3.2 黄河下游水沙及河道形态变化

3.2.1 黄河流域及下游河道概况

黄河发源于青海高原巴颜喀拉山北麓约古宗列盆地，途径青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、山西、陕西、河南和山东9个省（自治区），穿越黄土高原及黄淮海平原，在山东垦利县流入渤海，如图3.1所示。黄河干流全长5464km，流域总面积79.5万km²（含内流区域面积4.2万km²），是我国的第二大河流。流域内多年平均年降水量为476mm（1956—1979年），多年平均天然年径流量为580亿m³，相当于降水总量的16.3%；据1919—1960年资料统计，三门峡站多年平均输沙量为16亿t，多年平均含沙量为37.8kg/m³，其中1977年9月7日测得含沙量高达911kg/m³。输沙量之多，含沙量之高，为世界之最（黄河水利委员会黄河志总编辑室，1998）。

黄河干流以河口镇和桃花峪为界，分为上游、中游和下游三段。上游河道全长3472km，流域面积42.8万km²。上游流经青藏高原与黄土高原交接地带时，水面落差大，水力资源十分丰富，河段内分布有龙羊峡、刘家峡、盐锅峡、八盘峡、李家峡、大峡等水利枢纽工程，对促进西北地区工农业发展起到了重要的作用。上游流经宁夏和内蒙古地区时，两岸分布有宁夏青铜峡灌区和内蒙古三盛公灌区，是重要的农业基地。河口镇至桃花峪的黄河中游河段全长1206km，流域面积34.4万km²。该河段主要流经晋陕峡谷，峡谷两岸是广阔的黄土高原，土质疏松，水土流失严重，支流水系特别发育，大于100km²的支流有56条。区间支流平均每年向干流输送泥沙9亿t，占全河年输沙量的56%，是黄河流域泥沙来源最多的地区。黄河过潼关折向东流356km至河南省郑州市桃花峪。其中三门峡以上113km为黄土峡谷，较为开阔；三门峡以下至孟津151km，区间有洛河及沁河注入，是黄河流域常见的暴雨中心。该河段暴雨强度大，汇流迅速集中，产生的洪水来势猛，洪峰高，是黄河下游洪水的主要来源之一。

图3.1 黄河流域简图

黄河下游河段指桃花峪至利津站之间的河段，全长786km，流域面积2.3万km²，如图3.2所示，在黄河流域中的具体位置见图3.1中虚线框 （a）。黄河下游河道贯穿华北平原，绝大部分河段靠堤防约束。由于大量的泥沙淤积，河床逐年抬高，目前河床高出背河地面3～5m，部分河段如河南封丘曹岗附近高出10m，是世界著名的 “地上悬河”。该河段比降上陡下缓，平均为1.11‱。受历史条件限制，黄河下游现行河道呈上宽下窄的格局，桃花峪—高村河段两岸一般堤距5～14km，最宽达20km，河道宽浅，河心多沙洲，水流散乱，冲淤变化剧烈，主流游荡不定，是典型的游荡型河道。高村—陶城铺河段堤距1.5～8.5km，主槽摆动幅度及速率较游荡性河段要小，属于游荡性河道与弯曲性河道之间的过渡性河段。陶城铺—利津河段堤距0.4～5km，两岸险工、控导工程鳞次栉比，防护河段占河长的70%，河势基本得到控制，属于弯曲性河道。

图3.2 黄河下游河段示意图

3.2.2 黄河下游来水来沙条件

新中国成立以来，随着社会经济的不断发展，大量的蓄水工程、引水设施不断修建，至2000年，黄河流域已建各种大、中、小水库3100多个，总库容达700亿m³，尤其是1960年三门峡水库投入运行、1986年龙羊峡水库投入运行以及2000年小浪底水库投入运行，极大地改变了黄河干流的来水来沙条件。除此之外，沿线各种用于生活、灌溉的引水工程更是不计其数，河道径流量和输沙量均大幅度减少。人类活动及气候变化对黄河流域水沙条件及河道形态产生了越来越深刻的影响。

图3.3为黄河干流主要测站各时段的年均径流量变化情况。可以看到，除了1960—1964年丰水时段的年均径流量比1950年代的天然径流量有所增加外，其余时段都明显比天然径流量少，而且1986年以后这种趋势越来越明显，2000年以后的年均径流量减小到了所有时段中的最小值。从图3.3中还可以看出，由于工农业生产的取水引水，黄河下游沿程的径流量不增反降，呈现沿程不断减少的趋势，而且这种减少的趋势自1986年以后更加明显。图3.4反映了黄河干流主要测站各时段输沙量的变化情况。可以看出，总体上黄河干流输沙量呈现减少的趋势，尤其是1986年以后的减少幅度十分明显。

黄河下游水沙条件的变化和河道形态的调整受流域气候变化和人类活动的共同影响，其中人类活动影响最显著的是1960年三门峡水库投入运行、1986年龙羊峡水库投入运行以及2000年小浪底水库投入运行。以花园口站为例，图3.5给出了1960—2007年花园口站的年径流量和汛期径流量，图3.6给出了1960—2007年花园口站的年输沙量和汛期输沙量，可以看出，总体上花园口站径流量和输沙量均呈现减少的趋势，尤其是1986年以后径流量和输沙量均迅速减少，至2000年左右达到最小值。

图3.3 黄河干流主要测站各时段年均实测径流量变化

图3.4 黄河干流主要测站各时段年均实测输沙量变化

图3.5 黄河花园口站径流量变化

图3.6 黄河花园口站输沙量变化

为更加详细地反映黄河下游水沙条件的变化，表3.1分别以1964年、1973年、1986年和2000年为界，对花园口站、高村站、孙口站和利津站各个时段的径流量和输沙量进行了统计，其中受实测资料限制，孙口站缺少1960—1964年的实测水沙资料。表3.1显示，1960—1964年是黄河下游近50年来水量最丰的时期，黄河下游年均径流量超过500亿m³，其中汛期径流量约300亿m³；这一时期由于三门峡水库的拦沙作用，大量泥沙直接在水库中落淤，水库下泄水流含沙量相对较低，黄河下游沿程冲刷，输沙量沿程增加，其中花园口年均输沙量为7.6亿t，其中汛期输沙量为5.7亿t，利津站则分别为9.5亿t和7.4亿t。

1965—1973年为三门峡水库滞洪排沙运用期，加上该时段来水偏枯、来沙偏多，下游径流量均有较大幅度的减少。花园口和高村站年均径流量较1960—1964年减少了16%，汛期径流量减少约23%；受下游引水增加的影响，利津站年均径流量和汛期径流量分别减少23%和31%，减少幅度略大于花园口站和高村站。

1974年三门峡水库改为蓄清排浑运行方式，下游汛期输沙量较1974年以前有所增加；1981—1985年受水沙来源区降雨多、中游地区降雨少的影响，黄河下游迎来了难得的丰水少沙系列。综合来看，与1965—1973年相比，1974—1985年黄河下游径流量变化不大，其中花园口站还有小幅上升，而输沙量均有较大幅度的下降，年均输沙量下降21%～28%，汛期输沙量下降14%～19%。

1986年黄河上游龙羊峡水库投入运行以后，下游水沙条件急剧恶化，径流量和输沙量均持续减少。与1974—1985年相比，1986—1999年黄河下游花园口站、高村站、孙口站和利津站年均径流量分别减少36%、40%、40%和55%，其中汛期径流量分别减少51%、53%、52%和59%；年均输沙量分别减少32%、46%、44%和53%，其中汛期输沙量分别减少35%、50%、48%和53%。

2000年小浪底水库投入运行，2002年开始调水调沙，黄河下游水沙条件呈现出新的变化趋势。2000—2005年，黄河下游径流量和输沙量均呈现逐年增加的趋势，2005年以后径流量有所波动，输沙量小幅下降。

表3.1还表明，黄河下游水沙年内分配呈现先增后减的变化趋势。1986年以前，黄河下游汛期径流量和汛期输沙量基本维持稳定或略有增加，但1986年以后，下游河段汛期径流量和汛期输沙量占全年的比例均显著下降，尤其是2000年以后，黄河下游汛期径流量占全年径流量的比例平均为45%左右，汛期输沙量占全年输沙量的比例平均为65%，而1974—1986年间，这一比例分别为62%和84%。上述分析表明，近年来黄河下游水沙条件年内分配均匀化的趋势比较明显。

黄河下游水沙条件的变化还体现在洪峰流量的减小，大洪水出现频次的降低。图3.7以花园口站为例，给出了1950—2004年最大洪峰过程线，可以看到，洪峰流量持续减小，1950—1960年洪峰流量平均值超过10000m³/s，而2000—2004年则不足2500m³/s，减少幅度超过75%。图3.8为花园口站汛期流量小于某流量级出现频率的变化曲线，可以看出1986年以后大流量出现的频率大量减少。由于沿程的取水作用，图3.8中所表现出来的这种减少规律越往下游趋势越明显。

图3.7 黄河花园口站历年最大洪峰过程线

图3.8 黄河花园口站不同时段汛期小于某流量级出现的频率

3.2.3 黄河下游河道形态变化

随着水沙条件的变化，黄河下游河道形态也随之发生相应的调整，总体趋势是河床淤积，同流量水位上升，过流断面减小，主槽萎缩，河道排洪输沙能力下降。图3.9和图3.10分别为花园口站和高村站1964年、1986年和1999年汛后的实测断面。可以看出，河道断面呈逐步淤积抬升的趋势，主槽过流断面逐步缩小。

图3.9 黄河花园口站实测断面变化对比

图3.10 黄河高村站实测断面变化对比

河床的淤积抬升直接抬高了洪水水位。图3.11以花园口站和利津站1950年为基点，点绘了两站1950—1998年3000m³/s同流量水位的变化过程线（王开荣等，2007）。可以明显看出，虽然两站3000m³/s同流量水位处于不断的波动变化中，但总体上持续抬升的趋势是一致的，与1950年相比，1998年两站同流量下水位抬升幅度超过2.6m，其中利津站1997年最大抬升达3.1m。

为进一步反映河道主槽的萎缩情况，图3.12给出了花园口站、高村站、孙口站和利津站1960—2007年间平滩流量的变化曲线。可以看出，黄河下游平滩流量近50年有两次明显的减小，一是1965年三门峡水库改为滞洪排沙运用，加上来水偏枯来沙偏多，平滩流量迅速下降，四站平均平滩流量由1965年的7800m³/s锐减至1973年的3800m³/s；二是1986年龙羊峡水库开始蓄水，下游水沙条件迅速恶化，四站平均平滩流量由1986年的6400m³/s下降至2002年的2800m³/s。

图3.11 黄河花园口、利津站历年3000m³/s时的水位升降

图3.12 黄河下游主要测站平滩流量历年变化