黃河口清水溝流路地貌特征研究

杜小康, 王開榮, 裴洪楊, 竇身堂, 畢乃雙, 張 辛

黃河口清水溝流路地貌特征研究

杜小康1, 2, 王開榮1, 裴洪楊3, 竇身堂1, 畢乃雙2, 張 辛1

(1. 黃河水利科學(xué)研究院 水利部黃河泥沙重點實驗室, 河南 鄭州 450003; 2. 中國海洋大學(xué) 海洋地球科學(xué)學(xué)院, 山東 青島 266100; 3. 西安理工大學(xué) 水利水電學(xué)院, 陜西 西安 710048)

黃河入海流路自1976年5月改道至清水溝流路以來, 其地貌形態(tài)一直處于劇烈的變化當(dāng)中, 以往的研究雖然關(guān)注了典型斷面主槽的形態(tài)特征及過流能力的變化, 但對于清水溝流路范圍界限內(nèi)河道斷面整體形態(tài)及其沿程變化等地貌特征還缺乏系統(tǒng)研究。本文以2019年10月黃河口現(xiàn)行清水溝流路范圍漁洼以下河段加測橫斷面為研究對象, 辨識現(xiàn)狀地貌分布特點和橫斷面沿程形態(tài)特征, 并分析其成因。結(jié)果表明: 黃河口地貌形成受自然演變和人類活動的影響, 既具有主槽、灘地、堤防等河流地貌要素, 又具有灘涂、潮溝、攔門沙等海洋地貌要素。在有堤防河段, 主槽形態(tài)窄深, 過流能力較強; 在無堤防河段, 主槽形態(tài)寬淺, 過流能力較差; 從灘槽高差、唇灘高差、灘地橫比降三個指標(biāo)來看, 無堤防河段的“自然懸河”程度大于有堤防河段的“二級懸河”程度。黃河口懸河程度小于黃河下游大部分河段, 但黃河口尾閭河道的灘地橫比降依然遠大于河道縱比降, 若發(fā)生漫灘洪水將極易引起順堤行洪, 會對黃河口堤防安全造成極大威脅。

形態(tài)特征; 地貌; 清水溝流路; 黃河口

黃河入海流路自1976年5月實施人工改道, 由清水溝流路入海已40余年, 受入海水沙、海洋動力、邊界條件以及人工干預(yù)等眾多要素的共同影響, 其形態(tài)調(diào)整劇烈且復(fù)雜, 其不斷地淤積延伸是黃河下游河道淤積, 河床抬高以及形成地上懸河的主要原因[1]。為此, 不少學(xué)者圍繞黃河口尾閭河道演變做了很多研究。其中胡春宏等[2]基于河道橫斷面分析了黃河口尾閭河道的萎縮過程及與水沙過程的響應(yīng); 楊卓媛等[3]基于河道橫斷面, 計算黃河尾閭河道的河段尺度平灘形態(tài)參數(shù), 分析了1990—2016年黃河口尾閭段河床形態(tài)的調(diào)整及過流能力變化過程; 張治昊等[4]研究了水沙變異條件下河道形態(tài)調(diào)整規(guī)律, 并建立了河道形態(tài)萎縮的判別指標(biāo)。以上諸多研究主要關(guān)注典型斷面主槽的形態(tài)特征及過流能力, 而對于流路范圍界限內(nèi)河道斷面整體形態(tài)及其沿程變化等地貌特征關(guān)注較少。然而黃河口流路范圍界限內(nèi)的整體形態(tài), 尤其是河道的懸河程度, 不僅是黃河口的防洪安全評估的一項不可忽視的重要指標(biāo), 而且也是評估現(xiàn)行入海流路運用年限的重要依據(jù)。本文嘗試以清水溝流路管理范圍內(nèi)漁洼以下河段加測橫斷面為研究對象, 辨識黃河口現(xiàn)狀地貌分布特點和橫斷面沿程形態(tài)特征, 分析其成因, 以期能夠從整體上把握現(xiàn)行清水溝流路地貌特征現(xiàn)狀, 從而為黃河口地區(qū)的防洪安全和經(jīng)濟發(fā)展提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源及指標(biāo)獲取

1.1 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)來源

本文以現(xiàn)行清水溝流路流域范圍界限區(qū)域內(nèi)的地貌及橫剖面形態(tài)特征開展研究, 根據(jù)《黃河河口綜合治理規(guī)劃》, 清水溝流路管理界限是指漁洼以下河段, 左岸邊界為北大堤、孤東防潮堤, 右岸邊界為南防洪堤、南大堤, 南北約40 km的范圍(圖1)。以往研究表明[5], 黃河口感潮河段一般為15～30 km, 在非汛期, 潮區(qū)界大約在清7斷面附近(距離口門約30 km), 因此本文將清7斷面以下河段作為感潮河段。

本文所采用的數(shù)據(jù)來自黃河水利委員會水文部門2019年10月測驗的9個典型橫斷面數(shù)據(jù)(圖1), 其位置和長度如表1所示, 斷面高程系統(tǒng)采用1985年國家高程基準(zhǔn)。與以往統(tǒng)測斷面不同的是, 漁洼至汊3共7個斷面是在以往統(tǒng)測斷面的基礎(chǔ)上進行延長, 使其能夠跨越清水溝流域范圍界限; 汊補1斷面和汊補2斷面是補測的2個新斷面, 均位于汊3斷面下游, 最下游的汊補2斷面距上游漁洼斷面65.7 km。通過上述斷面測驗, 以期掌握整個清水溝流路管理范圍界限內(nèi)的橫斷面形態(tài)特征。

表1 測驗斷面位置特征

注: 斷面位置坐標(biāo)采用北京1954坐標(biāo)系統(tǒng)。

1.2 指標(biāo)獲取方法

(1) 灘地橫比降

灘地橫比降分為左灘橫比降、右灘橫比降。在本文中, 灘地橫比降采用灘唇與臨河灘面高程的差值與灘地寬度的比值。對于有堤防河段, 臨河灘面高程取臨近大堤除順堤河以外100 m寬度灘面的平均高程; 對于無堤防河段, 臨河灘面取平均高潮線以上100 m寬度范圍灘面的平均高程。具體如下式:

=/, (1)

式中,代表灘地橫比降,代表灘唇與臨堤灘面高程的差值,代表灘地寬度。

(2) 灘槽高差

臨河灘面高程與平灘流量時主槽平均河底高程的差值[7]。灘槽高差越小, 說明河道萎縮嚴重, 懸河程度越高。

(3) 唇灘高差

灘唇與臨河灘面高差[7]。本文當(dāng)中取左、右岸較低灘唇高程與其相應(yīng)側(cè)臨河灘面高程的差值。

(4) 河相系數(shù)

采用平灘流量時的河相系數(shù)[8]。

(5) 主槽平灘過流面積

水位與左右岸最低灘唇高程齊平時的主槽過流面積。先判別主槽左、右岸灘唇的位置, 以較低灘唇的高程為基準(zhǔn), 以積分方式求得主槽過水面積。

2 橫斷面地貌分布和形態(tài)特征

2.1 典型河段橫斷面地貌分布特征

河口地貌是受河流和海洋動力等作用, 經(jīng)侵蝕、搬運和堆積過程所形成的相互消長的各種地貌總稱, 其既有河流地貌要素, 又有海洋地貌要素。黃河口的河流地貌類型與黃河下游較為相似, 所包含的自然地貌要素有主槽、灘地、自然堤、串溝、心灘等, 包含的人工地貌要素有堤防、生產(chǎn)堤、控導(dǎo)、險工等; 黃河口海洋地貌所包含的自然地貌要素有攔門沙、灘涂、潮溝等, 包含的人工或人工與自然復(fù)合的地貌要素有防潮堤、汊河、流域依托陸域等。本文分別選取漁洼、清加6、汊1(二)、汊補2四個代表斷面, 對橫斷面地貌特征進行識別與分析, 其平面位置如圖1所示, 這四個斷面代表了清水溝流路四種不同的地貌分布特征, 其中漁洼、清加6斷面屬于受兩岸堤防約束的槽灘地貌, 汊1(二)、汊補2屬于不受兩岸堤防約束的槽灘地貌。

漁洼斷面屬于窄約束性槽灘地貌, 該斷面附近是近代黃河入海流路的擺動頂點, 位于西河口水位站上游12.2 km, 兩岸堤距相對較窄, 約為5.3 km (圖2)。斷面主槽單一, 寬度為572 m, 平均高程為4.66 m; 兩岸灘地有生產(chǎn)堤、串溝存在, 其中左岸灘地寬3 657 m, 平均高程為7.32 m, 左灘橫比降為3.4‰, 右岸灘地寬1 020 m, 平均高程為7.43 m, 右灘橫比降為5.1‰; 在左右岸大堤臨河側(cè)均有約1 m深的順堤河, 說明漁洼斷面兩岸大堤臨河側(cè)出現(xiàn)過順堤行洪現(xiàn)象。左岸北大堤背河側(cè)平均高程為6.2 m, 比左岸臨河灘面高程低0.6 m, 為典型的“二級懸河”形態(tài)。

圖2 漁洼斷面地貌形態(tài)結(jié)構(gòu)

清加6斷面屬于寬約束性槽灘地貌, 位于西河口水位站下游24.37 km, 漁洼斷面下游36.57 km, 該斷面橫跨整個清水溝流路管理范圍界限, 自左端孤東防潮堤開始, 至右岸南大堤橫跨整個清水溝流流路管理范圍(圖3)。清加6斷面兩岸堤距相對較寬, 約為12.6 km; 兩岸大堤背河側(cè)有屬于清水溝流路范圍的依托陸域存在, 南北向流路管理范圍最大寬度可達37.5 km; 清加6斷面主槽寬511 m, 平均高程1.39 m; 灘地有生產(chǎn)堤、串溝存在, 右岸有多個入海流路故道存在, 如甜水溝、小島河等, 左岸灘地寬5 328 m, 平均高程為3.78 m, 左灘橫比降為3.9‰,右岸灘地寬6 808 m, 平均高程為3.53m, 橫比降為2.3‰。左岸依托陸域?qū)?1 228 m, 平均高程為1.38 m,橫比降為1.8‰; 右岸依托陸域?qū)?3 586 m, 平均高程為1.89 m, 橫比降為0.59‰, 孤東油田在左岸流域依托陸域范圍內(nèi), 寬為8 600 m。左岸臨河側(cè)比背河側(cè)平均高2.4 m, 右岸臨河側(cè)比背河側(cè)平均高1.64 m, 斷面整體為二級懸河形態(tài)。主槽距左岸孤東圍堤16 556 m, 距右岸故道甜水溝6 269 m, 距右岸小島河19 965 m。

汊1(二)斷面屬于開放性槽灘汊河地貌, 位于西河口水位站下游37.41 km, 漁洼斷面下游49.61 km, 位于現(xiàn)行清8汊河沙嘴中部區(qū)域(圖1)。汊1(二)斷面無堤防約束, 其左右岸陸上邊界均系平均高潮線, 寬度約為22.4 km(圖4); 1996年5月之前行河主槽與現(xiàn)行清8汊河主槽共存, 其中清8汊河主槽寬399 m, 主槽平均高程為–0.12 m, 1996年前行河主槽寬408 m,平均高程為–0.13m; 汊1(二)斷面灘地包括左岸灘地、右岸灘地以及現(xiàn)行主槽與1996年前主槽的中間灘地, 其中左灘地寬8 622 m, 平均高程為0.73 m, 左灘橫比降約為4.1‰, 右灘地寬12 062 m, 平均高程為1.164 m, 右灘橫比降為4.0‰, 中間灘地寬度為918 m, 平均高程為2.37 m。該斷面河漫灘地與潮灘共存, 串溝和潮溝發(fā)育, 現(xiàn)行河道主槽距左岸北汊河主槽約6.4 km。在現(xiàn)行主槽以及1996年前主槽附近的河灘地范圍內(nèi)分布了大面積喜淡水的蘆葦草甸, 在高潮線附近廣泛分布有鹽地堿蓬, 以及少量的檉柳林, 在高潮線以下受潮水影響, 主要為無植被覆蓋的裸灘[9]。

圖3 清加6斷面地貌形態(tài)結(jié)構(gòu)

圖4 汊1(二)斷面地貌形態(tài)結(jié)構(gòu)

汊補2斷面屬于開放性槽灘攔門沙地貌, 該斷面無堤防約束, 位于西河口水位站下游53.5 km, 漁洼斷面下游65.7 km, 位于清8汊河沙嘴頂部區(qū)域(圖1)。其左、右岸陸上邊界均系平均高潮線, 寬度約為6.4 km(圖5)。汊補2斷面有左、右兩個汊河存在, 其中左汊河寬1 057 m, 平均高程–0.17 m; 右汊河寬860 m, 平均高程0.18 m, 在復(fù)雜的水沙動力作用下, 主、支汊河可以相互轉(zhuǎn)換。該斷面發(fā)育有心灘、攔門沙等典型地貌單元, 河漫灘地與潮灘共存, 串溝和潮溝發(fā)育, 其中左灘涂寬1 878 m, 平均高程為0.49 m, 左灘橫比降約為6.2‰, 右灘涂寬879 m, 平均高程為1.164 m, 右灘橫比降為6.6‰, 心灘(攔門沙)寬度為6 808 m, 平均高程為0.93 m。該斷面所在河段廣泛分布了適宜于較高鹽度的互花米草, 以及少量的檉柳林。

圖5 汊補2斷面地貌形態(tài)結(jié)構(gòu)

2.2 尾閭河道橫斷面沿程形態(tài)特征

根據(jù)尾閭河道的特點, 將漁洼以下尾閭河道分為有堤防河段(漁洼斷面至其下游下約42 km內(nèi)河段)和無堤防河段(漁洼斷面下游42 km以下河段)。由于清7斷面也在漁洼斷面下游約42 km處, 因此現(xiàn)狀無堤防河段與感潮河段基本重合, 受潮流動力的影響較大, 有堤防河段基本不在感潮河段范圍內(nèi), 受潮流動力影響較小。

尾閭河道左、右岸灘地平均高程較為一致, 均沿程下降, 主槽平均高程除部分河段略微抬升以外, 整體也呈下降趨勢(圖6)。從表2可以看出, 漁洼至汊補2河段主槽縱比降為0.74‰, 左灘地縱比降為1.04‰, 右灘地縱比降為1.05‰, 灘地縱比降大于主槽縱比降, 左右岸灘地高程沿程下降幅度大于主槽平均高程沿程下降幅度, 無堤防河段縱比降小于有堤防河段縱比降, 主槽及灘地高程沿程逐漸趨緩。整個漁洼以下河道左、右岸灘地平均高程均大于主槽平均高程, 沒有出現(xiàn)黃河下游部分河段的灘地高程小于主槽平均高程的情況[10]。

利用主槽平灘過流面積以及河相系數(shù)兩個指標(biāo)來表征尾閭河道主槽的橫斷面沿程形態(tài)特征。由圖7和表2可知, 主河槽的過流面積沿程減小, 河相系數(shù)沿程增加, 主槽形態(tài)由窄深逐漸變?yōu)閷挏\, 水流越來越容易漫灘。在有堤防河段, 主槽平均過流面積為1 643.1 m2; 在無堤防河段, 主槽平灘過流面積為1 373.8 m2, 由前文分析可知, 無堤防河段的主槽縱比降小于有堤防河段的主槽縱比降, 因此無堤防河段主槽過流能力小于有堤防河段主槽過流能力。

圖6 主槽及灘地平均高程沿程變化

表2 漁洼以下河段主槽、灘地形態(tài)參數(shù)對比

注: 表中所指的高程、縱比降、過流面積、河相系數(shù)均為河段平均值。

圖7 漁洼以下河段主槽平灘過流面積及河相系數(shù)沿程變化

利用灘槽高差、唇灘高差以及灘地橫比降三個指標(biāo)來表征尾閭河道主槽的橫斷面沿程形態(tài)特征(圖8、圖9)。灘槽高差表現(xiàn)為沿程減小趨勢, 唇灘高差表現(xiàn)為沿程先增加后減小的趨勢。在有堤防河段, 平均灘槽高差為2.76 m, 平均唇灘高差為1.02 m; 在無堤防河段, 平均灘槽高差為0.96 m, 平均唇灘高差為1.71 m。無堤防河段的灘槽高差明顯小于有堤防河段的灘槽高差, 無堤防河段的唇灘高差明顯大于有堤防河段的唇灘高差, 相差幅度在65%以上(表3)。從灘地橫比降這個指標(biāo)來看, 左灘橫比降呈沿程增加的變化趨勢, 右灘橫比降呈現(xiàn)先減小后增加的變化趨勢(圖9)。在有堤防河段, 左、右岸灘地橫比降較小, 左灘平均橫比降為3.1‰, 右灘平均橫比降為3.8‰, 右灘平均橫比降大于左灘平均橫比降(表3); 在無堤防河段, 左、右岸灘地橫比降有不同程度的增加, 左灘平均橫比降為5.0‰, 右灘平均橫比降為4.6‰, 相對于有堤防河段, 無堤防河段左、右灘橫比降分別增加了61.29%和21.05%, 左岸灘地橫比降增大幅度更為明顯(表3)。在整個漁洼以下河道, 左、右岸灘地平均橫比降均大于3‰, 灘地橫比降仍遠大于河槽的縱比降。

圖8 漁洼以下河段灘槽高差、唇灘高差沿程變化

圖9 漁洼以下河段左右岸灘地橫比降沿程變化

從以上三個指標(biāo)來看, 漁洼至汊補2河段無堤防河段的懸河程度形勢比有堤防河段更大。根據(jù)相關(guān)研究, 黃河下游的灘槽高差大多小于2 m, 甚至出現(xiàn)小于0 m的情況[10], 灘地橫比降大多在5‰以上[12], 從灘槽高差與灘地橫比降兩個指標(biāo)來看, 黃河口尾閭河道的懸河程度好于大部分黃河下游河道。

3 尾閭河道橫斷面形態(tài)特征成因

黃河現(xiàn)行清水溝入海流路是在大量淤積以及人工修筑堤防約束水流的基礎(chǔ)上逐漸塑造形成, 其橫斷面形式與黃河下游一樣同為復(fù)式斷面。但由于在漁洼以下約42 km處以下河段無堤防約束, 沒有人工干預(yù)因子的直接影響, 同時受徑流和海洋等多種復(fù)雜動力因素的作用, 其形態(tài)成因與黃河下游河段相比又有所區(qū)別。

表3 漁洼以下河段懸河指標(biāo)在有、無堤防河段對比

注: 表中所指的灘槽高差、唇灘高差、左灘橫比降、右灘橫比降均為河段平均值。

3.1 主槽形態(tài)特征成因

有堤防河段的平均過流面積為1 643.09 m2, 平灘河相系數(shù)為5.73, 無堤防河段的平均過流面積為 1 373.82 m2, 平灘河相系數(shù)為12.60。與有堤防河段相比, 無堤防河段的主槽過流面積減小幅度明顯, 整體減小了16.3%, 平灘河相系數(shù)超過有堤防河段的2倍, 形態(tài)變得更為寬淺。

有堤防河段基本在潮區(qū)界以上, 該河段平均縱比降為0.85, 明顯大于無堤防河段。主槽受徑流動力的影響, 幾乎不受潮汐頂托的作用, 因此該河段流速較大。以往研究表明[11], 流速是水流搬運能力的重要影響因素, 在其他條件一定的情況下, 當(dāng)流速增加1倍, 水流的搬運能力則是原來的64倍。因此該河段水流挾沙能力較強, 落淤較少, 從而主槽形態(tài)相對窄深, 過流面積較大。

無堤防河段基本都在潮區(qū)界以下, 該河段平均縱比降為0.54, 相對于有堤防河段明顯減小, 在距口門附近的汊3至汊補2河段甚至出現(xiàn)倒比降(圖6)。受河道驟然大幅度展寬、水流擴散、潮汐頂托或鹽水楔上溯、縱剖面倒比降等因素影響, 水流流速急速下降, 挾沙能力隨著流速的降低而大幅下降, 而上游所挾帶的泥沙因為水流挾沙能力降低而大量落淤, 從而導(dǎo)致該河段主槽形態(tài)更加寬淺, 過流面積相對較小。

3.2 懸河形態(tài)特征成因

(1) 唇灘高差和灘地橫比降

唇灘高差和灘地橫比降這兩個指標(biāo)的成因互相關(guān)聯(lián), 且都有沿程增大的變化趨勢。有堤防河段和無堤防河段平均唇灘高差均大于1 m, 平均灘地橫比降均大于3‰。

在有堤防河段, 河道兩側(cè)有堤防的約束, 左右岸灘地不受兩側(cè)海洋動力的作用。在左、右岸灘地唇灘高差差別不大的情況下, 主槽更靠近堤防的那一側(cè), 灘地寬度越小, 橫比降越大。與此同時, 在有堤防河段分布有生產(chǎn)堤, 生產(chǎn)堤的存在減輕了洪水漫灘的次數(shù), 這將導(dǎo)致淤積主要集中在主槽和嫩灘上, 而生產(chǎn)堤至大堤間的淤積量減少[12], 從而導(dǎo)致唇灘高差和灘地橫比降的增加, 這也是黃河下游典型“二級懸河”的形成原因。

在無堤防河段, 河道兩側(cè)無堤防的約束, 左右岸灘涂受海洋動力的直接作用。由于黃河口強浪主要來自東北方向[13], 因此流路左岸侵蝕作用較強, 左灘橫比降大于右灘橫比降(表3), 且左灘平均高程低于右灘地平均高程(表2)。同時, 現(xiàn)行清8汊河口門附近灘地廣泛分布互花米草等植被[14], 占地面積約3 485 hm2, 這些植被減弱了河槽兩側(cè)的水流沖刷強度, 促進了泥沙的落淤[15]; 而平均高潮線附近鹽度較大, 植被分布較少, 對水流動力減弱作用較小, 沖刷較強, 從而導(dǎo)致無堤防河段的唇灘高差和灘地橫比降的增大, 且左岸灘地的橫比降大于右岸灘地的橫比降。

(2) 灘槽高差

有堤防河段的平均灘槽高差為2.76, 無堤防河段的平均灘槽高差為0.96。無堤防河段相對于有堤防河段, 灘槽高差減小了65.22%。這是由于一方面根據(jù)前述分析可知, 尾閭河段的主槽形態(tài)沿程變得更為寬淺, 而過流面積則沿程減少, 因此無堤防河段的主槽深度整體小于有堤防河段; 另一方面, 無堤防河段因為沒有堤防的約束, 徑流所挾帶的泥沙在灘地淤積厚度相對于有堤防河段明顯減小, 灘地平均高程下降幅度較主槽平均高程下降幅度更大, 從而導(dǎo)致灘槽高差沿程減小。

4 結(jié)論

本文以2019年10月黃河口現(xiàn)行清水溝流路范圍漁洼以下河段加測橫斷面為研究對象, 辨識現(xiàn)狀地貌分布特點和橫斷面沿程形態(tài)特征, 并分析其成因。得到主要認識如下:

1) 黃河現(xiàn)行清水溝流路尾閭河道橫斷面分為窄約束性槽灘地貌、寬約束性槽灘地貌、開放性槽灘汊河地貌、開放性槽灘攔門沙地貌四種地貌類型。其中窄約束性槽灘地貌和寬約束性槽灘地貌包含主槽、灘地、堤防等河流地貌要素, 具有典型的河流地貌類型特征; 而開放性槽灘汊河地貌和開放性槽灘攔門沙地貌除了含有上述部分河流地貌要素, 還包括灘涂、潮溝、攔門沙等海洋地貌要素, 兼具河流與海洋雙重地貌特征。

2) 無堤防河段的主槽過流能力明顯小于有堤防河段的主槽過流能力。有堤防河段平均主槽河相系數(shù)為5.73, 平均過流面積為1 643.09 m2, 平均縱比降為0.85‰, 主槽形態(tài)較為窄深, 過流面積較大, 縱比降較大, 因此主槽過流能力較強; 無堤防河段平均主槽河相系數(shù)為12.60, 平均過流面積為1 373.82 m2, 平均縱比降為0.54‰, 主槽形態(tài)較為寬淺, 過流面積較小, 縱比降較小, 導(dǎo)致過流能力較小, 因此無堤防河段更容易發(fā)生漫灘和出汊。以上兩個河段主槽形態(tài)差異的形成主要是由于有堤防河段基本在潮區(qū)界以上, 無堤防河段基本都在潮區(qū)界以下, 與有堤防河段相比, 無堤防河段該河段河道大幅度展寬, 水流擴散, 潮汐頂托作用明顯, 水流流速急速下降, 挾沙能力隨之降低, 導(dǎo)致落淤較多, 從而使無堤防河段主槽過流面積減小, 形態(tài)更加寬淺。

3) 無堤防河段的懸河程度明顯大于有堤防河段的懸河程度。與有堤防河段相比, 無堤防河段沒有兩岸大堤的約束, 徑流所挾帶的泥沙在灘地淤積厚度相對于有堤防河段明顯減小, 而無堤防河段的主槽形態(tài)較為寬淺, 從而導(dǎo)致無堤防河段灘槽高差相對較小; 與此同時, 無堤防河段高潮線附近植被分布較少, 受海洋動力直接侵蝕作用較為明顯, 而其主槽兩側(cè)則由于互花米草等植被的存在促進泥沙落淤, 從而導(dǎo)致無堤防河段的唇灘高差和灘地橫比降相對較大。因此無堤防河段的“自然懸河”程度明顯大于有堤防河段的“二級懸河”程度。

4) 從灘槽高差、灘地橫比降兩個指標(biāo)來看, 現(xiàn)行清水溝流路尾閭河道的懸河程度小于大部分黃河下游的懸河程度。但現(xiàn)行清水溝流路的灘地橫比降依然遠大于河槽縱比降, 部分河段的大堤臨河側(cè)有明顯的順堤河, 再加上兩岸灘地串溝、潮溝廣泛分布, 當(dāng)發(fā)生漫灘洪水時, 極易造成順堤行洪, 對黃河口堤防造成極大的威脅。因此黃河口河道的懸河程度, 尤其是有堤防河段的“二級懸河”依然是黃河口綜合治理當(dāng)中一項不可忽視的問題。

5) 本文只對黃河口現(xiàn)狀大斷面形態(tài)及成因進行了初步的探討, 對于入海水沙、海洋動力等要素對黃河口地貌形態(tài)演變的影響尚需進一步的研究。

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Geomorphic characteristics of the Qingshuigou flow path in the Yellow River estuary

DU Xiao-kang1, 2, WANG Kai-rong1, PEI Hong-yang3, DOU Shen-tang1,BI Nai-shuang2, ZHANG Xin1

(1. Yellow River Institute of Hydraulic Research, Yellow River Conservancy Commission, Zhengzhou 450003, China; 2. College of Marine Geosciences, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 3. School of Water Conservancy and Hydropower Engineering, Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, China)

The topography of the Yellow River flow path into the sea has undergone drastic change since it was diverted to the Qingshuigou flow path in May 1976. Although previous studies have studied the changes in the morphological characteristics and flow capacity of the main channel of the typical section, the overall shape of the channel section within the boundary of the Qingshuigou flow path and its change characteristics along the channel are still lacking in systematic research. Based on a measured cross section of the river below Yuwa in the current Qingshuigou flow path of the Yellow River estuary in October 2019, this study recognizes the geomorphic features of the typical cross section, calculates the cross-sectional morphological indicators, and systematically analyzes the morphological characteristics of the main channel and the degree of the perched river. Results show that the geomorphological structure of the Yellow River estuary, which is affected by natural evolution and human activities, exhibits not only the riverine characteristics of the lower Yellow River but also oceanic characteristics. In the reach with embankments, the main channel is narrow and deep in shape with a strong flow capacity, while in the reach without embankments, the main channel is wide and shallow in shape with a poor flow capacity. From three indexes of elevation difference between beach and main river channel, elevation difference between natural levee and beach, and the transverse beach slope, it can be seen that the degree of “natural perched river” in the reach without embankment is greater than the degree of “secondary perched river” in the reach with embankment. Although the degree of “perched river” at the mouth of the Yellow River is weaker than that at most of the lower reaches, the beach transverse slope is still much larger than the longitudinal slope of the river at the Yellow River estuary. If flooding occurs, it will easily flood along the embankment toe, posing a great threat to the security of the embankment in the Yellow River estuary.

morphological features; geomorphology; Qingshuigou flow path; Yellow River estuary

Dec. 13, 2020

TV856

A

1000-3096(2021)12-0077-09

10.11759/hykx20201213001

2020-12-13;

2021-02-05

國家重點研發(fā)計劃項目(2017YFC0405502); 黃河水利科學(xué)研究院基本科研業(yè)務(wù)費專項(HKY-JBYW-2019-03, HKY-JBYW-2020- 11)

[National Key Research and Development Program of China, No. 2017YFC0405502; Special Fund for Basic Scientific Research Operation of Yellow River Institute of Hydraulic Research, Nos. HKY-JBYW- 2019-03, HKY-JBYW-2020-11]

杜小康(1993—), 男, 河南南陽人, 博士研究生, 工程師, 主要從事河流動力學(xué)及河口海岸治理方面的研究, 電話: 0371-66023954, E-mail: 897463343@qq.com; 王開榮(1963—),通信作者, 高級工程師(教授級), 電話: 0371-66024539, E-mail: kairongw@163.com

(本文編輯: 康亦兼)