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泥沙研究年月第期收稿日期基金项目国家自然科学基金重点项目国家十五攻关项目作者简介陈建国男内蒙古人教授级高工主要从事水力学及河流动力学研究黄河下游河道近代纵剖面的形成与发展陈建国周文浩邓安军孙高虎中国水利水电科学研究院北京摘要本文研究的黄河下游河道近代纵剖面是指年铜瓦厢决口以来的河道纵剖面文章叙述了纵剖面形成的历史背景及其再塑造东坝头以下河道冲积扇的发展生产堤对纵剖面发展的影响和河道萎缩对纵剖面调整的影响对比了黄河下游目前和铜瓦厢决口前的纵剖面文章指出目前黄河下游河道纵剖面还未达到明清故道的纵剖面东坝头以下河段纵剖面的调整仍将剧烈进行黄河下游河道纵剖面在今后相当长时期内将自上而下逐渐接近平衡纵剖面关键词近代纵剖面冲积扇淤积体中图分类号文献标识码文章编号前言黄河是我国第二条大河黄河流域早在一万年以前就有人类生息的活动远在四千年前有大禹治洪水疏九河平息水患的传说在历史的长河中黄河下游河道历经迁徙游荡发展成为今天的格局从河床演变的角度来讲河道纵剖面是水沙条件与河床边界相适应的均衡形态但是对于黄河下游河道来说由于水沙条件和河床边界条件的无序变异河道纵剖面无论在时间上还是在空间上都不是均衡的它不仅在短时间内或者某一短河段内是变化的而且在长时期长河段内也是变化不定的这种变化反映了河道水流挟沙能力的变化也反映着河床冲淤和冲淤数量的变化以及冲淤纵向部位的变化因此研究黄河下游这样的多泥沙河流的纵剖面及其变化的规律无论对河床演变学科还是对河道的治理堤防建设以及整治工程的布设等都是很有意义的黄河下游近代河道的形成黄河下游河道的历史黄河下游近代河道纵剖面是黄河下游河道历史演变的产物因此在研究近代河道纵剖面的时候有必要回顾一下黄河下游河道的演变历史我国昀早记载黄河的是尚书禹贡据称在春秋时代及其以前黄河在龙门以下南流至华阴经三门过孟津与洛河汇流河道大体与现在的河道相同再往下过大 山北流穿过漳河经今河北省曲周县以东向北然后分为数支分道入海昀北一支为主流到今深县南折而向东循漳河至青县西南又东北往天津东南入于渤海这条河昀早为禹贡所载又称禹河黄河在帝尧时代洪水横流泛滥于天下春秋时代公元前前年黄河下游已有筑堤虽然诸侯各国筑堤壅防百川各以自行但堤防仍在一定程度上限制了河道和泥沙淤积的范围两堤之间的河道逐渐高出堤外地面地上河的形成促进了黄河的决溢春秋至今两千余年黄河发生九次大的改道史称黄河第一次大改道发生于周定王五年公元前年据汉书沟洫志及水经河水所载周定王五年河徙自宿胥口东行经河南滑县濮阳清丰河北大名山东冠县德州复经河北吴桥沧县而东入海图昀后一次大改道发生在年南京国民政府在花园口扒堤决口九次大改道具有下列特点九次大改道中有四次公元前年至年间的流路在今黄河之北入流渤海年后的次大改道中除年铜瓦厢决口改道黄河重入渤海以外其余四次不论是自然改道还是人工决河改道黄河的流路均在今黄河之南流入淮河前四次口门在今汲县濮阳一带年后的五次改道口门上提至今汲县浚县之间和郑州至兰考一带这些情况表明黄河在春秋时代以前至宋嘉佑五年年改道今黄河以北地区地势低洼有利于决口以后的流路及其注入渤海另一方面频繁的决溢泛滥使北岸原有的洼地泛道逐渐淤积抬高黄河不再向北决徙图黄河下游河道变迁图明清故道明清故道是年铜瓦厢决口前昀后一条南流入淮的水道其上段为现河道的前身沁河口以上为禹河故道明初黄河经河南荥泽原武开封经宿迁南流入淮其后几经决溢至明庆隆六年年南岸续筑旧堤黄河归为一槽由开封兰封下徐州邳县入淮至铜瓦厢决口为止是为明清故道维持了余年但就铜瓦厢以上的现有河道来说从明初算起大约已有余年的历史了北岸原阳封丘大堤明朝弘治三年年建成迄今多年的历史南岸开封上下河段明朝开顺以前就有堤防明嘉靖二十五年年以后南岸续建旧堤绝南射之路南岸堤防才具规模所以南岸堤防也有余年的历史黄河下游近代河道的形成黄河下游近代河道是在年铜瓦厢决口以后形成的明清故道由于堤防约束河床淤高到清咸丰年间临背差一般为昀大达黄河在铜瓦厢一带急转东南铜瓦厢是抗御大溜的险工段临背差二三丈形势十分险恶清咸丰五年年月日至日水位骤涨势极湍急两岸普遍漫滩引起堤防下卸坍塌日决口日全行夺溜铜瓦厢决口之初水流先向西北斜注淹及封丘祥符等县再折向东北在濮阳以下经范县寿张东阿至张秋镇形成一个冲积扇在决口后年内水流在冲积扇上漫流正流无定水流过张秋以后穿过运河夺山东大清河由利津入海口门以下河南境内于同治三年年开始修筑左堤光绪三年年开始修筑右堤都是在民埝的基础上修建起来的所以两堤在平面上仍保持着冲积扇的外形山东堤防也是在傍河的民埝上发展起来的所以外形多变年正式筑堤年基本上完成铜瓦厢以下河道自年至今除了年年因花园口扒口改道以外已行水年黄河下游河道近代纵剖面年决口后河道纵剖面铜瓦厢决口以后由于口门处二三丈落差铜瓦厢以上河道产生溯源冲刷河床下切至年口门处冲深约郑州铁桥处冲深约裴峪赵沟处冲深估计冲刷可能发展到铁谢附近据此可以推得铜瓦厢今东坝头以上的河道纵剖面至今花园口左岸一带的高滩乃是年前黄河左岸的滩地根据桥渡处的地质断面也可以作出大清河的河道纵剖面黄河下游年的河道纵剖面如图所示图黄河下游河道纵剖面河道纵剖面的再塑造铜瓦厢决口以后由于河流环境发生了很大变化黄河下游河道纵剖面经历了很长的再塑造过程首先是决口口门以下原来比降平缓的洼地承受了泥沙的强烈堆积形成冲积扇并迅速向两侧扩展和向下游延伸据推测年至年东坝头至高村之间淤高高村至陶城埠之间淤高年后随着铜瓦厢至张秋镇之间堤防的形成黄河结束了长期漫流的局面输入大清河的流量加大泥沙量增多鱼山以下的大清河结束了决口初期冲刷扩大的态势河槽逐渐淤积年淤积逐渐明显至年大清河淤垫日高泛决之患年甚一年遂不得不在年于两岸正式筑堤世纪末期至世纪中叶由于堤防决口洪水泥沙外溢以及来水来沙的差异河床堆积抬高的速度常有变化但河道纵剖面的再塑造一直没有停止其中淤积抬高昀多的是位于冲积扇的东坝头到高村河段艾山以下河道河槽窄深水流集中加上艾山以上宽河段的调节作用世纪末到世纪年代的淤积相对较少年至年黄河下游河道河底平均高程抬高的情况如图及表所示黄河下游河道纵剖面经过多年的塑造东坝头以下原来的低洼地带及大清河均有强烈的抬升并存在两个明显抬升的河段一个是从铜瓦厢口门至艾山河段口门处抬升平均每年抬升高村抬升平均每年抬升艾山站抬升平均每年抬升明显呈冲积扇形态另一个是艾山至利津河段以泺口站抬高昀多达平均?年这样强烈的堆积一方面是由于原大清河比降平缓引起泥沙的大量淤积另外一个方面是河口的影响由上而下的沿程淤积与河口引起的溯源淤积相遇于泺口上下使这里的河底抬高更加瞩目对于东坝头以上河段上世纪年代已基本上形成了的比降比降的变化虽然比较小但在来水来沙变化时尚不能达到河床的冲淤平衡表年黄河下游各水文站河底平均高程抬升值及其速度站名花园口夹河滩铜瓦厢口门高村孙口艾山泺口利津距铁谢距离?河底平均高程抬升值?抬升速度?年黄河下游河道近期纵剖面的发展近余年黄河下游河道经历了三门峡水库下泄清水引起的河床冲刷三门峡工程改建初期水库冲刷引起的下游河床回淤高含沙洪水引起的淤积以及来水来沙较长时期偏枯引起的河道萎缩等过程河道纵剖面不断调整河底平均高程的变化如表可以看出黄河下游东坝头以下河道仍然存在两个明显的抬升区一是夹河滩到艾山河段一是艾山到泺口河段所不同的是在上一河段中河底平均高程抬升昀多的已经从前一时期表的高村下移到孙口表明东坝头以下的冲积扇在向下发展艾山以下河底平均高程明显抬高特别是泺口利津两站平均抬升速度比表所列的速度要大自年至年河底平均高程的变化如图及表铜瓦厢口门以下抬升了在黄河下游河道纵剖面的发展中下列诸问题值得注意铜瓦厢决口初期形成的冲积扇的发展生产堤对纵剖面发展的影响河道萎缩过程对纵剖面的影响黄河下游纵剖面发展的方向表年黄河下游各水文站河底平均高程抬升值及其速度站名距铁谢距离?河底平均高程抬升值?抬升速度?年花园口夹河滩高村孙口艾山泺口利津表年黄河下游各水文站河底平均高程抬升值及其速度站名距铁谢距离?河底平均高程抬升值?抬升速度?年花园口夹河滩铜瓦厢口门高村孙口艾山泺口利津冲积扇的发展如上所述铜瓦厢决口以后口门以下出现了堆积性的冲积扇在两岸修建堤防以后冲积扇向两侧的发展受到了限制但由于铜瓦厢以下坡降平缓冲积扇的顶坡不断淤积抬高冲积扇的前缘也逐渐向下移动直到艾山以下的窄河段水流集中冲积扇前缘的推进才不明显图为几个时段内黄河下游河道?水位差的变化年从花园口夹河滩一带起?的水位差逐渐增加到高村达到昀大值高村以下逐渐减少到孙口仅这表明冲积扇的表面呈三角形锥体的形态图到年期间在冲积扇顶坡上堆积抬高的基础上表面仍有半梭形的淤积体其顶点大致在孙口附近图与前一时段内表层淤积体相比淤积体的顶点已移到孙口附近其前缘已深入到艾山以下在年间在夹河滩到孙口间冲积扇表面又出现了新的半梭形淤积体图到年间虽然河床发生了冲刷但其表面形态仍呈半梭形图年年两个时段?水位差沿程变化表明这个表面梭形淤积体仍在向下移动在后一时期已移至高村孙口以下从上述各个时段河床表面形态的变化可以看出在东坝头铜瓦厢以下冲积扇的变化大致存在下列模式在冲积扇的发展中在它的顶坡上出现巨大的半梭形或三角形的淤积体其大小形状随来水来沙不同而有不同其位置大体上在夹河滩至孙口河段在来水来沙的作用下淤积体整体向下移动其前缘直至艾山或艾山以下随着淤积体的移动冲积扇的表面也相应淤积抬升这就是近数十年来夹河滩以下至孙口河段河床不断上升的原因在淤积体的顶部位置常出现水位的异常升高和主槽的淤积抬高年月日至日黄河首次调水调沙试验小浪底水库下泄水量亿沙量亿昀大流量?昀大含沙量?试验期间夹河滩至孙口普遍漫滩试验以后大部分河段主槽平滩流量均有增加而孙口艾山站的平滩流量则有所降低显然前者是由于东坝头以下冲积扇的顶坡床面冲刷的结果后者则为梭形或三角形淤积体顶部的影响生产堤对纵剖面的影响图为花园口高村艾山泺口四站?水位的变化可以看出各站水位变化都表现出同一规律水位抬高速度昀快的是在年其次是年以后即河道萎缩期间年代图年不同时段?水位差沿程变化??水位变化比较小艾山以下基本不变图花园口高村艾山及泺口水文站?水位的变化?表为上述两时段内黄河下游各水文站?时水位的变幅及平均抬升速度在第一时段内艾山以上水位抬升均在以上平均抬升速度以高村孙口为昀大分别达?年?年第二时段内高村至泺口各站水位抬升也在以上孙口抬升昀快达?年年代初中期至年代中期黄河下游河道?水位的抬高的幅度和速度都比较大的原因是来沙比较多黄河下游年平均来水量亿年均来沙量亿平均含沙量?平均来水量仅次于及的平均来水量占第三位平均来沙量仅次于的来沙量占第二位平均含沙量比年代的还大特别是在年汛后到期间正是三门峡工程两次改建来自水库冲刷的泥沙比较粗大部分淤在下游河道的主槽内河道回淤三门峡水库蓄水运用黄河下游河道发生冲刷泺口以上河床深槽普遍冲深以上花园口以上泺口以下有些断面甚至超过河床冲刷挟沙能力降低当三门峡工程改建时上游来沙及水库冲刷的泥沙一起造成下游河道的强烈淤积生产堤的影响年在提倡防小水不防大水原则下修筑生产堤堤顶宽高出年昀高洪水位至年底河南滩区修建生产堤长山东菏泽至长清修筑生产堤长以后几经变迁到年全下游共有生产堤破除年后不时有生产堤修复和新修现象由于生产堤的修建东坝头到高村河段中小洪水行洪宽度缩窄到河道缩窄减少了河道可能容沙的空间年后迅速发展的生产堤到年发挥了作用加上前两个原因使这段时间内?水位的升高不仅幅度大而且速度快值得对比的是年间黄河下游的年平均来水量亿来沙量亿平均含沙量?是个典型的丰水丰沙系列洪水频繁漫滩洪水回到主槽以后还可以加强主槽的冲刷年还发生过黄河下游有水文记录以来的昀大洪水?但是当时只有零星民埝没有连线的生产堤广大滩区都可以容纳泥沙堆积有的泥沙淤积集中在滩地上所以尽管同期黄河下游淤积了泥沙亿但是从图可见同期下游各站?水位上升幅度小速度慢而艾山以下河段由于艾山以上宽河段对泥沙的调蓄作用加上进入艾山以下河道洪水较大同期?水位基本不变而在年期间生产堤的约束减少了宽河段内容许泥沙堆积的空间减弱了宽河段对泥沙的调节进入窄河段的泥沙增加由此造成了年间?水位全河段的持续抬高成为黄河下游纵剖面变化昀为强烈的时期之一生产堤对纵剖面的影响程度甚至超过了