黃河河口人工出汊時(shí)機(jī)和北汊河啟用分析

于守兵 王萬(wàn)戰(zhàn)

摘?要：根據(jù)刁口河流路末期自然出汊點(diǎn)不斷上提的演變特征以及清8汊河人工出汊的實(shí)踐，提出黃河河口人工出汊宜在自然出汊點(diǎn)抵達(dá)高潮線(xiàn)附近時(shí)，并充分利用海域容沙能力、結(jié)合重大生產(chǎn)需求進(jìn)行實(shí)施。現(xiàn)行清水溝流路在2004年和2007年出現(xiàn)兩次較大規(guī)模自然出汊。出汊點(diǎn)上提2.5 km并接近高潮線(xiàn)，口門(mén)擺動(dòng)距離達(dá)到7.2 km，表明清8汊河流路已處于“重新出汊”的行河末期。清水溝流路達(dá)到改道標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，沙嘴延伸過(guò)長(zhǎng)，將繼續(xù)侵占孤東海域容沙空間。另外，孤東海堤附近海域自清8改汊以來(lái)水深最大增加了5 m，在波浪作用下仍將繼續(xù)沖深。建議近期開(kāi)展啟用北汊河研究，實(shí)現(xiàn)縮短河長(zhǎng)、充分利用孤東海域容沙能力、減緩孤東海堤侵蝕、支援油田開(kāi)采等目的。

關(guān)鍵詞：河口;人工出汊;清水溝;刁口河;北汊河;黃河

中圖分類(lèi)號(hào)：TV147;TV882.1?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.10.008

Timing of Artificial Avulsion of the Yellow River Estuary and Start Using the Beichahe Course

YU Shoubing， WANG Wanzhan

（Yellow River Institute of Hydraulic Research， Zhengzhou 450003， China）

Abstract：Artificial avulsion of the Yellow River estuary should be carried out when natural avulsion location had been moved gradually upstream to the high tide line， for better use of sediment storing capacity of the ambient waters and for meeting major social and economic demands. Two large-scale natural avulsions occurred in 2004 and 2007 in the Qing8 Course，with the avulsion locations moving upstream 2.5 km， reaching the high tide line and shifting lower course by as long as 7.2 km， which indicatd the current course had evolved to the last stage. The current course would severely reduce the sediment-storing capacity of the ambient sea area at Gudong sea dike when the avulsion standard was met if the course was kept running the way as it does now. The water depth at the Gudong sea dike had been increased to as deep as 5 m and would continue due to waves and current. It is supposed that an investigation about early man-made changing to Beichahe Course should be done in the years to come to shorten the river length， make full use of sea dynamics and sediment storing capacity， slow down the erosion near the Gudong sea dike and support local oil exploitation.

Key words： river estuary; artificial avulsion; Qingshuigou Course; Diaokouhe Course; Beichahe Course; Yellow River

1?引?言

黃河河口來(lái)沙量大和口門(mén)海洋動(dòng)力弱的自然稟賦決定了流路變動(dòng)是不可避免的。自然狀態(tài)下黃河河口經(jīng)常處于“初期漫流—?dú)w股并汊—單股無(wú)汊—重新出汊—改道”周期性演變過(guò)程[1]。流路變動(dòng)根據(jù)其位置和影響范圍大體分為改道和出汊兩種類(lèi)型。改道泛指發(fā)生在三角洲頂點(diǎn)的

入海流路變遷。1855年黃河流入渤海后的改道點(diǎn)是寧海，后來(lái)下移至漁洼，最近三條流路改道點(diǎn)在漁洼以下的西河口。出汊是發(fā)生在感潮段的流路變動(dòng)，可分為自然出汊和人工出汊[2]：前者主要是發(fā)生在潮區(qū)界內(nèi)20 km長(zhǎng)河道范圍內(nèi)的自然變動(dòng)，如神仙溝和刁口河行河末期的出汊;后者是在潮區(qū)界略靠上位置的人工變動(dòng)，如清8人工出汊。

實(shí)施有計(jì)劃的河口流路人工改道是河口治理的重要措施[3-4]。然而，流路一旦改道，將嚴(yán)重影響區(qū)域工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局，只有在行河潛力達(dá)到極限時(shí)才會(huì)實(shí)施。而出汊的變動(dòng)規(guī)模小，且位于可以自由行河的自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，對(duì)生產(chǎn)力布局影響小。在流路尚未達(dá)到改道標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，實(shí)施有計(jì)劃的人工出汊可以為口門(mén)留下自由擺動(dòng)空間，合理利用海域容沙空間，從而保持流路長(zhǎng)期相對(duì)穩(wěn)定[2，5]。

目前，流路改道標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)明確。1992年國(guó)家計(jì)委批復(fù)同意的《黃河入海流路規(guī)劃報(bào)告》確定清水溝流路改道標(biāo)準(zhǔn)為西河口（二）10 000 m3/s流量水位達(dá)到12 m[3]，并沿用至今。然而，關(guān)于人工出汊的時(shí)機(jī)尚未有詳細(xì)論述。1998年有研究[6]提出改走北汊應(yīng)遵循改道標(biāo)準(zhǔn)，并避免過(guò)早或意外改走北汊。2008年有研究[7]從保證防洪安全、減少自然決溢的潛在威脅和加強(qiáng)孤東圍堤安全等角度提出立即改走北汊河的建議。在河口來(lái)沙持續(xù)偏少的情況下，河口流路安排應(yīng)處理好河道防洪、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)的關(guān)系[5，8-9]，優(yōu)化配置黃河入海水沙資源。本文根據(jù)黃河河口自然出汊的特征及其對(duì)流路演變的影響，兼顧經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，提出人工出汊的時(shí)機(jī)，并從清8汊河流路目前的演變特征、孤東海域容沙能力變化和減緩海堤蝕退出發(fā)，重新審視北汊河的啟用時(shí)機(jī)。

2?區(qū)域概況

研究區(qū)域包括刁口河和清水溝流路，以及北汊河和孤東附近海域（見(jiàn)圖1）。清水溝流路1976年5月開(kāi)始行河，至1996年5月行河20 a，西河口以下河長(zhǎng)達(dá)到歷史最大值65 km。1996年實(shí)施清8改汊工程，已行河23 a，2018年汛后河長(zhǎng)為63 km。

北汊河位于清7斷面左岸以下500 m處，方向與黃河主河道近于垂直，1986年6月為分流分沙淤積孤東油田以東海域，減輕海潮對(duì)孤東圍堤的威脅而開(kāi)挖。之后于1987年10月和1988年6月兩次被截堵，截堵原因是當(dāng)時(shí)清水溝流路還有較大行河潛力，按年均來(lái)沙7.3億t計(jì)，還可行河8.2 a[10]。按照河口流路規(guī)劃，當(dāng)清8汊河達(dá)到改道標(biāo)準(zhǔn)后，優(yōu)先啟用北汊河[4]。北汊河位于潮區(qū)界上端，距清8改汊點(diǎn)5.5 km，仍屬于清水溝流路的組成部分。

本研究采用的資料為黃河水利委員會(huì)整編的水文資料、刁口河河勢(shì)資料、實(shí)測(cè)大斷面資料、濱海區(qū)地形資料以及衛(wèi)星遙感影像等。本文中斷面高程、水位和潮位數(shù)據(jù)若無(wú)特別說(shuō)明，均采用大沽基面。黃河三角洲刁口河和清水溝附近海域?yàn)椴灰?guī)則半日潮，本文中的高潮線(xiàn)指不規(guī)則半日潮的高高潮位線(xiàn)。

3?人工出汊時(shí)機(jī)

人工出汊時(shí)機(jī)主要由自然出汊的破壞性和人工干預(yù)需求確定。前者指自然出汊將對(duì)流路產(chǎn)生不可預(yù)知的破壞性影響，后者指充分利用海域容沙能力和支援經(jīng)濟(jì)建設(shè)等方面的需求。

3.1?自然出汊點(diǎn)上提至高潮線(xiàn)

黃河自1855年流入渤海以來(lái)共形成10條流路，其中發(fā)育充分且有較為詳細(xì)河勢(shì)資料的只有刁口河流路。1964—1971年汛后，刁口河由初期的游蕩散亂逐漸形成單一順直河槽，并向彎曲發(fā)展。沙嘴凸出兩側(cè)岸線(xiàn)19 km后進(jìn)入出汊階段，羅10斷面以下分別于1972年7月、1972年9月、1974年8月和1974年10月發(fā)生4次較大規(guī)模出汊（見(jiàn)圖1）。其中：1974年8月出汊點(diǎn)位于1972年9月形成的新汊河;其他3次大體位于1971年汛后河槽上，出汊點(diǎn)分別距離羅10斷面18.6、7.9、2.9 km，即3次出汊點(diǎn)逐漸上提。

刁口河附近海域咀西計(jì)站實(shí)測(cè)平均高潮位為2.89 m，介于1971年汛后羅11斷面和羅12斷面兩側(cè)灘地高程之間（見(jiàn)圖2）。由此可知，1972年7月出汊點(diǎn)位于高潮線(xiàn)以下，1972年9月出汊點(diǎn)位于高潮線(xiàn)附近，而1974年10月出汊點(diǎn)上提超過(guò)高潮線(xiàn)。盡管出汊點(diǎn)上提、河長(zhǎng)縮短，但新流路通過(guò)地段和海域在前期已經(jīng)淤積，河勢(shì)仍寬淺散亂，并未引起溯源沖刷[11]。同時(shí)，刁口河改道點(diǎn)以下20 km處新河河床比原神仙溝相應(yīng)河床高;羅4斷面以下地勢(shì)平緩，蘆葦較多，且存在難以沖刷的膠泥坎，事實(shí)上起到局部侵蝕基準(zhǔn)面的作用[3]。利津站和羅家屋子站實(shí)測(cè)流量為3 000 m3/s的水位在1971—1974年分別整體上升0.73 m和0.41 m。根據(jù)發(fā)展趨勢(shì)判斷，繼續(xù)使用刁口河流路，則將在羅6斷面以下灣頂進(jìn)一步向左出汊[12]，也即出汊點(diǎn)將大幅上提12 km。

為保障附近公路等基礎(chǔ)設(shè)施安全，并考慮到刁口河自身行河條件較差，1976年汛前有計(jì)劃地改道清水溝流路?？梢钥闯?，當(dāng)出汊點(diǎn)上提至高潮線(xiàn)以上時(shí)，流路的變動(dòng)幅度將大幅增加。為避免倉(cāng)促自然出汊造成的被動(dòng)和損失，人工出汊宜在出汊點(diǎn)接近或超過(guò)高潮線(xiàn)時(shí)實(shí)施。

3.2?充分利用海域容沙能力和支援經(jīng)濟(jì)建設(shè)

目前黃河口流路僅實(shí)施過(guò)1996年清8人工出汊，其實(shí)施背景主要有三個(gè)方面。其一是河口防洪防凌安全的需要。1996年汛前，清水溝流路西河口以下河長(zhǎng)已由改道初期的27 km延伸至65 km，再加上1985年以后河口持續(xù)枯水少沙，河道主槽萎縮嚴(yán)重，同流量水位抬升，影響防洪防凌安全。其二是充分利用海域容沙能力。當(dāng)時(shí)清水溝流路尚未達(dá)到西河口（二）10 000 m3/s流量水位12 m的改道標(biāo)準(zhǔn)，而在入?？诤捅便庵g還存在較為廣闊的容沙海域。其三是支援經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要。在清8汊河海域發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量超過(guò)2億t的新灘墾東油田，石油管理部門(mén)提出變海上采油為陸地采油的要求。此外，根據(jù)當(dāng)時(shí)對(duì)水沙條件的預(yù)測(cè)，河口將來(lái)還可能有較多來(lái)沙，對(duì)填海造陸有利，故抓緊在小浪底水庫(kù)2000年蓄水運(yùn)用之前實(shí)施清8人工出汊，以免大量泥沙被小浪底水庫(kù)攔截。

清8人工出汊規(guī)劃考慮了出汊口位置、路線(xiàn)、引河斷面和截流導(dǎo)流工程等因素，既達(dá)到填海造陸、變海上采油為陸地采油的目的，又不影響規(guī)劃流路的使用，創(chuàng)造了較好的防洪效益和經(jīng)濟(jì)效益[13]。人工出汊后當(dāng)年汛后利津以下2 000 m3/s流量的水位下降0.33～0.97 m，至1997年汛前，溯源沖刷發(fā)展到清7斷面附近，西河口以下沖刷泥沙1 110萬(wàn)m3[14]。

4?北汊河啟用分析

4.1?清8汊河自然出汊點(diǎn)接近高潮線(xiàn)

清8汊河行河以來(lái)，1996—2003年基本上處于單一順直階段。2004年沙嘴凸出原有海岸10 km，非汛期出現(xiàn)溝汊分流[15]。之后在2004年和2007年調(diào)水調(diào)沙期出現(xiàn)兩次較大規(guī)模自然出汊（見(jiàn)圖3）。2004年6—7月第三次調(diào)水調(diào)沙期間，在潮流界出現(xiàn)了向東的自然出汊，口門(mén)由原來(lái)的東北方向改為東稍偏南方向[16]，出汊點(diǎn)位于汊3斷面以下3.9 km，口門(mén)擺動(dòng)距離為2.9 km。2007年6月調(diào)水調(diào)沙期間，汊3斷面以下1.4 km處向北出汊，口門(mén)擺動(dòng)距離為7.2 km，出汊點(diǎn)位置上提2.5 km。2014年汛后主流分為兩股，右股口門(mén)向東，過(guò)流占主流一半。2017年右股過(guò)流繼續(xù)增加。2018年利津站2 000 m3/s以上流量持續(xù)20 d，年來(lái)沙量3億t，大水取直后主流回到正北方向。

2017年8月清8汊河口門(mén)附近實(shí)測(cè)高潮位為2.31 m。從2018年汛前汊2和汊3斷面高程（見(jiàn)圖4）可知，高潮線(xiàn)基本上與汊3斷面灘唇左側(cè)550 m以外灘面持平，因此2007年出汊點(diǎn)已經(jīng)接近高潮線(xiàn)。

4.2?充分利用孤東海域容沙能力和海洋動(dòng)力輸沙

自清8汊河運(yùn)用以來(lái)，孤東海域整體呈現(xiàn)右側(cè)淤積和左側(cè)持續(xù)沖刷的形勢(shì)。受現(xiàn)行沙嘴不斷向海推進(jìn)影響，孤東右側(cè)海域2、5、10 m等深線(xiàn)均已向北部推進(jìn)。2007—2015年，2 m和5 m等深線(xiàn)向西北推進(jìn)4.2 km，10 m等深線(xiàn)向北推進(jìn)3.6 km（見(jiàn)圖3）。

對(duì)應(yīng)西河口（二）10 000 m3/s流量水位12 m的改道標(biāo)準(zhǔn)，西河口以下河長(zhǎng)約為80 km，即在2018年汛后河長(zhǎng)的基礎(chǔ)上再延伸17 km（見(jiàn)圖1）。隨著現(xiàn)行口門(mén)的持續(xù)延伸，孤東海域容沙空間將會(huì)被現(xiàn)行流路進(jìn)一步侵占。此外，清8汊河流路將形成長(zhǎng)達(dá)27 km的沙嘴。沙嘴口門(mén)具體位置具有一定隨機(jī)性，若延伸方向仍為目前向北或北偏西方向（見(jiàn)圖1），則將與孤東附近海岸聯(lián)合形成一個(gè)“海灣”。北汊河附近海域作為灣頂，海洋動(dòng)力無(wú)疑將會(huì)削弱，北汊河啟用后泥沙向海域擴(kuò)散的能力也將大幅度減弱。

4.3?孤東海域減緩蝕退和海上采油變陸地采油

孤東海堤附近海域自1987年海堤建成起就持續(xù)侵蝕，堤前水深逐年增加。從平面上來(lái)看，與2007年相比，2015年?yáng)|大堤附近海域2 m等深線(xiàn)已經(jīng)消失，5 m等深線(xiàn)向大堤方向逼近1.9 km（見(jiàn)圖3）。從垂向上來(lái)看，實(shí)測(cè)斷面（位置見(jiàn)圖3）水深顯示，1996年以來(lái)水深最大增加5 m（見(jiàn)圖5）。孤東海域潮流橢圓為逆時(shí)針，流速一般為0.2～0.3 m/s[17]。泥沙起動(dòng)主要由波浪引起，常浪波高1 m，掀沙區(qū)域集中在5 m水深以?xún)?nèi)[18]。泥沙隨潮流輸向外海且得不到補(bǔ)充，海堤附近仍將持續(xù)沖刷，5 m等深線(xiàn)將進(jìn)一步向大堤逼近。隨著水深增加，風(fēng)暴增水和波浪能量將加強(qiáng)，并加劇堤腳淘刷。

啟用北汊河后，黃河泥沙一方面可以直接補(bǔ)給采油工程附近海域，另一方面通過(guò)淤高海域減緩波浪動(dòng)力。這兩方面因素共同作用將有助于減緩孤東海堤蝕退，保障采油工程安全。此外，孤東海域分布有東十二油區(qū)，預(yù)測(cè)儲(chǔ)量2.57億t[4]，長(zhǎng)期來(lái)看，孤東海域?qū)⒅饾u淤積成陸，有助于變海上采油為陸地采油，節(jié)省采油成本。

5?討?論河口演變后期的“重新出汊”是流路由相對(duì)穩(wěn)定向不穩(wěn)定發(fā)展的標(biāo)志，出汊之后原流路往往不會(huì)立即衰亡。例如，刁口河在1972年開(kāi)始自然出汊，到1976年才實(shí)施人工改道。其原因是新的汊河流路往往選擇地勢(shì)低洼、阻力最小的地帶，即選擇新的容沙區(qū)域[1]，出汊點(diǎn)以下重復(fù)新的淤積造床和沙嘴延伸演化。經(jīng)過(guò)若干類(lèi)似過(guò)程，當(dāng)出汊點(diǎn)上提至高潮線(xiàn)附近時(shí)，說(shuō)明該流路附近海域容沙能力已得到充分利用（見(jiàn)圖6）。而且，高潮線(xiàn)以下再次出汊已經(jīng)無(wú)法獲得水面落差，出汊點(diǎn)必然向上發(fā)展。隨著河道溯源淤積充分發(fā)展[19]，灘槽高差將減小，洪水將切開(kāi)灘唇或堤防工程薄弱環(huán)節(jié)處選擇新的入海流路。刁口河經(jīng)過(guò)4次出汊后，流路基本上行經(jīng)了高潮線(xiàn)（羅12斷面上游側(cè)）以下河槽的左右兩側(cè)所有區(qū)域。因此，從流路演變的自然規(guī)律來(lái)看，人工出汊宜在自然出汊點(diǎn)抵達(dá)高潮線(xiàn)附近時(shí)實(shí)施，一方面現(xiàn)有流路附近容沙能力已得到充分利用;另一方面可以結(jié)合石油開(kāi)采等需求選擇新的容沙區(qū)域，避免流路進(jìn)一步自然出汊的隨機(jī)性和破壞性，以及給河道防洪帶來(lái)不可預(yù)知風(fēng)險(xiǎn)。

從清水溝流路自然演變階段來(lái)看，近期是實(shí)施人工出汊的合適時(shí)機(jī)。1996年清8汊河行河以來(lái)，河口來(lái)沙持續(xù)偏少，多年平均僅為1.5億t。再加上小浪底水庫(kù)的調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用，清水溝流路利津—汊3河段共沖刷3 665萬(wàn)m3，西河口同流量水位下降0.92 m[20]。問(wèn)題主要出現(xiàn)在受潮汐影響的感潮段，盡管來(lái)沙很少，河口沙嘴仍以0.33 km/a的速率延伸，至2004年沙嘴凸出原有海岸10 km后開(kāi)始自然出汊。由于河口年來(lái)沙量遠(yuǎn)低于刁口河行河時(shí)期的年來(lái)沙量11.0億t，因此出汊的頻率和變動(dòng)幅度也低于刁口河行河時(shí)期。2007年再次出汊，口門(mén)擺動(dòng)幅度達(dá)到7.2 km。根據(jù)河口演變中后期伸向外海的淤積寬度，穩(wěn)定狀態(tài)下的口門(mén)最大擺動(dòng)距離不應(yīng)超過(guò)6 km[21]，這次出汊也說(shuō)明現(xiàn)行流路開(kāi)始進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)。2008—2017年，河口年均來(lái)沙量進(jìn)一步減少至0.83億t，口門(mén)在2014—2017年仍有向東出汊趨勢(shì)，但在2018年大水后又趨直。從2018年汛后的衛(wèi)星影像上可看到，汊3附近河槽兩側(cè)沙嘴寬度均為4.7 km左右，其以下新的容沙空間已經(jīng)不大，出汊點(diǎn)將會(huì)進(jìn)一步上提。啟用北汊河后，河長(zhǎng)縮短18 km，流路經(jīng)過(guò)初期的淤積延伸后將進(jìn)入單股無(wú)汊的相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。

6?結(jié)?論

（1）人工出汊宜在自然出汊點(diǎn)上提至高潮線(xiàn)時(shí)實(shí)施。此時(shí)流路附近海域容沙能力已得到充分利用，流路再次自然出汊的隨機(jī)性和破壞性將難以預(yù)估。

（2）清水溝流路2007年自然出汊點(diǎn)較2004年出汊點(diǎn)上提2.5 km，已接近高潮線(xiàn)，口門(mén)擺動(dòng)距離達(dá)到7.2 km，這表明現(xiàn)行流路已處于“重新出汊”的行河末期。

（3）兼顧充分利用孤東海域容沙能力、緩解孤東圍堤附近侵蝕以及支援油田生產(chǎn)等因素，建議近期盡快開(kāi)展啟用北汊河時(shí)機(jī)研究。

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