歷史記載以來黃河下游河道變化及沉積環(huán)境分析

黃學勇，張 戈

HUANG Xue-yong, ZHANG Ge

遼寧師范大學 城市與環(huán)境學院，遼寧 大連 116029

Liaoning Normal University,Dalian 116029,China

黃河以善淤、善決、善徙聞名于世[1]，下游改道歷史比較復雜。黃河下游一般是指黃河河段中位于河南鄭州桃花峪以下的部分，長約786 km，流域面積約2.3萬km2，約占黃河全流域面積的3%[2]。根據(jù)歷史文獻記載，距今為止黃河下游決口泛濫1 500多次[3]，較大改道有二三十次，其中特別大的改道共有六次[4]。河道擺動范圍北抵海河，南到淮河，有時甚至波及淮河南岸的蘇北地區(qū)。多方面因素共同作用導致了黃河下游洪泛和河道決口事件頻發(fā)自然因素有氣候、泥沙淤積、地形等[5-7]，人類活動則加速了黃河下游洪泛發(fā)生的速度。黃河下游洪泛是河道決溢改道的最主要原因。論文借助ArcGIS軟件，將不同歷史時期黃河下游河道變遷進行匯總，重繪了幅黃河下游河道變遷示意圖，結合前人對黃河下游地區(qū)相關研究成果，對公元前602年以來黃河下游河道變遷及沉積環(huán)境相互關系進行分析研究。

1 黃河下游河道變化

歷史上黃河下游河道變遷情況極為復雜，不僅次數(shù)多，而且流路復雜紊亂(圖1)。黃河下游河道大致經歷了古黃河河道、禹王河道、漢唐河道、宋元河道、明清河道、近代黃河河道、1938年花園口人為決口奪淮入海幾個階段。就入海口位置而言，黃河入海的位置主要在渤海和黃海，入渤海的流路按方向可分為北流向和東流向，入黃海流路分為奪淮入海和獨流入海。

1-公元前2278年以前；2-公元前2278—公元前602年；3-公元前602—公元11年；4-公元11—1048年；5-公元1048—1128年；6-公元1128—1232年；7-公元1232—1351年；8-公元1351—1855年；9-公元1855年至今；10-1938年花園口決口形成的黃泛區(qū)圖1 黃下游海拔高度與河道變化示意圖(根據(jù)文獻[1]修改)Fig.1 Altitude and river channel changes in the lower Yellow River

公元前602年前黃河下游河道記載于《山經》和《禹供》(大約公元前2278年)，由于年代久遠，無確切記錄。目前大多學者采用《漢書·地理志》中記載的周定王五年(公元前602年)為黃河的第一次重大改道[8]，這一次改道后黃河由現(xiàn)代河北滄州一帶入海。公元11年黃河在大名東決口，東漢王景治河后，河道東遷，從其殘留在現(xiàn)今地面的古河道砂質高地看，黃河經莘縣、聊城、東阿、禹城、商河、惠民、濱州到利津以東入海，建造了濱州為頂點的三角洲體系[9]。新河道距海歷程縮短，此河歷東漢、隋唐、五代行水900余年。1048年黃河從商胡決口北徙，黃河從濮陽北經清豐、南樂、大名、館陶、棗強、衡水由天津附近入海，宋代稱北流[10]。1060年在魏郡向東分出一支河，經樂陵、無棣入海，稱為二股河，宋代稱為東流。1099年東流斷流，又回北流，此河道為人為決口河道。1128年，南宋為阻金兵南下，人為在滑縣李固渡決黃河，致使黃河奪淮入海，在金、元兩朝，黃河多股入淮，至1351年經治理后，合為一股，由蘇北注入黃海[11]。1855年，黃河在河南銅瓦廂決口，結束南流，在山東境內奪大清河入海，由利津入海，除1938—1947年花園口泛濫入淮外，均由山東入海，在入海區(qū)域，黃河也曾多次改道，重大的流路變化有10余次[12]。

從黃海將近2 600年變遷史來看，黃河下游上段(河南段)流向主要為近東西向，河南以下河段則繞過魯西不是北東流就是東南流。據(jù)統(tǒng)計，黃海東北流入渤海的時間為1859年，占統(tǒng)計時間的71.6%；黃海東南流經淮河入黃海時間為736年，占統(tǒng)計時間28.4%。河道總體由北向南遷徙，呈順時針方向，即由北流入渤海逐步轉為南流經淮河入黃海，但改道的起點卻逐步上移[13]。除1938年黃河花園口決口，大致可以分為六個時間段：史前黃河至第一次黃河河道大變遷(公元前602—公元11年)、黃河第二次河道大變遷(公元11—1048年)、黃河第三次河道大變遷(公元1048—1194年)、黃河第四次河道大變遷(公元1194—1494年)、黃河第五次河道大變遷(公元1494—1855年)和黃河第六次河道大變遷(1855年至現(xiàn)代)。時間節(jié)點以黃河幾次大規(guī)模決口(表1)。

表1 黃河下游河道主要改道情況[14]

2 黃河下游河道變化的控制性因素

黃河自孟津流出峽谷后,南有呈東西向山脈(伏牛山—大別山)阻擋，是造成黃河東流的地貌原因[15-16]。由于東部凸起魯西南山低山丘陵地阻擋(圖1)，黃河只能向北入渤海或南流入黃海。黃河下游地區(qū)屬于東亞季風影響的亞熱帶和溫帶季風氣候，降水集中在夏季節(jié)，而且多暴雨。由于黃河中游流經黃土高原，進入下游華北平原后，由于地勢變低平、河道變寬，流速減慢，致使大量泥沙沉積[17]，河床逐漸變高，形成“地上懸河”[18]。“懸河”河道的防洪能力極差，夏秋季節(jié)每逢洪水來臨，極易決口改道[19]。

華北平原在地質構造上屬于華北拗陷盆地，基底隱伏一系列東西向展布的活動性隆起和斷裂。華北平原被第四紀松散沉積物所覆蓋，絕大多數(shù)斷裂隱伏于第四紀松散沉積物之下[20]。平原內普遍覆蓋有1 000 m～3 000 m厚度的新生代沉積物(圖2)。第四紀時期，平原繼續(xù)沉積，其中，北部拗陷沉積幅度較大，南部拗陷沉積幅度較小。以NE向、NNE向、NW向和NWW向線性構造構成了華北斷裂分布格局。這些斷裂構造控制著第四系沉積物及現(xiàn)代地貌的發(fā)育，他們是影響黃河河道演變的重要因素之一[21]，黃河下游地區(qū)主要斷裂見圖2。構造運動表現(xiàn)方式有活動斷裂、差異升降、地震等，他們是影響黃河下游河道變化的重要因素之一。所說禹王河道，沿天津隆起東側北流入渤海，受隆起影響，使河道東遷。因此，1128年之前河道，在黃河斷陷中頻繁改道，大量泥沙在盆地北部堆積，導致地勢增高，從而南部變得相對低洼，加上兩宋之際，戰(zhàn)禍頻繁，治理不力，黃河決口奪淮入海。元、明、清時期，黃河在淮河斷陷內改道，在盆地東南隱伏隆升影響下，河道又不斷北遷，最終又復歸原來斷陷盆地再次匯入渤海[22]。從黃河變遷歷史記錄來看，黃河下游改道范圍從未超過近代強烈下沉的斷陷盆地，因此盆地基底隱伏構造繼續(xù)活動是黃河改道遷徙的控制原因。

圖2 黃河下游構造單元與第四紀沉積物厚度分布示意圖(根據(jù)文獻[20]修改)Fig.2 Tectonic units and Quaternary sediment thickness distribution in the lower Yellow River

根據(jù)前人對黃河下游沉積速率研究成果來看[23]，公元7世紀至10世紀和18世紀中葉以來，有兩個突變時期(圖3)。公元7—10世紀，由于陜西北部氣候干旱，同時由于唐宋時期人類活動加劇了植被破壞，宋代以后，農業(yè)區(qū)界線大幅北移，使天然植被遭到根本性破壞，黃河中游地區(qū)水土流失加劇[24-25]，使得沉積速率產生了第一次突變(A)。從明代潘季馴采用“束水攻沙”治黃方略以來[26]，大量泥沙集中預計在河堤之間，使得18世紀中葉以來沉積速率急劇增長(B)。可見黃河下游沉積帶對于中游侵蝕帶的響應是極為靈敏的，流域植被和土地利用方式的變化，是黃河下游沉積加快的主導因素，這種變化主要取決于人類活動。

圖3 近2300年來黃河下游河道沉積速率變化示意圖(根據(jù)文獻[23]修改，A為黃河中游植被迅速退化時期，B為“束水攻沙”實施以來)Fig.3 Variation in sedimentation rate in the Yellow River in the past 2300 years

3 黃河下游沉積環(huán)境特征

根據(jù)對黃河下游東平湖鉆孔柱狀樣(圖1)測年、磁化率、黏土礦物和粒度分析[27]，孔深10 m內沉積物大致分為六個時代段，大致于黃河六次大的歷史變遷相符合[28](圖4)。10 m除14C測試結果為4 500—5 000年，7.8 m處14C結果為(2 250±80)年，因此結合歷史資料10～8 m相當于公元前2500年至秦漢時期，8 m以下磁化率處于很低水平(>15×10-6)這一時期，湖水不受外來河流干擾，與黃河第一次大的變遷時間(公元前602年—公元11年)相對應[29]。6.9～7.8 m平均粒徑18～32 μm，粒度叫其下深度偏粗，反映動水環(huán)境沉積的特點。磁化率整體比較穩(wěn)定，但在頂部出現(xiàn)了波動，說明有外來沉積干擾，孔深6.9～7.2 m大致于我國五代時期相當，基本上反映了黃河第二次改道期間(公元11—1048年)的沉積特點[30]。4.2～6.9 m沉積物顆粒經歷了粗-細-粗的沉積旋回，磁化率出現(xiàn)5～6次波動，高嶺石與蒙脫石進入下降階段，伊利石出現(xiàn)低值區(qū)的波動，即氣候由濕潤向偏干方向變化。說明湖水受到外來河流干擾，水域變化較大，測試結果與黃河在宋金時期的動蕩大致吻合，沉積物特征也基本反映了這一歷史時期(1048—1194年)黃河河道變遷特點[31]。3.5～4.2 m磁化率整體處于中等水平，高嶺石與蒙脫石進入谷底并有一定波動，伊利石含量進入高值區(qū)并出現(xiàn)峰值。這一特征基本印證了金末元初黃河河道第四次大變遷的狀況。2.2～3.5 m磁化率處于波動水平，反映沉積環(huán)境受外來影響敏感，河湖相互干擾，高嶺石與蒙脫石含量偏低，并有一定波動，而伊利石含量出現(xiàn)峰值，與第五次黃河改道期間(1194—1855年)東平湖的背景相符合。0～2.2 m磁化率測試結果顯示，整個時段進入高值區(qū)，說明黃河泥沙中高磁化率顆粒大量涌入，沉積時代為清至現(xiàn)代(1855年以來)[32]。

1-公元前602—公元11年；2-公元11—1048年；3-公元1048—1194年；4-公元1194—1494年；5-公元1494—1855年；6-1855年至現(xiàn)代圖4 東平湖柱狀樣測年、磁化率、黏土礦物和平均粒徑垂向分布(數(shù)據(jù)來源于文獻[27])Fig.4 Vertical distribution 14C magnetic susceptibility,clay minerals and average grain size of core sediment in the Dongping lake

黃河下游平原河道與海岸線變遷如圖5所示，按所在位置分為四個地貌沉積分區(qū)[8,33-34]：沖積扇位于鄭州以西，黃河出山口；西部平原位于鄭州、濮陽一帶，黃河下游大多數(shù)決口改道起始點都在這一區(qū)域，有眾多決口扇和廢棄河道；中部平原面積廣闊，包括了河北中南部、山東西北部、河南東部以及淮河以北的安徽、江蘇一部分，黃河大部分廢棄河道主體都分布在這一區(qū)域；東部平原，黃河在入海口形成了一系列三角洲，與沿岸海河、灤河、淮河等形成了一些列沿岸三角洲沉積區(qū)域。

1-公元前602年以前；2-公元前602-公元11年；3-公元11-1048年；4-1048-1128年；5-1128-1855年Ⅰ-7 400 aB.P.海岸線；Ⅱ-4 200 aB.P. 海岸線；Ⅲ-2 120 aB.P. 海岸線；Ⅳ-900 aB.P. 海岸線A-沖積扇；B-西部平原；C-中部平原；D-東部平原(沿海三角洲)圖5 黃河下游河道與海岸線變遷簡況及地貌沉積分區(qū)(根據(jù)文獻[8、34、35]修改)Fig.5 Brief description of coastline and river course change and landform sedimentary division in the lower Yellow River

東部沿海三角洲分布如圖6所示[36]，黃河三角洲、灤河三角洲和濰河—彌河三角洲形成年代都是7 000 aB.P.。古子牙河—古大清河三角洲南部7 000～5 000 aB.P.，北部7 000～4 500 aB.P.。老海河三角洲220—1048年；現(xiàn)代海河三角洲14 世紀到現(xiàn)在。古永定河—古潮白河三角洲7 000 aB.P.至581年。黃河三角洲劃分為10個超級葉瓣：第1超級葉瓣7 000 ～5 000 aB.P.;第2超級葉瓣5 000～4 500 aB.P.，第3超級葉瓣4 500～3 400 aB.P.，第4超級葉瓣3 400～3 000 aB.P.，第5超級葉瓣3 000 aB.P.至公元前4世紀中葉，第6超級葉瓣前7世紀中葉至11世紀，第7超級葉瓣11—1099年，第8超級葉瓣1048—1128年，第9超級葉瓣1128—1855年，第10超級葉瓣(現(xiàn)代黃河三角洲)1855年至現(xiàn)在。

1～10-黃河三角洲沉積葉瓣；A-濰河—彌河三角洲；B-灤河三角洲；C-古永定河—古潮白河三角洲D-古子牙河—古大清河三角洲；E-古海河三角洲；F-現(xiàn)代海河三角洲圖6 渤海西南岸與蘇北的三角洲分布示意圖(根據(jù)文獻[36]修改)Fig.6 The deltas on the west and south coasts of the Bohai Sea and northern Jiangsu

黃河三角洲葉瓣沉積速率極高，沉積年份每年可沉積數(shù)十厘米至數(shù)米，一旦廢棄，則無沉積甚至被侵蝕[37-38]。蘇北黃河三角洲1128—1855 年為發(fā)育階段，1128年黃河奪淮入黃海后，攜帶了大量泥沙淤積在古淮河三角洲上、古瀉湖和淺海灣中，使得岸線向海快速推進[39](圖7)。

圖7 蘇北廢棄黃河三角洲岸線變化(根據(jù)文獻[39]修改)

1855年，黃河北歸入渤海后，廢三角洲進入侵蝕階段，由于泥沙基本斷絕和陸海相互之間的動力平衡被打破，廢三角洲遭到嚴重侵蝕。1855年黃河改道入渤海，入海河道以寧海為起點，呈扇形擺動，比較的流路變化有10余次(圖8)，在黃河入海泥沙作用下，1855年來，現(xiàn)代黃河三角洲岸線快速向渤海淤進[40]，但在不同岸段淤進程度不同，現(xiàn)代黃河入海口處淤進速度最快(200～1 700 m/a)，現(xiàn)代河口南部和和北部的廢棄三角洲葉瓣岸線處于弱淤進甚至侵蝕狀態(tài)[41]。

4 結論

黃河不斷遷徙改道，使華北平原水文網不斷改組，由于入海位置的變化，使得渤海和黃海西部岸線不斷變遷，形成了現(xiàn)代華北平原主要的地貌格局。北流與東流多期次河流變化形成的一些列三角洲相連，與沿岸其他河流三角洲一起，形成了渤海西岸和南岸巨大的復合三角洲沉積體。

黃河下游河道的變遷是自然和人為綜合作用的結果。縱觀黃河河道受控于地形和區(qū)域內新構造運動形成的斷裂，呈西南東北向、西北東南向或西東向。同時，氣候的變化、土地利用的改變以及人類活動都會影響下游河道的變遷。

黃河是影響渤海和黃海西部沉積環(huán)境的重要因素，黃河入海泥沙量是入海口及附近區(qū)域岸線變化的重要影響因素。此外，黃河在擺動過程中，形成了一系列河溝，經過自然和人為的改造，形成了一系列的沿岸河流，這些河流有原有的灤河、海河、濰河、彌河等沿岸河流共同塑造了華北平原沿海地區(qū)的沉積環(huán)境。

圖8 現(xiàn)代黃河三角洲岸線變遷與河道變化(根據(jù)文獻[40]修改)