關(guān)鍵詞：同時(shí)行河；沖淤臨界流量；起分流量；行河年限；黃河口

中圖分類號(hào)：Ｐ３３３．４；ＴＶ８８２．１ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．０５．０１０

引用格式：錢裕，徐東坡，王倩雯，等．黃河口雙流路同時(shí)行河運(yùn)用年限研究［Ｊ］．人民黃河，２０２３，４５（５）：４６－５０．

１研究

背景自１９５０ 年有實(shí)測(cè)資料以來(lái)，年均進(jìn)入黃河口的沙量達(dá)６．５６ 億ｔ，而黃河河口屬于弱潮陸相河口，海洋動(dòng)力不足以輸送如此巨量的泥沙，造成河口不斷淤積、延伸、擺動(dòng)、改道。為了給黃河留有出路，規(guī)劃刁口河作為現(xiàn)行清水溝流路行河完成后優(yōu)先啟用的備用流路［１］ 。２０ 世紀(jì)８０ 年代以來(lái)，受氣候條件和人類活動(dòng)的雙重影響，黃河來(lái)水來(lái)沙情勢(shì)發(fā)生明顯變化，進(jìn)入河口的沙量大幅度減少，其中１９８７—１９９９ 年、２０００—２０１９ 年的年均沙量分別為４．２ 億、１．３ 億ｔ，分別占１９８７ 年以前年均沙量的４１％、１３％。受沙量減少影響，現(xiàn)行清水溝流路的延伸速率明顯減緩，據(jù)預(yù)測(cè)清水溝還有較長(zhǎng)的行河年限。而自１９７６ 年始，刁口河已停河４６ ａ。由于缺少水沙補(bǔ)給，因此刁口河流路范圍內(nèi)陸域蝕退了２５６ ｋｍ２，刁口河尾閭濕地急劇退化［２］ 。雖然自２０１０ 年以來(lái)調(diào)水調(diào)沙期間持續(xù)向刁口河濕地補(bǔ)水，生態(tài)環(huán)境得到一定改善，但受補(bǔ)水規(guī)模和范圍的限制，生態(tài)系統(tǒng)逆向演替仍未得到有效遏制［３－４］ 。

隨著黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展成為國(guó)家重大發(fā)展戰(zhàn)略［５］ ，在保障河口防洪安全的前提下，研究清水溝、刁口河流路同時(shí)行河，實(shí)現(xiàn)既能為刁口河流路補(bǔ)給水沙，進(jìn)一步保護(hù)和修復(fù)刁口河范圍內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)，遏制岸線蝕退，又能盡可能減小分流對(duì)清水溝流路運(yùn)用的負(fù)面影響是十分必要的。本文采用數(shù)學(xué)模型分析清水溝和刁口河流路同時(shí)行河時(shí)不同分流比對(duì)清水溝流路運(yùn)用年限的影響。

２研究方法和數(shù)據(jù)

２．１研究范圍概況

近代黃河三角洲，一般指以寧海為扇面頂點(diǎn)，北起徒駭河口， 南至支脈河（ 也稱支脈溝） 口， 面積約６ ０００ ｋｍ^２的扇形地區(qū)，大致包括１８５５ 年黃河在蘭考銅瓦廂決口改道奪大清河入渤海以來(lái)入海流路改道擺動(dòng)的范圍。１９５３ 年以后，黃河河口三角洲的擺動(dòng)頂點(diǎn)從寧海暫時(shí)下移至漁洼，并進(jìn)行了三次大的人工改道，即１９５３ 年并汊為神仙溝獨(dú)流入海、１９６４ 年改走刁口河流路、１９７６ 年改走清水溝流路。本文研究對(duì)象為利津以下河口河段，包括清水溝流路、刁口河流路及兩條流路的近海海域。其中清水溝流路涉及１９７６—１９９６年行河的原河道、１９９７—２０２２ 年行河的清８ 汊以及規(guī)劃的北汊共３ 條汊河［１，６］ 。清水溝、刁口河同時(shí)行河的分流點(diǎn)為西河口，見圖１。

２．２計(jì)算方法

本文基于水庫(kù)—河道—河口水沙動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)一步改進(jìn)多條流路行河、河口淤積延伸、海洋動(dòng)力蝕退等模塊，形成河口多流路行河水沙演進(jìn)數(shù)學(xué)模型，以實(shí)現(xiàn)河口地區(qū)多流路同時(shí)行河的模擬計(jì)算。其中的主要控制方程如下。

２．３數(shù)據(jù)來(lái)源

本文主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為１９６０—２０２０ 年艾山、利津水文站實(shí)測(cè)日均流量、輸沙率，《黃河流域防洪規(guī)劃修編》項(xiàng)目中利津站未來(lái)１００ ａ 設(shè)計(jì)日均流量、輸沙率，２０２０ 年汛前實(shí)測(cè)河道大斷面數(shù)據(jù)和近期濱海水下地形數(shù)據(jù)。

３方案擬定

３．１分流原則

（１） 根據(jù)河口河段具有的“洪沖枯淤” 沖淤特性［２］ ，考慮當(dāng)大河來(lái)流較小時(shí)，除生態(tài)需水和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需水外，盡可能不分流，以避免分流造成兩流路淤積。

（ ２）當(dāng)大河來(lái)流大于兩流路沖淤臨界流量之和時(shí)，按沖淤臨界流量分流給刁口河，在控制河道淤積的基礎(chǔ)上滿足刁口河流路各項(xiàng)功能需求。

（３）當(dāng)清水溝流路流量達(dá)到平灘流量時(shí)，為了保障清水溝灘區(qū)防洪安全，控制清水溝流路按平灘流量行河，多余水量分流給刁口河。

（４）當(dāng)?shù)罂诤恿髁窟_(dá)到平灘流量時(shí)，由于刁口河防洪工程較為薄弱，且灘區(qū)保護(hù)對(duì)象較多，因此優(yōu)先保障刁口河灘區(qū)防洪安全，控制刁口河流路按平灘流量行河，多余水量走清水溝，清水溝轉(zhuǎn)為防洪運(yùn)用。

３．２分流流量的選擇

為了盡量避免分流造成清水溝淤積［７－１１］ ，根據(jù)場(chǎng)次洪水沖淤特性分析河口河段沖淤臨界流量。統(tǒng)計(jì)１９６０ 年以來(lái)歷次洪水期間利津水文站平均流量與艾山—利津河段沖淤量的關(guān)系，如圖２ 所示（圖中Ｓ 為含沙量）。由圖２ 可知，隨著流量逐漸增大，艾山—利津河段整體呈現(xiàn)淤積量逐漸減小或者沖刷量逐漸增大的趨勢(shì)。從場(chǎng)次洪水沖淤特性分析，進(jìn)入河口的流量為１ ６００～２ ２００ ｍ^３ ／ ｓ 時(shí)河口河段接近沖淤平衡。這與通過(guò)分析利津站河槽高程與流量過(guò)程的關(guān)系得出河口河段沖淤臨界流量為１ ５００～１ ８００ ｍ^３ ／ ｓ 接近。

黃河下游特別是高村以下河道減淤要求小浪底水庫(kù)出庫(kù)流量應(yīng)兩極分化。汛期平水期和非汛期，應(yīng)盡量控制小黑武（小浪底站＋黑石關(guān)站＋武陟站）流量不大于８００ ｍ^３ ／ ｓ，以避免“沖河南、淤山東”；洪水期，為使下游河道取得較好的減淤效果，應(yīng)控制小黑武流量不小于２ ６００ ｍ^３ ／ ｓ。考慮黃河下游引水和洪水坦化，進(jìn)入河口地區(qū)的調(diào)控流量應(yīng)不小于２ ２００ ｍ^３ ／ ｓ。

因此，從減輕河口河段淤積的角度考慮，洪水期控制清水溝流路分流流量不小于沖淤臨界流量（１ ６００～２ ２００ ｍ^３ ／ ｓ）、刁口河流量不小于１ ６００ ｍ^３ ／ ｓ，同時(shí)假定清水溝、刁口河兩條流路的中水河槽泄流規(guī)模均為４ ０００ ｍ^３ ／ ｓ，據(jù)此擬定兩個(gè)分流方案，見表１。

根據(jù)表１ 中擬定的兩個(gè)分流方案，結(jié)合擬定的分流原則， 當(dāng)大河來(lái)流大于３ ８００ ｍ^３ ／ ｓ （ 方案２ 為３ ２００ ｍ^３ ／ ｓ）時(shí)按照１ ６００ ｍ^３ ／ ｓ 向刁口河分流，且維持到清水溝流路流量達(dá)到平灘流量４ ０００ ｍ^３ ／ ｓ；之后維持清水溝流路流量為４ ０００ ｍ^３／ ｓ，逐漸增大刁口河分流流量， 直到刁口河流路流量達(dá)到平灘流量４ ０００ ｍ^３ ／ ｓ；控制刁口河流路流量為４ ０００ ｍ^３ ／ ｓ，清水溝流路發(fā)生漫灘，轉(zhuǎn)為防洪運(yùn)用。分流過(guò)程如圖３所示。

３．３分流天數(shù)及分水分沙量

根據(jù)擬定的分流方案，刁口河分流流量在１ ６００～４ ０００ ｍ^３ ／ ｓ之間，方案一、方案二的分流比均在２８．６％～５０．０％之間變化。刁口河分流分沙統(tǒng)計(jì)見表２。

受中游水庫(kù)群調(diào)蓄和下游河道演進(jìn)影響，進(jìn)入河口水沙過(guò)程兩極分化，大流量主要集中在３ ６００ ～４ ０００ ｍ^３ ／ ｓ。由圖３ 可知， 方案一大河來(lái)流大于３ ８００ ｍ^３ ／ ｓ時(shí)開始向刁口河分流，且在清水溝漫灘前維持流量１ ６００ ｍ^３ ／ ｓ，因此刁口河流量主要集中在１ ６００ ｍ^３ ／ ｓ。汛期１ ６００ ～ １ ７００ ｍ^３ ／ ｓ 流量天數(shù)年均６．５７ ｄ，占９６．１％，其他流量天數(shù)只有０．２７ ｄ，占３．９％；非汛期分流只發(fā)生在調(diào)水調(diào)沙期，年均１ ｄ；全年分流天數(shù)７．８４ ｄ。汛期１ ６００ ～１ ７００ ｍ^３ ／ ｓ 對(duì)應(yīng)的水量為９．０８ 億ｍ^３，占９３．４％，其他流量對(duì)應(yīng)的水量為０．６４ 億ｍ^３，占６．６％；非汛期分流１．３８ 億ｍ^３；全年分流１１．１０ 億ｍ^３。

汛期１ ６００～１７００ ｍ^３ ／ ｓ 對(duì)應(yīng)沙量為０．４４ 億ｔ，占９１．７％，其他流量對(duì)應(yīng)的沙量０．０４ 億ｔ，占８．３％；非汛期分沙０．０２ 億ｔ；全年分沙０．５０ 億ｔ。方案二刁口河流量也主要集中在１ ６００ ｍ^３ ／ ｓ。汛期１ ６００～１ ７００ ｍ^３ ／ ｓ 流量天數(shù)年均１６．５７ ｄ，占９８．４％，其他流量天數(shù)只有０．２７ ｄ，占１． ６％；非汛期分流只發(fā)生在調(diào)水調(diào)沙期， 年均８．０５ ｄ；全年分流天數(shù)２４．８９ ｄ。汛期１ ６００～１ ７００ ｍ^３ ／ ｓ對(duì)應(yīng)水量為２２．９０ 億ｍ^３，占９７．３％，其他流量對(duì)應(yīng)的水量為０．６４ 億ｍ^３，占２．７％；非汛期分流１１．１３ 億ｍ^３；全年分流３４．６７ 億ｍ^３。汛期１ ６００～１ ７００ ｍ^３ ／ ｓ 對(duì)應(yīng)沙量為０．９８ 億ｔ，占９６．１％，其他流量對(duì)應(yīng)沙量為０．０４ 億ｔ，占３．９％；非汛期分沙０．１４ 億ｔ；全年分沙１．１６ 億ｔ。

４結(jié)果

４．１行河年限變化

基于數(shù)學(xué)模型開展不同分流方案行河的模擬研究，其中基本方案為不分流，僅使用清水溝流路，按照清８ 汊、北汊、原河道先后次序運(yùn)用，以西河口流量為１０ ０００ ｍ^３ ／ ｓ的水位達(dá)到１２ ｍ（大沽高程）為改汊控制條件。分流方案是把清水溝流路作為主河，按照擬定的分流過(guò)程向刁口河進(jìn)行分流。計(jì)算表明行河年限、西河口水位受清水溝流路控制。模型計(jì)算結(jié)果見表３，由表３ 可知基本方案與分流方案一的總行河年限一致，只是清水溝流路中汊河使用年限略有差異。方案二行河年限為６９ ａ，較基本方案、方案一縮短１６ ａ?？梢姺桨敢荒昃至鳎保保保?億ｍ３、分沙０．５０ 億ｔ，對(duì)清水溝行河運(yùn)用年限幾乎無(wú)影響，而方案二年均分流３４．６７億ｍ^３、分沙１．１６ 億ｔ 時(shí)，分水分沙較多，對(duì)清水溝流路產(chǎn)生了較大影響。

４．２西河口水位變化

考慮到西河口水位作為流路運(yùn)用的改道控制指標(biāo)，也是流路運(yùn)用的評(píng)價(jià)指標(biāo)，直接影響流路運(yùn)用年限，因此本文將模擬計(jì)算的各方案西河口流量為１０ ０００ ｍ^３ ／ ｓ的水位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見表４。由表４ 可知，基本方案清８ 汊、北汊、原河道３ 條汊河運(yùn)用時(shí)西河口流量為１０ ０００ ｍ^３ ／ ｓ 的平均水位分別為１１．０６、１１．２５、１１．７７ ｍ，清水溝流路行河期間平均水位為１１．２７ ｍ。分流方案一，清８ 汊、北汊、原河道３ 條汊河運(yùn)用時(shí)西河口平均水位分別為１１．０６、１１．１９、１１．８４ ｍ，清水溝流路行河期間平均水位為１１．２６ ｍ。分流方案二，清８汊、北汊、原河道３ 條汊河運(yùn)用時(shí)西河口平均水位分別為１１．１３、１１．４３、１１．９５ ｍ，清水溝流路行河期間平均水位為１１．３７ ｍ。方案一各汊河行河期間西河口平均水位較基本方案變化范圍為－０．０６～０．０７ ｍ，清水溝流路行河期間降低０．０１ ｍ，變化不大。方案二各汊河行河期間西河口平均水位較基本方案變化范圍為０．０７ ～ ０．１８ｍ，清水溝流路行河期間升高０．１０ ｍ，存在一定影響。

４．３方案比選

利用刁口河分流，清水溝流路和刁口河流路同時(shí)行河，不同分流方案對(duì)黃河下游和現(xiàn)行清水溝流路防洪以及入海流路運(yùn)用具有不同影響。

（１）防洪影響。對(duì)黃河下游的反饋影響主要通過(guò)西河口水位變化來(lái)體現(xiàn)，分流方案一，清水溝流路行河期間西河口流量為１０ ０００ ｍ^３ ／ ｓ 的平均水位１１．２６ ｍ，與基本方案相當(dāng)，比方案二低０．１１ ｍ，對(duì)黃河下游反饋影響小。從對(duì)清水溝流路的防洪影響來(lái)看，兩個(gè)方案在大河流量為４ ０００～５ ６００ ｍ^３ ／ ｓ 時(shí)均分流１ ６００ ｍ^３ ／ ｓ，減小漫灘的概率相同，但由于方案一行河期間清水溝平均水位相對(duì)較低，因此防洪壓力相對(duì)較小。從對(duì)黃河下游的反饋影響和清水溝流路的防洪來(lái)說(shuō)，方案一較優(yōu)。

（ ２）流路運(yùn)用。方案一行河年限為８５ ａ，比方案二行河年限長(zhǎng)１６ ａ，且方案一對(duì)清水溝流路行河基本沒(méi)有影響，因此從充分利用清水溝流路行河潛力來(lái)說(shuō)，方案一優(yōu)勢(shì)顯著。

（３）工程投資及運(yùn)行概率。方案一和方案二刁口河的分流范圍均為１ ６００～４ ０００ ｍ^３ ／ ｓ，都需要建設(shè)分洪閘、進(jìn)行河道整治、開挖主槽，工程方案費(fèi)用基本一致。方案二年分水２４．８９ ｄ，比方案一多１７．０５ ｄ，運(yùn)行概率比方案一高。因此，從工程投資效益來(lái)看，方案二略優(yōu)。

綜上分析可知，分流方案一對(duì)清水溝流路運(yùn)用年限、黃河下游及清水溝流路的防洪影響較小，因此推薦采用起分流量為３ ８００ ｍ^３ ／ ｓ 的雙流路同時(shí)行河運(yùn)用方案。

５結(jié)論

通過(guò)研發(fā)河口多流路行河水沙演進(jìn)數(shù)學(xué)模型，研究了河口河段沖淤臨界流量，設(shè)置不分流為基本方案，按照清水溝流路流量３ ８００ ｍ^３ ／ ｓ 起分和３ ２００ ｍ^３ ／ ｓ起分設(shè)置２ 個(gè)方案，開展了以清水溝流路為主、刁口河流路為輔兩條流路同時(shí)行河時(shí)流路運(yùn)用年限研究，得到以下結(jié)論。

（１）不分流方案與３ ８００ ｍ^３ ／ ｓ 起分方案總行河年限一致，均為８５ ａ，而３ ２００ ｍ３ ／ ｓ 起分方案的行河年限為６９ ａ，比不分流方案和３ ８００ ｍ^３ ／ ｓ 起分方案少了１６ ａ。

（２）３ ８００ ｍ^３ ／ ｓ 起分方案年均分流１１．１０ 億ｍ^３、分沙０．５０ 億ｔ，對(duì)清水溝流路運(yùn)用年限基本無(wú)影響，而３ ２００ ｍ^３ ／ ｓ起分方案年均分流３４． ６７ 億ｍ^３、分沙１．１６ 億ｔ，對(duì)清水溝流路運(yùn)用年限產(chǎn)生較大影響。

（３）不分流方案行河期間西河口１０ ０００ ｍ^３ ／ ｓ 流量平均水位為１１．２７ ｍ；３ ８００ ｍ^３ ／ ｓ 起分方案，各汊河行河期間西河口平均水位較不分流方案變化范圍為－０．０６～０．０７ ｍ，整個(gè)流路行河期間降低０．０１ ｍ，變化不大；３ ２００ ｍ^３ ／ ｓ 起分方案，各汊河行河期間西河口平均水位較不分流方案變化范圍為０．０７～０．１８ ｍ，整個(gè)流路行河期間升高０．１０ ｍ，存在一定影響。

（４）從防洪影響、流路運(yùn)用年限等方面對(duì)２ 個(gè)分流方案進(jìn)行比選，３ ８００ ｍ^３ ／ ｓ 起分方案對(duì)清水溝流路運(yùn)用年限、黃河下游及清水溝流路的防洪影響較小，因此推薦采用該分流方案進(jìn)行黃河河口雙流路同時(shí)行河運(yùn)用，在盡可能發(fā)揮清水溝流路運(yùn)用潛力的基礎(chǔ)上，最大限度緩解刁口河尾閭濕地退化。

【責(zé)任編輯 張帥】