黃河三角洲清水溝河口區近期沖淤演變特征

楊偉，陳沈良，谷國傳，陳小英

（1.華東師范大學 河口海岸學國家重點實驗室，上海 200062；2.青島海洋地質研究所，山東 青島 266071）

黃河三角洲清水溝河口區近期沖淤演變特征

楊偉1，陳沈良1，谷國傳1，陳小英2

（1.華東師范大學 河口海岸學國家重點實驗室，上海 200062；2.青島海洋地質研究所，山東 青島 266071）

黃河三角洲清水溝流路1996年汛前實施清8改汊工程后，河口區的沖淤發生了變化。據1996年10月至2005年9月清水溝濱海區固定斷面測深資料的分析表明：新河口區總體上出現淤積，老河口區在總體上發生侵蝕。通過區域泥沙凈沖淤量與入海沙量相關分析計算表明：新河口區的淤積速率與入海沙量呈正相關，老河口區的侵蝕速率與入海沙量互不相關。其原因在于:前者位于河流入海口，被海洋動力蝕失的泥沙能得到河流輸沙的充足補給，屬河流動力為主的河控型海岸；后者遠離河流入海口，被海洋動力蝕失的泥沙得不到河流輸沙的補給，屬海洋動力為主的海控型海岸。

清水溝流路；相關分析；侵蝕；淤積；沖淤量

黃河是中國第二大河，全長5 464 km，流域面積達752 443 km2，年徑流總量423億m3，入海沙量10.8億t/a，素以水少沙多聞名于世。自1855年黃河奪大清河注入渤海的150余年來，流路尾閭改道頻繁，較大的改道有10次；自1976年入海流路改走清水溝至今已行水30多年，其中1996年因勝利油田開發油區需要，在清8斷面附近實施人工改汊，使入海口門向北位移18 km，縮短流程16 km，形成了清水溝流路的新河口，老河口被廢棄[1]。入海口位置的改變必然使黃河入海泥沙的擴散范圍發生改變，從而影響新、老河口區的沖淤變化。

有關清水溝河口區的沖淤變化，有許多學者作過研究：李福林等利用利津站入海水沙量與河口三角洲面積增長的關系，建立了一元對數模型和二元線性回歸模型，預測了清水溝流路河口區的淤漲趨勢[2]。余欣等分析了清水溝流路現狀，通過水動力泥沙數學模型計算，提出現行流路行河50余年之后，黃河改道刁口河入海較合適[3]。程義吉分析了清水溝老河口廢棄后的海岸演變狀況[4]。鄧聲貴等根據歷年衛星遙感資料和水深資料，對清水溝流路葉瓣體演化和海底沖淤演化進行了研究[5]。

本文在上述研究的基礎上，利用1996年10月至2005年9月清水溝海區固定斷面的測深數據和同期利津站的徑流、輸沙量，以及有關的波浪、潮汐、潮流等資料，探討了清8改汊以來清水溝新、老河口區典型斷面的沖淤量及水下地形的變化，進一步認識清水溝新老河口區的沖淤特征及其制約因素。

1 研究區概況

研究區位于現代黃河三角洲東部，為清水溝流路的新、老河口區，面積約1 650 km2，地理位置如圖1所示。其海區波浪以風浪為主，強浪向為NNE－NE，常浪向為S，次常浪向為ENE；新口門海域在神仙溝口以南不足30 km，潮汐狀況受神仙溝口外M2分潮“無潮點”影響的程度比原口門更大，潮汐性質屬不正規半日潮型[6]。老河口區屬于不正規半日潮流海區，漲潮流流向偏南，落潮流流向偏北，潮流往復性強，漲潮平均流速大于落潮平均流速[7]。在黃河口新、老河口附近水域存在著三個高流速區：一個在清水溝流路外10 km左右，最大流速達1.7 m/s；第二個在刁口河外面水域，最大流速為1.2 m/s；第三個在現行流路外海，最大流速1.0 m/s[8]。河口附近余流受風向、地形和徑流入海主流向的影響，表層流向大致與徑流入海流向一致，底層流向受地形和徑流影響，不同位置流向各不相同，流速為9 ～ 31 cm/s[7]。此外，在老河口區沙嘴兩側淺水帶，還存在有原清水溝流路行水期間形成的南、北爛泥灣[9]。

圖 1 研究區及固定斷面位置圖Fig.1 Location of study area and measured coastal profiles

2 資料與方法

本文主要采用利津水文站1996—2005年的水沙資料和部分固定斷面的測深資料，測量年份為1996－2005年共10年，斷面有CS21, CS22, CS23, CS24, CS25, CS26, CS27和CS28（圖1）共8條。此外，還收集了波浪、潮汐、潮流等資料。

以各斷面起點為基準，按照步長0.1 km網格化，比較相同起點距的水深差別，計算出各斷面不同年份的沖淤速率；由于各測年起點距不同，研究范圍定為30 ～ 50 km，采用Surfer軟件進行克里金插值；繪制研究區沖淤量等值線圖，從中可揭示新、老河口區水下地形的沖淤狀況。與此同時，還進行了新、老河口區泥沙凈沖淤量與入海沙量的相關分析計算，并從河流動力與海洋動力相互消長的角度，分析影響新、老河口區沖淤變化的主要因素。

3 結果與討論

3.1 斷面的沖淤變化

根據各斷面沖淤速率（表1），可將8條斷面分為兩種類型：一類是年沖淤速率多為正值，屬淤積性斷面；第二類是年沖淤速率多為負值，屬沖刷性斷面。CS21, CS22, CS23與CS24屬淤積性斷面，這4條斷面除1998－2001年間受沖刷外，其他年份都有不同程度的淤積，其中在1997－1998年間CS21淤積速率達94.1 cm/a，CS23淤積速率達82.3 cm/a。其淤積原因主要是：斷面靠近河流入海口（圖1），能直接接受黃河入海泥沙補給。從表1還可看出，清8改汊以來新河口區總體表現為淤積，但淤積速率隨來沙量變化：1997—1998年來沙量達3.65億t，是近年來入海泥沙較多的年份，因此年淤積速率較大；1998－2001年均輸沙量僅為1.9億t，因此發生沖刷。CS25, CS26, CS27與CS28屬沖刷性斷面，這4條斷面均位處老河口區，遠離河流入海口，缺少黃河入海泥沙直接補給，自清8改汊以來總體均呈沖刷趨勢，其中CS25和CS27的沖刷速率較大，1997—1998年分別為79.5 cm/a和78.5 cm/a。其沖刷原因主要是：老河口區的河流直接供沙斷絕，波浪、潮流等海洋動力的沖刷作用相對增強；但廢棄當年（1996－1997年），CS25, CS26和CS27斷面均出現淤積，這可能是泥沙淤積滯后效應所致。從1996－2005年經過9年的沖淤變化看：這4條斷面均呈現沖刷，反映出廢棄河口區整體處于侵蝕狀態。

3.2 水下地形沖淤變化

清8改汊后的1997年（圖2a），研究區低潮線附近的多數地段在風浪作用下仍處于侵蝕狀態，而新河口區沿河軸線一帶出現了淤積，并在口門前方約5 km處形成了一個堆積厚達2.5 m以上的淤積中心；又因當地漲潮流速大于落潮流速，使入海泥沙主體向南輸移，與其響應，形成了一條以淤積中心為核心向南伸展的淤積帶，厚度小于0.5 m的淤積帶與老河口區北部的大片淤積區及其口外的淤積區連成一片。研究區的水下地形呈現沿岸蝕低、近岸淤高，遠岸出現南北刷低、中部堆高的變化。遠岸中部的堆積物主要來自老河口北爛泥灣為適應清水溝流路改變后的水動力環境而沖刷的沉積物。

表 1 清水溝流路新老河口區各斷面不同時期的沖淤速率（單位cm/a）Tab.1 Rate of accretion and erosion of profiles of new and old estuarine area at Qingshuigou lobe during different periods (cm/a)

1997－1998年（圖2b）水下地形發生了顯著的變化：新河口區，河口沙嘴向東偏北推進，近岸和遠岸的侵蝕帶消失，全區普遍淤高，淤積中心擴大；老河口區，除遠岸南部出現淤高外，均普遍發生蝕低，沖蝕強的部位出現在近岸地帶，河口沙嘴向陸后退。研究區在總體上呈現南、北淤高，中部蝕低的勢態。原因在于：北部的大范圍淤高是因該年入海泥沙較多，達3.64億t，南部遠岸的淤高是因南爛泥灣有沖刷出現。

1998－2001年的3 年間，入海沙量共達2.35億t，年均不足0.78億t，與1998年相比明顯減少，水下地形普遍呈現侵蝕（圖2 c）。新河口區，除沙嘴繼續向海推進、淤積中心持續淤高外，近岸帶和整個遠岸區均發生了沖蝕，海床高度下降；老河口區，1998年的淤積區也發生了沖蝕，沖蝕最大深度達1.2 m以上，部分沖蝕物被搬運到其北側，并形成了一個堆積厚度達20 cm及其以下的淤積區。研究區在總體上仍保持了南北兩個淤積區，但淤積范圍縮小，南淤積區與1998年相比，位置北移，是一個次級淤積區，除此，海床均普遍出現蝕低。

2001－2003年的2年間，入海沙量共0.76億t，年均僅0.38億t。與其響應，新河口區淤積中心仍然處于持續淤高狀態，但淤積范圍大大縮小，海床普遍蝕低；老河口區的次級淤積區縮狹成東西走向的條帶狀，并向北位移至新河口區南部，與新河口區的淤積區域連成一體（圖2 d）。研究區在總體上呈現強烈的沖蝕狀態，老河口區的河口沙嘴進一步向陸退縮，在沙嘴前沿出現了沖蝕深度大于1.5 m的大片侵蝕區。

2003－2005年的2年間，入海沙量共7.44億t，年均達3.72億t，是清8改汊以來泥沙最豐沛的時期，與其響應，新河口區近岸和遠岸的廣大區域均由圖2 d的大片沖蝕轉為全面淤積，河口沙嘴持續向海推進，淤積中心向南擴展，并形成了南、北兩個淤積體，淤積厚度分別達5 m和6 m以上，年均達2 m左右（圖2e），其中北淤積體的中心位置與圖2 d的相比，向東推進了約2 km，這與該期間沙嘴向海推進的距離基本相符；2001－2003年間在老河口區出現沖蝕深度大于1.5 m的大片侵蝕區的范圍顯著縮小，侵蝕中心向西縮至沙嘴頭部。

由上述5個時期的沖淤變化可知：研究區水下地形的變化與入海泥沙密切相關，入海泥沙多（少），淤積范圍與淤積中心均趨增大（變小），侵蝕范圍與沖蝕中心均趨減小（增大）。至于淤積或侵蝕面積的增減大小及增減部位，還與新老河口沙嘴的進退以及不同時期海洋動力差異等多種因素有關。

綜觀水下地形9年的累積變化（圖2 f），研究區總體上呈現以下特點：老河口區為侵蝕區，侵蝕強度由海向岸逐漸增大，沖蝕深度達5 m以上的侵蝕中心位于沙嘴頭部，并在沙嘴北側形成了一個侵蝕深槽，沖蝕深度達6 m以上，其位置按波浪折射理論，正處在波能輻集的岬谷地區；新河口區為淤積區，在沙嘴前沿形成了堆積厚度達2 ～ 10 m的淤積中心，并在其南北分別形成了一個淤積體，北淤積體最大淤積厚度達10 m以上，南淤積體達9 m以上，年均堆積速率達1 m以上，兩堆積體相距約5 km。新河口區的這種演變在一定程度上類似于老河口區在行水期間塑造南北爛泥灣的趨勢。

4 影響沖淤的主要因素

4.1 河流入海水沙量變化對沖淤的影響

從研究區斷面與水下地形的變化可知：清水溝流路海岸是以河流供沙作為主要物質來源的岸段，其沖淤變化取決于河海兩大動力的相互消長，其中河流輸沙起主控作用，輸沙多，造陸面積大，水下地形多處于淤高和擴展狀態；輸沙少，則反之。2002年7月以來，小浪底水庫正式運行，調水調沙作用明顯，通過

2001年6月與2002年7月兩次攔門沙地形測驗，經分析計算河口攔門沙區淤積厚度超過0.5 m的范圍為40 km2，其中淤積厚度超過1 m的為11.1 km2[10]。自清8改汊以來，除2005年年徑流總量為206.79億m3

外，其他年份均小于200億m3，年輸沙量最大不足5億t，最小僅為0.16億t（表2），分別與多年平均年徑流總量423億m3和入海沙量10.8億t相比，均遠不足一半，屬枯水枯沙年。在入海水沙多年持續匱乏的情況下，塑造三角洲的主控因素也會相應發生變化，從圖2f中呈東 ～ 西走向的沖淤0 m線看，它恰好將研究區劃分成新、老河口區。通過各區凈沖淤量與入海沙量的相關計算（表3、圖3）表明：

表 2 清8改汊以來黃河年徑流總量和年輸沙總量（利津站）Tab.2 Yearly runoff and sediment load of Yellow River since 1996 (Lijin station)

新河口區，相關方程為：

式中：S為入海沙量，單位為億t；Q為與S同期的區內泥沙凈沖或凈淤量，單位為萬t，由沖淤體積按泥沙容重1.1 t/m3[11]換算所得（下同）。相關系數為0.86，屬正相關。可見，本區的沖淤變化仍屬河流入海泥沙主控，經過連續9a此沖彼淤、沖淤交替變化的累積，共淤積泥沙5.58億t，約占同期入海泥沙總量（18.09億t）的30%。水下地形以河流堆積地貌為主，總體呈現淤高變化，其水下地形變化受徑流輸沙影響較大。此區域的斷面沖淤變化也主要受河流來水來沙制約，潮汐、潮流和波浪等海洋動力因素對水下地貌的改造作用處于次要地位。因此，新河口區的斷面類型屬于河控型，其海岸可稱之為河控型海岸。

圖 2 清水溝新老河口區沖淤演變圖Fig.2 Evolution of new and old river mouth areas of Qingshuigou

老河口區，相關方程為：式 (2) 與入海沙量的相關系數僅為0.02。顯然，本區的沖淤變化與入海泥沙不相關。并從表3可知，歷經9 a的沖淤，老河口區內凈沖蝕泥沙3.89億t，這說明同期入海的18.09億t河流泥沙被擴散到老河口區落淤的量很少，不足以抵償被沖蝕的泥沙。老河口區水下地形多陡坎，并有深槽形成，總體表現為蝕深，可稱之沖刷區。因老河口區遠離現行河口，河流動力大大減弱，而海洋動力相對增強，潮汐、潮流和波浪成為制約該區沖淤的主控因素。因此，老河口區的斷面類型屬于海控型，其海岸可稱之為海控型海岸。

表 3 清水溝新老河口區凈沖淤量與輸沙量Tab.3 Net accretion and erosion and sediment load between new and old estuarine area of Qingshuigou

圖 3 研究區泥沙凈沖淤量與利津站輸沙量的相關曲線Fig.3 Correlation of the net accretion and erosion and sediment load (Lijin station) of the study area

綜上所述，自清8改汊以來，黃河持續處于枯水枯沙年，入海水沙對三角洲的淤積作用趨于減弱，僅使局部區域發生淤積。

4.2 海洋動力對沖淤變化的影響

清8改汊工程使河口形態、海岸邊界條件、河口海洋動力都發生了變化，出汊河口距五號樁M2無潮點距離縮短18 km ，這對新口門外高流速場的形成更加有利；河口口門海洋動力作用加強，有利于入海泥沙向河口兩側輸移，使河口沙嘴在一個較寬范圍內淤海造陸，不僅成陸穩定，且更有效地延長清水溝流路使用年限[6,12]。

老河口區偏離現行河口，失去了泥沙的直接補給，浪、潮、流等海洋動力對老河口區的斷面及水下地形的塑造有著主控影響，其侵蝕機理如下。

波浪對河口的形成和改造起著重要作用。黃河三角洲沿岸的波浪，受渤海風場作用，季節變化明顯，從波向看，冬半年盛行北向浪，夏半年盛行偏南向浪。研究區位于渤海南部的萊州灣西岸，海岸呈NWSE走向，對北向浪而言，風區長達350 km多，而南向浪的風區很短，區域的地理位置和海岸走向決定了研究區的強浪向為NNE向和NE向，次強浪向為NNW向，大浪主要出現在10月中旬至翌年4月，多由寒潮大風所引發，最大波高可超過3.5 m；夏秋季節如遇臺風侵襲，也可引起大浪，但發生頻率較低[4]。因此研究區的侵蝕主要發生在冬半年，該時期的新河口區也有侵蝕出現或淤積速率降低，但因處在現行河流入海口，經夏半年較多的入海泥沙補給，新河口區的總體呈淤高趨勢，為淤積區；老河口區因遠離河流入海口，在冬半年受波浪強烈侵蝕，在夏半年也得不到入海泥沙的充足補給，總體呈蝕低趨勢，為侵蝕區。又因老河口區河口沙嘴向東南凸出，波浪的折射效應使之波能在此匯集，因此在沙嘴前緣形成了侵蝕中心。

潮汐在黃河三角洲沿岸的變化較復雜，但沿岸潮差的變化規律較強：東營港沿岸潮差最小，通常在20 cm左右，由海港向西和向南潮差漸趨增大，向南到新河口區潮差能增至1 m左右，到老河口區能增至1.4 m[13]。黃河口的潮區界僅有10 ～ 20 km，其潮流界范圍更小，一般只有幾公里，這種影響范圍還與河口河床比降的大小有關，黃河口的比降在1/10 000左右，比較而言，黃河口潮汐和潮流對尾閭河道的影響較小[14]。

潮流是輸沙的主要動力，由河流入海和波浪掀起的泥沙，其大部分均通過潮流輸向外海。據2003年10月低潮線附近（圖4）實測：G1站位于新河口區沙嘴北側，離低潮線約1.8 km，流速為20 cm/s；G2站位于新河口區沙嘴南側，離低潮線約4 km，流速為66 cm/s ；G3站位于老河口區沙嘴北側，離低潮線不足1 km，流速為38 cm/s。若把G2站的流速經過水深訂正，就不難看出，研究區的流速由北向南增大，與沿岸潮差的增大規律相一致。即老河口區的潮流速較新河口區的大。潮流速大，所以潮流搬運泥沙的能力也較強，再加上老河口沙嘴的地形效應使得該區域的侵蝕加劇。但隨著沙嘴的進一步向后蝕退，水下岸坡變緩，沙嘴前方流線將變得稀疏，這里不再是高流速中心，流速逐漸減小，蝕退會有所減弱[15]。

圖 4 研究區測流站位圖（20003年10月）Fig.4 Different stations for measuring current at study area (Oct.2003)

5 結 語

a）自1996年10月清8改汊以來，清水溝新河口區的斷面總體表現為淤積，淤積速率與黃河入海水沙量有關，斷面類型為河控型；廢棄的老河口區缺少泥沙來源，水下斷面屬海控型，總體均呈沖刷趨勢。

b）在研究時段內，老河口區在其沙嘴頭部出現侵蝕中心，侵蝕強度由海向岸逐漸增大，并在其沙嘴北側形成了一個侵蝕深槽；新河口區在其沙嘴前沿出現淤積中心，并在其南北分別形成了一個淤積體，年均堆積速率達1 m以上。

c）清水溝新河口區連續9 年共堆積泥沙5.58億t，泥沙淤積量與入海泥沙量的相關性達0.86，水下地形以河流堆積地貌為主，受徑流輸沙影響較大，海洋動力對水下地貌的改造處于次要地位；老河口區連續9 a共沖蝕泥沙約3.89億t，潮汐、波浪和潮流成為制約該區沖淤變化的主控因素。

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Accretion and erosion characteristics of Qingshuigou Lobe of the Yellow River Delta in the near future

YANG Wei1, CHEN Shen-liang1, GU Guo-chuan1，CHEN Xiao-ying2

(1.State Key Lab of Estuarine and Coastal Research, East China Normal University, Shanghai 200062, China 2.Qingdao Institute of Marine Geology, Qingdao 266071, China)

Accretion and erosion of the estuarine area has been changing since 1996.The data of the fixed section of the new and old estuarine area at Qingshuigou Lobe between October 1996 and September 2005 was measured.According to the calculation of erosion and accretion of the sediment, it indicates that the new estuarine area is accretion zone which mainly shows accretion while the old estuarine area is erosion zone which is controlled by erosion basically.Based on the correlation calculation between the net accretion and erosion and sediment load in the study area, it reveals that the accretion rate of the new estuarine area has positive correlation with sediment load while the erosion rate of the old estuarine area has no obvious relation with it.The reasons are shown as follows: (1) the new estuary, near the river mouth, can obtain sediment supply by the Yellow River though it is suffered from the erosion by marine dynamics.So it is dominated by the fluvial dynamics.(2) On the other hand, the old estuary, far away from river estuary, can not get sediment supply and is suffered from serious erosion.So it is controlled by marine dynamics.

Qingshuigou Lobe；correlation；erosion；accretion；net accretion and erosion

P737.12+1; P343.5

A

1001-6932(2010)01-0044-08

2009-03-31；

2009-08-21

海洋公益性行業科研專項經費項目（200805063）；河口海岸學國家重點實驗室科研業務課題 (2008 KYYW06)

楊偉（1983－），男，山東泰安人，碩士研究生，主要從事河口海岸動力地貌與工程應用研究。電子郵箱：bbzz1102@163.com