中图分类号: TV856 文献标识码:A doi: 10. 3969 / j. issn. 100021379. 2009. 08. 006
对黄河口的治理,方案很多,归结起来有两条途径,即不断进行流路改道和相对长期稳定入海流路。因稳定流路不同于现规划方法,故至今尚未进行全面深入研究,有必要进一步谈谈思路与方法,以便开启大家的讨论,促进河口治理的发展。
1 相对长期稳定流路是经济发展的要求
新中国成立以来,总结了黄河口入海流路自然演变规律,并采用不断改道的方法, 1953～1976年对河口流路实行了3次人工改道,每次改道行河年限与自然改道相当。20世纪60年代以来,黄河三角洲油田开发,到80年代大小油田就占满了三角洲,频繁的流路改道与生产发生矛盾,并且越来越激烈。改道不仅影响采油,而且土地、盐卤等资源开发都受到影响。同时,实行流路改道的目的是减轻黄河防洪压力,但实际上, 3次人工流路改道期间,黄河下游的防洪大堤加高3次,表明实行流路改道并没有真正减轻黄河下游的防洪压力,而对三角洲经济开发阻碍作用确实很明显。由于流路不断改道制约了三角洲资源开发,与胜利油田打井采油矛盾很大,油田越发展矛盾越大,因此在1985年提出稳定流路问题,对此水利部很重视。1989年黄委提出稳定清水沟流路的《黄河入海流路规划报告》[ 1 ] , 1992年得到国家计委批准。该规划相对稳定了清水沟流路,提出以黄河大堤高12 m (设防水位)的情况下行河30年的指标和如果大堤高13 m可行河50年的指标。
显然,经济发展促进了河口治理的发展,但该规划只是暂时缓解了与油田开发之间的矛盾。
2 现黄河入海流路规划存在的问题
该规划是用西河口设防流量为10 000 m3 / s的水位12 m控制,一条流路充分行河后,再改道备用流路,如此重复多次,因此说,这是一个不断进行流路改道的规划。
(1) 没有控制河口淤积延伸措施,影响“河床不抬高”目标的实现。河口流路改道的基本思想是缩短河长,造成河道发生溯源性冲刷,减轻防洪压力。实际上,造成溯源冲刷的主要原因是改道点处的局部落差,因此河道长度尚未恢复,其河槽早已回淤。实践证明,河口流路改道,除了在思想上认为能减轻防洪压力外,在3次人工流路改道期间,每次较大洪水时都很紧张,不得已在河长较短的情况下,进行了3次大规模的防洪大堤加高。其中一个十分重要的问题是黄河下游河道的淤积是沿程性的,防洪的主要压力在于“悬河”状态,在河口实施不断地流路改道,不控制河口海岸不断淤积延伸,不仅顶托上游河床居高不下,而且仍不断升高,为了确保防洪安全,必然要不断加高大堤,这就是实施流路不断改道的最后结果。显然,长期利用流路不断改道措施,实质上是在影响黄河下游“河床不抬高”目标的实现,也就是影响黄河下游河道健康生命的维持。
(2) 设置几条预备流路,影响三角洲经济开发。近期规划安排了3条备用流路(占地面积约900 km2 ) ,在其范围内不允许建设永久性建筑,以便将来相继使用,显然与当地工、农业生产相矛盾,不仅制约石油、卤水和土地等资源大规模开发,同时有限的开发也缺乏安全感,从而严重影响三角洲经济的持续发展。
(3) 新的流路要建设新的高标准堤防,造成巨大的浪费。目前,油井已经占满整个三角洲,与开发前荒无人烟的情况大不相同。后者临时爆破埝堤即可改道,洪水漫流也影响很小;而前者不仅需要预先有计划的设计,而且需要建设高标准堤防,才能避免重大损失。这样一来,不断地实行流路改道,实际上就是一次次舍弃旧的高标准堤防,再建设新堤防的过程,国家投资需要不断地增大(估算静态投资从11亿元增加到53亿元) ,相对于稳定流路治理,这是一种可以预见的不断增大的巨大浪费。
3 黄河口治理现状与面临的问题
3. 1 清水沟流路治理现状
清水沟是黄河口近期入海流路, 1999年底完成防洪工程第一期工程建设,两岸防洪大堤加高加固并延长到海边,达到了防御10 000 m3 / s洪水的标准。河道上的护滩、控导工程也已建设到清4断面,河口段河道大部分得到防护。清水沟流路已经具备了防御大洪水的能力,为三角洲经济发展提供了基本的安全保障。
3. 2 黄河口治理面临的主要问题
(1)行水河口海岸仍在不断淤积延伸。1986年以来,黄河来水来沙一直处于枯水枯沙系列年份,年均来沙仅有4亿t,如果将这些泥沙分摊在整个三角洲沿岸上,海岸可能处于平衡或微蚀状态,但是在现行河口流路相对稳定情况下,集中沉积在清水沟河口的局部海岸段,该海岸还是在不断淤积延伸,甚至可能延伸出很长的沙嘴。
(2)不行河的海岸段侵蚀不断加重[ 2 ]。三角洲海岸演变一般都是“此淤彼冲”的,现在实行延长清水沟流路寿命计划,不行河的海岸段必然冲刷历时增长,本来就侵蚀后退的海岸,长期无陆源泥沙补给,蚀退必然更加严重,如刁口河河口海岸段停水至今已蚀退了10多km,并出现陆上采油变成海水中采油的状况,而且海岸维护任务也很重。
(3)河口防洪形势处于紧张状态。由于黄河洪、枯季水量变差大,枯水期河道呈现淤积,再加上较长枯水系列,小水历时增长,河道淤积萎缩严重,河槽过洪能力减小,因此在滩地横比降较大(约1 /2 000)情况下,河口防洪形势一直处于紧张状态。
(4)生态环境不断恶化[ 3 - 4 ]。主要原因是三角洲成陆时间短,地面高程低,加之河床淤积升高,悬河程度加大,洇碱范围增大,地下水深埋浅,盐碱与次生盐渍化加重,植被逆向演化,湿地萎缩;在近海水域,水质污染加重,“赤潮”时有发生。
4 稳定河口流路的理论依据[ 5 - 6]
(1)在研究黄河口外流场时,发现黄河口河道单股入海时期海岸相对突出后,河口附近海域流场明显增强(约50%以上) ,并形成新的高流速中心,这样为稳定流路、加大排沙入海量、减缓河口淤积,提供了能强化海洋动力的理论支撑。
(2)研究发现黄河三角洲海域流场的流速等值线呈封闭形分布,再加上河口沙嘴突出后,前缘岸坡变陡,水平流速梯度增大,河道入海挟沙水流进入高流速区的距离缩短,也就是说,会有更多的泥沙更容易进入高流速区,有更多的入海泥沙向河口门两侧运移,相应输往外海的沙量增大,同时浅海地形实测结果也证实,河口沙嘴突出后输往测区外的沙量增多20%或更多。表明河口相对稳定,是加大排沙入海量有利的海岸边界条件。
(3)在研究黄河入海径流扩散时,得到扩散面积与流量的关系式为S26 = kQ3。由扩散系数的量纲知道,径流入海水扩散是与流量的二次方、流速的一次方函数关系。也就是:当流量大、流速也大时,扩散面积相对比较大;而当流量大、流速不大时,扩散面积相对较小。说明在入海流量相同的情况下,流速的大小是扩散范围大小的重要因素。众所周知,流速值不仅与流量有关,而且与河口边界条件有关。如果河道窄深顺直、河口畅通、出河流速比较大,扩散距离就会远、面积就会大,否则扩散距离近、面积小。也就是说,如果河口稳定,海洋动力就会增强,再加上河道水流、河口门和河道状况良好,三方面将处于优化组合状态,入海径流扩散范围将会最大,也就最有利于加大排沙入海量。
(4)近几十年浅海地形观测资料分析,已经证实黄河三角洲约200 km海岸线在同一时段具有“此淤彼冲”规律。具体表现是黄河行水的河口海岸淤积外延,河口离开的三角洲海岸段侵蚀后退。淤泥质海岸侵蚀状况是严重的,但也为稳定流路实施调沙提供了巨大的动态堆沙空间。
(5)岸坡侵蚀在河口断流后,沙嘴海岸侵蚀速率最大,当年的侵蚀率最大,随着时间的推移,速率逐渐减小,表明对河口水沙施行年调度最有利于加大海岸泥沙再扩散量。
(6)河口段河道冲淤计算证实,河口段河道具有“大水冲刷,小水淤积”的演变规律。
(7)在研究河口河道造床流量时,证明了河口段河道的平滩流量与径流量成正比,造床流量越大,河道的平滩流量越大。
(8)证明了河口河道造床流量分两级,较大的相当于中水河槽平滩流量,较小的相当于枯水河槽流量,大、小水分开入海有利于河道稳定。
以上这些理论,都有利于建设河口水沙调节工程,走相对长期稳定黄河口入海流路之路。
5 建设西河口水利枢纽工程
半个世纪的河口治理,至今还仅是单纯的防洪措施,无法进行水沙综合治理,河口任其淤积延伸,河道任其演变,其主要问题在于,除无坝引水的几个引黄闸外,黄河口缺少可以人为调度水沙去向的控制工程,只有有了节制工程,才可能解决上述河口面临的诸多问题,因此提出在西河口建设水利枢纽工程的设想。
5. 1 枢纽的作用
西河口位于黄河三角洲的改道点附近,控制近代三角洲面积约4 500 km2。在西河口建设一个设计流量3 000 m3 / s的分洪闸和一个橡胶坝组成的枢纽,将刁口河开辟为通过3 000m3 / s流量的分洪道。经初步分析后认为,通过枢纽的科学运用,可以相对长期稳定黄河口入海流路[ 7 - 8 ]。其作用如下:
(1)控制河口海岸动态平衡。利用工程将进入清水沟河口多余的泥沙调走,维持河口海岸处于冲淤动态平衡,消除河口延伸带来的影响。
(2)保护受侵蚀性海岸。利用刁口河输沙于渤海湾沿岸,遏制黄河三角洲北部海岸的侵蚀后退。(3)提高河口段防洪能力。利用清水沟流路只通过流量大于3 000 m3 / s的洪水,以增大河道的过洪能力,减少河道滚河的几率,减轻河口防洪压力。
(4)改善生态环境。利用枢纽分水、引水引沙,改变三角洲地势低、海水入侵土地盐碱化和次生盐碱化严重状况,保护湿地,改良土壤,改善生态环境。
5. 2 枢纽运用的原则
为了避免分流淤积[ 7 ] ,基本上采用独流入海的原则:
(1)当利津来水流量小于等于3 000 m3 / s时,全部经刁口河入海,即开启全部闸门,橡胶坝充起,一般年份可分走50% ～60%的泥沙[ 9 ].
(2)当利津来水流量大于3 000 m3 / s时,洪水全部经清水沟入海,即关闭分洪闸,橡胶坝泄塌,恢复原河道断面,不影响泄洪。
(3)如果今后丰水丰沙年份增多、清水沟河口延伸过长的话,还可进一步调度大洪水时期的泥沙,即在遇到流量大于7 000 m3 / s的大洪水时,可开闸分洪,利用刁口河多排沙于渤海湾,但清水沟河道流量保持在4 000 m3 / s左右,以便维持清水沟流路较大的过洪能力。
参考文献:
[1]黄河水利委员会勘测规划设计院. 黄河入海流路规划报告[R]. 郑州:黄河水利委员会勘测规划设计院, 1989.
[2]王万战,张华兴. 黄河口海岸演变规律[J]. 人民黄河, 2007, 29 (2) : 27 - 28.
[3]顾世强,范继章,石玉臣. 黄河三角洲农业生态地质环境综合研究[J]. 人民黄河, 2005, 27 (3) : 9 - 11.
[4]江珍,石标钦,程迎春,等. 黄河现代三角洲湿地景观变化特征[J]. 人民黄河, 2008, 30 (11) : 12 - 13.
[5]黄河水利委员会. 黄河河口问题及治理对策研讨会专家论坛论文集[C]. 郑州:黄河水利出版社, 2003.
[6]李泽刚. 黄河近代河口演变基本规律与稳定流路治理[M]. 郑州:黄河水利出版社, 2006.
[7]尹学良,王延贵. 关于分流淤积的一些问题[J]. 水利学报, 1988 (3) : 65 -72.
[8]李泽刚. 黄河口治理与水沙资源综合利用[J]. 人民黄河, 2001, 23 (2) : 32 -34.
[9]杨玉珍. 建设黄河口生态水利枢纽工程研究[J]. 人民黄河, 2005, 27 (5) :7 - 8.
作者简介:李泽刚(1937—) ,男,山东乐陵人,高级工程师(教授级) ,长期从事黄河口泥沙与治理的研究工作。
