黃河河口及其流路系統的構成和穩定內涵

王開榮 杜小康 鄭珊 韓沙沙

摘要：系統論述了“河口”與“流路”的定義，構建了黃河河口及其流路的系統構成框架，全面闡述了“河口穩定”與“流路穩定”的基本屬性和基本含義，并就“河口穩定”與“流路穩定”的發展前景進行了分析和展望，最后概括總結了河口系統與流路系統穩定之間的關系。

關鍵詞：河口；流路；系統；構成；穩定；黃河

中圖分類號：TV856；TV882.1

文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.08.007

20世紀80年代以來，黃河河口及其人海流路的穩定一度成為黃河河口規劃和治理實踐中的難點和焦點問題。圍繞這一問題，眾多專家學者從不同角度和層次對其開展分析研究，并提出了諸多應對策略和實施方案。然而，縱觀上述相關研究成果，存在的問題和局限性是顯而易見的，主要表現在：第一，對于黃河河口及其流路系統的定義、構成缺乏準確的界定，且僅囿于黃河河口單一人海流路（河道）的穩定，而未提升至整個河口及其流路系統的高度去討論穩定問題：第二，人海流路（河道）乃至河口穩定的含義模糊，難以滿足生產實踐的需求。鑒于此，本文基于河口及人海流路的基本定義、概念和黃河河口的實際，針對上述有關問題進行分析和探討，以期為黃河河口的綜合治理提供理論依據。

1 黃河河口與人海流路的概念及其構成

1.1 黃河河口

河口廣義的概念是河流與受水體相連接的區域。根據受水體（如海洋、河流、湖泊、水庫等）的不同，可將河口分為人海河口、支流河口、人湖河口和入庫河口等，甚至內陸河流的干旱三角洲亦屬于河口的范疇。河口狹義的概念是人海河口，這是因為支流河口和入庫河口習慣上均納人河床演變和水庫問題而加以研究。同時，“河口”從詞源看，起源于拉丁語“Aestus”，即“潮汐的”，或者說“河口”可以適合任何有潮汐影響的海岸。

20世紀50年代以來，隨著河口與海岸研究的發展，河口的定義不斷修正。字典及百科全書或不同專業領域學者對“河口”都有不同的解釋。從物理與地理學上的河口定義而言，蘇聯學者薩莫伊莫夫和美國著名河口學者PRITCHARD的河口定義最具代表性。薩莫伊莫夫的河口定義：“河口是河流到海洋的過渡段，整個河口按徑流、潮流相對勢力大小可分為三段，即河流近口段、河口過渡段和口外濱海段。”

對于黃河河口而言，其獨特的來水來沙條件和歷史上所顯現的“淤積.延伸、擺動、改道”自然演變特征，決定了對其“河口”的定義既要遵循一般科學定義的普適性，又要考慮其蘊含的特殊性和實踐意義。基于此，水利部在2004年11月正式頒布實施的《黃河河口管理辦法》明確提出：“黃河河口，是指以山東省東營市墾利縣寧海為頂點，北起徒駭河口，南至支脈溝河口之間的扇形地域以及劃定的容沙區范圍：黃河人海河道是指清水溝河道、刁口河故道以及黃河河口綜合治理規劃或者黃河人海流路規劃確定的其他以備復用的黃河故道。”上述黃河河口定義及其涵蓋范圍的提出，既是對已有河口定義的豐富和拓展，也順應了黃河流域開發管理的總體要求。

總之，不管是基于河口的科學定義，還是依據已經頒布實施的《黃河河口管理辦法》所明確的黃河河口范圍，黃河河口作為一個系統是不言而喻的。從這個系統內各組成部分的地理位置和功能的不同而加以區分，黃河河口系統又可分解為陸上三角洲系統（黃海基面以上）和海域系統（黃海基面以下）兩大子系統，其中三角洲系統包括了擺動頂點、三角洲洲面、流路（河道）、三角洲岸線等諸多更小單元的子系統，見圖1。當然，這一系統的構成和功能是以地球科學以及水利科學與海洋工程的角度來加以表征的。

1.2 入海流路

流路泛指河水流經的路線，亦可稱之為河道。從科學和生產實踐的角度理解，流路與河道所表征的含義并無本質區別。事實上，流路多側重于從平面上對水流位置、方向等遷徙變化及其相應的存續時間進行描述，而河道則著眼于從通航、工程治理以及水位變化、沖淤量變化、河床形態變化等諸多演變因子的角度進行描述。

人海流路（河道）則指河流歸宿終于海洋的流路。就黃河而言，又可分為廣義的人海流路和狹義的人海流路。其中：廣義的人海流路是指白公元前2278年以來，以桃花峪一帶為擺動頂點，水流波及范圍北至海河、南達淮河的人海水流路線，其流路長度可達800km；狹義的人海流路目前則泛指以寧海為擺動頂點、河流從三角洲不同部位人海的路線（以下均簡稱流路），白1855年以來，共經歷了10次不同的流路發展與衰亡過程，見圖2。白擺動頂點以下人海流路長度多在55～90km之間，一般不會超過110km。

在討論黃河河口相關問題時，流路有時還可稱之為“尾閭”，兩者都在描述黃河水流流經河口三角洲地區的路線，但其表征的含義有一定區別。流路強調的是在小時空背景下河流流經三角洲范圍內的位置，前面往往加注其具體方位的名稱，如神仙溝流路、刁口河流路、清水溝流路等，并且其落腳點是一個區域范圍：而尾閭強調的是大時空背景下在整個河流系統的位置，即處于河流的尾（末）端，而黃河河口的尾閭流路則強調在擺動頂點以下，其落腳點主要是河道。

目前的黃河口人海流路系清水溝流路，該流路白1976年5月行河以后至2016年12月，已累計行河40余a，期間共計來水8041億m3、來沙159億t，造陸約690km2（不考慮三角洲北部及老河道沙嘴的蝕退面積），其改道點西河口以下最大河長達到65.2km（1996年）。需要特別指出的是，清水溝流路不僅僅指其水流流經的河槽部分，而應涵蓋兩岸由相關工程（包括堤防、生產堤等）約束的范圍，見圖3。由此可以理解，人海流路的堤防及治理工程、河槽（汊河）、灘地（系指黃海基面以上不含河槽、涵蓋清水溝流路管理范圍的陸上區域，并包含了部分潮間帶區域）、容沙區域等要素之間相互聯系、相互依賴、相互制約，構成了一個完整的流路系統，見圖4。

2 黃河河口及其流路穩定的基本屬性

黃河河口及其流路都是作為一個系統而存在的，因而，就其系統的穩定而言，也有其自身獨特的基本屬性，主要表現在以下幾個方面。

2.1 功能性（目的性）

黃河河口人海河道的首要功能是泄洪排凌和行水輸沙。從宏觀和系統性的角度出發，系統的不穩定意味著系統功能的衰減或喪失。河口及其流路系統的穩定是基于其泄洪排凌和行水輸沙功能的穩定發揮進行定位的，而不是其系統內部結構、層次或者構成因子發生的局部調整和相對變化，比如口門的小尺度擺移、局部河道的自然出汊等。

2.2 整體性

系統的整體性包含時間的整體性和空間的整體性兩個方面，在其特定的時間尺度條件下（比如一條流路完整的行河年限），黃河河口及其流路系統有其自身獨特的結構，而且這種結構是有序的，各組成部分或者各子系統在整個系統中所處的地位不同，形成不同的層次，從而構成多層次的整體。因而，在處理河口及其流路系統穩定問題時，應遵循從整體到部分進行分析、再從部分到整體進行綜合的途徑，并從系統整體穩定的目標出發，協調各組成部分的運行模式和強度規模。同時要特別注意：組成系統的各部分處于穩定狀態，系統未必處于穩定狀態：整體處于穩定狀態.則可能要犧牲某些組成部分的、局部的穩定和平衡。總之，河口及其人海流路系統的穩定性研究，必須著眼于其系統的結構層次和各組成部分的影響權重，落腳于整個系統穩定的可持續性和控制閾值。

2.3

關聯性

黃河河口及其流路系統的關聯性主要體現在兩個方面：其一是內部關聯性，系統自身是由多個可識別的子系統組成的，各組成部分之間相互聯系、相互依賴、相互制約、相互作用，形成了這一系統的內部關聯性，比如人海水沙條件、河口泥沙的沖淤輸移分配、河口河床形態等微地貌演化三者之間的關系，人海水沙條件和河口河床形態特征影響和制約著河口泥沙的運動特征，河口泥沙運動特征的差異又塑造了不同的河口河床形態，進而從某種結構層次上影響河口及其流路系統的穩定性。其二是外部關聯性，任何系統總處在特定的環境之中，并與環境不斷地進行物質、能量、信息的交換，而且必須“相互”適應其變化。黃河河口及其流路系統的外部關聯性集中體現在與黃河下游河道演變、河口地區社會經濟發展、渤海及萊州灣海域環境變化等之間的關系方面，因此，在涉及黃河河口及其流路系統的穩定問題時，應統籌考慮這種穩定對外部特定環境的影響，尤其是對黃河下游的淤積反饋影響。

2.4 自然與人工復合性

目前黃河河口河道清6斷面以上已有堤防約束行河，其穩定性如何，亦即其泄洪輸沙功能的強弱及其維系不僅與來水來沙、河道形態、海洋動力等自然因素密切相關，更與河口河段堤防、控導工程、險工等防洪工程的建設及河口治理等人工干預因素關系重大。據不完全統計，白寧海（擺動頂點）至清7斷面約69km的河口河段內，目前已累計修筑各類堤防（含民壩和非設防堤）231.52km，各類險工、控導工程28處，壩垛、護岸659道，其中臨黃堤防長度達到131.21km。因此，在研究河口及其流路的穩定時必須考慮人工干預因素的影響。換言之，黃河河口及其人海流路的穩定已不是單純自然狀態下的穩定，而是包括自然和人工干預因素綜合作用工的穩定。

3 黃河河口及其流路穩定的基本含義

3.1 黃河河口穩定的基本含義

依據黃河河口的定義和區域范圍，在現有堤防設防標準下，不管是單一流路行河，還是多條流路聯合運用行河，抑或按規劃實施人工改道，若其擺動頂點均位于寧海擺動頂點以下，則可將河口系統視為穩定狀態，見圖5。

從系統穩定的基本屬性出發，任何一個系統，其自然功能的喪失意味著這個系統行將失去穩定。黃河河口系統盡管處于河流系統和海洋系統的混合區域，但其最根本的功能是河流功能，亦即在以寧海為擺動頂點的三角洲范圍內，能夠利用任何一條或多條尾閭流路安全承泄黃河流域的來水來沙至相關的濱海區域。換言之，即使尾閭流路發生了改道，只要其改道點位于寧海以下，也只是其河口系統的內部結構或者構成因子（流路位置）發生了局部和相對變化而已，河口系統的河流功能并未喪失。

3.2 現行入海流路穩定的基本含義

人海流路穩定是相對于流路的改道（亦即發生在擺動頂點的流路遷徙）而言的。20世紀50年代以來，黃河人海流路的擺動頂點已由寧海下移至漁洼斷面附近，基于此，現行人海流路穩定的基本含義是：在漁洼以下劃定的流路區域范圍內，按照現有堤防設防標準，流路河道系統能夠安全承泄黃河流域的來水來沙至相應的濱海區域而未發生流路改道，即視為流路系統處于穩定狀態。

而狹義的流路穩定則是相對于其流路系統內部結構、層次的局部變化而言的。換言之，狹義的流路失穩現象是指在擺動頂點以下一定范圍內出現的小尺度和持續時間相對較短的出汊及流路口門擺移。

確定流路穩定的基本含義（或定義）對于今后黃河人海流路穩定治理的定位具有重要基礎意義。在劃定的清水溝流路范圍內，只要在10000m3/S流量情況下西河口水位不超過12m，那么，不管是基于何種出汊方式（自然出汊或人工改汊）改走哪條線路（包括預留的北汊流路、現行的清8汊河流路以及1996年之前行河的老河道），抑或在清6斷面以下其他部位發生流路擺動和口門擺移，都應屬于流路穩定的范疇，而不意味著流路失去穩定，參見圖5。

4 黃河河口及其流路系統穩定的發展趨勢

4.1 黃河河口及其流路系統的穩定機制和控制閾值

泥沙是導致河口及其流路系統不能保持相對穩定的癥結所在，實踐證明：黃河攜帶的巨量泥沙在河口地區的持續落淤，導致河口沙嘴岸線不斷向口門外濱海區延伸，隨著延伸長度的增加，溯源淤積加劇，河床不斷抬高，當河床抬高到一定程度時，水流將自動尋找低洼地區，另圖捷徑人海。這一。淤積、延伸、擺動、改道”的周期性變化是黃河河口在一定水沙條件下的自然規律，也是人海流路系統穩定機制的最基本的外在表現形式。

當前情勢下，黃河河口及其流路系統已成為人類活動高度干預的復合系統，其穩定與否的控制閾值亦即其改道條件和改道標準也是明確的，即在河口現有堤防設防標準（河口地區堤防的設防水位是利津斷面17.39m，相應10000m3/S流量西河口水位12m）下，若流量達到10000m3/S，其西河口水位不能超過12m。若水位超過12m，為確保防洪安全，必須對其上游一段相當長的堤防進行加高，但是加高黃河堤防，絕不是治河的上策，堤防越高，風險越大，而且影響的范圍也越大。

4.2 現行入海流路系統的穩定行河年限

20世紀80年代末期以來，隨著黃河人海沙量急劇減少和現行清水溝流路使用年限持續延長，亟待人們對現行清水溝流路的使用年限作出客觀判斷，以適應這一新形勢的發展和滿足黃河口綜合治理規劃的需要。綜合比較相關研究成果，具有代表性的成果有以下三個方面。

其一是中國水利水電科學研究院在“八五”攻關補充項目和UNDP項目中，采用數學模型對清水溝流路使用年限及長期穩定清水溝流路方案進行的研究，認為清水溝流路按現行清8汊河、清水溝1996年前老河道、北汊河（以下簡稱“三汊河”）不同組合方案還可行河50a左右（1993年起算），即可行河至2043年前后。

其二是黃河水利科學研究院在“黃河河口流路長期穩定可行性研究”項目中，利用“人海沙量一河長一水位經驗模式估算方法”得出：按“三汊河”不同組合方案可行河46a左右（2007年起算），即可行河至2053年前后。

其三是在“黃河河口綜合治理規劃”項目中，黃河勘測規劃設計有限公司采用黃河河口準二維泥沙數學模型，中國水利水電科學研究院采用一、二維連接整體數學模型，對流路的行河年限進行了預測計算，兩家得出的結果是：“三汊河”不同組合方案的行河年限均在50a以上（2004年起算），即其行河的年限可至2054年以后。

比較上述三個成果可以發現，第二、三項行河年限的比較接近，比第一項結果的行河年限多出約10a。分析其原因，可能與其采用的水沙序列不同有關，其中：第一項成果所采用的水沙序列其年來沙量、來水量分別介于5.8億～9.4億t、260億～397億m3之間，而第二、三項研究成果則考慮了古賢水庫的修建，所采用的水沙序列年均來沙、來水量分別為4.92億t、187.09億m3。但不管如何，在擬定的水沙序列條件下，現行清水溝流路穩定使用年限至2050年前后應該是可以實現的。

4.3 黃河河口系統穩定發展展望

黃河河口系統的主體部分是包括現行清水溝流路、優先啟用的刁口河備用流路和作為遠景備用的馬新河、十八戶流路等在內的流路體系，這些流路在不同時期的行河運用，將最終形成河口三角洲岸線的整體外延態勢，并相應抬高河口河段的總侵蝕基準面，從而產生反饋影響，并以溯源淤積的形式抬高其上游水位，進而影響河口系統的整體穩定。因此，在某種意義上，河口系統的穩定與否，主要取決于河口三角洲岸線的整體外延程度，而這種可以允許的或者說是安全的外延程度，大致可以通過現行清水溝流路失去穩定時的最終河長反映出來。

相關研究結果表明：在清水溝流路失去穩定時，其利津斷面以下至口門的河長介于113～131km之間，平均為125km。目前，刁口河、馬新河、十八戶等備用流路口門至利津斷面的距離分別為96、68、67km，如果僅考慮刁口河、馬新河備用流路的使用，那么在其達到改道標準時，其口門距利津斷面的距離至少要達到125km.也就是說刁口河、馬新河流路至少要分別延伸29、57km，合計86km。鑒于刁口河、馬新河流路的人海口門都位于三角洲的北岸，且海域條件接近，因此可參照刁口河流路時期（1964-1976年）其岸線的平均外延速率，對刁口河.馬新河流路的使用年限進行估算。據統計，刁口河流路行河時期，累計來沙134.29億t，在平均造陸影響寬度10.29km的情況下，其河長累計延伸33.42km，每1億t泥沙平均造陸延伸約0.249km。假定刁口河、馬新河流路在未來行河期間，維持其10.29km的平均造陸影響寬度不變，且河口多年平均來沙量以4.92億t計（考慮古賢水庫建成運用），則刁口河、馬新河流路的使用年限將分別達到24、47a，合計71a。如果再考慮清水溝流路可穩定行河至2050年前后和十八戶流路的使用年限，那么從2020年起算，穩定河口百年的設想應該是可行的。當然，上述結論僅是粗略的估算結果，僅作參考。

另外，文獻在總結國內外對河口治理的經驗以及黃河口演變與水沙運動基本規律的基礎上，提出可以組合成未來河口流路使用百年的三個方案：①清水溝流路四汊（即清8汊河、老河道、北汊1和北汊2）、黃河大堤加高Im（即西河口流量為10000m3S的設防水位由12m提高到13m）和維持河床不枯萎的常年疏浚：②清水溝流路三汊（即清8汊河、老河道、北汊1）與刁口河作為3000～4000m3/S的分洪道以及維持河床不枯萎的常年疏浚：③清水溝流路三汊（即清8汊河、老河道、北汊1）與刁口河流路二汊（東汊與西漢）以及周期性改河時T程疏浚開挖。上述三個方案的提出，對于今后規劃河口人海流路的布局和運用方案具有重要參考價值。

5 結語

黃河河口人海流路系統是黃河河口系統的重要組成部分，但不管是流路系統還是河口系統，兩者的主體功能均在于泄洪排凌和行水輸沙。黃河河口系統及其人海流路系統穩定的相互關系主要體現在兩個方面：其一是穩定的控制閾值基本是等同的，均取決于河口當地堤防的設防標準，以一定流量情況下的水位高低作為判別指標：其二是兩者表現為局部穩定與整體穩定的相互關系，人海流路系統的不穩定，并不能表征河口系統的不穩定，但當河口系統處于不穩定狀態時，其流路系統則必然處于不穩定狀態。換言之，只有當所有流路，包括規劃的刁口河、馬新河、十八戶等備用流路，在當地堤防設防標準下已不能滿足泄洪排沙要求，而不得不將改道地點上移至寧海擺動頂點以上時，此時的河口系統已不屬于劃定的河口范圍而失去穩定。

需要強調的是，從穩定的基本屬性和基本含義而言，黃河河口系統及其流路系統的穩定和一般意義上的河床（槽）穩定有所不同。前者是基于河流及其河口泄洪排沙的主體功能，本質上是判斷河口乃至其流路是否發生改移遷徙，而且其穩定性如何，主要取決于宏觀意義上的河口水沙條件、河床邊界形態、海洋動力條件及三者相互作用而形成的河口微地貌特征，并且受人工干預因素的影響.因此其穩定性指標的構成和影響因子將更為復雜。而一般意義上的河床（槽）穩定則是基于河床在縱向、橫向上抵御變化（形）的能力，本質上是判斷河床（槽）是否沖淤平衡穩定，其中縱向穩定性主要取決于泥沙抗拒運動的摩阻力與水流作用于泥沙的拖曳力的對比，或者，考慮水文水力因素，將縱向的河床穩定性與橫向的河岸穩定性聯系在一起而構成綜合性穩定指標。這些穩定性指標只是從微觀上用來表明這種局部的、暫時的相對變異幅度，而不是用來闡明一條河流是否處在平衡狀態：很多情況下，這些指標可作為劃分游蕩、分汊（過渡）和彎曲河型的依據，但不能從整體上評判河流的穩定性：不過，所有這些對河床（槽）穩定性的相關研究，對于認識和探討河口及其流路系統的穩定性具有重要的理論指導價值。