陳雄波 陳松偉 竇身堂 師長興 魏劍宏

摘要：介紹了黃河河口入海流路擺動情況，闡述了長期穩(wěn)定、輪流行河、同時行河等幾種入海流路行河方案及已有推薦成果。根據流路使用約束條件，指出穩(wěn)定百年的黃河河口入海流路運用方式研究的主要內容包括：三角洲演變對黃河下游河道沖淤的反饋機制及效應、治理方案綜合效益評估技術、穩(wěn)定百年的流路運用方案與優(yōu)化、黃河河口流路穩(wěn)定百年的綜合治理措施及效應，需要解決的關健科學技術問題有：黃河河口三角洲演變對其上游河道的反饋機制、流路運用方案的綜合效益評估技術。最后，分析了流路運用方式研完的趨勢。

關鍵詞：反饋機制；刁口河；清水溝；行河方案；入海流路；河口三角洲；黃河

中圖分類號：TV856 ；TV882.1 文獻標志碼：A Doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.09.003

1855年黃河自銅瓦廂決口改道人渤海以后，大量泥沙淤積在陶城鋪以上河段，進入黃河河口的泥沙很少，河口比較穩(wěn)定。隨著沿河堤防的逐步完善，輸送到河口的泥沙量逐漸增大，河口淤積延伸問題開始顯露出來，尾間河道的擺動變遷也日益頻繁。1889-1949年，人類活動影響逐漸增強，但長時期內寧海以下兩岸僅有民捻20余km，河口尾閭段經常決口擺動，其中較大的流路變遷就有6次，見表1（1938年春—1947年春無數據）[1]。

1949年新中國建立后，黃河河口地區(qū)生產發(fā)展對防洪的要求日益迫切，形勢已不允許尾閭河道再任意自然改道。1953年以后，黃河河口三角洲的擺動頂點從寧海下移至漁洼，進行了3次大的人工改道。1953年改甜水溝、宋春榮溝、神仙溝分流入海為神仙溝獨流入海。1964年1月，神仙溝流路實際行河10a5個月，由于河道淤積使水位抬高，因此凌汛期在羅家屋子爆破分洪，水由刁口河入海。1975年汛期流量6500m3/s時西河口水位達到當時預計的改道水位（大沽高程10m），至1976年5月在西河口實施了有計劃的人工改道，由清水溝流路入海，刁口河行河12a5個月。清水溝行河后經過了淤灘成槽、溯源沖刷發(fā)展和溯源淤積的演變過程，至1996年西河口以下河長達到65km，為有利于勝利油田開采石油，沿東略偏北方向實施了清8改漢行河至今，目前西河口以下流路長度約60km，流路狀況尚好，還有較大的行河潛力[2]。

黃河每年挾帶大量泥沙入海，可利用東部和北部海域容沙。東部宋春榮溝以南海域可利用十八戶流路；宋春榮溝以北五號樁以南約62km的海域，可利用清水溝現(xiàn)行清8、北漢、原河道等3條漢河（有計劃擺動）；從五號樁以北至徒駭河口以東約100km的北部海域，可利用刁口河和馬新河[1]。

根據有關研究成果，黃河河口未來仍然是一個多沙河口，河口淤積延伸不可避免[1，3-4]。隨著河口的淤積延伸，侵蝕基準面相對升高，河道水位不斷抬高并逐漸高出河道外地面，成為靠灘唇約束的地上河。河口淤積延伸到一定程度時，若不進行有計劃的人工改道，則會發(fā)生自然改道，從整體上破壞已有的黃河三角洲生產力布局。因此，進行入海流路運用方式的研究是很有意義的。

1 幾種流路運用方式和推薦方案

黃河河口流路運用方式主要有以下3種。

（1）固定流路行河。該行河方式的實質是希望通過一定的工程措施，把黃河來沙全部帶到深海，使黃河河口海岸處于動態(tài)平衡，黃河入海流路長期固定，改變黃河河口長期以來淤積、延伸、擺動、改道循環(huán)演變的局面，以利于河口地區(qū)經濟社會的發(fā)展。該行河方式最具代表性的方案是“一主一輔，雙流定河，高位分洪，導堤入?！保匆袁F(xiàn)行清水溝流路為主河道，在其入?？诮ㄔO雙導堤伸至3m水深，雙導堤內行洪流量為3000m3/s，并修建順向丁壩，使雙導堤中間形成復式河床；刁口河流路為輔助流路，在西河口斷面附近建設分洪流量為3000m3/s的分洪閘。同時，建立疏浚船隊，及時疏浚西河口以下可能出現(xiàn)的局部淤積，保證雙導堤內河勢穩(wěn)定[5]。

（2）輪流行河。該行河方式以保障黃河下游防洪安全為前提，以黃河河口生態(tài)環(huán)境良性維持為基礎，充分考慮地區(qū)經濟社會的可持續(xù)發(fā)展。在控制西河口流量為10000m3/s時水位不超過12m、保障黃河下游河道防洪安全的前提下，按一定的控制條件輪流使用各條流路[6-7]。

（3）同時行河?；诤涌诎毒€平衡概念，采用多條流路平行行河，利用海洋動力和輸沙動力，力爭通過各入海流路的同時使用，使河道泥沙輸移與海洋動力拖曳泥沙形成相對平衡，恢復和維持各條流路的生態(tài)系統(tǒng)[1]。

根據在國家層面批準的《黃河入海流路規(guī)劃報告》《黃河流域綜合規(guī)劃（2012-2030年）》、水利部審查通過的《黃河河口綜合治理規(guī)劃》，以及黃河河口多泥沙的特點，考慮下游河道防洪減淤、河口地區(qū)經濟社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護的互動關系，推薦輪流行河的行河方式[1，3-4]?！饵S河河口綜合治理規(guī)劃》推薦近期主要使用清水溝流路，行河順序為：現(xiàn)行清8汊、北漢、原河道，可以使用50a以上，同時進行刁口河流路的生態(tài)調水，并加強對同時行河方式的深入研究，馬新河與十八戶是可能的遠景備用流路[1]。

使用各條流路的約束條件為黃河下游防洪減淤、地方經濟社會發(fā)展需求以及河口地區(qū)生態(tài)保護需求[8-9]。

2 穩(wěn)定百年的入海流路研究內容和技術路線

黃河河口流路改道和出漢擺動對黃河下游河道穩(wěn)定有著重要影響，頻繁改道不利于河口地區(qū)的經濟社會發(fā)展。通過研究黃河河口演變與下游河道的互饋關系，制定流路運用方案，提出使黃河河口流路穩(wěn)定百年的綜合治理措施，在黃河下游防洪減淤、河口地區(qū)經濟發(fā)展和人民生命財產安全、生態(tài)環(huán)境保護與建設等方面具有重要意義[10-11]。因此，國家重點研發(fā)計劃設立“穩(wěn)定百年的黃河河口入海流路方案與治理措施”研究課題非常必要。

“穩(wěn)定百年的黃河口入海流路方案與治理措施”研究將揭示黃河三角洲演變對黃河下游河道的反饋機制及效應；結合黃河水沙變化趨勢最新研究成果，根據設計的黃河河口百年水沙系列和運用方案，分析不同流路運用方案的效果；開發(fā)并利用效應評估模型，對不同行河方案和治理措施進行綜合評價，明晰刁口河備用流路的定位，綜合提出穩(wěn)定百年的黃河河口入海流路行河方案和綜合治理措施。黃河三角洲河道見圖1。由于清水溝流路還可以使用50a以上，刁口河能使用31a[1]，因此按穩(wěn)定百年的時間尺度，本研究的入海流路僅包括清水溝與刁口河。為此，需要研究的主要內容有以下四方面。

（1）分析1855年以來黃河三角洲泥沙在不同尺度地貌單元的淤積分布和沉積組成的變化特征；識別變化過程的周期、趨勢和突變特征，揭示黃河三角洲發(fā)育過程中河口改道延伸與侵蝕基準面變化的關系；以三角洲頂點體現(xiàn)河口侵蝕基準面的作用，探討下游沖淤對河口三角洲演變的影響，計算河口侵蝕基準面變化對黃河下游沖淤的影響；分析未來百年尺度黃河河口三角洲發(fā)育對黃河下游沖淤的影響。

（2）從黃河下游減淤、河口地區(qū)防洪、生態(tài)環(huán)境、區(qū)域經濟社會發(fā)展、海岸減蝕、投資費用等方面建立綜合效益評價指標體系，利用德爾菲法、熵法、關聯(lián)度法等方法，引入專家評估體系，建立各指標的定量與定性表達方法。針對定量的評價指標體系，利用層次分析法、模糊評判法、主成分分析法等方法建立綜合評價模型，滿足不同流路方案、治理措施等效益量化評價的需要。

（3）研究未來百年河口流路模式，包括清水溝、刁口河等多條流路的運用；利用混合模擬技術，針對河口流路運用模式，進行百年系列的方案試驗及優(yōu)化；構建黃河河口未來不同水沙條件下不同運用方案流路穩(wěn)定運行年限、岸線變化、流路長度等特征值的圖譜；開展流路方案綜合效益評價，提出黃河河口流路穩(wěn)定運行推薦方案。

（4）分析防洪堤防、河道整治工程、防潮堤及其他工程（如改漢、生態(tài)分水閘）等工程的現(xiàn)狀及存在問題，評價其在減緩流路延伸長度、延長流路行河年限等方面的作用及局限性；提出黃河河口地區(qū)有利于流路穩(wěn)定的防洪措施、防潮堤、流路調整（改漢或改道）工程措施的布局方案，模擬工程措施的長期及短期效果；提出河口流路穩(wěn)定百年運行的水沙調控措施及工程措施。

本研究的技術路線見圖2。

3 需要解決的關鍵科技問題

（1）河口三角洲演變對上游河道的反饋機制。河流侵蝕基準面是河流發(fā)育的一個重要控制因素，河流侵蝕基準面的升降最終將造成河流均衡縱剖面不同程度的升降，但是河流響應基準面升降的過程在多沙和少沙河流上可能有所不同。少沙河流上侵蝕基準面升降后，河口以上河道可以通過多因素的綜合調整，限制侵蝕基準面升降對上游河道的影響，因此大多數情況下少沙河流三角洲演變并不會明顯加重上游河道的淤積。多沙河流侵蝕基準面升降可能會顯著影響其上河道的淤積強度，這種影響不是線性的，需要弄清侵蝕基準面升降響應三角洲建造的機制，以及下游河道沖淤響應侵蝕基準面變化的機制，揭示各種影響因子在各過程反饋機制中的作用，在此基礎上建立正確反映河口三角洲建造與河口上游河道發(fā)育關系的模型，準確估算河口延伸對下游淤積的效應。因此，多沙河流河口三角洲演變對河口上游河道發(fā)育的影響機制與程度是一個關鍵科學問題，涉及黃河下游水沙過程、河道自動調整、流路延伸等多種因素的交錯影響，需要理論解釋和定量回答河口淤積延伸、侵蝕基準面變化對三角洲以上河道沖淤的反饋過程。

（2）流路運用方案的綜合效益評估技術。黃河河口在相當長時期內仍然是一條多沙河口，河口演變仍然遵循著淤積、延伸、擺動、改道的演變規(guī)律，只是和歷史時期相比演變速率有所減小。為了給黃河尾閭留有擺動空間，黃河河口將有不同的入海流路，且每條入海流路的啟用及穩(wěn)定需要配套多種治理措施。各流路行河方式及不同的綜合治理方案關系著黃河下游防洪安全、河口生態(tài)以及地區(qū)經濟社會的可持續(xù)發(fā)展。因此，科學評價各行河方式下的綜合治理方案是推薦及穩(wěn)定黃河流路的關鍵技術問題。針對不同行河方案和治理措施，識別其影響對象及效益目標，構建綜合評價指標體系，同時建立各指標的定量與定性表達方法，構建綜合效益評價模型，可為河口流路穩(wěn)定百年提供技術支撐。

4 研究內容的細化

將研究目標、研究內容和需要解決的關鍵科學技術問題進行適當分解，設置4個專題進行研究：第1專題主要研究三角洲演變對黃河下游河道沖淤的反饋機制及效應，是基本問題研究；第2專題主要研究治理方案綜合效益評估技術，為流路運用結果綜合評價提供技術工具；第3專題主要研究穩(wěn)定百年的流路運用方案與優(yōu)化，提出未來百年黃河口流路運用的推薦方式；第4專題主要研究黃河口流路穩(wěn)定百年的綜合治理措施及效應，是在第3專題的基礎上，針對流路運用推薦方案進行綜合措施的保障與完善，確保黃河河口流路穩(wěn)定百年。即：第1、第2專題是基礎，為第3、第4專題提供理論依據和技術手段；第3、第4為專題應用，既是本次研究的出口，也是目標的關鍵所在。各專題邏輯結構見圖3。

4.1 三角洲演變對黃河下游河道沖淤的反饋機制及效應（專題1）

（1）1855年以來黃河三角洲泥沙的淤積分布及影響因素分析。利用黃河三角洲地形圖和歷次水下三角洲觀測資料，結合遙感影像、地層鉆探和沉積物粒度數據，分析黃河三角洲泥沙在不同尺度地貌單元的淤積分布、沉積組成特征及其隨時間的變化，探討陸域來水來沙、海洋動力、海面變化及人類活動等因素對黃河人海泥沙在三角洲水上與水下擴散沉積的影響作用。

（2）三角洲建造過程中三角洲頂點河床沖淤與水位變化分析?；谖挥邳S河三角洲頂點附近水文站長期的河床斷面形態(tài)、流量、泥沙和水位觀測資料，配合對頂點上下游河段的詳細地形測量，結合河口改道延伸和黃河三角洲建造過程，綜合分析三角洲頂點沖淤和水位升降過程，識別過程的周期、趨勢和突變特征，揭示黃河三角洲發(fā)育過程中河口改道延伸與侵蝕基準面變化的關系。

（3）三角洲頂點河床秤淤與水位變化對黃河下游沖淤的影響分析。利用黃河下游長期河道大斷面測量數據和水文泥沙數據，分析下游河道斷面形態(tài)和組成特征以及沖淤過程，以三角洲頂點河床沖淤與水位變化體現(xiàn)河口侵蝕基準面的作用，探討下游沖淤對河口三角洲建造的反饋機制，建模分析河口侵蝕基準面變化對黃河下游沖淤的影響。

（4）未來百年黃河河口三角洲發(fā)育對黃河下游沖淤的影響分析?？紤]未來流域在水土保持、氣候變化、水庫調蓄和河道整治等影響下的水沙變化與下游河道邊界條件變化，并分析未來黃河河口行河方案下三角洲建造所產生的河口侵蝕基準面變化過程，利用建立的模型計算分析未來百年尺度黃河河口三角洲發(fā)育對黃河下游沖淤的影響。

專題1技術路線見圖4。

4.2 治理方案綜合效益評估技術（專題2）

（1）識別不同行河方案和治理措施的影響對象及效益目標，篩選評價指標，構建綜合效益評價指標體系。黃河河口不同行河方案和治理措施關系黃河下游防洪安全、黃河河口生態(tài)良性維持以及地區(qū)經濟社會的可持續(xù)發(fā)展。從區(qū)域與整體、技術與經濟、社會與生態(tài)等方面，提出黃河下游減淤、河口防洪、生態(tài)環(huán)境、區(qū)域經濟社會發(fā)展、河口三角洲淤積延伸、行河年限、經濟效果等評價指標，從影響各方案綜合效益發(fā)揮的程度合理選擇評價指標，構建指標體系。

（2）建立各指標的定量與定性表達方法，構建綜合效益評價模型。針對指標體系進行各指標細化分解，對德爾菲法、熵法、關聯(lián)度法等方法進行分析，或引入專家評估體系確定各評價指標權重或評價方法，探索建立各指標定量與定性表達方法；針對定量評價指標體系，研究層次分析法、模糊評判法、主成分分析法等評價方法，提出適用于本次研究的評價方法，建立綜合評價模型。

（3）開展流路方案綜合效益評價。針對各類治理措施，利用綜合評價模型進行綜合評價，為推薦綜合治理方案提供科學依據。

專題2技術路線圖見圖5。

4.3 穩(wěn)定百年的流路運用方案與優(yōu)化（專題3）

（1）黃河河口流路運用模式分析?；跀M定的未來入海水沙條件，考慮在該水沙條件下長期維持河口流路穩(wěn)定條件，系統(tǒng)分析黃河河口入海流路各種運用模式的目標定位、實施依據、運用特征、整治措施及適用情形，深入分析不同入海流路運用模式的預期影響效應，在認真研究、系統(tǒng)籌劃的基礎上，研究確定符合黃河河口實際的、科學合理的運用模式，如“清水溝獨流入海”“清水溝長期運用，考慮北漢河配合”“清水溝為主、刁口河為輔的多流入海”等多種運用模式，見表2。

（2）流路運用方案效果預測。針對本專題內容（1）擬定的基本運用方式，圍繞流路穩(wěn)定指標，充分利用數學模型和物理模型等技術手段，預測各流路運用方式的排洪輸沙能力、淤積特征、流路長度、穩(wěn)定運行年限、岸線變化、河口泥沙擴散范圍等要素。根據計算結果，深入分析刁口河及清水溝流路河道排洪輸沙能力及行河過程特征，為進一步認識清水溝北漢河、刁口河流路運用目標定位、時機措施，制定優(yōu)化運用方案奠定基礎。

（3）流路運用方案優(yōu)化。研究各代表性運用方式的優(yōu)化要素及優(yōu)化空間，主要包括“清水溝流路北漢河啟用”及“清水溝流路為主、刁口河為輔多流路運用”的具體指標，如長期穩(wěn)定、輪流行河、同時行河及高位分洪等不同運用思路中相應的啟用條件、啟用時機、分水分沙比例等，形成系列優(yōu)化方案。同時，利用混合模擬技術進行優(yōu)化方案效果預測。

（4）流路運用特征圖譜及推薦方案。結合專題2建立的“治理方案綜合效益評估技術”及“專家評估體系”，定量綜合評價各流路運用方案效果，構建黃河口未來不同水沙條件下，不同運用方案流路穩(wěn)定運行年限、岸線變化、流路長度等特征值圖譜。開展流路運用優(yōu)化方案開展綜合效益評估，提出黃河口流路穩(wěn)定運行推薦方案。

專題3技術路線見圖6。

4.4 黃河口流路穩(wěn)定百年的綜合治理措施及效應《專題4）

（1）歸納整理與歷史上流路變遷相應的工程措施種類及布局，分析各項工程措施對流路運行及河口演變的影響，結合近期河口地區(qū)防洪堤防、河道整治工程、防潮堤及改漢、裁彎、生態(tài)分水閘、挖河疏浚、攔門沙治理等工程措施的現(xiàn)狀及存在的問題，評價其在減緩流路延伸長度、延長流路行河年限等方面的作用及局限性，以穩(wěn)定運行40余a的清水溝流路為重點，分析評價逐項工程措施的效果，提出穩(wěn)定流路的關鍵工程措施。

（2）根據推薦的流路運行方案，結合現(xiàn)有工程措施布局、河道地形及海域特點，在不影響防洪安全的前提下，設置利于流路穩(wěn)定百年的工程措施布局方案。如流路運行模式以“清水溝長期運用，考慮北漢河配合”為例，整治措施可擬定為以控導工程、導流堤、人工出漢為主，配以挖河疏浚措施。

（3）根據設置的工程布局，制定具體的工程方案，如擬定出漢位置及規(guī)模、挖河疏浚的部位及長度等，利用研發(fā)的混合模擬技術模擬不同工程布局方案的長期及短期效果，分析不同工程措施方案對流路行河年限的影響、尾間河勢演變的控制作用等，提出推薦的工程治理措施方案。

（4）結合清水溝流路穩(wěn)定運行的水沙調配技術，提出河口流路穩(wěn)定百年運行的綜合治理措施。

專題4技術路線見圖7。

5 結語

介紹了黃河河口入海流路擺動情況，闡述了幾種入海流路行河方案，分析了穩(wěn)定百年的黃河河口入海流路研究的內容，提出了需要解決的關鍵科學技術問題，對近期研究內容進行了分解與細化。研究成果可應用于黃河口三角洲規(guī)劃和治理工程措施中，為區(qū)域高效生態(tài)經濟發(fā)展提供技術支撐。

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