调水调沙十年黄河口河道演变及其影响机制分析
黄河水利委员会自2002年开始实施黄河调水调沙工程，到2012年已开展了14次调水调沙实验。调水调沙通过联合调度水库，对黄河来水来沙进行调节和控制，调整自然水沙入海过程，冲刷河槽、从而减轻下游河槽淤积的目的。调水调沙的实施完全改变了黄河原有的水沙条件和河道状况，对黄河尤其是下游河段的演变造成了决定性的影响。因此，研究调水调沙前后河口近期演变规律和发展趋向具有重要意义。 论文以黄河口河床演变为对象，以长系列水文泥沙和河床演变实测资料为基础，采用功率谱分析和统计分析的方法，分析了河床演变特征及影响因素。得到如下主要结论: (1)利津-王家庄段横断面变化主要呈现出断面逐年下切，同时伴随有一定程度的展伸，断面总体形态向良性发展。同时，汛期和非汛期的断面变化差异较大，汛期有规律的水沙冲刷造成了横断面逐年持续下切，对深度的影响较大。非汛期各种自然和人为作用力影响较为复杂，横断面形态也复杂多变。 东张-渔洼段的横断面演变主要表现为断面深度的增加，断面跨度变化不显著（相比之下，渔洼断面有较大程度的展宽）。因此断面形态主要表现为下切，展宽不明显。非汛期河道表现出摆动游荡的特点，有些年份出现复式河槽断面，但是这一特点在汛期冲刷之后就又恢复到原来的水平，并不能持久保持。 清2-清7段的河道横断面总体表现为下切展宽，而且变化更为剧烈，变幅更大。清2、清3、清4断面下切十分显著，横断面深度增幅较大。清6、清7断面则主要表现为宽度的增加，这两个断面更靠近入海口，在这一段河道水流流速逐渐降低，河道变得更为宽阔平坦。 (2)调水调沙以来，河口段河道各断面的面积整体上都是波动增长的变化趋势。最大的变化幅度都发生在2003年汛期，主要是由于当年发生了罕见的大范围的秋汛洪水，配合当年的秋汛洪水黄河进行了调水调沙，取得了很好的冲刷河道的效果，远大于单纯的调水调沙工程所造成的影响。因此，自然因素（降水、气候等）在对河口段河道的影响作用中仍然占据重要的地位，调水调沙工程的实施要密切结合自然因素共同起作用才能达到更好的效果。断面面积的变化可以分为三段，2002-2004年为快速增长阶段;2004-2009年为稳定小幅度变化增长阶段;2009-2012年为增幅较大的进一步增长阶段。清2以下河段断面面积的增长较上游微弱，主要是主要溯源淤积的影响。 从季节变化上来看，从利津断面开始，越往下游面积变化的季节性越不明显，至清7断面已经完全区分不出汛期和非汛期的差异，调水调沙对水沙的调控使汛期和非汛期差异逐渐减小，并且下游河道受到一定程度的溯源淤积的影响，但是影响范围有限，河口段河道的变化还是人为因素起着决定性的作用。 (3)调水调沙实施初期（2002-2004年），利津-王家庄断面的河相系数快速减小，之后基本维持在4-5之间波动，并且波动幅度越来越小，河道形态越来越稳定。汛期和非汛期的河相系数差异也随着时间的推移在逐渐减小，证明了汛期和非汛期界限差异逐渐模糊。 东张-渔洼断面的河相系数总体来看逐渐减小，2002年以来，这一段河道断面的河相系数维持在6-9.5的水平内波动，变化范围比前段增大，断面形态稳定性降低。尤随着时间的推移，到2009年以后，河道趋于稳定，河相系数变幅减小，东张-渔洼断面的河相系数变化幅度同样越来越小，河相系数在8上下浮动。季节变化上来看，东张-渔洼断面的河相系数基本都是10月大于5月，河道主要在非汛期发生深度下切宽度变窄的变化，这与前段河道有明显的不同。进一步证实了非汛期和汛期之间差异的缩小，甚至非汛期的河道演变已经完全超越了汛期的河道变化程度。 清2-清7断面的河相系数变化复杂，波动幅度比上游河段大。即使是在2003年之后，河相系数也在6-20之间的大范围内波动，并且每年的变动幅度也较大，总体来看，没有明显的增加或减小的趋势。季节变化上来看，这一河段的季节差异十分明显，每年两季的河相系数差异较大，汛期和非汛期的差异几乎已经没有体现。 (4)纵断面的变化中，利津至王家庄河底高程逐渐降低，至东张断面又有所增加，之后东张至渔洼断面呈现阶梯下降的变化，清2断面之后河床高程又有所增加，清3-清7的断面高程完全大于清2断面，2002年-2012年，利津至清7河段的纵断面形态基本保持不变，大致呈倒“S”平行波动变化。 (5)小浪底水库作为黄河干流的最靠近下游的水库，对进入下游的水沙量起决定性作用。2002年实施调水调沙工程以来，小浪底水库的调控措施往往决定了下游河道的来水来沙过程。调水调沙以来，黄河口河道的演变主要呈现出逐年冲刷，汛期和非汛期差异日渐缩小的特点，这些都是调水调沙水沙控制的结果。但是根据断面的变化特点可以看出，调水调沙实施的前七年效果不是很显著，但是2009年之后，调水调沙的长期作用逐渐显现出来，对河道的良性影响和显著冲刷作用愈加明显，河口河道逐渐趋于动态平衡中，可见黄河的水沙调控是一项长期工程，需要长期持续的进行调水调沙才能从根本上改变黄河的水沙不协调问题。 自然过程同样是影响河口段河道演变的十分重要因素。利津至清7断面都对2003年的秋汛洪水做出了显著积极的响应，断面面积和河相系数在2003年汛期都出现大幅度变化，其变化程度远大于单纯调水调沙所产生的影响，可见自然作用在黄河口河道演变过程中仍然起着重要的作用，甚至可以说比调水调沙所造成的影响要显著。因此治理黄河仍然要结合自然作用的过程，与调水调沙相结合，最大限度的发挥其调控治理作用。 海洋力作用也对河口河道产生了一定的影响，主要表现在对清3以下断面的溯源淤积作用中，利津至清3河段，则基本不受海洋动力的影响。黄河流域的人口变化、引水工程、水保措施等过程也是影响水沙变化和河道演变的非常重要因素。以及其他可以造成水量损失的因素，例如河道蒸发、渗漏量、滩区用水等，这些因素在利津以下河段所造成的综合损失较小。
黄河口;河道演变;调水调沙工程;海洋力作用
中国海洋大学
硕士
海洋地质
王永红
2015
中文
TV147
89
2016-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）