对黄河下游河道冲淤的反馈机制及效应，是基本问题研究；第2专题主要研究治理方案综合效益评估技术，为流路运用结果综合评价提供技术工具；第3专题主要研究稳定百年的流路运用方案与优化，提出未来百年黄河口流路运用的推荐方式；第4专题主要研究黄河口流路稳定百年的综合治理措施及效应，是在第3专题的基础上，针对流路运用推荐方案进行综合措施的保障与完善，确保黄河河口流路稳定百年。即：第1、第2专题是基础，为第3、第4专题提供理论依据和技术手段；第3、第4为专题应用，既是本次研究的出口，也是目标的关键所在。各专题逻辑结构见图3。

4.1 三角洲演变对黄河下游河道冲淤的反馈机制及效应（专题1）

（1）1855年以来黄河三角洲泥沙的淤积分布及影响因素分析。利用黄河三角洲地形图和历次水下三角洲观测资料，结合遥感影像、地层钻探和沉积物粒度数据，分析黄河三角洲泥沙在不同尺度地貌单元的淤积分布、沉积组成特征及其随时间的变化，探讨陆域来水来沙、海洋动力、海面变化及人类活动等因素对黄河人海泥沙在三角洲水上与水下扩散沉积的影响作用。

（2）三角洲建造过程中三角洲顶点河床冲淤与水位变化分析。基于位于黄河三角洲顶点附近水文站长期的河床断面形态、流量、泥沙和水位观测资料，配合对顶点上下游河段的详细地形测量，结合河口改道延伸和黄河三角洲建造过程，综合分析三角洲顶点冲淤和水位升降过程，识别过程的周期、趋势和突变特征，揭示黄河三角洲发育过程中河口改道延伸与侵蚀基准面变化的关系。

（3）三角洲顶点河床秤淤与水位变化对黄河下游冲淤的影响分析。利用黄河下游长期河道大断面测量数据和水文泥沙数据，分析下游河道断面形态和组成特征以及冲淤过程，以三角洲顶点河床冲淤与水位变化体现河口侵蚀基准面的作用，探讨下游冲淤对河口三角洲建造的反馈机制，建模分析河口侵蚀基准面变化对黄河下游冲淤的影响。

（4）未来百年黄河河口三角洲发育对黄河下游冲淤的影响分析。考虑未来流域在水土保持、气候变化、水库调蓄和河道整治等影响下的水沙变化与下游河道边界条件变化，并分析未来黄河河口行河方案下三角洲建造所产生的河口侵蚀基准面变化过程，利用建立的模型计算分析未来百年尺度黄河河口三角洲发育对黄河下游冲淤的影响。

专题1技术路线见图4。

4.2 治理方案综合效益评估技术（专题2）

（1）识别不同行河方案和治理措施的影响对象及效益目标，筛选评价指标，构建综合效益评价指标体系。黄河河口不同行河方案和治理措施关系黄河下游防洪安全、黄河河口生态良性维持以及地区经济社会的可持续发展。从区域与整体、技术与经济、社会与生态等方面，提出黄河下游减淤、河口防洪、生态环境、区域经济社会发展、河口三角洲淤积延伸、行河年限、经济效果等评价指标，从影响各方案综合效益发挥的程度合理选择评价指标，构建指标体系。

（2）建立各指标的定量与定性表达方法，构建综合效益评价模型。针对指标体系进行各指标细化分解，对德尔菲法、熵法、关联度法等方法进行分析，或引入专家评估体系确定各评价指标权重或评价方法，探索建立各指标定量与定性表达方法；针对定量评价指标体系，研究层次分析法、模糊评判法、主成分分析法等评价方法，提出适用于本次研究的评价方法，建立综合评价模型。

（3）开展流路方案综合效益评价。针对各类治理措施，利用综合评价模型进行综合评价，为推荐综合治理方案提供科学依据。

专题2技术路线图见图5。

4.3 稳定百年的流路运用方案与优化（专题3）

（1）黄河河口流路运用模式分析。基于拟定的未来入海水沙条件，考虑在该水沙条件下长期维持河口流路稳定条件，系统分析黄河河口入海流路各种运用模式的目标定位、实施依据、运用特征、整治措施及适用情形，深入分析不同入海流路运用模式的预期影响效应，在认真研究、系统筹划的基础上，研究确定符合黄河河口实际的、科学合理的运用模式，如“清水沟独流入海”“清水沟长期运用，考虑北汉河配合”“清水沟为主、刁口河为辅的多流入海”等多种运用模式，见表2。

（2）流路运用方案效果预测。针对本专题内容（1）拟定的基本运用方式，围绕流路稳定指标，充分利用数学模型和物理模型等技术手段，预测各流路运用方式的排洪输沙能力、淤积特征、流路长度、稳定运行年限、岸线变化、河口泥沙扩散范围等要素。根据计算结果，深入分析刁口河及清水沟流路河道排洪输沙能力及行河过程特征，为进一步认识清水沟北汉河、刁口河流路运用目标定位、时机措施，制定优化运用方案奠定基础。

（3）流路运用方案优化。研究各代表性运用方式的优化要素及优化空间，主要包括“清水沟流路北汉河启用”及“清水沟流路为主、刁口河为辅多流路运用”的具体指标，如长期稳定、轮流行河、同时行河及高位分洪等不同运用思路中相应的启用条件、启用时机、分水分沙比例等，形成系列优化方案。同时，利用混合模拟技术进行优化方案效果预测。

（4）流路运用特征图谱及推荐方案。结合专题2建立的“治理方案综合效益评估技术”及“专家评估体系”，定量综合评价各流路运用方案效果，构建黄河口未来不同水沙条件下，不同运用方案流路稳定运行年限、岸线变化、流路长度等特征值图谱。开展流路运用优化方案开展综合效益评估，提出黄河口流路稳定运行推荐方案。

专题3技术路线见图6。

4.4 黄河口流路稳定百年的综合治理措施及效应《专题4）

（1）归纳整理与历史上流路变迁相应的工程措施种类及布局，分析各项工程措施对流路运行及河口演变的影响，结合近期河口地区防洪堤防、河道整治工程、防潮堤及改汉、裁弯、生态分水闸、挖河疏浚、拦门沙治理等工程措施的现状及存在的问题，评价其在减缓流路延伸长度、延长流路行河年限等方面的作用及局限性，以稳定运行40余a的清水沟流路为重点，分析评价逐项工程措施的效果，提出稳定流路的关键工程措施。

（2）根据推荐的流路运行方案，结合现有工程措施布局、河道地形及海域特点，在不影响防洪安全的前提下，设置利于流路稳定百年的工程措施布局方案。如流路运行模式以“清水沟長期运用，考虑北汉河配合”为例，整治措施可拟定为以控导工程、导流堤、人工出汉为主，配以挖河疏浚措施。

（3）根据设置的工程布局，制定具体的工程方案，如拟定出汉位置及规模、挖河疏浚的部位及长度等，利用研发的混合模拟技术模拟不同工程布局方案的长期及短期效果，分析不同工程措施方案对流路行河年限的影响、尾间河势演变的控制作用等，提出推荐的工程治理措施方案。

（4）结合清水沟流路稳定运行的水沙调配技术，提出河口流路稳定百年运行的综合治理措施。

专题4技术路线见图7。

5 结语

介绍了黄河河口入海流路摆动情况，阐述了几种入海流路行河方案，分析了稳定百年的黄河河口入海流路研究的内容，提出了需要解决的关键科学技术问题，对近期研究内容进行了分解与细化。研究成果可应用于黄河口三角洲规划和治理工程措施中，为区域高效生态经济发展提供技术支撑。

参考文献：

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[2]程义吉.黄河口入海流路摆动改道与治理稳定[J].中国水利，2007（4）：43-45.

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[4]黄河水利委员会.黄河流域综合规划（2012-2030年）[R].郑州：黄河水利委员会，2013：108-109.

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