王隨繼, 劉 慰, 顏 明, 賀 莉

(1.中國(guó)科學(xué)院 地理科學(xué)與資源研究所 陸地水循環(huán)及地表過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100101; 2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 北京 100049)

黃河是世界上著名的多泥沙河流，黃河下游河道強(qiáng)烈的泥沙淤積是導(dǎo)致黃河下游曾經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重洪水泥沙災(zāi)害的重要原因。黃河中上游主支流流經(jīng)多處大面積的黃土區(qū)和風(fēng)沙區(qū)，為黃河下游帶來了大量的泥沙，同時(shí)，黃土高原的嚴(yán)重水土流失造成了區(qū)內(nèi)居民在農(nóng)業(yè)和環(huán)境方面的巨大損失。為了減輕黃土高原的水土流失和黃河下游的河道泥沙淤積，黃河中上游流域大規(guī)模的水土保持活動(dòng)成為優(yōu)先選擇的面上治理措施。同時(shí)，一些基于河道徑流泥沙調(diào)控方法等其他工程措施也成為線上治理的潛在措施而在逐步探索之中，比如，為了有效降低黃河下游河道的泥沙淤積而減輕潛在的洪水泥沙災(zāi)害，錢寧等[1]提出了通過水庫(kù)的調(diào)水調(diào)沙來達(dá)到消減黃河下游河道淤積，這一河道治理思想推動(dòng)了黃河下游河道治理的多元化。此后，有關(guān)這方面的一系列研究成果逐漸問世，結(jié)合水庫(kù)調(diào)水調(diào)沙的實(shí)踐也逐漸展開，尤其是小浪底水庫(kù)建成之后實(shí)施的清水沖沙的實(shí)踐也基本抑制了黃河下游懸河的進(jìn)一步發(fā)展。

近年來，在年際、年代時(shí)間尺度上，不同的研究者對(duì)于黃河下游河道的沖淤演變進(jìn)行了多方面的研究[2-6]，也對(duì)人類活動(dòng)的影響進(jìn)行了必要探討[7-10]，取得了顯著的研究進(jìn)展。眾所周知，黃河下游河道演變最為劇烈的時(shí)段是每年汛期(5—10月)，這是受季風(fēng)氣候的影響黃河流域降水量主要發(fā)生在汛期，而汛期徑流量和輸沙量則決定著黃河下游的年徑流量和年輸沙量，每年汛期洪水的輸沙能力和輸沙效率則決定著黃河下游河道呈現(xiàn)年內(nèi)凈沖刷還是凈淤積的態(tài)勢(shì)。因此，黃河下游河道汛期泥沙沖淤的年際和年代際變化必然成為研究者關(guān)注的重要研究方面。前人對(duì)黃河下游洪水泥沙輸移進(jìn)行過大量研究[11-13]，并提出了高效輸沙洪峰的概念[14]，并對(duì)黃河下游洪水的輸沙效率進(jìn)行過系統(tǒng)研究[15]。這些以及其他相關(guān)的研究工作推動(dòng)了黃河下游洪水輸沙的研究進(jìn)展，并為黃河下游河道治理提供了理論指導(dǎo)。

汛期是黃河下游河道沖淤演變最劇烈的時(shí)段，而汛期的河道斷面輸沙效率和河段排沙比的大小變化和增減趨勢(shì)往往決定著河道的沖淤態(tài)勢(shì)，因此，揭示黃河下游河道汛期斷面徑流輸沙效率及河道排沙比的變化趨勢(shì)及其主要影響因素是黃河下游河道演變研究中的科學(xué)問題之一。本文選擇黃河下游沖積河段的兩個(gè)控制水文站——入口處的花園口站和出口處的利津站，以這兩個(gè)水文站的多年觀測(cè)資料為基礎(chǔ)，對(duì)黃河下游河道汛期徑流輸沙特征、汛期徑流輸沙效率和汛期河段排沙比的階段性變化特征進(jìn)行系統(tǒng)研究，期望揭示黃河下游沖積河段汛期徑流輸沙效率及汛期河段排沙比的變化特點(diǎn)及變化趨勢(shì)，進(jìn)而分析其階段性變化的主要影響因素。研究結(jié)果可為更加有效地增大黃河下游洪水輸沙能力和提高汛期徑流輸沙效率以減少河道淤積、消除洪水泥沙災(zāi)害的措施制定提供理論依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)和研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

黃河下游是指鐵謝至利津河段，而河道變化最劇烈的河段當(dāng)屬花園口至利津河段，因此，該研究選取黃河下游河道變化最為劇烈河段的入口水文站花園口站(113°39′E，34°55′N)和出口水文站利津站(118°18′E，37°31′N)的實(shí)測(cè)水文資料來分析其汛期輸沙效率的變化特征，所涉及的數(shù)據(jù)主要是這兩個(gè)水文站自1960年以來各年汛期(5—10月)徑流量和輸沙量資料，原始數(shù)據(jù)為日均徑流量和日均輸沙量，來源于黃河水利委員會(huì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。上述兩個(gè)水文站各年汛期總徑流量和總輸沙量是根據(jù)日均數(shù)據(jù)計(jì)算所得。

1.2 研究方法

該研究用到序列分析、雙累積曲線分析和線性回歸分析等研究方法。利用汛期徑流量和汛期輸沙量年變化序列對(duì)比方法來分析汛期水沙年際變化特征；利用汛期徑流量和汛期輸沙量雙累積曲線方法來揭示汛期水沙組合體變化過程中可能存在的多重突變年份和多階段性；利用線性回歸分析方法來確定以突變年份分割的各個(gè)時(shí)期內(nèi)累積徑流量和累積輸沙量二者間的線性關(guān)系，這些關(guān)系的斜率具有重要意義，可以據(jù)其求取其變化率。

河道斷面水流輸沙效率和河段排沙比等指標(biāo)可以表征給定河段的沖淤演變特征。河流斷面水流輸沙效率的表示方式有多種，既可以表示為輸送單位泥沙的耗水量(m3/t)，也可以表示為單位水流的輸沙量(t/m3)，前者重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)輸送單位泥沙所需要的水量，突出水資源因素；后者重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)單位水量所能輸送的泥沙量，突出泥沙因素，二者都可以從不同側(cè)面來揭示河道的沖淤態(tài)勢(shì)。本文擬揭示黃河下游河道在汛期的沖淤變化態(tài)勢(shì)，故采用給定河道斷面在汛期的單位水流輸沙量這一概念來計(jì)算河道斷面汛期輸沙效率(簡(jiǎn)稱汛期輸沙效率)。為消除徑流量和輸沙量彼此間存在的數(shù)量級(jí)差異，本文采用汛期100 m3水流的輸沙量作為河道斷面汛期徑流的輸沙效率(t/100 m3)，汛期累積徑流量和累積輸沙量間的線性關(guān)系式的斜率(t/m3)除以100即是本文所定義的汛期輸沙效率(t/100 m3)。汛期河段排沙比是指給定河段在汛期的輸出沙量與輸入沙量的比值，當(dāng)該比值小于(大于)1時(shí)，表示該河段汛期出現(xiàn)凈淤積(凈沖刷)；當(dāng)該比值等于1時(shí)，表示該河段汛期沖淤平衡。

2 結(jié)果與分析

2.1 汛期徑流量和輸沙量年際變化

1960年以來，黃河下游花園口站和利津站的汛期徑流量變化趨勢(shì)基本相似(圖1)，其中1960—1965年顯著增大；1965—1972年在波動(dòng)之中大幅減??；1972—1983年呈現(xiàn)波動(dòng)性增加變化趨勢(shì)；1983—1997年呈現(xiàn)波動(dòng)性減小直到最低值；此后維持低幅波動(dòng)且略有增大的變化趨勢(shì)。然而，兩個(gè)水文站間也存在較大差異之處，在1970年之前，年汛期徑流量在這兩個(gè)水文站大致相等，此后各年，隨著黃河下游平原區(qū)工農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要而從黃河引水量明顯增大，使得1970年之后每年汛期利津站的徑流量總是小于花園口的。

圖1 黃河下游花園口和利津水文站汛期徑流量和輸沙量年際變化特征

汛期輸沙量的變化與汛期徑流量的變化明顯不同(圖1)，除了在1960—1965年顯著增大、1965—1977年在大幅波動(dòng)中總體上呈現(xiàn)高值外，此后在這兩個(gè)水文站都基本呈現(xiàn)波動(dòng)性變小趨勢(shì)?；▓@口和利津水文站的年汛期輸沙量在1964—1968年、1981—1985年大致相等；在1969—1980年、1986—2002年前者大于后者，河道段汛期以泥沙凈淤積為主；而在2003—2015年則是后者大于前者，河道段則以泥沙凈侵蝕為主。

2.2 汛期水沙與全年水沙比值變化

如圖2A所示，1960—2015年汛期徑流量占全年徑流量的比例在花園口和利津水文站的增減趨勢(shì)基本相似，且在70%上下波動(dòng)。1960—1987年，這兩個(gè)水文站的該比值基本相等且等幅波動(dòng)；自1987年以后，這一比值發(fā)生分化，總體上表現(xiàn)為花園口站的大于利津站的。另外，這一比值的低值出現(xiàn)在1997—2001年，這主要是小浪底大壩建設(shè)末期攔蓄大量汛期徑流從而引起黃河下游汛期徑流量相對(duì)減小的緣故。

1960—2015年，這兩個(gè)水文站汛期輸沙量占全年輸沙量的百分比(圖2B)除個(gè)別年份外都在90%上下波動(dòng)，而且，這一比值在利津站比在花園口站略高。與徑流量占比變化一樣，汛期輸沙量占比的主要低值區(qū)也出現(xiàn)在1997—2001年，這同樣是小浪底大壩建設(shè)末期攔蓄大量汛期泥沙的緣故。此外，2014—2015年花園口站汛期輸沙量占比明顯減小，這是經(jīng)過十多年人為控制的清水沖沙后花園口所在河段的河床上可以沖洗懸浮的細(xì)泥沙相對(duì)減小的緣故。顯然，黃河下游河流輸沙基本發(fā)生在汛期，汛期的輸沙量大小及其變化趨勢(shì)基本決定著全年的輸沙量大小及其變化趨勢(shì)。

2.3 汛期徑流量和輸沙量關(guān)系

根據(jù)1960—2015年黃河下游花園口和利津站年際汛期徑流量和輸沙量統(tǒng)計(jì)結(jié)果(圖3)可見二者基本遵循線性關(guān)系，其中花園口站二者的相關(guān)性較差，決定系數(shù)僅為0.387，而利津站的相對(duì)較好，決定系數(shù)達(dá)到0.709。顯然，由于花園口水文站比利津水文站更接近其上游的大型水庫(kù)，汛期水庫(kù)防洪庫(kù)容調(diào)整及運(yùn)行方式變化等管理措施使得花園口站水沙關(guān)系較差，而利津站距離這些水庫(kù)較遠(yuǎn)，沿程的沖淤調(diào)整使得人為影響的水沙關(guān)系沿程逐漸趨向于天然河道動(dòng)力的需求，從而使得二者在利津站呈現(xiàn)較高的相關(guān)性。

圖2 黃河下游花園口和利津水文站汛期徑流量和輸沙量分別占全年徑流量和輸沙量的百分比

圖3 1960-2015年黃河下游花園口和利津水文站汛期徑流量和輸沙量關(guān)系

由前述可見，黃河下游汛期徑流量和輸沙量關(guān)系在上下河段存在著不協(xié)調(diào)特征，為了闡明黃河下游汛期水沙過程及其潛在的變化特征，需要利用更加有效的方法去揭示。下面，將利用累積距平和雙累積曲線分析方法對(duì)其變化特征進(jìn)行進(jìn)一步的分析。

2.4 汛期輸沙效率的階段性變化

2.4.1 汛期水沙關(guān)系突變年份及階段劃分 累積距平分析方法可以發(fā)現(xiàn)某類數(shù)據(jù)序列的距平值累積變化過程中的主要突變點(diǎn)[16-19]，但是，對(duì)于密切關(guān)聯(lián)的兩類數(shù)據(jù)序列的突變分析上則難以應(yīng)用，這時(shí)，采用雙累積曲線分析方法則更加簡(jiǎn)明方便。黃河下游汛期徑流量和輸沙量的突變分析采用雙累積曲線方法。

花園口和利津水文站1960—2015年年汛期徑流量和輸沙量雙累積曲線如圖4所示，其汛期徑流量和輸沙量綜合體的階段性變化明顯，都清晰呈現(xiàn)1965年、1981年、1987年、1999年4個(gè)同步突變年份，以這些年份為時(shí)間序列的分界可以劃分出5個(gè)不同的變化階段(表1)，而不同階段中累積徑流量和累積輸沙量間存在極好的線性關(guān)系，其決定系數(shù)都大于0.95。

圖4 1960-2015年黃河下游花園口和利津站汛期徑流量和輸沙量雙累積曲線及其不同時(shí)期的線性擬合關(guān)系

2.4.2 汛期徑流輸沙效率的階段性變化 圖4中每個(gè)線性關(guān)系式中因變量的系數(shù)也即其擬合直線的斜率，其單位為t/m3，意指汛期斷面單位水流的輸沙效率，該值乘以100就可轉(zhuǎn)換得到汛期徑流的輸沙效率(t/100 m3)。提取這兩個(gè)水文站被突變點(diǎn)分割的不同時(shí)期的擬合關(guān)系的斜率值并轉(zhuǎn)換為汛期徑流的輸沙效率，進(jìn)而分別計(jì)算這兩個(gè)水文站汛期徑流輸沙效率的基變率[某一時(shí)期汛期輸沙效率占基準(zhǔn)期(1960—1965年)輸沙效率的百分比]和遞變率(某一時(shí)期汛期輸沙效率占前一時(shí)期輸沙效率的百分比)(表1)。

表1 黃河下游花園口和利津水文站汛期徑流輸沙效率及其變化率

將1960—1965年作為基準(zhǔn)期，那么相對(duì)于基準(zhǔn)期，花園口和利津站汛期徑流平均輸沙效率(給定時(shí)期的多年平均值)在1966—1981年、1982—1987年、1988—1999年都有不同程度的增加，其基變率分別為164.7%，35.3%，152.3%和68.3%，20.8%，65.4%；而在2000—2015年則顯著變小，其基變率分別為-70.6%，-58.3%。

上述4個(gè)時(shí)期汛期徑流平均輸沙效率的遞變率在花園口站分別為164.7%，-48.9%，87.0%，-88.4%，在利津站分別為68.3%，-28.2%，36.9%，-74.8%。顯然，汛期徑流平均輸沙效率在這兩個(gè)水文站的變化趨勢(shì)相同，但花園口站的汛期平均輸沙效率的變化率(增減)都明顯大于利津站的。

2.4.3 汛期河段排沙比的階段性變化 洪水的排沙比可以用某次洪水中輸送到某一河段出口斷面的泥沙量與進(jìn)入該河段入口斷面的泥沙量的比率來表示[15]，那么汛期排沙比可以表達(dá)為某一河段整個(gè)汛期出口斷面的輸出沙量與入口斷面的輸入沙量的比值。當(dāng)某一河段沒有匯流和分流時(shí)，汛期河段排沙比可以反映某河段汛期泥沙凈沖淤態(tài)勢(shì)，當(dāng)汛期排沙比等于1表明該河段泥沙沖淤平衡、大于1表明發(fā)生了凈沖刷、而小于1表明發(fā)生了凈沉積。黃河下游花園口—利津河段某年的汛期排沙比可以表達(dá)為當(dāng)年汛期利津站總輸沙量與花園口總輸沙量的比值。

1960年以來黃河下游花園口—利津河段汛期排沙比的年際變化如圖5所示，其中在1965—1980年、1986—2002年汛期排沙比小于1，表明該河段在上述兩個(gè)時(shí)期的汛期總體上處于凈沉積狀態(tài)；在其他時(shí)期，尤其是2003年以來汛期排沙比明顯大于1，表明這些時(shí)期該河道段汛期處于凈沖刷狀態(tài)。

根據(jù)花園口和利津站汛期徑流泥沙雙累積曲線所呈現(xiàn)的5個(gè)不同的變化時(shí)期，花園口和利津站在這5個(gè)時(shí)期中的年均汛期輸沙量差別明顯，故而引起區(qū)間排沙比發(fā)生了明顯的階段性變化(圖5)，花園口—利津河段汛期年均排沙比在這些階段分別為1.34，0.78，1.01，0.62，1.48(表2)，具有沖淤交替變化特征，其中區(qū)間凈沉積發(fā)生在1966—1981年、1988—1999年這兩個(gè)時(shí)期，1982—1987年則處于準(zhǔn)沖淤平衡狀態(tài)，其他兩個(gè)時(shí)期則表現(xiàn)為凈沖刷。正是由于該河段在上述5個(gè)時(shí)期發(fā)生明顯的沖淤交替，其排沙比的基變率在介于-41.8%～64.2%，而遞變率則更大，介于-41.8%～138.7%(表2)。

3 討 論

影響徑流量變化的自然因素主要是氣候變化，降水量和蒸散量變化是導(dǎo)致流域徑流量變化的氣候因子，隨著徑流量發(fā)生變化其輸沙量也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的調(diào)整。近幾十年來，人類活動(dòng)對(duì)干旱、半干旱地區(qū)的流域徑流量變化的影響逐漸加劇且往往成為主導(dǎo)因素[17-19]。下面，將從氣候變化和人類活動(dòng)兩個(gè)方面來討論它們對(duì)黃河下游輸沙效率階段性變化的影響程度。

3.1 氣候變化的影響

根據(jù)黃河流域數(shù)百個(gè)氣象站1950年以來的實(shí)測(cè)資料的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，黃河流域蒸散量變化對(duì)流域內(nèi)徑流量變化的貢獻(xiàn)率僅占4%左右[17]，顯然，蒸散量對(duì)于黃河流域徑流量及輸沙量變化的影響可以忽略不計(jì)，因此，蒸散量對(duì)于黃河下游輸沙效率階段性變化的影響也可忽略。

黃河流域百年尺度下氣候的波動(dòng)性變化導(dǎo)致降水量的變化主要是年際間的波動(dòng)，而趨勢(shì)性變化不明顯。已有的研究結(jié)果表明，黃河源區(qū)和下游區(qū)年降水量無明顯的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)，中游在1988—2007年降水量平均值較多年平均值約下降10%，而黃河的徑流量主要來源于蘭州以上，表明降水量對(duì)黃河流域年徑流量變化的影響不是主要控制因素[20]；黃河流域年降水量變化率具有明顯的空間差異性，總體表現(xiàn)為上游地區(qū)為正、中游為負(fù)的特點(diǎn)[21]，這種不同地區(qū)降水量正負(fù)變化對(duì)流域徑流量變化可以起到部分相互抵消的作用，可認(rèn)為黃河流域的降水量變化對(duì)其下游年徑流量變化的影響有限。還有研究結(jié)果表明，1950年以來，黃河流域徑流量變化受到降水量和蒸散量變化的綜合影響約占8%，而人類活動(dòng)的影響高達(dá)92%左右[17]，這也說明氣候因素對(duì)黃河流域徑流量變化影響甚微，而人類活動(dòng)是黃河流域徑流量變化的主控因素。

圖5 黃河下游花園口-利津河段汛期排沙比年際和階段性變化

表2 黃河下游花園口-利津河段汛期排沙比及其變化率

對(duì)于黃河下游汛期徑流量變化來說，年際波動(dòng)的汛期降水量對(duì)它會(huì)有一定的影響，但是對(duì)徑流量時(shí)間尺度達(dá)年代際的階段性變化來說，其影響同樣有限。常軍等[22]認(rèn)為黃河流域夏季平均降水量為261.4 mm，在20世紀(jì)70年代偏多，90年代以來偏少；秋季平均降水量為116 mm，在20世紀(jì)60年代顯著偏多，90年代偏少，自21世紀(jì)00年代有增加趨勢(shì)。因夏秋季基本是汛期，故黃河流域汛期降水量在20世紀(jì)60年代和70年代偏多而90年代偏小，對(duì)比黃河下游徑流量年際變化(圖1)可以發(fā)現(xiàn)，除了90年代降水量偏小與黃河下游徑流量變小大致一致外，其他時(shí)期則并不相符。顯然，黃河流域汛期降水量對(duì)其下游汛期徑流量雖然有一定影響，但其影響程度仍然很小。汛期徑流的輸沙能力與徑流量大小密切相關(guān)，黃河下游無論是上段的花園口站還是下段的利津站，汛期徑流量與輸沙量都具有明顯的正相關(guān)關(guān)系(圖3)，因此，由黃河流域汛期降水量變化對(duì)其下游汛期徑流量變化影響有限可以推知，汛期黃河流域降水量變化對(duì)其下游汛期輸沙量變化的影響同樣有限。

從上述討論可知，氣候因素對(duì)黃河下游汛期徑流輸沙效率和排沙比的階段性變化的影響有限，因而，人類活動(dòng)才是其主控因素。

3.2 人類活動(dòng)的影響分析

3.2.1 水保措施的影響分析 黃河流域自20世紀(jì)70年代以來實(shí)施的水保措施對(duì)于防治流域內(nèi)水土流失卓有成效。這些水保措施主要有坡地地區(qū)的梯田建設(shè)和造林種草，溝道地區(qū)的淤地壩建設(shè)，以及2000年以來有效實(shí)施的坡地退耕還林措施，這些水保措施對(duì)攔水減沙影響有一定的差別。大規(guī)模的梯田建設(shè)有效減少了其分布區(qū)域的產(chǎn)流產(chǎn)沙能力，從而降低了該區(qū)域的輸水輸沙量，這會(huì)有效減少黃河下游的來水來沙量；造林種草以及退耕還林都是以增加坡面植被的方法增大了土壤水分的入滲能力、減小了地表匯流能力，相應(yīng)地減少了坡面產(chǎn)輸沙能力，同樣也會(huì)減少黃河下游的來水來沙量；溝道淤地壩工程則是對(duì)徑流及其攜帶的泥沙進(jìn)行直接攔截作用，當(dāng)非暴雨發(fā)生時(shí)段淤地壩上游區(qū)域的來水量往往不足以充滿淤地壩，這時(shí)淤地壩攔截了全部的水沙，導(dǎo)致輸沙量同比例減小，而當(dāng)暴雨發(fā)生時(shí)，淤地壩以上區(qū)域的來水量往往會(huì)超過淤地壩庫(kù)容，則有相對(duì)較多的泥沙沉積在淤地壩中，這導(dǎo)致流出淤地壩的徑流量相對(duì)輸沙量較多一些，無論如何，淤地壩的攔水?dāng)r沙作用也會(huì)明顯引起其下游水沙量減少，眾多淤地壩的綜合攔水?dāng)r沙作用也會(huì)明顯減少黃河下游的來水來沙量。上述各類水保措施所覆蓋的區(qū)域基本上都是逐漸增加的，因此，其減水減沙量也有增強(qiáng)的趨勢(shì)。因此，總體上來說，各種水土保持措施是引起黃河下游徑流量和輸沙量顯著減小(圖1)的主要原因，它們對(duì)流域內(nèi)徑流量和輸沙量的減少基本上具有同比例特性，因而不會(huì)明顯引起黃河下游輸沙效率及排沙比的階段性變化。但是，唯一例外的是，在20世紀(jì)90年代黃河中上游地區(qū)的淤地壩由于管理不善而出現(xiàn)了部分毀損現(xiàn)象，淤地壩的毀損會(huì)導(dǎo)致其攔截水沙量減少，而更為關(guān)鍵的是部分淤地壩內(nèi)早年攔截的泥沙會(huì)在淤地壩毀損中被洪水侵蝕而向下游輸送，這是黃河下游1987—1999年花園口和利津站輸沙效率都較前一時(shí)段(1981—1987年)顯著增大的主要原因。相應(yīng)地，這些增加的泥沙由于在中下游河道缺乏有效的大壩攔沙庫(kù)容(三門峽水庫(kù)泥沙沖淤平衡無攔沙功能，小浪底水庫(kù)尚未建成運(yùn)行)而直接輸送到黃河下游，其中相當(dāng)一部分泥沙沉積在下游河段，使得1987—1999年黃河下游的排沙比相對(duì)于前一時(shí)段明顯變小。

此外，黃河中上游流域水土保持工作的持續(xù)推進(jìn)對(duì)于汛期小浪底入庫(kù)水沙有著一定的影響，但由于庫(kù)區(qū)泥沙的自然淤積和汛期出庫(kù)水沙的部分人為控制，使得汛期下游河道輸水輸沙和水沙關(guān)系也必然受到人類活動(dòng)的強(qiáng)烈影響，造成2000—2015年黃河下游斷面徑流輸沙效率很低而河段排沙比很高的新現(xiàn)象。顯然，隨著人類活動(dòng)尤其是大型水庫(kù)的相繼建成對(duì)水沙的攔蓄及調(diào)節(jié)，極大程度上改變了黃河下游汛期原有的水沙運(yùn)行規(guī)律，造成斷面徑流輸沙效率和河段排沙比的階段性變化。

3.2.2 水庫(kù)建設(shè)及其運(yùn)行的影響分析 黃河下游汛期輸沙效率和排沙比的階段性變化基本與黃河主河道上幾個(gè)大型水庫(kù)的建成時(shí)間節(jié)點(diǎn)相吻合，1960年建成的三門峽水庫(kù)在初期蓄水?dāng)r沙、在1962—1973年滯洪排沙[7]，使得1960—1965年黃河下游來沙量小于來水量，從而形成該時(shí)期河道斷面輸沙效率很低、下游河段排沙比很高的特征，使得黃河下游河道普遍發(fā)生沖刷。因?yàn)槿T峽水庫(kù)泥沙嚴(yán)重淤積致使庫(kù)區(qū)及庫(kù)上平原區(qū)河道發(fā)生嚴(yán)重泥沙災(zāi)害，為了減小泥沙災(zāi)害，在1964年改造三門峽大壩、1969年開挖8個(gè)導(dǎo)流底孔以利于泄流排沙、1973年起的蓄清排渾[7]，加之1968年建成的劉家峽水庫(kù)，這兩個(gè)水庫(kù)運(yùn)行的綜合調(diào)節(jié)引起黃河下游花園口、利津站汛期的水沙關(guān)系進(jìn)入新的變化階段(1966—1981年)，這時(shí)的花園口來沙量多，黃河下游沙量過載，雖然河道斷面輸沙效率高，但是河段排沙比較低，使得河段發(fā)生淤積。

1986年建成的龍羊峽水庫(kù)，在汛期攔蓄洪水以減少黃河中下游的徑流量，從而實(shí)現(xiàn)有效防洪的目的，加上三門峽水庫(kù)在1990年又打開4個(gè)底孔排沙，使得汛期黃河下游水沙關(guān)系進(jìn)入斷面輸沙效率高而河段排沙比很低的另一變化階段(1988—1999年)。1997年實(shí)現(xiàn)截流、2001年竣工的小浪底水庫(kù)，控制了92.3%的黃河流域面積、約90%的徑流量和近100%的來沙量[10,23]，汛期攔蓄洪水以及沖沙運(yùn)行使得黃河下游水沙關(guān)系又有新的變化，從此，黃河中上游流域的來水來沙都經(jīng)由小浪底水庫(kù)的攔截和調(diào)節(jié)，黃河下游汛期輸沙量和輸沙效率則嚴(yán)重依賴于該水庫(kù)的運(yùn)行方式。小浪底水庫(kù)在2002—2016年進(jìn)行了19次調(diào)水調(diào)沙，使黃河下游主河道全線平均刷深1.85 m，平灘流量從1 800 m3/s增至4 310 m3/s[10,23]，改變了水庫(kù)運(yùn)行之前黃河下游河道淤積萎縮的嚴(yán)峻態(tài)勢(shì)。

4 結(jié) 論

(1) 黃河下游汛期徑流量和輸沙量在1960—2000年大幅降低，這主要是黃河流域各類水土保持措施的實(shí)施以及水庫(kù)建設(shè)導(dǎo)致的；而在2000年之后汛期流量略有增多并呈低幅波動(dòng)，而輸沙量達(dá)到歷史低值，小浪底水庫(kù)建成及人為控制的運(yùn)行方式是其主要影響因素。

(2) 自1960年以來黃河下游汛期斷面徑流輸沙效率明顯存在著高低交替變化的5個(gè)不同階段：1960—1965年、1966—1981年、1982—1987年、1988—1999年、2000—2015年，其時(shí)花園口和利津斷面的平均徑流輸沙效率分別為2.1，4.3，2.6，4.1，0.8 t/100 m3。

(3) 黃河下游花園口至利津河段在上述時(shí)段的汛期排沙比分別為1.34，0.78，1.01，0.62，1.48，也呈現(xiàn)出明顯的沖淤交替階段性變化特征。

(4) 黃河下游汛期徑流輸沙效率及河段排沙比的階段性變化受氣候變化的影響較小，而人類活動(dòng)則是其主要影響因素，尤其受到不同時(shí)期大型水庫(kù)建成及其運(yùn)行方式所控制。此外，1988—1999年黃河下游汛期輸沙效率的增大和排沙比的變小受到黃河中上游淤地壩自然毀損的顯著影響。相對(duì)來說，逐漸擴(kuò)大的流域水土保持措施實(shí)施面積對(duì)流域的產(chǎn)水產(chǎn)沙量減少明顯，但對(duì)于黃河下游輸沙效率和排沙比的階段性變化影響不明顯。