余欣 張?jiān)h 于守兵 竇身堂 王萬戰(zhàn)

摘要：簡要回顧了黃河口演變與治理研究現(xiàn)狀，結(jié)合黃河口面臨的入海水量銳減、單一流路長期行河和小浪底水庫的調(diào)節(jié)運(yùn)用等新情勢，提出在流路演變、岸線變化、關(guān)健技術(shù)和方案措施方面的近期研究目標(biāo)。重點(diǎn)突破四大關(guān)健科學(xué)技術(shù)問題——尾閭河道出漢機(jī)制、海岸形態(tài)對陸海動(dòng)力響應(yīng)、河口流路演變多時(shí)空尺度混合模擬和河口流路水沙調(diào)配。明確六方面研究內(nèi)容——黃河口尾閭出汊的孕育過程及觸發(fā)機(jī)制、黃河口流路演變過程的動(dòng)力機(jī)制及流路穩(wěn)定的指標(biāo)體系、黃河三角洲海岸演變過程與動(dòng)力機(jī)制、黃河口演變的多時(shí)空尺度混合模擬技術(shù)、清水溝流路水沙通量調(diào)配技術(shù)與示范、穩(wěn)定百年的黃河口入海流路方案與治理措施等。項(xiàng)目成果可以為黃河口綜合治理和黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：黃河口；出漢機(jī)制；穩(wěn)定指標(biāo)體系；水沙調(diào)配技術(shù)；穩(wěn)定方案

中圖分類號：TV856；TV882.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.03.001

1 研究現(xiàn)狀回顧

黃河每年挾帶巨量泥沙入海，塑造了廣闊的黃河三角洲。黃河三角洲一般指的是以寧海為扇面頂點(diǎn)，北起套爾河口、南至支脈溝口，面積約6000km2的扇形地區(qū)，系1855年黃河銅瓦廂決口改道奪大清河人渤海以來，入海尾閭經(jīng)9次大的改道變遷、泥沙淤積塑造的沖積平原。目前，已在黃河口流路演變規(guī)律、流路出漢改道、海岸淤進(jìn)蝕退和治理措施等方面取得較多研究成果。

自然狀態(tài)下黃河口演變具有三角洲區(qū)域內(nèi)的大循環(huán)演變規(guī)律和單一流路發(fā)育的小循環(huán)演變規(guī)律。在整個(gè)近代三角洲的發(fā)育過程中，是由上而下向海推進(jìn)的；而在每一條流路的具體演變階段上，擺動(dòng)頂點(diǎn)又是從下而上演進(jìn)的。隨著河口來水來沙的變異和科學(xué)治河水平的提高，河口呈現(xiàn)人工控制下的演變模式。在人為干擾較小的條件下，河道演變呈現(xiàn)“改道后漫流—?dú)w股并汊—單股無汊—重新出汊—改道”的階段性。每次改道都再現(xiàn)了由地下河演變至地上河再?zèng)Q口改道的過程。流路演變初期和末期泥沙淤積嚴(yán)重，而中期河道順直單一，輸往外海的泥沙比例明顯增大。

自然狀態(tài)下河道頻繁發(fā)生擺動(dòng)、出漢和改道。擺動(dòng)指三角洲扇面頂點(diǎn)以下范圍內(nèi)尾閭口門相對較小的口門改移，貫穿于河口尾閭演變的全過程。改道是發(fā)生在三角洲扇面頂點(diǎn)附近的較大范圍內(nèi)的流路變遷，標(biāo)志著一條流路的終結(jié)和新流路循環(huán)演變的開始。通常，流路改道點(diǎn)以上至扇面頂點(diǎn)2/3長度的河道很穩(wěn)定，只有口門附近20km左右變動(dòng)性較強(qiáng)。在河口沙嘴突出平均海岸線20km時(shí)，在洪水和風(fēng)暴潮的頂托下，通過裁彎取直切開灘唇，發(fā)生出漢擺動(dòng)。其中，流路河床呈“懸河”狀態(tài)為出漢的必要條件。當(dāng)口門變動(dòng)引起的出漢向高潮線以上發(fā)展時(shí)，河道變動(dòng)加劇，直至大改道。改道點(diǎn)位置主要取決于防洪大堤端點(diǎn)，此時(shí)流路的UJ值（U為流速，J為水面比降）已經(jīng)調(diào)整到極限狀態(tài)。目前，清水溝流路改走其他流路的人工控制條件為西河口流量10 000m3/s時(shí)水位達(dá)到12m。

黃河三角洲年均造陸42km2（1976-1985年）。隨著來水來沙減少，河口延伸速率和造陸速率大幅減小。當(dāng)河口來沙量小到一定程度時(shí)，陸地與濱海區(qū)則有可能處于沖刷狀態(tài)。當(dāng)河口來沙量與來水量之比為10kg/m3時(shí)，沙嘴變幅為0，口門處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。影響河口入海泥沙沉積和輸移的因素：來水來沙的特性、尾閭河段邊界條件和濱海海洋動(dòng)力狀況。神仙溝口外存在等值線呈舌狀伸向萊州灣和渤海灣的強(qiáng)流速區(qū)，清水溝河口和刁口河廢棄河口存在兩個(gè)高濃度泥沙中心，分別對應(yīng)于黃河入海泥沙和底質(zhì)再懸浮泥沙。近岸切變鋒的阻隔及幅聚作用是大部分泥沙沉積在河口及沿岸13m水深以內(nèi)的主要?jiǎng)恿σ蛩??；诤Ｑ髣?dòng)力的年輸沙量基本穩(wěn)定，為2.0億～2.4億t，主要將粒徑小于0.025mm的泥沙搬運(yùn)至深海。三角洲海岸的演變趨勢具有雙向性，即行河海岸的淤進(jìn)和不行河海岸的蝕退。

已有關(guān)于黃河口治理方向的主要觀點(diǎn)有兩個(gè)：①相對穩(wěn)定清水溝流路，實(shí)施有計(jì)劃的改道，保持必要的擺動(dòng)范圍，充分發(fā)揮海域容沙能力，控制河口岸線延伸和下游淤積速度；②長期穩(wěn)定清水溝流路，采取強(qiáng)化黃河自身動(dòng)力、利用海洋動(dòng)力、定向疏浚等措施。整治措施主要有三大方面：①增加進(jìn)入河口的水量，減少進(jìn)人河口的沙量，如黃土高原水土流失治理、水庫攔沙、引黃放淤以改造鹽堿地；②加大輸往外海的沙量，如采用疏浚、拖淤、截支強(qiáng)干等措施；③擴(kuò)大河口區(qū)域堆沙空間，如有計(jì)劃地?cái)[動(dòng)和改道，加高加固堤防等。代表性的整治思路有：“大小水分流”，“人工控制有計(jì)劃改道”，“挖沙降河”，“引海水沖刷”，“一主一輔，雙流定河，高位分洪，導(dǎo)堤入?！保岸壏譂h，多漢并存，人工控制，按需排放”，“抓兩頭、固中間”，“建設(shè)西河口水沙調(diào)節(jié)工程”“創(chuàng)建穩(wěn)定的多沙嘴海岸形態(tài)”。

20世紀(jì)80年代中期以來，陸向來水來沙銳減而海向來沙比例增加，河口面臨新變化：河口河道嚴(yán)重萎縮，攔門沙發(fā)育減緩且影響程度減弱，行水河口沙嘴仍在不斷淤積延伸，不行河海岸蝕退或刷深嚴(yán)重。另外，河口受人工干預(yù)程度增大，生態(tài)環(huán)境惡化。黃河口演變出現(xiàn)的新形勢要求河口治理方向不應(yīng)局限于防洪，還要與生態(tài)環(huán)境、水土資源配置和河口三角洲的可持續(xù)發(fā)展結(jié)合起來。未來黃河治理應(yīng)站位流域一河口一海洋這個(gè)系統(tǒng)整體，突破“就河口論河口”的局限。研究流域水沙變化、水庫調(diào)控及海洋動(dòng)力對河口的影響，統(tǒng)籌考慮小浪底水庫減淤、黃河下游河道排洪輸沙功能增加、黃河口流路穩(wěn)定等多目標(biāo)的優(yōu)化。通過小浪底水庫調(diào)控，提高河口河道過流能力，控制河口出漢擺動(dòng)，并結(jié)合入海流路安排，實(shí)現(xiàn)黃河口的長期穩(wěn)定。

2 研究目標(biāo)

黃河口演變與流路穩(wěn)定綜合治理的研究目標(biāo)為：針對黃河口尾閭河道淤積延伸、三角洲海岸變化和流路穩(wěn)定措施等，重點(diǎn)解決尾閭河道出漢機(jī)制、海岸形態(tài)對陸海動(dòng)力響應(yīng)、河口流路演變多時(shí)空尺度混合模擬和河口流路水沙調(diào)配等四大關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問題。通過研究，掌握黃河口河道淤積延伸規(guī)律，建立尾閭河道的穩(wěn)定指標(biāo)體系，提出出漢的閾值條件和控制措施；闡明河口海岸形態(tài)調(diào)整與流域水沙、海洋波流動(dòng)力耦合作用的定量關(guān)系，定量評價(jià)未來30～50a海岸變化；構(gòu)建黃河口海岸變化與流路穩(wěn)定的水沙調(diào)配體系，通過應(yīng)用示范實(shí)現(xiàn)入海徑流泥沙淤積格局的有效調(diào)配，提出延長流路穩(wěn)定使用年限、防治海岸侵蝕的方案與對策，提升黃河口的綜合治理水平；提出黃河口入海流路穩(wěn)定百年的行河方案與綜合治理措施。

3 關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題

針對黃河口流路演變?yōu)橛问幧y—?dú)w股—出汊擺動(dòng)一改道循環(huán)過程的特征，以及行河流路岸線淤積延伸、不行河流路岸段蝕退的分異特性的現(xiàn)實(shí)問題，結(jié)合黃河中游小浪底水庫運(yùn)用、黃河下游防洪及河口穩(wěn)定的整體治理架構(gòu)，黃河口綜合治理需解決四方面的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題。

3.1 河口尾閭出汊過程及觸發(fā)機(jī)制

出汊是尾閭段小的規(guī)模改道，也是河口流路演變過程中進(jìn)入后期擺動(dòng)、失穩(wěn)的重要標(biāo)志，反映了徑流泥沙及海洋動(dòng)力的綜合作用。弄清出漢的觸發(fā)機(jī)制，控制出漢位置與時(shí)機(jī)，是延長流路使用壽命、長期穩(wěn)定河口流路的關(guān)鍵。出漢源于局部河段的撕裂，出漢觸發(fā)機(jī)制的研究關(guān)鍵在于揭示撕裂的發(fā)育和動(dòng)力過程，以及尾閭出漢的觸發(fā)條件，并結(jié)合流路各單元（徑流段、感潮段、攔門沙及前緣）演變規(guī)律、水沙動(dòng)力及海洋動(dòng)力作用研究，提出流路穩(wěn)定綜合判別指標(biāo)體系。

3.2 變化環(huán)境下海岸形態(tài)對陸海動(dòng)力的響應(yīng)關(guān)系

當(dāng)前，水沙變化及海岸工程建設(shè)改變了河流動(dòng)力及其與海洋動(dòng)力的對比關(guān)系。闡明海岸形態(tài)的響應(yīng)過程，建立海岸形態(tài)調(diào)整與動(dòng)力因素的關(guān)系，是預(yù)測未來海岸形態(tài)變化的基礎(chǔ)。黃河三角洲海岸形態(tài)對海洋動(dòng)力的響應(yīng)主要表現(xiàn)為蝕退，重點(diǎn)研究海洋動(dòng)力對不行河流路、工程防護(hù)區(qū)的侵蝕機(jī)理；海岸形態(tài)對徑流泥沙的響應(yīng)主要表現(xiàn)為淤進(jìn)，水沙變化條件下，重點(diǎn)研究洪水泥沙過程對岸線的淤進(jìn)作用機(jī)理，進(jìn)而研究近岸海床演變過程，建立海岸形態(tài)特征值與水沙通量、海洋動(dòng)力的定量關(guān)系。

3.3 多時(shí)空尺度河口流路演變混合模擬技術(shù)

河口流路演變受陸海多要素影響。綜合利用多維數(shù)學(xué)模型模擬水庫調(diào)控、河道水沙演進(jìn)、海洋動(dòng)力過程的優(yōu)勢，以及實(shí)體模型模擬尾閭出漢等流路平面變化的優(yōu)勢，構(gòu)建混合模擬技術(shù)，是研究流路運(yùn)用方案的有效途徑。混合模擬技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn)在于改進(jìn)波浪作用下河口岸灘沖刷侵蝕、泥沙沉積與再懸浮、水庫一河道一河口交互饋控等數(shù)值模擬技術(shù)，完善長系列流路演變實(shí)體模型模擬技術(shù)，構(gòu)建以數(shù)學(xué)模型為主線、基于出漢觸發(fā)條件的實(shí)體模型預(yù)判啟用和交互運(yùn)行技術(shù)。

3.4 河口流路水沙調(diào)配技術(shù)

徑流泥沙和河口段河道形態(tài)是影響流路穩(wěn)定的重要因素。研究維持河道過流能力的水沙過程，提出水庫水沙控制指標(biāo)及調(diào)控技術(shù)，結(jié)合有計(jì)劃的流路安排，是減緩流路延伸及岸線蝕退的重要手段。水沙調(diào)配技術(shù)重點(diǎn)在于研究維持黃河口清水溝流路上段較高過流能力及控制下段漢河運(yùn)用，以延長流路使用壽命；研究洪水泥沙過程對上段河道形態(tài)變化、過流能力的作用，結(jié)合水庫調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用，提出維持河道過流能力的水沙調(diào)配技術(shù)并進(jìn)行技術(shù)示范；研究流路下段控制運(yùn)用的時(shí)機(jī)與方式，提出水沙調(diào)配技術(shù)方案。

4 重點(diǎn)研究內(nèi)容

針對黃河口綜合治理的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，按照“過程與機(jī)理—模擬與調(diào)控—方案與對策”的總體思路，重點(diǎn)內(nèi)容涉及流路、岸線、模擬技術(shù)、調(diào)配技術(shù)、穩(wěn)定方案和綜合治理措施等6個(gè)方面。

4.1 黃河口尾閭出汊的孕育過程及觸發(fā)機(jī)制

研究尾閭水沙過程以及潮流和波浪過程共同作用下扇形三角洲溝漢撕裂形成、發(fā)育、消亡及出漢改道的動(dòng)力過程和關(guān)鍵影響因素，提出溝漢孕育發(fā)展與消亡的閾值條件，揭示尾閭出漢改道的觸發(fā)機(jī)制和控制措施；分析尾閭出漢后河道的沖淤演變過程及其對上游河段的影響，提出出漢對尾閭及黃河下游河道防洪減淤的影響范圍和程度。

（1）流路尾閭河道溝漢的撕裂產(chǎn)生及發(fā)育過程。利用不同時(shí)期黃河口近岸地形、遙感衛(wèi)片等資料，分析黃河口尾閭?cè)侵匏毫研纬蓽蠞h的頻度，溝漢產(chǎn)生的數(shù)量、尺度及位置等，揭示溝漢撕裂產(chǎn)生與發(fā)育的基本特征；結(jié)合徑流動(dòng)力、海洋動(dòng)力及三角洲下墊面條件與平面形態(tài)等影響因素，比較這些因素對溝漢發(fā)育或消亡過程的影響，揭示其內(nèi)在聯(lián)系和主要影響因素。

（2）尾閭河段溝漢產(chǎn)生的時(shí)空特征及動(dòng)力環(huán)境。分析黃河口尾閭河道水沙特點(diǎn)，以及近海區(qū)域潮流、風(fēng)浪和寒潮的變化特征；通過統(tǒng)計(jì)尾閭出漢時(shí)溝漢特征數(shù)據(jù)（位置、尺度、規(guī)模）及相應(yīng)動(dòng)力環(huán)境要素和下墊面參數(shù)，分析下墊面條件（位置、比降、泥沙組成等）和不同動(dòng)力條件（流量、含沙量、潮流、風(fēng)浪及寒潮等）對溝漢形成及溝漢尺度的影響，揭示溝漢形成及演變過程的內(nèi)在動(dòng)力環(huán)境。

（3）尾閭?cè)侵蕹鰸h的觸發(fā)機(jī)制。建立河口扇形三角洲的全動(dòng)床概化實(shí)體模型，模擬三角洲溝漢撕裂產(chǎn)生及發(fā)育出漢的基本過程；試驗(yàn)研究徑流水沙、海洋潮汐、潮流及波浪等不同動(dòng)力因素對溝漢撕裂產(chǎn)生、孕育發(fā)展及出漢分流等不同階段的影響，建立動(dòng)力因子與溝漢尺度之間的相互關(guān)系，揭示其內(nèi)在機(jī)理及關(guān)鍵影響因素；通過河口三角洲平面形態(tài)與坡面組成、行水流路縱橫比降等不同下墊面因素的調(diào)整，分析不同形態(tài)參數(shù)對溝漢形成不同階段的影響；建立主要?jiǎng)恿σ蜃?、形態(tài)因子與溝漢尺度之間的相互關(guān)系，提出觸發(fā)溝漢形成的動(dòng)力環(huán)境和下墊面形態(tài)。

（4）尾閭出漢后河床沖淤變化及其對上游河段的影響。通過分析不同流路行河時(shí)期尾閭出漢的河床邊界條件、分流分沙以及河床演變等，研究不同漢道的沖淤變化及上游河段沖淤調(diào)整過程；分析不同流路出漢期間各漢道幾何形態(tài)對出漢河段分流分沙、輸沙能力及泥沙級配的影響；研究不同流路行河時(shí)期尾閭出漢對上游河道的溯源沖刷、溯源淤積的影響范圍及程度，揭示其內(nèi)在關(guān)系，探討黃河下游溯源性影響和沿程性影響邊界的判別方法；分析尾閭河道出漢對其上游河道防洪減淤的影響。

4.2 黃河口流路演變過程的動(dòng)力機(jī)制及流路穩(wěn)定的指標(biāo)體系

揭示不同時(shí)間尺度下黃河口蝕積演化的空間格局及其規(guī)律，闡明河口不同單元對河流入海水沙通量變化的差異性響應(yīng)；揭示不同時(shí)間尺度下河口沉積動(dòng)力過程對入海水沙變化的響應(yīng)機(jī)理，闡明河口地貌演化與沉積動(dòng)力過程的耦合關(guān)系，揭示河口流路演變的動(dòng)力機(jī)制；辨識影響河口流路穩(wěn)定的主控因子，建立河口流路穩(wěn)定的判別指標(biāo)體系。

（1）不同時(shí)間尺度下黃河口蝕積演化空間格局?；谀觌H、不同季節(jié)（洪枯季）和事件性洪水前后的觀測數(shù)據(jù)，結(jié)合衛(wèi)星遙感資料，研究河口不同單元的蝕積演化過程，闡明河口不同單元在不同時(shí)間尺度下的蝕積演化規(guī)律；定量估算黃河年際入海泥沙在河口的沉積通量，揭示河口不同單元對河流入海水沙通量變化的空間差異性響應(yīng)。

（2）河口沉積動(dòng)力過程對入海水沙變化的響應(yīng)及其地貌效應(yīng)?；谛l(wèi)星遙感及定點(diǎn)連續(xù)現(xiàn)場觀測資料，研究表層羽狀流和底層高濃度懸沙沉積動(dòng)力過程的時(shí)空變化，揭示其對入海水沙變化的響應(yīng)過程；在充分考慮河流入海水沙變化的條件下，應(yīng)用耦合波浪一潮流一沉積物的三維數(shù)值模式，模擬季節(jié)、年際等不同時(shí)間尺度下河口沉積動(dòng)力過程和水沙輸運(yùn)過程，揭示不同時(shí)間尺度下河口沉積動(dòng)力過程對入海水沙變化的響應(yīng)機(jī)理，闡明河口沉積動(dòng)力過程與河口地貌演化的耦合效應(yīng)，明晰黃河口流路演化的動(dòng)力機(jī)制。

（3）河口流路穩(wěn)定的影響因子及判別指標(biāo)體系?；诤恿魅牒Ｋ匙兓缓涌诔练e動(dòng)力過程一河口地貌演化的耦合關(guān)系，應(yīng)用歷史數(shù)據(jù)和觀測資料，模擬歷史時(shí)期年際一年代際河口流路地貌演化過程，辨識影響流路穩(wěn)定的關(guān)鍵因子。基于上述因子設(shè)定不同情景下的數(shù)值試驗(yàn)，模擬不同情景下河口沉積動(dòng)力過程和地貌演化，獲取流路臨界改道情況下河流水沙條件、河長、河槽形態(tài)、粒徑級配、攔門沙形態(tài)等關(guān)鍵參數(shù)，結(jié)合實(shí)測資料挖掘與分析，建立河口流路穩(wěn)定的判別指標(biāo)體系。

4.3 黃河三角洲海岸演變過程與動(dòng)力機(jī)制

闡明黃河三角洲不同性質(zhì)海岸的演變過程和規(guī)律及其動(dòng)力機(jī)制，揭示黃河三角洲近海海床地貌演變特征及控制因素；研究黃河三角洲泥沙輸運(yùn)擴(kuò)散和地貌演變，建立河口海岸形態(tài)調(diào)整與流域水沙、海洋波流動(dòng)力耦合作用的定量關(guān)系。

（1）行河流路河口海岸調(diào)整機(jī)理。以現(xiàn)行清水溝流路的清8漢河口附近海岸為重點(diǎn)研究對象，充分利用已有資料，并收集高精度遙感系列數(shù)據(jù)，開展黃河調(diào)水調(diào)沙期間和枯季河口區(qū)地形及水文泥沙的現(xiàn)場補(bǔ)充調(diào)查，深入分析1996年清8出漢以來現(xiàn)行河口海岸不同時(shí)間尺度的動(dòng)態(tài)演變過程。結(jié)合相應(yīng)的黃河入海水沙和河口區(qū)海洋動(dòng)力狀況，從地貌動(dòng)力學(xué)的角度揭示行河流路河口海岸調(diào)整機(jī)理，在此基礎(chǔ)上確定行河流路河口海岸動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的徑流水沙閾值。

（2）不行河流路河口海岸蝕退機(jī)理。以現(xiàn)行清水溝流路1996年改漢后的老河口附近海岸和1976年改道后的刁口河流路河口附近海岸為重點(diǎn)研究對象，以系列遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析不同時(shí)期改漢（道）后的河口海岸在海洋動(dòng)力作用下的侵蝕后退演變過程；通過現(xiàn)場動(dòng)力、泥沙、沉積和地形的同步觀測，研究波流共同作用下的海岸泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在此基礎(chǔ)上揭示海岸侵蝕后退的極限和海岸平衡形態(tài)。

（3）工程防護(hù)區(qū)近岸侵蝕過程及機(jī)理。工程防護(hù)區(qū)的海岸演變突出表現(xiàn)為海岸防護(hù)工程下岸灘的下蝕作用。以目前侵蝕嚴(yán)重的孤東大堤近岸區(qū)域?yàn)橹攸c(diǎn)研究對象，基于系列水下地形監(jiān)測資料，分析岸灘的侵蝕過程和工程穩(wěn)定性；開展防護(hù)區(qū)近岸水下地形和動(dòng)力泥沙觀測，深入研究波流動(dòng)力作用下近堤岸灘下蝕的機(jī)制和泥沙輸運(yùn)趨勢，在此基礎(chǔ)上提出減緩岸灘侵蝕的有效對策。

（4）三角洲近海海床演變過程及機(jī)理。以黃河水下三角洲為研究區(qū)域，收集整理已有的水下地形長期固定剖面監(jiān)測資料和多期全測圖數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析近海海床沖淤演變的時(shí)空分布特征；開展近海海床沉積地貌調(diào)查，研究沉積物組成變化、分布特征和運(yùn)移趨勢；通過水文泥沙同步觀測，進(jìn)一步研究泥沙輸運(yùn)格局，揭示近海不同區(qū)域海床演變的動(dòng)力機(jī)制；建立三角洲不同性質(zhì)海岸與近海海床演變之間的定量關(guān)系。

（5）海岸形態(tài)調(diào)整與徑流水沙、海洋動(dòng)力的定量關(guān)系與模擬檢驗(yàn)。研究不同區(qū)域河口海岸形態(tài)調(diào)整對徑流水沙、海洋動(dòng)力（波浪、潮流）的響應(yīng)機(jī)制，并建立典型岸段海岸形態(tài)特征值與水沙通量、海洋動(dòng)力的定量關(guān)系。同時(shí)，研發(fā)海岸形態(tài)與徑流水沙、海洋動(dòng)力的耦合模型，復(fù)驗(yàn)?zāi)M黃河入海泥沙輸運(yùn)擴(kuò)散和河口海岸地貌動(dòng)態(tài)演變過程，結(jié)合建立的定量關(guān)系、不同徑流水沙情境下河口海岸的形態(tài)演變進(jìn)行模擬檢驗(yàn)。

4.4 黃河口演變的多時(shí)空尺度混合模擬技術(shù)

完善適應(yīng)于黃河口復(fù)雜環(huán)境的三維數(shù)學(xué)模型，基于時(shí)序通信接口和云服務(wù)封裝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)黃河中游水庫、下游河道、河口波流輸沙集成的多模型耦合；優(yōu)化并檢驗(yàn)多沙弱潮河口流路演變過程的實(shí)體模型模擬技術(shù)；探索大范圍數(shù)學(xué)模型與局部實(shí)體模型的協(xié)同互饋框架，實(shí)現(xiàn)黃河口流路演變多時(shí)空尺度混合模擬。

（1）波流耦合作用下黃河口三維數(shù)學(xué)模型完善。在深入分析黃河口潮流、波浪等常規(guī)波流輸沙特征及風(fēng)暴潮、寒潮強(qiáng)動(dòng)力輸沙特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)研究成果，改進(jìn)黃河口不同波流組合動(dòng)力條件下輸沙計(jì)算模式，形成能反映黃河口羽狀流、異重流等輸沙流態(tài)，以及河口攔門沙、海岸侵蝕等過程的黃河口徑流、潮流、波流分組沙輸沙三維數(shù)學(xué)模型，并利用基于MPI（信息傳遞接口）的技術(shù)實(shí)現(xiàn)模型的并行化。在此基礎(chǔ)上，利用基準(zhǔn)解數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)及原型數(shù)據(jù)資料進(jìn)行測試、率定和驗(yàn)證。

（2）基于云服務(wù)的水庫一河道一河口整體數(shù)值模擬技術(shù)。遴選水庫、河道、河口等模型間水力要素交互與饋控信息，重點(diǎn)改進(jìn)或完善尾閭出漢、流路穩(wěn)定等判別方法，開發(fā)面向流路穩(wěn)定的水庫水沙調(diào)控模塊、河口淤積延伸模塊以及饋控信息提取模塊，基于時(shí)序通信接口和云服務(wù)封裝技術(shù)，研究黃河中游水庫、下游河道、河口波流輸沙集成的多模型耦合框架，構(gòu)建友好、人機(jī)交互的模型計(jì)算結(jié)果多終端動(dòng)態(tài)展示組件。

（3）長水沙系列下河口流路演變實(shí)體模擬技術(shù)與檢驗(yàn)。建立清水溝流路大尺度河口實(shí)體模型，復(fù)演現(xiàn)行清水溝流路清8漢河1996年運(yùn)用以來流路發(fā)育出漢、淤積延伸過程。通過試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)測資料的對比分析，進(jìn)一步檢驗(yàn)和完善適用于長系列水沙的黃河口流路出漢及演變的實(shí)體模擬技術(shù)體系。

（4）基于物聯(lián)網(wǎng)的黃河口流路演變混合模擬技術(shù)與試驗(yàn)。綜合利用數(shù)學(xué)模型適用于大空間長時(shí)間尺度的水庫調(diào)控、河道水沙演進(jìn)和實(shí)體模型在流路出漢模擬的各自優(yōu)勢，研究黃河口大范圍數(shù)學(xué)模型與局部實(shí)體模型的集成協(xié)同框架，探索數(shù)值一實(shí)體模型間信息請求響應(yīng)和數(shù)據(jù)時(shí)序協(xié)同機(jī)制，研發(fā)數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型實(shí)時(shí)校正與實(shí)體模型精準(zhǔn)控制模塊，實(shí)現(xiàn)以數(shù)學(xué)模型為主線、出漢事件為實(shí)體模型觸發(fā)的數(shù)學(xué)一物理模型同步互饋模擬。

4.5 清水溝流路水沙通量調(diào)配技術(shù)與示范

提出維持清水溝上段較高過流能力的水沙通量及過程控制指標(biāo)，北漢河運(yùn)用時(shí)機(jī)及運(yùn)用方式；結(jié)合黃河調(diào)水調(diào)沙，提出維持清水溝流路較大過流能力的調(diào)控指標(biāo)及技術(shù)方案并進(jìn)行示范，為穩(wěn)定清水溝流路提供技術(shù)支撐；利用水沙通量及河口海岸形態(tài)關(guān)系等研究成果，結(jié)合方案計(jì)算，預(yù)測未來30～50a黃河口岸線的變化。

（1）清水溝流路北漢河運(yùn)行方式和水沙通量指標(biāo)。清水溝流路上段河道過流能力是影響流路穩(wěn)定的重要因素之一。利用清水溝實(shí)測水沙資料及河床斷面資料，分析清水溝過流能力變化特征及其對流路穩(wěn)定的影響，采用平灘流量滯后響應(yīng)模型及水力因子分析等方法，研究小浪底水庫運(yùn)用以來，清水溝流路清7斷面以上河道過流能力對水沙通量及過程的響應(yīng)關(guān)系，提出維持清水溝流路較大過流能力的水沙通量指標(biāo)；分析清水溝流路改走北漢對減緩孤東圍堤附近侵蝕防護(hù)的作用，對流路沖淤演變影響及改漢點(diǎn)以上過流能力的影響，綜合研究提出清水溝流路改走北漢河的時(shí)機(jī)及運(yùn)用方式。

（2）穩(wěn)定清水溝流路的水沙調(diào)配技術(shù)與示范。根據(jù)小浪底水庫淤積情況，分析不同洪水水庫排沙關(guān)系，提出小浪底水庫排沙關(guān)鍵指標(biāo)；利用2000年以來黃河下游實(shí)測洪水資料，分析黃河下游不同河段水沙演進(jìn)過程及河道沖淤規(guī)律，研究有利于維持主槽一定排洪輸沙能力的流量、含沙量指標(biāo)；結(jié)合目前小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙運(yùn)用原則，維持清水溝流路較大過流能力的水沙通量指標(biāo)，綜合研究提出小浪底水庫水沙調(diào)控指標(biāo)及技術(shù)方案，在調(diào)水調(diào)沙期或汛期擇機(jī)進(jìn)行技術(shù)示范；在示范期加密清水溝河道過流能力、水沙因子等現(xiàn)場觀測，評價(jià)技術(shù)示范效果。

（3）清水溝流路河口未來30～50a岸線變化。基于水沙通量及河口海岸形態(tài)關(guān)系等研究，結(jié)合流域水沙變化趨勢，采用歷史水沙資料及岸線遙感資料，分析清水溝流路河口岸線變化規(guī)律，利用設(shè)計(jì)的黃河口長系列水沙過程，分析清水溝流路30～50a淤積延伸特征，研究清水溝流路岸線變化趨勢；進(jìn)行清水溝流路長系列水沙過程的演變模擬，綜合研究提出未來30～50a清水溝流路河口岸線變化。

4.6 穩(wěn)定百年的黃河口入海流路方案與治理措施

揭示黃河三角洲演變對黃河下游河道的反饋機(jī)制及效應(yīng)；結(jié)合黃河水沙變化趨勢最新研究成果，設(shè)計(jì)黃河口百年水沙系列和運(yùn)用方案，并開展不同流路運(yùn)用方案效果計(jì)算；開發(fā)并利用效應(yīng)評估模型，對不同行河方案和治理措施進(jìn)行綜合評價(jià)。綜合提出穩(wěn)定百年的黃河口入海流路行河方案和綜合治理措施。

（1）三角洲演變對黃河下游河道沖淤的反饋機(jī)制及效應(yīng)。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；基于實(shí)測河床斷面形態(tài)和水沙資料，結(jié)合改道頂點(diǎn)上下河段的詳細(xì)地形測量，分析三角洲頂點(diǎn)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(zhǔn)面變化的關(guān)系；以三角洲頂點(diǎn)體現(xiàn)河口侵蝕基準(zhǔn)面的作用，探討下游沖淤對河口三角洲建造的影響，通過建模和參數(shù)率定，計(jì)算河口侵蝕基準(zhǔn)面變化對黃河下游沖淤的影響；基于未來黃河口行河方案下三角洲建造所產(chǎn)生的河口侵蝕基準(zhǔn)面升降變化過程，分析未來百年尺度黃河口三角洲發(fā)育對黃河下游沖淤的影響。

（2）治理方案綜合效益評估技術(shù)。重點(diǎn)針對各治理方案產(chǎn)生的治理效果和效益進(jìn)行研究，從黃河下游減淤、河口地區(qū)防洪、生態(tài)環(huán)境、區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、海岸減蝕、投資費(fèi)用等方面建立綜合效益評價(jià)指標(biāo)體系。針對指標(biāo)體系進(jìn)行各指標(biāo)細(xì)化分解，利用德爾菲法、嫡法、關(guān)聯(lián)度法等方法，引入專家評估體系，確定各評價(jià)指標(biāo)權(quán)重或評價(jià)方法，建立各指標(biāo)定量與定性表達(dá)方法。針對定量評價(jià)指標(biāo)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(jià)模型，滿足不同流路方案、治理措施等效益量化評價(jià)需要。

（3）穩(wěn)定百年的流路運(yùn)用方案與優(yōu)化。基于黃河口尾閭出漢機(jī)制、泥沙沉積過程及未來岸線變化的研究，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(yùn)用；利用混合模擬技術(shù)，針對河口流路運(yùn)用模式，進(jìn)行百年系列的方案試驗(yàn)及優(yōu)化；構(gòu)建黃河口未來不同水沙條件、不同運(yùn)用方案下流路穩(wěn)定運(yùn)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(jià)，提出黃河口流路穩(wěn)定運(yùn)行推薦方案。

（4）黃河口流路穩(wěn)定百年的綜合治理措施及效應(yīng)。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）的現(xiàn)狀及存在的問題，評價(jià)其在減緩流路延伸速度、延長流路行河年限等方面的作用及局限性；提出黃河口地區(qū)有利于流路穩(wěn)定的防洪措施、防潮堤、流路調(diào)整（改漢或改道）工程措施的布局方案，并利用研發(fā)的技術(shù)模擬工程措施的長期及短期效果。綜合上述研究，提出河口流路穩(wěn)定百年運(yùn)行的水沙調(diào)控措施及工程措施。

5 結(jié)語

20世紀(jì)80年代以來，隨著黃土高原水保措施開展、工農(nóng)業(yè)引水增加、小浪底水庫的調(diào)節(jié)運(yùn)用等，黃河口演變出現(xiàn)了新形勢：入海水量銳減，單一流路長期行河，行水河口沙嘴仍在不斷淤積延伸，不行河海岸蝕退或刷深嚴(yán)重。針對黃河口當(dāng)前出現(xiàn)的新情況、新問題，通過黃河口演變治理研究提出應(yīng)對措施，維持河口長期穩(wěn)定，避免基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、油田開采等社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)在時(shí)間上的不連續(xù)性和地域上的無計(jì)劃性，可以為國務(wù)院批復(fù)的《黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展規(guī)劃》以及山東省與國務(wù)院國資委簽署的“關(guān)于共同推動(dòng)黃藍(lán)‘兩區(qū)發(fā)展合作備忘錄”等重大區(qū)域規(guī)劃的實(shí)施提供穩(wěn)定的發(fā)展環(huán)境。