歷史記載以來(lái)黃河下游河道變化及沉積環(huán)境分析

黃學(xué)勇，張 戈

HUANG Xue-yong, ZHANG Ge

遼寧師范大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連 116029

Liaoning Normal University,Dalian 116029,China

黃河以善淤、善決、善徙聞名于世[1]，下游改道歷史比較復(fù)雜。黃河下游一般是指黃河河段中位于河南鄭州桃花峪以下的部分，長(zhǎng)約786 km，流域面積約2.3萬(wàn)km2，約占黃河全流域面積的3%[2]。根據(jù)歷史文獻(xiàn)記載，距今為止黃河下游決口泛濫1 500多次[3]，較大改道有二三十次，其中特別大的改道共有六次[4]。河道擺動(dòng)范圍北抵海河，南到淮河，有時(shí)甚至波及淮河南岸的蘇北地區(qū)。多方面因素共同作用導(dǎo)致了黃河下游洪泛和河道決口事件頻發(fā)自然因素有氣候、泥沙淤積、地形等[5-7]，人類活動(dòng)則加速了黃河下游洪泛發(fā)生的速度。黃河下游洪泛是河道決溢改道的最主要原因。論文借助ArcGIS軟件，將不同歷史時(shí)期黃河下游河道變遷進(jìn)行匯總，重繪了幅黃河下游河道變遷示意圖，結(jié)合前人對(duì)黃河下游地區(qū)相關(guān)研究成果，對(duì)公元前602年以來(lái)黃河下游河道變遷及沉積環(huán)境相互關(guān)系進(jìn)行分析研究。

1 黃河下游河道變化

歷史上黃河下游河道變遷情況極為復(fù)雜，不僅次數(shù)多，而且流路復(fù)雜紊亂(圖1)。黃河下游河道大致經(jīng)歷了古黃河河道、禹王河道、漢唐河道、宋元河道、明清河道、近代黃河河道、1938年花園口人為決口奪淮入海幾個(gè)階段。就入?？谖恢枚?，黃河入海的位置主要在渤海和黃海，入渤海的流路按方向可分為北流向和東流向，入黃海流路分為奪淮入海和獨(dú)流入海。

1-公元前2278年以前；2-公元前2278—公元前602年；3-公元前602—公元11年；4-公元11—1048年；5-公元1048—1128年；6-公元1128—1232年；7-公元1232—1351年；8-公元1351—1855年；9-公元1855年至今；10-1938年花園口決口形成的黃泛區(qū)圖1 黃下游海拔高度與河道變化示意圖(根據(jù)文獻(xiàn)[1]修改)Fig.1 Altitude and river channel changes in the lower Yellow River

公元前602年前黃河下游河道記載于《山經(jīng)》和《禹供》(大約公元前2278年)，由于年代久遠(yuǎn)，無(wú)確切記錄。目前大多學(xué)者采用《漢書·地理志》中記載的周定王五年(公元前602年)為黃河的第一次重大改道[8]，這一次改道后黃河由現(xiàn)代河北滄州一帶入海。公元11年黃河在大名東決口，東漢王景治河后，河道東遷，從其殘留在現(xiàn)今地面的古河道砂質(zhì)高地看，黃河經(jīng)莘縣、聊城、東阿、禹城、商河、惠民、濱州到利津以東入海，建造了濱州為頂點(diǎn)的三角洲體系[9]。新河道距海歷程縮短，此河歷東漢、隋唐、五代行水900余年。1048年黃河從商胡決口北徙，黃河從濮陽(yáng)北經(jīng)清豐、南樂(lè)、大名、館陶、棗強(qiáng)、衡水由天津附近入海，宋代稱北流[10]。1060年在魏郡向東分出一支河，經(jīng)樂(lè)陵、無(wú)棣入海，稱為二股河，宋代稱為東流。1099年?yáng)|流斷流，又回北流，此河道為人為決口河道。1128年，南宋為阻金兵南下，人為在滑縣李固渡決黃河，致使黃河奪淮入海，在金、元兩朝，黃河多股入淮，至1351年經(jīng)治理后，合為一股，由蘇北注入黃海[11]。1855年，黃河在河南銅瓦廂決口，結(jié)束南流，在山東境內(nèi)奪大清河入海，由利津入海，除1938—1947年花園口泛濫入淮外，均由山東入海，在入海區(qū)域，黃河也曾多次改道，重大的流路變化有10余次[12]。

從黃海將近2 600年變遷史來(lái)看，黃河下游上段(河南段)流向主要為近東西向，河南以下河段則繞過(guò)魯西不是北東流就是東南流。據(jù)統(tǒng)計(jì)，黃海東北流入渤海的時(shí)間為1859年，占統(tǒng)計(jì)時(shí)間的71.6%；黃海東南流經(jīng)淮河入黃海時(shí)間為736年，占統(tǒng)計(jì)時(shí)間28.4%。河道總體由北向南遷徙，呈順時(shí)針?lè)较?，即由北流入渤海逐步轉(zhuǎn)為南流經(jīng)淮河入黃海，但改道的起點(diǎn)卻逐步上移[13]。除1938年黃河花園口決口，大致可以分為六個(gè)時(shí)間段：史前黃河至第一次黃河河道大變遷(公元前602—公元11年)、黃河第二次河道大變遷(公元11—1048年)、黃河第三次河道大變遷(公元1048—1194年)、黃河第四次河道大變遷(公元1194—1494年)、黃河第五次河道大變遷(公元1494—1855年)和黃河第六次河道大變遷(1855年至現(xiàn)代)。時(shí)間節(jié)點(diǎn)以黃河幾次大規(guī)模決口(表1)。

表1 黃河下游河道主要改道情況[14]

2 黃河下游河道變化的控制性因素

黃河自孟津流出峽谷后,南有呈東西向山脈(伏牛山—大別山)阻擋，是造成黃河?xùn)|流的地貌原因[15-16]。由于東部凸起魯西南山低山丘陵地阻擋(圖1)，黃河只能向北入渤?；蚰狭魅朦S海。黃河下游地區(qū)屬于東亞季風(fēng)影響的亞熱帶和溫帶季風(fēng)氣候，降水集中在夏季節(jié)，而且多暴雨。由于黃河中游流經(jīng)黃土高原，進(jìn)入下游華北平原后，由于地勢(shì)變低平、河道變寬，流速減慢，致使大量泥沙沉積[17]，河床逐漸變高，形成“地上懸河”[18]。“懸河”河道的防洪能力極差，夏秋季節(jié)每逢洪水來(lái)臨，極易決口改道[19]。

華北平原在地質(zhì)構(gòu)造上屬于華北拗陷盆地，基底隱伏一系列東西向展布的活動(dòng)性隆起和斷裂。華北平原被第四紀(jì)松散沉積物所覆蓋，絕大多數(shù)斷裂隱伏于第四紀(jì)松散沉積物之下[20]。平原內(nèi)普遍覆蓋有1 000 m～3 000 m厚度的新生代沉積物(圖2)。第四紀(jì)時(shí)期，平原繼續(xù)沉積，其中，北部拗陷沉積幅度較大，南部拗陷沉積幅度較小。以NE向、NNE向、NW向和NWW向線性構(gòu)造構(gòu)成了華北斷裂分布格局。這些斷裂構(gòu)造控制著第四系沉積物及現(xiàn)代地貌的發(fā)育，他們是影響黃河河道演變的重要因素之一[21]，黃河下游地區(qū)主要斷裂見(jiàn)圖2。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)方式有活動(dòng)斷裂、差異升降、地震等，他們是影響黃河下游河道變化的重要因素之一。所說(shuō)禹王河道，沿天津隆起東側(cè)北流入渤海，受隆起影響，使河道東遷。因此，1128年之前河道，在黃河斷陷中頻繁改道，大量泥沙在盆地北部堆積，導(dǎo)致地勢(shì)增高，從而南部變得相對(duì)低洼，加上兩宋之際，戰(zhàn)禍頻繁，治理不力，黃河決口奪淮入海。元、明、清時(shí)期，黃河在淮河斷陷內(nèi)改道，在盆地東南隱伏隆升影響下，河道又不斷北遷，最終又復(fù)歸原來(lái)斷陷盆地再次匯入渤海[22]。從黃河變遷歷史記錄來(lái)看，黃河下游改道范圍從未超過(guò)近代強(qiáng)烈下沉的斷陷盆地，因此盆地基底隱伏構(gòu)造繼續(xù)活動(dòng)是黃河改道遷徙的控制原因。

圖2 黃河下游構(gòu)造單元與第四紀(jì)沉積物厚度分布示意圖(根據(jù)文獻(xiàn)[20]修改)Fig.2 Tectonic units and Quaternary sediment thickness distribution in the lower Yellow River

根據(jù)前人對(duì)黃河下游沉積速率研究成果來(lái)看[23]，公元7世紀(jì)至10世紀(jì)和18世紀(jì)中葉以來(lái)，有兩個(gè)突變時(shí)期(圖3)。公元7—10世紀(jì)，由于陜西北部氣候干旱，同時(shí)由于唐宋時(shí)期人類活動(dòng)加劇了植被破壞，宋代以后，農(nóng)業(yè)區(qū)界線大幅北移，使天然植被遭到根本性破壞，黃河中游地區(qū)水土流失加劇[24-25]，使得沉積速率產(chǎn)生了第一次突變(A)。從明代潘季馴采用“束水攻沙”治黃方略以來(lái)[26]，大量泥沙集中預(yù)計(jì)在河堤之間，使得18世紀(jì)中葉以來(lái)沉積速率急劇增長(zhǎng)(B)?？梢?jiàn)黃河下游沉積帶對(duì)于中游侵蝕帶的響應(yīng)是極為靈敏的，流域植被和土地利用方式的變化，是黃河下游沉積加快的主導(dǎo)因素，這種變化主要取決于人類活動(dòng)。

圖3 近2300年來(lái)黃河下游河道沉積速率變化示意圖(根據(jù)文獻(xiàn)[23]修改，A為黃河中游植被迅速退化時(shí)期，B為“束水攻沙”實(shí)施以來(lái))Fig.3 Variation in sedimentation rate in the Yellow River in the past 2300 years

3 黃河下游沉積環(huán)境特征

根據(jù)對(duì)黃河下游東平湖鉆孔柱狀樣(圖1)測(cè)年、磁化率、黏土礦物和粒度分析[27]，孔深10 m內(nèi)沉積物大致分為六個(gè)時(shí)代段，大致于黃河六次大的歷史變遷相符合[28](圖4)。10 m除14C測(cè)試結(jié)果為4 500—5 000年，7.8 m處14C結(jié)果為(2 250±80)年，因此結(jié)合歷史資料10～8 m相當(dāng)于公元前2500年至秦漢時(shí)期，8 m以下磁化率處于很低水平(>15×10-6)這一時(shí)期，湖水不受外來(lái)河流干擾，與黃河第一次大的變遷時(shí)間(公元前602年—公元11年)相對(duì)應(yīng)[29]。6.9～7.8 m平均粒徑18～32 μm，粒度叫其下深度偏粗，反映動(dòng)水環(huán)境沉積的特點(diǎn)。磁化率整體比較穩(wěn)定，但在頂部出現(xiàn)了波動(dòng)，說(shuō)明有外來(lái)沉積干擾，孔深6.9～7.2 m大致于我國(guó)五代時(shí)期相當(dāng)，基本上反映了黃河第二次改道期間(公元11—1048年)的沉積特點(diǎn)[30]。4.2～6.9 m沉積物顆粒經(jīng)歷了粗-細(xì)-粗的沉積旋回，磁化率出現(xiàn)5～6次波動(dòng)，高嶺石與蒙脫石進(jìn)入下降階段，伊利石出現(xiàn)低值區(qū)的波動(dòng)，即氣候由濕潤(rùn)向偏干方向變化。說(shuō)明湖水受到外來(lái)河流干擾，水域變化較大，測(cè)試結(jié)果與黃河在宋金時(shí)期的動(dòng)蕩大致吻合，沉積物特征也基本反映了這一歷史時(shí)期(1048—1194年)黃河河道變遷特點(diǎn)[31]。3.5～4.2 m磁化率整體處于中等水平，高嶺石與蒙脫石進(jìn)入谷底并有一定波動(dòng)，伊利石含量進(jìn)入高值區(qū)并出現(xiàn)峰值。這一特征基本印證了金末元初黃河河道第四次大變遷的狀況。2.2～3.5 m磁化率處于波動(dòng)水平，反映沉積環(huán)境受外來(lái)影響敏感，河湖相互干擾，高嶺石與蒙脫石含量偏低，并有一定波動(dòng)，而伊利石含量出現(xiàn)峰值，與第五次黃河改道期間(1194—1855年)東平湖的背景相符合。0～2.2 m磁化率測(cè)試結(jié)果顯示，整個(gè)時(shí)段進(jìn)入高值區(qū)，說(shuō)明黃河泥沙中高磁化率顆粒大量涌入，沉積時(shí)代為清至現(xiàn)代(1855年以來(lái))[32]。

1-公元前602—公元11年；2-公元11—1048年；3-公元1048—1194年；4-公元1194—1494年；5-公元1494—1855年；6-1855年至現(xiàn)代圖4 東平湖柱狀樣測(cè)年、磁化率、黏土礦物和平均粒徑垂向分布(數(shù)據(jù)來(lái)源于文獻(xiàn)[27])Fig.4 Vertical distribution 14C magnetic susceptibility,clay minerals and average grain size of core sediment in the Dongping lake

黃河下游平原河道與海岸線變遷如圖5所示，按所在位置分為四個(gè)地貌沉積分區(qū)[8,33-34]：沖積扇位于鄭州以西，黃河出山口；西部平原位于鄭州、濮陽(yáng)一帶，黃河下游大多數(shù)決口改道起始點(diǎn)都在這一區(qū)域，有眾多決口扇和廢棄河道；中部平原面積廣闊，包括了河北中南部、山東西北部、河南東部以及淮河以北的安徽、江蘇一部分，黃河大部分廢棄河道主體都分布在這一區(qū)域；東部平原，黃河在入海口形成了一系列三角洲，與沿岸海河、灤河、淮河等形成了一些列沿岸三角洲沉積區(qū)域。

1-公元前602年以前；2-公元前602-公元11年；3-公元11-1048年；4-1048-1128年；5-1128-1855年Ⅰ-7 400 aB.P.海岸線；Ⅱ-4 200 aB.P. 海岸線；Ⅲ-2 120 aB.P. 海岸線；Ⅳ-900 aB.P. 海岸線A-沖積扇；B-西部平原；C-中部平原；D-東部平原(沿海三角洲)圖5 黃河下游河道與海岸線變遷簡(jiǎn)況及地貌沉積分區(qū)(根據(jù)文獻(xiàn)[8、34、35]修改)Fig.5 Brief description of coastline and river course change and landform sedimentary division in the lower Yellow River

東部沿海三角洲分布如圖6所示[36]，黃河三角洲、灤河三角洲和濰河—彌河三角洲形成年代都是7 000 aB.P.。古子牙河—古大清河三角洲南部7 000～5 000 aB.P.，北部7 000～4 500 aB.P.。老海河三角洲220—1048年；現(xiàn)代海河三角洲14 世紀(jì)到現(xiàn)在。古永定河—古潮白河三角洲7 000 aB.P.至581年。黃河三角洲劃分為10個(gè)超級(jí)葉瓣：第1超級(jí)葉瓣7 000 ～5 000 aB.P.;第2超級(jí)葉瓣5 000～4 500 aB.P.，第3超級(jí)葉瓣4 500～3 400 aB.P.，第4超級(jí)葉瓣3 400～3 000 aB.P.，第5超級(jí)葉瓣3 000 aB.P.至公元前4世紀(jì)中葉，第6超級(jí)葉瓣前7世紀(jì)中葉至11世紀(jì)，第7超級(jí)葉瓣11—1099年，第8超級(jí)葉瓣1048—1128年，第9超級(jí)葉瓣1128—1855年，第10超級(jí)葉瓣(現(xiàn)代黃河三角洲)1855年至現(xiàn)在。

1～10-黃河三角洲沉積葉瓣；A-濰河—彌河三角洲；B-灤河三角洲；C-古永定河—古潮白河三角洲D(zhuǎn)-古子牙河—古大清河三角洲；E-古海河三角洲；F-現(xiàn)代海河三角洲圖6 渤海西南岸與蘇北的三角洲分布示意圖(根據(jù)文獻(xiàn)[36]修改)Fig.6 The deltas on the west and south coasts of the Bohai Sea and northern Jiangsu

黃河三角洲葉瓣沉積速率極高，沉積年份每年可沉積數(shù)十厘米至數(shù)米，一旦廢棄，則無(wú)沉積甚至被侵蝕[37-38]。蘇北黃河三角洲1128—1855 年為發(fā)育階段，1128年黃河奪淮入黃海后，攜帶了大量泥沙淤積在古淮河三角洲上、古瀉湖和淺海灣中，使得岸線向?？焖偻七M(jìn)[39](圖7)。

圖7 蘇北廢棄黃河三角洲岸線變化(根據(jù)文獻(xiàn)[39]修改)

1855年，黃河北歸入渤海后，廢三角洲進(jìn)入侵蝕階段，由于泥沙基本斷絕和陸海相互之間的動(dòng)力平衡被打破，廢三角洲遭到嚴(yán)重侵蝕。1855年黃河改道入渤海，入海河道以寧海為起點(diǎn)，呈扇形擺動(dòng)，比較的流路變化有10余次(圖8)，在黃河入海泥沙作用下，1855年來(lái)，現(xiàn)代黃河三角洲岸線快速向渤海淤進(jìn)[40]，但在不同岸段淤進(jìn)程度不同，現(xiàn)代黃河入?？谔幱龠M(jìn)速度最快(200～1 700 m/a)，現(xiàn)代河口南部和和北部的廢棄三角洲葉瓣岸線處于弱淤進(jìn)甚至侵蝕狀態(tài)[41]。

4 結(jié)論

黃河不斷遷徙改道，使華北平原水文網(wǎng)不斷改組，由于入海位置的變化，使得渤海和黃海西部岸線不斷變遷，形成了現(xiàn)代華北平原主要的地貌格局。北流與東流多期次河流變化形成的一些列三角洲相連，與沿岸其他河流三角洲一起，形成了渤海西岸和南岸巨大的復(fù)合三角洲沉積體。

黃河下游河道的變遷是自然和人為綜合作用的結(jié)果?？v觀黃河河道受控于地形和區(qū)域內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的斷裂，呈西南東北向、西北東南向或西東向。同時(shí)，氣候的變化、土地利用的改變以及人類活動(dòng)都會(huì)影響下游河道的變遷。

黃河是影響渤海和黃海西部沉積環(huán)境的重要因素，黃河入海泥沙量是入?？诩案浇鼌^(qū)域岸線變化的重要影響因素。此外，黃河在擺動(dòng)過(guò)程中，形成了一系列河溝，經(jīng)過(guò)自然和人為的改造，形成了一系列的沿岸河流，這些河流有原有的灤河、海河、濰河、彌河等沿岸河流共同塑造了華北平原沿海地區(qū)的沉積環(huán)境。

圖8 現(xiàn)代黃河三角洲岸線變遷與河道變化(根據(jù)文獻(xiàn)[40]修改)