灤河的水沙關系及水利工程對下游河道的影響

張麗云 蔡湛 李慶辰 等

摘要：灤河徑流年內分配極不均勻，有７３％的輸水量和９６％的輸沙量集中在汛期，大水挾大沙的特征明顯。修建于干流上的潘家口水庫、大黑汀水庫和支流上的桃林口水庫控制了流域８９．９％的匯水面積，削減了灤河６３％的徑流量、９９．３％的輸沙量和汛期３０％的徑流峰值，引起了下游河道的快速響應，導致河床展寬變淺，出現衰亡跡象。

關鍵詞：灤河水文；水沙關系；河道衰亡

中圖分類號：ＴＶ１２１文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０12）15－3222-04

Ｔｈｅ Ｒｕｎｏｆｆ－ｓｉｌｔ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｉｎ Ｌｕａｎｈｅ Ｒｉｖｅｒ Ｂａｓｉｎ ａｎｄ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ Ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｌｏｗｅｒ Ｒｅａｃｈｅｓ

ＺＨＡＮＧ Ｌｉ－ｙｕｎ１，ＣＡＩ Ｚｈａｎ１，ＬＩ Ｑｉｎｇ－ｃｈｅｎ１，ＬＩＵ Ｐｉｎｇ－ｙｕ２

（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｈｅｂｅｉ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００１１， Ｃｈｉｎａ；

２．Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ Ｐｒｅｓｃｈｏｏｌ Ｔｅａｃｈｅｒｓ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５０２２８，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ａｎｎｕａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｗａｓ ｖｅｒｙ ｕｎｅｑｕａｌ ｉｎ Ｌｕａｎｈｅ Ｒｉｖｅｒ Ｂａｓｉｎ． Ａｂｏｕｔ ７３％ ｏｆ ｒｕｎｏｆｆ ａｎｄ ９６％ ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ concentrated ｉｎ ｔｈｅ ｆｌｏｏｄ ｓｅａｓｏｎ． Ｓｏ ｔｈｅ ａｎｎｕａｌ ｆｌｏｏｄ ｃａｒｒied ａｗａｙ ｔｈｅ major ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔ． Ｔｈｅ Ｐａｎｊｉａｋｏｕ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ａｎｄ Ｄａｈｅｉｔｉｎｇ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｂｕｉｌｔ ｉｎ ｔｈｅ ｍａｉｎｓｔｒｅａｍ， and Ｔａｏｌｉｎｋｏｕ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｗａｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｒｉｂｕｔａｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ８９．９％ ｏｆ ｄｒａｉｎａｇｅ ａｒｅａ， ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ６３％ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ， ｒｅｄｕｃｅｄ ９９．３％ ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｙｉｅｌｄ， ａｎｄ ｃｕｔ ｄｏｗｎ ３０％ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｏｏｄ ｒｕｎｏｆｆ． Ｔｈｅ ｇｒｅａｔ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｒｉｖｅｒ ｈｙｄｒｏｌｏｇｙ ｃａｕｓｅｄ ｔｈｅ ｒｉｖｅｒｂｅｄ ｗｉｄｅｎｉｎｇ ａｎｄ ｓｈａｌｌｏｗｉｎｇ， and ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａ ｓｉｇｎ ｏｆ ｄｅｃｌｉｎｅ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｌｕａｎｈｅ Ｒｉｖｅｒ ｈｙｄｒｏｌｏｇｙ； ｒｕｎｏｆｆ－ｓｉｌｔ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ； ｒｉｖｅｒ ｃｏｕｒｓｅ ｄｅｃｌｉｎｅ

灤河發源于豐寧縣巴彥圖古爾山麓，流經內蒙古高原、燕山山區后，于冀東平原的樂亭縣、昌黎縣交界處入海，全長８７７ ｋｍ，匯水面積４４ ８８０ ｋｍ２。灤河為華北地區的一條大河，水量充沛，年平均徑流量４．５６３×１０９ ｍ３，多年平均流量１４５ ｍ３／ｓ，實測最大洪峰流量高達３４ ０００ ｍ３／ｓ（１９６２年灤縣站）。灤河水量的８０％來自長城以北，常年性支流有５００余條，其中，匯水面積大于１ ０００ ｋｍ２的有１０條，以青龍河最大，約占總水量的３０％。灤河為一條多沙河流，年輸沙量達２．４０８×１０７ ｔ，平均泥沙濃度３．９４ ｋｇ／ｍ３［１］。

１９７９年灤河干流潘家口水庫、大黑汀水庫先后蓄水投入運行，７８．６０％的匯水面積得到了控制。其中潘家口水庫控制面積３３ ７００ ｋｍ２，水庫總庫容２．９３０×１０９ ｍ３；大黑汀水庫位于潘家口水庫下游，控制潘家口至大黑汀區間面積１ ６００ ｋｍ２，總庫容為３．３７０×１０８ ｍ３。１９９８年底，位于灤河支流青龍河上的桃林口水庫投入運行，控制面積５ ０６０ ｋｍ２，水庫總庫容８．５９０×１０８ ｍ３。至此，灤河全流域８９．９０％的匯水面積得到了控制［２］。

１灤河的水沙特征

灤河流域地處暖溫帶季風氣候區，位于內蒙古高原南端的夏季迎風坡上，降水豐沛且雨量集中，多暴雨［3］，因而使灤河成為華北地區水量最豐富的一條河流。與降水的年內變化相一致，灤河徑流易形成年內明顯的洪水期和枯水期。其中洪水期出現在６～９月，徑流量３．４３０×１０９ ｍ３，占全年徑流總量的７３％，而洪水又主要集中在７、８月，徑流量為２．６３０×１０９ ｍ３，占全年徑流總量的５６％［4］，形成了年內徑流分配的明顯峰值（圖１）。

灤河的輸沙量主要集中在洪水季節，６～９月輸沙２．１３９×１０７ ｔ，占全年輸沙量的９６％，其中７～８月輸沙１．９３９×１０７ ｔ，占全年輸沙量的８７％，形成了年內輸沙分配的明顯峰值（圖２）。

對比圖１和圖２可知，灤河水沙年內分配比具有相似性，即在７、８月份洪水季節均出現明顯的峰值，表明灤河具有大水挾大沙的水沙關系。而且進一步觀察發現，７、８月份的峰值在輸沙量年內分配圖上，比其在徑流量年內分配圖上表現得更加尖銳，這說明灤河在洪水期間增加的徑流量具有更高的挾沙能力。將徑流量和輸沙量年內分配值繪制在一張曲線圖上，二者在形態上的差異更加明顯，如圖３所示。尤其在雨季開始的７月份，２２．２％的年徑流量攜帶了４２．９％的泥沙，因而輸沙量累積曲線在７月份的線段具有更高的斜率。這表明灤河水流流量的增加與挾沙能力的增加不是線性關系而是指數關系。

１９５０年至潘家口、大黑汀兩座大型水庫啟用前３０年的水文觀測記錄顯示，灤河年徑流量存在極高的變率（表１）。而更長年份的觀測資料表明，灤河豐水年份徑流量是平水年份的４．４倍，甚至是枯水年份的６７１倍［２］。

２水利工程對灤河水文情勢的影響

１９７９年底，位于灤河干流上的潘家口、大黑汀兩座大型水庫建成并投入運行，可調節水量（興利庫容）２．２８７×１０９ ｍ３，基本改變了灤河水流的自然狀態。除個別年份流域發生特大降水外，即便是在洪水季節的７、８月，水庫下游河道也基本無洪水發生。而僅僅是根據下游需水量由水庫放水形成徑流。自此，灤河干流６～９月徑流量為１．１３０×１０９ ｍ３，占全年的６２％，比工程興建前減少了１１個百分點，其中７、８月的徑流量為０．６２０×１０９ ｍ３，占全年的３４％，比工程興建前減少了２２個百分點；而每年旱季潘家口水庫向下游灌區的供水使５、６月的平均流量較工程興建前有所增加，因此，灤河干流的洪峰被大大削平。而每年平均向天津、唐山兩市供水１．２８７×１０９ ｍ３，向灤下灌渠輸水超過１．０００×１０９ ｍ３，使灤河干流多年平均徑流量由工程興建前的４．７２０×１０９ ｍ３降到工程興建后的１．８４０×１０９ ｍ３，減少了６１％。灤河多年平均入海水量由４．１９０×１０９ ｍ３減少到０．３５５×１０９ ｍ３，減少了９２％［５］，其中１９８２、１９８３年入海水量僅為０．０３０×１０９ ｍ３，尚不足多年平均入海水量的１％。而在桃林口水庫１９９８年底啟用后，灤河下游平均徑流量進一步減少到０．０１７×１０９ ｍ３，其中２００１、２００２年出現斷流。

３水利工程對灤河泥沙的影響

統計數據顯示，灤河水利工程（包括干流的潘家口水庫、大黑汀水庫和支流上的桃林口水庫）的實施對灤河的泥沙運移產生了重要影響。在２０世紀７０年代末以前，灤河在６～９月的洪水期間輸沙量為２．１３９×１０７ ｔ，占全年輸沙量的９６％，其中７、８月輸沙量為１．９３９×１０７ ｔ，占全年輸沙量的８７％。１９７９年灤河干流上的潘家口、大黑汀兩座大型水庫建成并投入運行后，灤河上游的來沙主要淤積于潘家口、大黑汀兩大庫區。水庫對泥沙的攔截作用使庫區下游泥沙供應量驟減，故輸沙量明顯下降，其中６～９月輸沙量８．８６０×１０５ ｔ，占全年的８６％，比工程興建前減少了１０個百分點，７、８月輸沙量為６．１２０×１０５ ｔ，占全年輸沙量的６０％，比工程興建前減少了２７個百分點。多年平均輸沙量由工程興建前的２．２１９×１０７ ｔ減少到０．１０３×１０７ ｔ，減少了９５％。而１９９８年底，位于灤河最大支流青龍河上的桃林口水庫建成并投入運行后，灤河在洪水季節和全年的輸沙量進一步減少，年平均輸沙量僅為０．１６１×１０６ ｔ。由于灤河干流的洪峰被進一步削減甚至消除，在灤河干流下游河段，大水挾大沙的水沙過程基本不復存在。甚至由于水利工程對灤河上游來水的攔蓄，下游河段基本干涸，全年無水流入海，由此導致在２００１年和２００２年通過灤河口入海的泥沙為零。

４灤河下游河道對水沙變化的響應

河道的地貌形態是由河流的水沙共同塑造的，是與河流水沙過程長期適應的結果。在自然條件下，河道形態保持著相對穩定的狀態。但隨著河流水沙條件的變化，其在形態上也必然作出相應的調整，以適應變化了的水沙條件。１９７９年潘家口水庫、大黑汀水庫啟用后，灤河下游的水文過程發生了改變。來水方面主要表現為灤河下游的水量減少，洪峰降低，枯水流量增加，年內和年際流量變幅減小，接近恒定流狀態的流量持續時間增長。來沙方面主要是下泄沙量減少，泥沙顆粒變細，水流含沙量減少。工程建立后，灤河干流的大黑汀水庫壩下河段河道曾發生沖刷，沖刷距離為９９～１１０ ｋｍ，在第一個１０年內的沖刷深度為１．９７ ｍ，總沖刷量以靠近水庫的遷西段為最大［５］。理論上，壩下河道沖刷過程中河床的床面會不斷粗化，最終形成抗沖的鋪蓋層，阻止河床進一步下切。同時，由于水流所挾帶的懸移質組分中的粗顆粒會不斷換取河床中的細顆粒，從而使懸移質不斷細化。未能滿足的沖刷深度將在下一河段得到補償。因此，在最初階段，河道的下切將從水庫壩下向下游河段延伸。由于灤縣以下除海平面外，不存在局部基準面控制河床下切，因此，當水庫下泄清水流量超過５００ ｍ３／ｓ，只要有足夠的時間，沖刷就可以發展到河口地區。三角洲地處地殼下沉區，地殼下沉導致河道堆積，對下游河床的沖刷起到一定的補償作用。但實際上，下游河道對灤河干、支流水利工程的實施所引起的水沙變化的響應卻并非如此。盡管在潘家口水庫和大黑汀水庫啟用前，由于向下游三角洲灌區每年引水１．０００×１０９ ｍ３，引起巖山渠首下游河段河床下切并向窄深方向發展，河床寬度曾以每年１３ ｍ的速度減少［５］，但在潘家口、大黑汀兩座大型水庫啟用后，庫下河道卻并未持續下切，而是以平均每年４７ ｍ的速度橫向拓寬。尤其是１９９８年桃林口水庫啟用后，灤縣以下的沖積三角洲平原（或稱扇三角洲平原）區，灤河河床明顯變淺，且側向遷移迅速。一方面是本區河床為沙質，河岸雖然為二元結構，但黏土等細粒物質含量極少，抗沖刷能力弱，加上河岸植被生長衰退，灌叢大量死亡，喪失固岸功能，使河岸的可動性較大；另一方面是河道流量的變化引起水流動力軸線的擺動，導致河岸著流位置的遷移，造成崩岸的具體位置發生改變，從而使得原來的固堤設施失效或不能發揮應有作用。１９８４年８月１１日，口門附近的河床向南拓寬５０～７０ ｍ；１９８５年８月，九間房一帶原有河堤被沖塌５～１０ ｍ，河岸顯著變陡。但觀測資料表明，灤河下游段有余沙存在，河道發生了淤積［６］，因而河道發生了深度的變淺和側向的拓寬，使河床的形態逐漸變得模糊，即灤河水利工程所引起的水沙變化導致了下游河道的衰亡。

為防止河道側向遷移更多地危及兩岸農、牧、漁業生產，１９９８年在灤河下游左岸的昌黎段實施漿砌石塊護坡９．１ ｋｍ，在右岸的樂亭段加固堤防５ ｋｍ。盡管如此，據現場觀測，２０１１年灤河下游右側河岸仍然崩塌后退了９５ ｍ。

５結論

灤河徑流與流域降水年內變化相一致，在６～９月形成汛期，徑流量可占到年徑流總量的７３％，而洪水主要集中在７、８月，徑流量也占到年徑流總量的５６％。沙隨水行，泥沙量亦在洪水季節形成峰值，而且峰度更加尖銳，其中６～９月輸沙量占到年輸沙總量的９６％，而７、８月輸沙量更是占到年輸沙總量的８７％，大水挾大沙的特征明顯。不過，在徑流峰值左側的７月份輸沙量增加更為迅速。這種現象可能與雨季到來之前流域內地表松散物質干燥疏松有關，而隨著雨季的來臨，流域內地表松散物質因含水量增加而變得濕潤，故黏結程度提高而更不容易被沖刷，因而使灤河干流的含沙量有所降低，如表２所示。

１９７９年位于灤河干流上的潘家口、大黑汀水庫啟用，以及１９９８年位于灤河最大支流青龍河上的桃林口水庫啟用后，控制了灤河流域８９．９％的匯水面積，調蓄了灤河下游（灤縣站）６３．６％的徑流量，也使其泥沙量減少了９９．３％。從而引起灤河下游直至灤河三角洲河道的快速響應。由此導致灤河口的衰亡［７］和灤河三角洲由淤漲轉變為侵蝕后退［３］，并導致了海灘及海岸侵蝕、河口淤積、河口生態環境退化、海水入侵及土壤鹽漬化［１］。更為重要的是，灤河水利工程的實施所導致的水沙變化，引起了下游河道展寬淤淺而逐漸衰亡，造成河道行洪功能的喪失。而為了不淹灘地，目前在已衰亡的灤河下游河道中所筑相距僅為２ ５００ ｍ的小埝及灘地已郁閉成林的大片林地，也昭示著人們防洪意識的逐漸淡薄。一旦遇上徑流量達常年徑流量２０余倍、枯水年份徑流量５６．８倍的豐水年份，尤其是流量高達３ ４００ ｍ３／ｓ［２］的特大洪水，如果處置不當，其后果將是災難性的。水利工程所引起的下游河道衰亡在長江、黃河［１，７］等中國諸多大河的下游均已初現端倪，應引起高度重視。

參考文獻：

［１］ 王穎，傅光翮，張永戰．河海交互作用沉積與平原地貌發育［Ｊ］．第四紀研究，２００７，２７（５）：６７４－６８９．

［２］ 河北省國土資源廳． 河北省海洋資源調查與評價［Ｍ］．北京：海洋出版社，２００７．

［3］ 河北省海岸帶資源編輯委員會．河北省海岸帶資源［Ｍ］．石家莊：河北省科學技術出版社，１９９８．

［4］ 錢春林．引灤工程對灤河三角洲的影響［Ｊ］．地理學報，１９９４，４９（２）：１５８－１６６．

［５］ 錢春林，任美鍔．引灤工程對灤河下游水文及河道的影響［Ｊ］． 海河水利，１９９１（４）：１０－１６．

［６］ 姜太良，房憲英，徐洪達，等． 灤河口徑流量和灤河口輸沙分析［Ｊ］． 黃渤海海洋，１９８６，４（４）：９３－１０６．

［７］ 馮金良，李慶辰．論華北地區河口衰亡［Ｊ］．地理科學，１９９８， １８（２）：１２９－１３４．