黃河河口人工出汊時機和北汊河啟用分析

于守兵 王萬戰

摘?要：根據刁口河流路末期自然出汊點不斷上提的演變特征以及清8汊河人工出汊的實踐，提出黃河河口人工出汊宜在自然出汊點抵達高潮線附近時，并充分利用海域容沙能力、結合重大生產需求進行實施。現行清水溝流路在2004年和2007年出現兩次較大規模自然出汊。出汊點上提2.5 km并接近高潮線，口門擺動距離達到7.2 km，表明清8汊河流路已處于“重新出汊”的行河末期。清水溝流路達到改道標準時，沙嘴延伸過長，將繼續侵占孤東海域容沙空間。另外，孤東海堤附近海域自清8改汊以來水深最大增加了5 m，在波浪作用下仍將繼續沖深。建議近期開展啟用北汊河研究，實現縮短河長、充分利用孤東海域容沙能力、減緩孤東海堤侵蝕、支援油田開采等目的。

關鍵詞：河口;人工出汊;清水溝;刁口河;北汊河;黃河

中圖分類號：TV147;TV882.1?文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.10.008

Timing of Artificial Avulsion of the Yellow River Estuary and Start Using the Beichahe Course

YU Shoubing， WANG Wanzhan

（Yellow River Institute of Hydraulic Research， Zhengzhou 450003， China）

Abstract：Artificial avulsion of the Yellow River estuary should be carried out when natural avulsion location had been moved gradually upstream to the high tide line， for better use of sediment storing capacity of the ambient waters and for meeting major social and economic demands. Two large-scale natural avulsions occurred in 2004 and 2007 in the Qing8 Course，with the avulsion locations moving upstream 2.5 km， reaching the high tide line and shifting lower course by as long as 7.2 km， which indicatd the current course had evolved to the last stage. The current course would severely reduce the sediment-storing capacity of the ambient sea area at Gudong sea dike when the avulsion standard was met if the course was kept running the way as it does now. The water depth at the Gudong sea dike had been increased to as deep as 5 m and would continue due to waves and current. It is supposed that an investigation about early man-made changing to Beichahe Course should be done in the years to come to shorten the river length， make full use of sea dynamics and sediment storing capacity， slow down the erosion near the Gudong sea dike and support local oil exploitation.

Key words： river estuary; artificial avulsion; Qingshuigou Course; Diaokouhe Course; Beichahe Course; Yellow River

1?引?言

黃河河口來沙量大和口門海洋動力弱的自然稟賦決定了流路變動是不可避免的。自然狀態下黃河河口經常處于“初期漫流—歸股并汊—單股無汊—重新出汊—改道”周期性演變過程[1]。流路變動根據其位置和影響范圍大體分為改道和出汊兩種類型。改道泛指發生在三角洲頂點的

入海流路變遷。1855年黃河流入渤海后的改道點是寧海，后來下移至漁洼，最近三條流路改道點在漁洼以下的西河口。出汊是發生在感潮段的流路變動，可分為自然出汊和人工出汊[2]：前者主要是發生在潮區界內20 km長河道范圍內的自然變動，如神仙溝和刁口河行河末期的出汊;后者是在潮區界略靠上位置的人工變動，如清8人工出汊。

實施有計劃的河口流路人工改道是河口治理的重要措施[3-4]。然而，流路一旦改道，將嚴重影響區域工農業生產布局，只有在行河潛力達到極限時才會實施。而出汊的變動規模小，且位于可以自由行河的自然保護區內，對生產力布局影響小。在流路尚未達到改道標準時，實施有計劃的人工出汊可以為口門留下自由擺動空間，合理利用海域容沙空間，從而保持流路長期相對穩定[2，5]。

目前，流路改道標準已經明確。1992年國家計委批復同意的《黃河入海流路規劃報告》確定清水溝流路改道標準為西河口（二）10 000 m3/s流量水位達到12 m[3]，并沿用至今。然而，關于人工出汊的時機尚未有詳細論述。1998年有研究[6]提出改走北汊應遵循改道標準，并避免過早或意外改走北汊。2008年有研究[7]從保證防洪安全、減少自然決溢的潛在威脅和加強孤東圍堤安全等角度提出立即改走北汊河的建議。在河口來沙持續偏少的情況下，河口流路安排應處理好河道防洪、經濟發展和生態保護的關系[5，8-9]，優化配置黃河入海水沙資源。本文根據黃河河口自然出汊的特征及其對流路演變的影響，兼顧經濟發展需求，提出人工出汊的時機，并從清8汊河流路目前的演變特征、孤東海域容沙能力變化和減緩海堤蝕退出發，重新審視北汊河的啟用時機。

2?區域概況

研究區域包括刁口河和清水溝流路，以及北汊河和孤東附近海域（見圖1）。清水溝流路1976年5月開始行河，至1996年5月行河20 a，西河口以下河長達到歷史最大值65 km。1996年實施清8改汊工程，已行河23 a，2018年汛后河長為63 km。

北汊河位于清7斷面左岸以下500 m處，方向與黃河主河道近于垂直，1986年6月為分流分沙淤積孤東油田以東海域，減輕海潮對孤東圍堤的威脅而開挖。之后于1987年10月和1988年6月兩次被截堵，截堵原因是當時清水溝流路還有較大行河潛力，按年均來沙7.3億t計，還可行河8.2 a[10]。按照河口流路規劃，當清8汊河達到改道標準后，優先啟用北汊河[4]。北汊河位于潮區界上端，距清8改汊點5.5 km，仍屬于清水溝流路的組成部分。

本研究采用的資料為黃河水利委員會整編的水文資料、刁口河河勢資料、實測大斷面資料、濱海區地形資料以及衛星遙感影像等。本文中斷面高程、水位和潮位數據若無特別說明，均采用大沽基面。黃河三角洲刁口河和清水溝附近海域為不規則半日潮，本文中的高潮線指不規則半日潮的高高潮位線。

3?人工出汊時機

人工出汊時機主要由自然出汊的破壞性和人工干預需求確定。前者指自然出汊將對流路產生不可預知的破壞性影響，后者指充分利用海域容沙能力和支援經濟建設等方面的需求。

3.1?自然出汊點上提至高潮線

黃河自1855年流入渤海以來共形成10條流路，其中發育充分且有較為詳細河勢資料的只有刁口河流路。1964—1971年汛后，刁口河由初期的游蕩散亂逐漸形成單一順直河槽，并向彎曲發展。沙嘴凸出兩側岸線19 km后進入出汊階段，羅10斷面以下分別于1972年7月、1972年9月、1974年8月和1974年10月發生4次較大規模出汊（見圖1）。其中：1974年8月出汊點位于1972年9月形成的新汊河;其他3次大體位于1971年汛后河槽上，出汊點分別距離羅10斷面18.6、7.9、2.9 km，即3次出汊點逐漸上提。

刁口河附近海域咀西計站實測平均高潮位為2.89 m，介于1971年汛后羅11斷面和羅12斷面兩側灘地高程之間（見圖2）。由此可知，1972年7月出汊點位于高潮線以下，1972年9月出汊點位于高潮線附近，而1974年10月出汊點上提超過高潮線。盡管出汊點上提、河長縮短，但新流路通過地段和海域在前期已經淤積，河勢仍寬淺散亂，并未引起溯源沖刷[11]。同時，刁口河改道點以下20 km處新河河床比原神仙溝相應河床高;羅4斷面以下地勢平緩，蘆葦較多，且存在難以沖刷的膠泥坎，事實上起到局部侵蝕基準面的作用[3]。利津站和羅家屋子站實測流量為3 000 m3/s的水位在1971—1974年分別整體上升0.73 m和0.41 m。根據發展趨勢判斷，繼續使用刁口河流路，則將在羅6斷面以下灣頂進一步向左出汊[12]，也即出汊點將大幅上提12 km。

為保障附近公路等基礎設施安全，并考慮到刁口河自身行河條件較差，1976年汛前有計劃地改道清水溝流路。可以看出，當出汊點上提至高潮線以上時，流路的變動幅度將大幅增加。為避免倉促自然出汊造成的被動和損失，人工出汊宜在出汊點接近或超過高潮線時實施。

3.2?充分利用海域容沙能力和支援經濟建設

目前黃河口流路僅實施過1996年清8人工出汊，其實施背景主要有三個方面。其一是河口防洪防凌安全的需要。1996年汛前，清水溝流路西河口以下河長已由改道初期的27 km延伸至65 km，再加上1985年以后河口持續枯水少沙，河道主槽萎縮嚴重，同流量水位抬升，影響防洪防凌安全。其二是充分利用海域容沙能力。當時清水溝流路尚未達到西河口（二）10 000 m3/s流量水位12 m的改道標準，而在入海口和北汊之間還存在較為廣闊的容沙海域。其三是支援經濟建設的需要。在清8汊河海域發現儲量超過2億t的新灘墾東油田，石油管理部門提出變海上采油為陸地采油的要求。此外，根據當時對水沙條件的預測，河口將來還可能有較多來沙，對填海造陸有利，故抓緊在小浪底水庫2000年蓄水運用之前實施清8人工出汊，以免大量泥沙被小浪底水庫攔截。

清8人工出汊規劃考慮了出汊口位置、路線、引河斷面和截流導流工程等因素，既達到填海造陸、變海上采油為陸地采油的目的，又不影響規劃流路的使用，創造了較好的防洪效益和經濟效益[13]。人工出汊后當年汛后利津以下2 000 m3/s流量的水位下降0.33～0.97 m，至1997年汛前，溯源沖刷發展到清7斷面附近，西河口以下沖刷泥沙1 110萬m3[14]。

4?北汊河啟用分析

4.1?清8汊河自然出汊點接近高潮線

清8汊河行河以來，1996—2003年基本上處于單一順直階段。2004年沙嘴凸出原有海岸10 km，非汛期出現溝汊分流[15]。之后在2004年和2007年調水調沙期出現兩次較大規模自然出汊（見圖3）。2004年6—7月第三次調水調沙期間，在潮流界出現了向東的自然出汊，口門由原來的東北方向改為東稍偏南方向[16]，出汊點位于汊3斷面以下3.9 km，口門擺動距離為2.9 km。2007年6月調水調沙期間，汊3斷面以下1.4 km處向北出汊，口門擺動距離為7.2 km，出汊點位置上提2.5 km。2014年汛后主流分為兩股，右股口門向東，過流占主流一半。2017年右股過流繼續增加。2018年利津站2 000 m3/s以上流量持續20 d，年來沙量3億t，大水取直后主流回到正北方向。

2017年8月清8汊河口門附近實測高潮位為2.31 m。從2018年汛前汊2和汊3斷面高程（見圖4）可知，高潮線基本上與汊3斷面灘唇左側550 m以外灘面持平，因此2007年出汊點已經接近高潮線。

4.2?充分利用孤東海域容沙能力和海洋動力輸沙

自清8汊河運用以來，孤東海域整體呈現右側淤積和左側持續沖刷的形勢。受現行沙嘴不斷向海推進影響，孤東右側海域2、5、10 m等深線均已向北部推進。2007—2015年，2 m和5 m等深線向西北推進4.2 km，10 m等深線向北推進3.6 km（見圖3）。

對應西河口（二）10 000 m3/s流量水位12 m的改道標準，西河口以下河長約為80 km，即在2018年汛后河長的基礎上再延伸17 km（見圖1）。隨著現行口門的持續延伸，孤東海域容沙空間將會被現行流路進一步侵占。此外，清8汊河流路將形成長達27 km的沙嘴。沙嘴口門具體位置具有一定隨機性，若延伸方向仍為目前向北或北偏西方向（見圖1），則將與孤東附近海岸聯合形成一個“海灣”。北汊河附近海域作為灣頂，海洋動力無疑將會削弱，北汊河啟用后泥沙向海域擴散的能力也將大幅度減弱。

4.3?孤東海域減緩蝕退和海上采油變陸地采油

孤東海堤附近海域自1987年海堤建成起就持續侵蝕，堤前水深逐年增加。從平面上來看，與2007年相比，2015年東大堤附近海域2 m等深線已經消失，5 m等深線向大堤方向逼近1.9 km（見圖3）。從垂向上來看，實測斷面（位置見圖3）水深顯示，1996年以來水深最大增加5 m（見圖5）。孤東海域潮流橢圓為逆時針，流速一般為0.2～0.3 m/s[17]。泥沙起動主要由波浪引起，常浪波高1 m，掀沙區域集中在5 m水深以內[18]。泥沙隨潮流輸向外海且得不到補充，海堤附近仍將持續沖刷，5 m等深線將進一步向大堤逼近。隨著水深增加，風暴增水和波浪能量將加強，并加劇堤腳淘刷。

啟用北汊河后，黃河泥沙一方面可以直接補給采油工程附近海域，另一方面通過淤高海域減緩波浪動力。這兩方面因素共同作用將有助于減緩孤東海堤蝕退，保障采油工程安全。此外，孤東海域分布有東十二油區，預測儲量2.57億t[4]，長期來看，孤東海域將逐漸淤積成陸，有助于變海上采油為陸地采油，節省采油成本。

5?討?論河口演變后期的“重新出汊”是流路由相對穩定向不穩定發展的標志，出汊之后原流路往往不會立即衰亡。例如，刁口河在1972年開始自然出汊，到1976年才實施人工改道。其原因是新的汊河流路往往選擇地勢低洼、阻力最小的地帶，即選擇新的容沙區域[1]，出汊點以下重復新的淤積造床和沙嘴延伸演化。經過若干類似過程，當出汊點上提至高潮線附近時，說明該流路附近海域容沙能力已得到充分利用（見圖6）。而且，高潮線以下再次出汊已經無法獲得水面落差，出汊點必然向上發展。隨著河道溯源淤積充分發展[19]，灘槽高差將減小，洪水將切開灘唇或堤防工程薄弱環節處選擇新的入海流路。刁口河經過4次出汊后，流路基本上行經了高潮線（羅12斷面上游側）以下河槽的左右兩側所有區域。因此，從流路演變的自然規律來看，人工出汊宜在自然出汊點抵達高潮線附近時實施，一方面現有流路附近容沙能力已得到充分利用;另一方面可以結合石油開采等需求選擇新的容沙區域，避免流路進一步自然出汊的隨機性和破壞性，以及給河道防洪帶來不可預知風險。

從清水溝流路自然演變階段來看，近期是實施人工出汊的合適時機。1996年清8汊河行河以來，河口來沙持續偏少，多年平均僅為1.5億t。再加上小浪底水庫的調水調沙運用，清水溝流路利津—汊3河段共沖刷3 665萬m3，西河口同流量水位下降0.92 m[20]。問題主要出現在受潮汐影響的感潮段，盡管來沙很少，河口沙嘴仍以0.33 km/a的速率延伸，至2004年沙嘴凸出原有海岸10 km后開始自然出汊。由于河口年來沙量遠低于刁口河行河時期的年來沙量11.0億t，因此出汊的頻率和變動幅度也低于刁口河行河時期。2007年再次出汊，口門擺動幅度達到7.2 km。根據河口演變中后期伸向外海的淤積寬度，穩定狀態下的口門最大擺動距離不應超過6 km[21]，這次出汊也說明現行流路開始進入不穩定狀態。2008—2017年，河口年均來沙量進一步減少至0.83億t，口門在2014—2017年仍有向東出汊趨勢，但在2018年大水后又趨直。從2018年汛后的衛星影像上可看到，汊3附近河槽兩側沙嘴寬度均為4.7 km左右，其以下新的容沙空間已經不大，出汊點將會進一步上提。啟用北汊河后，河長縮短18 km，流路經過初期的淤積延伸后將進入單股無汊的相對穩定狀態。

6?結?論

（1）人工出汊宜在自然出汊點上提至高潮線時實施。此時流路附近海域容沙能力已得到充分利用，流路再次自然出汊的隨機性和破壞性將難以預估。

（2）清水溝流路2007年自然出汊點較2004年出汊點上提2.5 km，已接近高潮線，口門擺動距離達到7.2 km，這表明現行流路已處于“重新出汊”的行河末期。

（3）兼顧充分利用孤東海域容沙能力、緩解孤東圍堤附近侵蝕以及支援油田生產等因素，建議近期盡快開展啟用北汊河時機研究。

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【責任編輯?許立新】