黄河河口及其流路系统的构成和稳定内涵

王开荣 杜小康 郑珊 韩沙沙

摘要：系统论述了“河口”与“流路”的定义，构建了黄河河口及其流路的系统构成框架，全面阐述了“河口稳定”与“流路稳定”的基本属性和基本含义，并就“河口稳定”与“流路稳定”的发展前景进行了分析和展望，最后概括总结了河口系统与流路系统稳定之间的关系。

关键词：河口；流路；系统；构成；稳定；黄河

中图分类号：TV856；TV882.1

文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.08.007

20世纪80年代以来，黄河河口及其人海流路的稳定一度成为黄河河口规划和治理实践中的难点和焦点问题。围绕这一问题，众多专家学者从不同角度和层次对其开展分析研究，并提出了诸多应对策略和实施方案。然而，纵观上述相关研究成果，存在的问题和局限性是显而易见的，主要表现在：第一，对于黄河河口及其流路系统的定义、构成缺乏准确的界定，且仅囿于黄河河口单一人海流路（河道）的稳定，而未提升至整个河口及其流路系统的高度去讨论稳定问题：第二，人海流路（河道）乃至河口稳定的含义模糊，难以满足生产实践的需求。鉴于此，本文基于河口及人海流路的基本定义、概念和黄河河口的实际，针对上述有关问题进行分析和探讨，以期为黄河河口的综合治理提供理论依据。

1 黄河河口与人海流路的概念及其构成

1.1 黄河河口

河口广义的概念是河流与受水体相连接的区域。根据受水体（如海洋、河流、湖泊、水库等）的不同，可将河口分为人海河口、支流河口、人湖河口和入库河口等，甚至内陆河流的干旱三角洲亦属于河口的范畴。河口狭义的概念是人海河口，这是因为支流河口和入库河口习惯上均纳人河床演变和水库问题而加以研究。同时，“河口”从词源看，起源于拉丁语“Aestus”，即“潮汐的”，或者说“河口”可以适合任何有潮汐影响的海岸。

20世纪50年代以来，随着河口与海岸研究的发展，河口的定义不断修正。字典及百科全书或不同专业领域学者对“河口”都有不同的解释。从物理与地理学上的河口定义而言，苏联学者萨莫伊莫夫和美国著名河口学者PRITCHARD的河口定义最具代表性。萨莫伊莫夫的河口定义：“河口是河流到海洋的过渡段，整个河口按径流、潮流相对势力大小可分为三段，即河流近口段、河口过渡段和口外滨海段。”

对于黄河河口而言，其独特的来水来沙条件和历史上所显现的“淤积.延伸、摆动、改道”自然演变特征，决定了对其“河口”的定义既要遵循一般科学定义的普适性，又要考虑其蕴含的特殊性和实践意义。基于此，水利部在2004年11月正式颁布实施的《黄河河口管理办法》明确提出：“黄河河口，是指以山东省东营市垦利县宁海为顶点，北起徒骇河口，南至支脉沟河口之间的扇形地域以及划定的容沙区范围：黄河人海河道是指清水沟河道、刁口河故道以及黄河河口综合治理规划或者黄河人海流路规划确定的其他以备复用的黄河故道。”上述黄河河口定义及其涵盖范围的提出，既是对已有河口定义的丰富和拓展，也顺应了黄河流域开发管理的总体要求。

总之，不管是基于河口的科学定义，还是依据已经颁布实施的《黄河河口管理办法》所明确的黄河河口范围，黄河河口作为一个系统是不言而喻的。从这个系统内各组成部分的地理位置和功能的不同而加以区分，黄河河口系统又可分解为陆上三角洲系统（黄海基面以上）和海域系统（黄海基面以下）两大子系统，其中三角洲系统包括了摆动顶点、三角洲洲面、流路（河道）、三角洲岸线等诸多更小单元的子系统，见图1。当然，这一系统的构成和功能是以地球科学以及水利科学与海洋工程的角度来加以表征的。

1.2 入海流路

流路泛指河水流经的路线，亦可称之为河道。从科学和生产实践的角度理解，流路与河道所表征的含义并无本质区别。事实上，流路多侧重于从平面上对水流位置、方向等迁徙变化及其相应的存续时间进行描述，而河道则着眼于从通航、工程治理以及水位变化、冲淤量变化、河床形态变化等诸多演变因子的角度进行描述。

人海流路（河道）则指河流归宿终于海洋的流路。就黄河而言，又可分为广义的人海流路和狭义的人海流路。其中：广义的人海流路是指白公元前2278年以来，以桃花峪一带为摆动顶点，水流波及范圍北至海河、南达淮河的人海水流路线，其流路长度可达800km；狭义的人海流路目前则泛指以宁海为摆动顶点、河流从三角洲不同部位人海的路线（以下均简称流路），白1855年以来，共经历了10次不同的流路发展与衰亡过程，见图2。白摆动顶点以下人海流路长度多在55～90km之间，一般不会超过110km。

在讨论黄河河口相关问题时，流路有时还可称之为“尾闾”，两者都在描述黄河水流流经河口三角洲地区的路线，但其表征的含义有一定区别。流路强调的是在小时空背景下河流流经三角洲范围内的位置，前面往往加注其具体方位的名称，如神仙沟流路、刁口河流路、清水沟流路等，并且其落脚点是一个区域范围：而尾闾强调的是大时空背景下在整个河流系统的位置，即处于河流的尾（末）端，而黄河河口的尾闾流路则强调在摆动顶点以下，其落脚点主要是河道。

目前的黄河口人海流路系清水沟流路，该流路白1976年5月行河以后至2016年12月，已累计行河40余a，期间共计来水8041亿m3、来沙159亿t，造陆约690km2（不考虑三角洲北部及老河道沙嘴的蚀退面积），其改道点西河口以下最大河长达到65.2km（1996年）。需要特别指出的是，清水沟流路不仅仅指其水流流经的河槽部分，而应涵盖两岸由相关工程（包括堤防、生产堤等）约束的范围，见图3。由此可以理解，人海流路的堤防及治理工程、河槽（汊河）、滩地（系指黄海基面以上不含河槽、涵盖清水沟流路管理范围的陆上区域，并包含了部分潮间带区域）、容沙区域等要素之间相互联系、相互依赖、相互制约，构成了一个完整的流路系统，见图4。

2 黄河河口及其流路稳定的基本属性

黄河河口及其流路都是作为一个系统而存在的，因而，就其系统的稳定而言，也有其自身独特的基本属性，主要表现在以下几个方面。

2.1 功能性（目的性）

黄河河口人海河道的首要功能是泄洪排凌和行水输沙。从宏观和系统性的角度出发，系统的不稳定意味着系统功能的衰减或丧失。河口及其流路系统的稳定是基于其泄洪排凌和行水输沙功能的稳定发挥进行定位的，而不是其系统内部结构、层次或者构成因子发生的局部调整和相对变化，比如口门的小尺度摆移、局部河道的自然出汊等。

2.2 整体性

系统的整体性包含时间的整体性和空间的整体性两个方面，在其特定的时间尺度条件下（比如一条流路完整的行河年限），黄河河口及其流路系统有其自身独特的结构，而且这种结构是有序的，各组成部分或者各子系统在整个系统中所处的地位不同，形成不同的层次，从而构成多层次的整体。因而，在处理河口及其流路系统稳定问题时，应遵循从整体到部分进行分析、再从部分到整体进行综合的途径，并从系统整体稳定的目标出发，协调各组成部分的运行模式和强度规模。同时要特别注意：组成系统的各部分处于稳定状态，系统未必处于稳定状态：整体处于稳定状态.则可能要牺牲某些组成部分的、局部的稳定和平衡。总之，河口及其人海流路系统的稳定性研究，必须着眼于其系统的结构层次和各组成部分的影响权重，落脚于整个系统稳定的可持续性和控制阈值。

2.3

关联性

黄河河口及其流路系统的关联性主要体现在两个方面：其一是内部关联性，系统自身是由多个可识别的子系统组成的，各组成部分之间相互联系、相互依赖、相互制约、相互作用，形成了这一系统的内部关联性，比如人海水沙条件、河口泥沙的冲淤输移分配、河口河床形态等微地貌演化三者之间的关系，人海水沙条件和河口河床形态特征影响和制约着河口泥沙的运动特征，河口泥沙运动特征的差异又塑造了不同的河口河床形态，进而从某种结构层次上影响河口及其流路系统的稳定性。其二是外部关联性，任何系统总处在特定的环境之中，并与环境不断地进行物质、能量、信息的交换，而且必须“相互”适应其变化。黄河河口及其流路系统的外部关联性集中体现在与黄河下游河道演变、河口地区社会经济发展、渤海及莱州湾海域环境变化等之间的关系方面，因此，在涉及黄河河口及其流路系统的稳定问题时，应统筹考虑这种稳定对外部特定环境的影响，尤其是对黄河下游的淤积反馈影响。

2.4 自然与人工复合性

目前黄河河口河道清6断面以上已有堤防约束行河，其稳定性如何，亦即其泄洪输沙功能的强弱及其维系不仅与来水来沙、河道形态、海洋动力等自然因素密切相关，更与河口河段堤防、控导工程、险工等防洪工程的建设及河口治理等人工干预因素关系重大。据不完全统计，白宁海（摆动顶点）至清7断面约69km的河口河段内，目前已累计修筑各类堤防（含民坝和非设防堤）231.52km，各类险工、控导工程28处，坝垛、护岸659道，其中临黄堤防长度达到131.21km。因此，在研究河口及其流路的稳定时必须考虑人工干预因素的影响。换言之，黄河河口及其人海流路的稳定已不是单纯自然状态下的稳定，而是包括自然和人工干预因素综合作用工的稳定。

3 黄河河口及其流路稳定的基本含义

3.1 黄河河口稳定的基本含义

依据黄河河口的定义和区域范围，在现有堤防设防标准下，不管是单一流路行河，还是多条流路联合运用行河，抑或按规划实施人工改道，若其摆动顶点均位于宁海摆动顶点以下，则可将河口系统视为稳定状态，见图5。

从系统稳定的基本属性出发，任何一个系统，其自然功能的丧失意味着这个系统行将失去稳定。黄河河口系统尽管处于河流系统和海洋系统的混合区域，但其最根本的功能是河流功能，亦即在以宁海为摆动顶点的三角洲范围内，能够利用任何一条或多条尾闾流路安全承泄黄河流域的来水来沙至相关的滨海区域。换言之，即使尾闾流路发生了改道，只要其改道点位于宁海以下，也只是其河口系统的内部结构或者构成因子（流路位置）发生了局部和相对变化而已，河口系统的河流功能并未丧失。

3.2 现行入海流路稳定的基本含义

人海流路稳定是相对于流路的改道（亦即发生在摆动顶点的流路迁徙）而言的。20世纪50年代以來，黄河人海流路的摆动顶点已由宁海下移至渔洼断面附近，基于此，现行人海流路稳定的基本含义是：在渔洼以下划定的流路区域范围内，按照现有堤防设防标准，流路河道系统能够安全承泄黄河流域的来水来沙至相应的滨海区域而未发生流路改道，即视为流路系统处于稳定状态。

而狭义的流路稳定则是相对于其流路系统内部结构、层次的局部变化而言的。换言之，狭义的流路失稳现象是指在摆动顶点以下一定范围内出现的小尺度和持续时间相对较短的出汊及流路口门摆移。

确定流路稳定的基本含义（或定义）对于今后黄河人海流路稳定治理的定位具有重要基础意义。在划定的清水沟流路范围内，只要在10000m3/S流量情况下西河口水位不超过12m，那么，不管是基于何种出汊方式（自然出汊或人工改汊）改走哪条线路（包括预留的北汊流路、现行的清8汊河流路以及1996年之前行河的老河道），抑或在清6断面以下其他部位发生流路摆动和口门摆移，都应属于流路稳定的范畴，而不意味着流路失去稳定，参见图5。

4 黄河河口及其流路系统稳定的发展趋势

4.1 黄河河口及其流路系统的稳定机制和控制阈值

泥沙是导致河口及其流路系统不能保持相对稳定的症结所在，实践证明：黄河携带的巨量泥沙在河口地区的持续落淤，导致河口沙嘴岸线不断向口门外滨海区延伸，随着延伸长度的增加，溯源淤积加剧，河床不断抬高，当河床抬高到一定程度时，水流将自动寻找低洼地区，另图捷径人海。这一。淤积、延伸、摆动、改道”的周期性变化是黄河河口在一定水沙条件下的自然规律，也是人海流路系统稳定机制的最基本的外在表现形式。

当前情势下，黄河河口及其流路系统已成为人类活动高度干预的复合系统，其稳定与否的控制阈值亦即其改道条件和改道标准也是明确的，即在河口现有堤防设防标准（河口地区堤防的设防水位是利津断面17.39m，相应10000m3/S流量西河口水位12m）下，若流量达到10000m3/S，其西河口水位不能超过12m。若水位超过12m，为确保防洪安全，必须对其上游一段相当长的堤防进行加高，但是加高黄河堤防，绝不是治河的上策，堤防越高，风险越大，而且影响的范围也越大。

4.2 现行入海流路系统的稳定行河年限

20世纪80年代末期以来，随着黄河人海沙量急剧减少和现行清水沟流路使用年限持续延长，亟待人们对现行清水沟流路的使用年限作出客观判断，以适应这一新形势的发展和满足黄河口综合治理规划的需要。综合比较相关研究成果，具有代表性的成果有以下三个方面。

其一是中国水利水电科学研究院在“八五”攻关补充项目和UNDP项目中，采用数学模型对清水沟流路使用年限及长期稳定清水沟流路方案进行的研究，认为清水沟流路按现行清8汊河、清水沟1996年前老河道、北汊河（以下简称“三汊河”）不同组合方案还可行河50a左右（1993年起算），即可行河至2043年前后。

其二是黄河水利科学研究院在“黄河河口流路长期稳定可行性研究”项目中，利用“人海沙量一河长一水位经验模式估算方法”得出：按“三汊河”不同组合方案可行河46a左右（2007年起算），即可行河至2053年前后。

其三是在“黄河河口综合治理规划”项目中，黄河勘测规划设计有限公司采用黄河河口准二维泥沙数学模型，中国水利水电科学研究院采用一、二维连接整体数学模型，对流路的行河年限进行了预测计算，两家得出的结果是：“三汊河”不同组合方案的行河年限均在50a以上（2004年起算），即其行河的年限可至2054年以后。

比较上述三个成果可以发现，第二、三项行河年限的比较接近，比第一项结果的行河年限多出约10a。分析其原因，可能与其采用的水沙序列不同有关，其中：第一项成果所采用的水沙序列其年来沙量、来水量分别介于5.8亿～9.4亿t、260亿～397亿m3之间，而第二、三项研究成果则考虑了古贤水库的修建，所采用的水沙序列年均来沙、来水量分别为4.92亿t、187.09亿m3。但不管如何，在拟定的水沙序列条件下，现行清水沟流路稳定使用年限至2050年前后应该是可以实现的。

4.3 黄河河口系统稳定发展展望

黄河河口系统的主体部分是包括现行清水沟流路、优先启用的刁口河备用流路和作为远景备用的马新河、十八户流路等在内的流路体系，这些流路在不同时期的行河运用，将最终形成河口三角洲岸线的整体外延态势，并相应抬高河口河段的总侵蚀基准面，从而产生反馈影响，并以溯源淤积的形式抬高其上游水位，进而影响河口系统的整体稳定。因此，在某种意义上，河口系统的稳定与否，主要取决于河口三角洲岸线的整体外延程度，而这种可以允许的或者说是安全的外延程度，大致可以通过现行清水沟流路失去稳定时的最终河长反映出来。

相关研究结果表明：在清水沟流路失去稳定时，其利津断面以下至口门的河长介于113～131km之间，平均为125km。目前，刁口河、马新河、十八户等备用流路口门至利津断面的距离分别为96、68、67km，如果仅考虑刁口河、马新河备用流路的使用，那么在其达到改道标准时，其口门距利津断面的距离至少要达到125km.也就是说刁口河、马新河流路至少要分别延伸29、57km，合计86km。鉴于刁口河、马新河流路的人海口门都位于三角洲的北岸，且海域条件接近，因此可参照刁口河流路时期（1964-1976年）其岸线的平均外延速率，对刁口河.马新河流路的使用年限进行估算。据统计，刁口河流路行河时期，累计来沙134.29亿t，在平均造陆影响宽度10.29km的情况下，其河长累计延伸33.42km，每1亿t泥沙平均造陆延伸约0.249km。假定刁口河、马新河流路在未来行河期间，维持其10.29km的平均造陆影响宽度不变，且河口多年平均来沙量以4.92亿t计（考虑古贤水库建成运用），则刁口河、马新河流路的使用年限将分别达到24、47a，合计71a。如果再考虑清水沟流路可稳定行河至2050年前后和十八户流路的使用年限，那么从2020年起算，稳定河口百年的设想应该是可行的。当然，上述结论仅是粗略的估算结果，仅作参考。

另外，文献在总结国内外对河口治理的经验以及黄河口演变与水沙运动基本规律的基础上，提出可以组合成未来河口流路使用百年的三个方案：①清水沟流路四汊（即清8汊河、老河道、北汊1和北汊2）、黄河大堤加高Im（即西河口流量为10000m3S的设防水位由12m提高到13m）和维持河床不枯萎的常年疏浚：②清水沟流路三汊（即清8汊河、老河道、北汊1）与刁口河作为3000～4000m3/S的分洪道以及维持河床不枯萎的常年疏浚：③清水沟流路三汊（即清8汊河、老河道、北汊1）与刁口河流路二汊（东汊与西汉）以及周期性改河时T程疏浚开挖。上述三个方案的提出，对于今后规划河口人海流路的布局和运用方案具有重要参考价值。

5 结语

黃河河口人海流路系统是黄河河口系统的重要组成部分，但不管是流路系统还是河口系统，两者的主体功能均在于泄洪排凌和行水输沙。黄河河口系统及其人海流路系统稳定的相互关系主要体现在两个方面：其一是稳定的控制阈值基本是等同的，均取决于河口当地堤防的设防标准，以一定流量情况下的水位高低作为判别指标：其二是两者表现为局部稳定与整体稳定的相互关系，人海流路系统的不稳定，并不能表征河口系统的不稳定，但当河口系统处于不稳定状态时，其流路系统则必然处于不稳定状态。换言之，只有当所有流路，包括规划的刁口河、马新河、十八户等备用流路，在当地堤防设防标准下已不能满足泄洪排沙要求，而不得不将改道地点上移至宁海摆动顶点以上时，此时的河口系统已不属于划定的河口范围而失去稳定。

需要强调的是，从稳定的基本属性和基本含义而言，黄河河口系统及其流路系统的稳定和一般意义上的河床（槽）稳定有所不同。前者是基于河流及其河口泄洪排沙的主体功能，本质上是判断河口乃至其流路是否发生改移迁徙，而且其稳定性如何，主要取决于宏观意义上的河口水沙条件、河床边界形态、海洋动力条件及三者相互作用而形成的河口微地貌特征，并且受人工干预因素的影响.因此其稳定性指标的构成和影响因子将更为复杂。而一般意义上的河床（槽）稳定则是基于河床在纵向、横向上抵御变化（形）的能力，本质上是判断河床（槽）是否冲淤平衡稳定，其中纵向稳定性主要取决于泥沙抗拒运动的摩阻力与水流作用于泥沙的拖曳力的对比，或者，考虑水文水力因素，将纵向的河床稳定性与横向的河岸稳定性联系在一起而构成综合性稳定指标。这些稳定性指标只是从微观上用来表明这种局部的、暂时的相对变异幅度，而不是用来阐明一条河流是否处在平衡状态：很多情况下，这些指标可作为划分游荡、分汊（过渡）和弯曲河型的依据，但不能从整体上评判河流的稳定性：不过，所有这些对河床（槽）稳定性的相关研究，对于认识和探讨河口及其流路系统的稳定性具有重要的理论指导价值。