黄河河口流路多目标联合运用方式研究

于守兵

(1.黄河水利委员会黄河水利科学研究院, 河南 郑州 450003； 2.水利部黄河下游河道与河口治理重点实验室,河南 郑州 450003)

黄河河口是黄河流域径流、泥沙、营养盐等物质的集中承泄区域，黄河入海流路是这些物质的输送通道，其运用方式在很大程度上决定了物质的时空分配格局，在维护河口地区防洪安全和生态保护修复方面起到关键作用。流路运用方式可分为单一运用和联合运用两类：单一运用指1 条流路行河，达到改道标准后启用新的流路；联合运用是指2 条或以上的流路同时运用。由于黄河河口具有多沙弱潮的特性，单一流路运用下沙嘴淤积延伸速度快，在人类干预程度较小时约10 年就发生自然改道。1976 年清水沟流路行河以来，区域经济社会快速发展，迫切需要入海流路长期相对稳定。20 世纪80 年代中期开始研究如何延长清水沟运用年限，其中重要的措施就是与刁口河联合运用，代表性运用方式有小水分流[1]、高位分洪[2]、交替行洪[3]、生态补水通道[4]、水沙调控通道[5]和相机分水分沙[6]等。尽管具体运用指标不同，但主要目的是减少清水沟流路主槽淤积、口门延伸速率和反馈影响，并在一定程度上兼顾河口生态[7-11]。随着黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略的落实、黄河口国家公园建设[12]和《中华人民共和国黄河保护法》颁布，黄河河口流路运用方式面临着新形势下保障防洪安全、维持生态功能和减缓海岸蚀退等需求。本文通过实测资料分析和现场调查，提出兼顾多目标的河口流路联合运用方式，为河口综合治理提供决策支撑。

1 黄河河口概况

黄河河口为典型的多沙弱潮河口，入海流路曾经长期处于“淤积、延伸、摆动、改道”的周期性演变过程。1855 年黄河改道流入渤海后，流路经过9 次大的变迁形成广阔的近代黄河三角洲（图1）。1953 年至今的神仙沟、刁口河和清水沟等3 条流路形成了以渔洼为顶点的现代黄河三角洲，面积约2 900 km2。刁口河在1964 年1 月至1976 年5 月行河，也是黄河三角洲目前保存最为完整的备用流路。之后清水沟流路开始行河，1996 年5 月人工出汊后从清8 汊河入海（老汊河称为1996 汊河）。受来水来沙减少和人工干预程度增强的影响，清水沟运用至今已46 年，并仍能继续运用较长时间，河口治理的相关规划[4]均将刁口河作为清水沟达到改道标准后优先启用的备用流路。

图1 黄河河口基本情况Fig.1 General situation of the Yellow River Estuary

黄河入海泥沙通过流路的摆动和改道，在较长时期内促使三角洲海岸呈扇形向海淤进，新生陆地上形成中国暖温带最年轻、最广阔、保存最完整的湿地生态系统。径流泥沙输送了大量营养盐至近岸海域，为海洋生物等提供了良好的栖息地和产卵、育幼及索饵场所。1992 年10 月国务院批准建立总面积为1 530 km2的山东黄河三角洲国家级自然保护区，保护新生湿地生态系统和珍稀濒危鸟类（图1）。其中，南部片区位于清水沟附近，面积1 045 km2；北部片区位于刁口河尾闾两侧，面积485 km2。2022 年《中华人民共和国黄河保护法》颁布，河口治理重点是合理布局入海流路，保障河道畅通和防洪防凌安全；实施生态补水，维护河口生态功能；禁止侵占刁口河等黄河备用入海流路。

采用黄河水文部门实测的1950—2021 年利津站年径流量和来沙量分析河口水沙长期变化特征，1996—2021 年河口日均水位资料分析清8 改汊形成新口门后的水位特征，1976 年和1996 年汛后滨海区实测水深资料分析海岸蚀退情况，1976 年和2019 年刁口河断面实测资料分析河道萎缩情况，2019 年汛后两岸堤防范围内渔洼断面和清加6 断面实测高程资料分析现状河道形态。现场调查2021 年秋汛洪水和2022 年刁口河流路情况。

2 治理保护形势

2.1 洪水威胁依然存在

小浪底水库运用后黄河河口防洪形势明显改善。1996 年清8 汊河行河以来，利津站年平均径流量和来沙量分别为174 亿m3和1.61 亿t，与1950—1985 年受人类活动影响较小时期的419 亿m3和10.54 亿t 相比，分别下降了58%和85%（图2(a)）。虽然来沙量减少，但口门总体上仍在淤积延伸，西河口以下河长增加12.7 km（图2(b)）。其中，2002 年小浪底水库运用后，河长增加7.2 km，延伸速率为360 m/a。然而同流量水位呈下降趋势，2002—2021 年利津站汛前3 000 m3/s 流量时相应的利津、一号坝、西河口水位，分别下降1.60、1.58、1.41 m（图2(b)）。主要原因是河口来水来沙条件有利，多年平均含沙量只有7.6 kg/m3，与之前的25.3 kg/m3相比下降了70%，河道呈总体冲刷趋势。

图2 黄河河口水文特征和河长变化Fig.2 Hydrological characteristics and river length of the Yellow River Estuary

河口仍可能出现大洪水。实测水文数据显示，2018—2021 年利津站年径流量为（312 ～441） 亿m3，来沙量为（2.71 ～3.14） 亿t，水沙颇丰（图2（a））。特别是2021 年，黄河下游出现长历时洪水过程，利津站出现1989 年以来最大的日均流量5 200 m3/s。近年来全球气候变化加剧，极端暴雨洪水事件频繁发生，如2016 年海河、2021 年海河和淮海发生特大洪水。黄河流域主要洪水源区遭遇极端暴雨洪水风险同样增加[13]，河口流路运用要考虑防御大洪水。

河道滩地倒比降断面形态加剧了大洪水时的防洪压力。1996 年以来河口几乎没有出现过漫滩洪水，河道滩地具有滩唇高、堤根洼特征。2019 年汛后实地测量了渔洼、清加6 断面两岸堤防之间的河道高程（图3）。渔洼断面左岸北大堤和右岸临黄堤堤根处分别有330 和140 m 的顺堤河，左滩、右滩横比降分别为5‱和7‱。清加6 断面左滩、右滩横比降分别为6‱和7‱，右滩3 km 范围内串沟密布。一旦发生漫滩洪水，容易顺堤行洪，甚至发生滚河现象，危及两岸堤防安全。

图3 黄河河口2019 年汛后断面形态Fig.3 River sections after 2019 flood season in the Yellow River Estuary

2.2 生态保护压力凸显

拟建设的黄河口国家公园在现有山东黄河三角洲国家级自然保护区的基础上，整合了周边7 个各类自然保护地（图1）。核心目标是保护典型的河口湿地、滨海滩涂等复合生态系统和鸟类等珍稀物种栖息地，维持“河-陆-滩-海”生态系统的原真性和完整性。公园总面积为3 524 km2，北部和南部片区面积分别为1 096 和2 404 km2，片区连接处的黄河故道面积为24 km2。国家公园是生态文明建设的重要内容，保护级别高，对防洪安全、生态补水保障、减缓海岸蚀退等方面提出更高要求。

国家公园清水沟片区主要在清四控导工程以下无整治工程区域。根据现场调查，2021 年清水沟平滩流量为3 700～4 200 m3/s，秋汛期间主要通过临时修建子埝防止洪水漫滩。从自然湿地的发育来看，河流漫滩有利于其健康发展。但近几十年漫滩流量缺乏，湿地生态需水主要来自河道引水，保护区内布设了大量的引水闸、沟渠水网等。国家公园规划提出建设科研监测中心、野外观测站、生态地质站等科研平台，开展游憩体验项目和完善道路、给排水、电力、电信等基础设施。一旦出现大洪水，上述设施的安全均会受到严重影响。正在编制的黄河河口综合治理规划确定国家公园重点补水区域面积为246 km2，比现有规划增加了10 km2；刁口河、清水沟片区分别为35、211 km2。规划提出湿地各项生态功能得到充分发挥的最佳水量分别为0.55、1.81 亿m3；关键需水期为春季3—5 月和夏季6—9 月，补水时间为10～20 d。国家公园是落实重大国家战略的重要措施，《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》明确提出保障湿地生态水量。

国家公园建设还面临着海岸蚀退的威胁。刁口河附近海岸自1976 年停止行河后共蚀退12.0 km，管理范围内海岸（以2 m 等深线计）蚀退面积达290 km2。清水沟1996 汊河停止行河后，沙嘴蚀退8.1 km，蚀退面积96 km2。蚀退区域位于自然保护区及规划的国家公园内，造成物种生活场所缩减和土壤盐碱化加剧，进而威胁生态系统结构和功能。根据正在编制的黄河河口综合治理规划，刁口河附近海岸维持动态稳定需要补沙0.36 亿t/a。

2.3 备用流路保护亟需加强

《中华人民共和国黄河保护法》明确提出“禁止侵占刁口河等黄河备用入海流路”，同时将入海流路纳入黄河干流的范畴。1976 年5 月刁口河停止行河后，尽管自2010 年起实施尾闾湿地生态补水，但最大流量只有30 m3/s。由于长期不行河，公众对备用流路的认识逐渐淡化，加之土地肥沃，油气资源丰富，各部门进行了大规模开发。东港高速公路、S312 和S315 省道、桩埕公路等公路横穿刁口河。主槽长期用作输水渠、沉沙池和水库，淤积萎缩严重（图4）。最狭窄的西崔生产桥附近主槽仅有5 m。大量滩地被开垦种植和作为建设用地，改变了河道自然形态。目前刁口河流路管理范围内陆地面积约为880 km2，生产开发和建设用地面积达630 km2。

图4 刁口河主槽断面形态变化Fig.4 Change of main channel of the Diaokouhe channel

3 兼顾多目标的流路运用方式

黄河河口新形势下流路运用需要兼顾大洪水防御、河口生态功能发挥、国家公园建设、备用流路保护、海岸蚀退减缓等多目标。运用方式建议为“联合运用、常态过水、平滩分流、双河行洪”。

联合运用是清水沟、刁口河两条流路同时运用。清水沟在达到改道标准前仍为主要的行洪、输水、输沙通道，刁口河根据实际情况通过不同的流量。

常态过水是刁口河常年维持一定行水流量，保障尾闾湿地生态补水，维护河口生态功能。常态过水能够提高公众对刁口河备用流路的保护意识，有利于《中华人民共和国黄河保护法》“禁止侵占刁口河等黄河备用入海流路”的落实。刁口河片区生态补水重点区域面积为35 km2，关键需水期为3—9 月，补水流量为21～43 m3/s。因此，在每年3—9 月维持30 m3/s 过水流量，通过水渠调蓄满足生态补水需求。此外，常态过水还能缩短目前刁口河附近区域黄河引水线路长度，减少沿途损耗，提升水资源利用效率。刁口河附近区域生产生活用水通过清水沟泵船供应。2020 年黄委批准的取水许可水量为1.23 亿m3，最大供水需求流量约为15 m3/s，故其他月份可维持15 m3/s 流量，满足河道两岸取水需求。

平滩分流是在利津流量达到清水沟最小平滩流量时，开始向刁口河分流。目前清水沟最小平滩流量约为3 700 m3/s，超过该流量将威胁公园基础设施。特别是目前河道滩地具有倒比降特征，一旦洪水漫滩容易顺堤行洪，危及堤防安全。根据小浪底水库运用以来利津最大日均流量数据，可在流量达到3 500 m3/s 时进行分流。以2021 年调水调沙和秋汛过程为例，刁口河可分流运用39 d，流量为100～1 500 m3/s，总水量为31 亿m3，分沙0.22 亿t，能为刁口河附近海岸提供泥沙补给。清水沟为目前黄河入海的主要通道，为保障其较大的过流能力，在流量低于该值时不进行分流以减少河道淤积，刁口河流路仍维持常态过水。

双河行洪是当黄河下游出现大洪水甚至设防流量（渔洼以下为10 000 m3/s）洪水时，两条流路同时作为行洪通道运用。国家公园陆域主体位于清水沟片区，为保障其安全，清水沟最大流量控制在5 000 m3/s，该流量接近2021 年秋汛洪水最大日均流量5 200 m3/s。刁口河最大行洪流量同样控制在5 000 m3/s。这种情况下可采取临时子埝等工程加以防护，最大程度保障两个片区设施安全。通过刁口河分洪，既可减少清水沟口门泥沙淤积量，又能为刁口河附近海岸提供泥沙补给，有利于减缓海岸蚀退。

为提高流路联合运用效果，可进一步优化小浪底水库运用方式和刁口河河道断面形态。根据2021 年秋汛情况，黄河下游具备5 000 m3/s 流量的过流能力，调水调沙最大流量可按该流量下泄，有利于排沙出库、维持下游河道和河口过流能力，增加刁口河运用几率。刁口河河道可设计为复式断面形态，一级河槽通过流量为1 500 m3/s，二级河槽通过流量为5 000 m3/s。河槽不淤临界流速控制在1.8～2.0 m/s，比降取现状1‱，则一级、二级河槽宽度分别约为140、500 m。同时为兼顾常态过水，一级河槽内可设置宽度为70 m 的小水槽。这亦与自然条件下的断面形态特征（图4(b)）较为接近。

联合运用方式与已有的运用方式相比更加突出防洪、生态、海岸等多目标运用，并通过刁口河的常态过水和分流达到保护备用流路的目的（表1）。已有运用方式将清水沟作为主要行洪通道，洪水漫滩后清水沟的防洪压力较大，影响国家公园建设。高位分洪、交替行洪方式刁口河长期不行河，不能满足维持生态功能和减缓海岸蚀退需求，亦不利于备用流路保护。小水分流、水沙调控通道方式下清水沟大部分时期不过流，生态调水通道运用只有15～30 d。

表1 黄河河口流路运用方式比较Tab.1 Comparison of the Yellow River Estuary channel application

4 结 语

新形势下黄河河口流路运用面临着保障防洪安全、维持生态功能和减缓海岸蚀退等多目标需求。

随着全球气候变化加剧，极端暴雨洪水事件频繁发生，河口仍可能出现大洪水。河道滩地倒比降和顺堤河，加剧大洪水时防洪压力。黄河口国家公园清水沟附近片区建设要求洪水尽量不漫滩；刁口河片区需要加强生态补水保障程度，附近海岸需要泥沙补给缓解蚀退。目前刁口河主槽淤积萎缩，滩地侵占严重，备用流路需要长期过水提高公众保护意识。

黄河河口防洪、生态、海岸多目标流路运用方式为“联合运用、常态过水、平滩分流、双河行洪”。刁口河常年维持15～30 m3/s 流量的过水通道，保障生态补水。当流量达到3 500 m3/s 时进行分流，减少清水沟洪水漫滩威胁，使刁口河运用几率达到2 年1 次。大洪水时两条流路作为5 000 m3/s 流量的泄洪通道，确保防洪安全。分流和泄洪运用能够缓解刁口河附近海岸蚀退。