（自然地理学专业论文）黄河入海水沙通量变化规律与三角洲演变关系.pdf

摘要 灏滚入海水沙通量是地球科学豳际翦瀣谋题，是匿际地翳一生物匿计划 ( i g b p ) 的两个核心计划全球海洋通量联合研究 大足度气候模式f 鲡厄尔露诺南方涛动阻 及大气海洋间的c 0 2 通量的年间变幼等) 之间联系的辨识；4 ) 对海洋生物在碳 循环中作曩的探讨( h a l l 醚啦。，2 2 ) ；l o i c z 拟麸以下闻题入手强震海岸鬻过 程的系统分析：1 ) 入海物质总量及菇变化对海岸带功能的影响；2 ) 陆域土地利 用( 城市化) 的效益：3 ) 陆源物质在海岸带的归宿与转换；4 ) 海岸带系统完整 注与资源可持续往；5 ) 海岸蒂晟险与安全。 河流入海物质通量是地球科学圜际前沿课题，是i g b p 的两个核心计划 j g o f s 和l o i c z 的中心议题( h o l l i g 氇摊& d e b o o i s ，1 9 9 3 ；p e 棘硅o & m i l l m a n ，1 9 9 5 ) 。 据g a r r i s & m a c h e n z i e ( 1 9 7 1 ) 估算，由陆溉进入海浠的物质约8 5 是经河流搬运入海 的，因此河流的八海物质道爨在陆地入海物质邋量中占有霭耍的地位( 沈焕庶、 寒建萦，i 9 辨) 。萁孛，薅滚入海承汐遥量在不矮戆建黎纯学疆环孛莛重要俸鼹， 由于污染物与混沙有吸附效应，泥沙输移对污染物的迁移和循环也起重要作用， 对它进行研究具有重大的科学和实际意义。 三角澜冲淤演交一方蕊是由鑫然过程所决定，翔海液、灞汐、海平面上羚、 近岸流、降水和径流的自然变化，另一方面，流域的人类活动对水赘源的不断开 发列髑迄已经严滚影嚷至三最测熬溅沙 给( 錾沈良、骧吉余，2 0 0 2 ) 。泼沙夔 不断补给是三角洲各种地貔和海岸线稳定的物质基础。近几十年来，由于流域建 坝、引水量的增大、水土保持的开展等人类活动的影响，世界上许多河流入海泥 涉呈减少趋势，觚丽导象三舞溺淤涨减缓萎至侵谴。攒估计，畿界汐矮海簿匏 7 0 正在遭受侵蚀，在美圈可能接近9 0 ( 陈沈良、陈吉余，2 0 0 2 ) 。2 0 世纪初 尼罗河的入海泥沙量曾达1 2 1 4 亿怕，但六十年代阿斯旺大坝的修建导致大量 淀沙京库麦淤获，尼罗浮三囊溅塞联强烈l ；蠡遗( f 蔬o s ，i 9 9 5 ) ；荑鬻兹密嚣诞毙 河现代三角洲入海泥沙减少4 0 ，导致三角洲蚀退：引滦工程引起滦河三角洲 海岸严重侵蚀；南渡江输沙量的持续减少导致三角湖北瘁侵蚀呈加剧之势( 龚文 平、王宝妯，1 9 9 8 ) 。类似豹铡子还有西班牙的埃布罗河三角铡等。 黄河是世界上著名的多沙河流，过去平均每年将1 2 亿t 悬穆质泥沙输送 入海( 钱宁、凰文洼， 9 6 5 ) ，占全瞧雾溪流霉入海悬移震涯沙 8 黔2 4 0 亿t 翡 5 以上，在全球泥沙循环中具有重鞭作用。网此，黄河口在全球变化背景下的 海岸带陆海相互作用( l o i c z ) 中占有重要地位，是海岸带陆海棚互作用中的重 要场搿。萄对，黄河输往漓嗣建区的混沙除一都分淤积凌恁滴河遴羚，萁德大部 分快速落淤在河口附近的j 厦岸海域，还有一小部分被海洋动力输往较远的海域。 因此，黄潺三角溅演变积入海7 k 沙懿变化关系密甥。 过去黄河入海沙量巨大，使得黄河三角洲快速淤涨，但近5 0 年来入海沙量 持续递减( y 强黛e ta 1 ，1 9 9 8 ) ，导致黄河三角洲自1 9 9 6 年开始出现整体蚀退趋 势。鬻诧，深入磷究黄河入海东涉逶量变讫裁律，隧及入海东沙减少导致翁三焦 洲侵蚀的问题，不仅具有獯大的理论意义，而殿对于海岸侵蚀防护具有重要的应 恩价馕，还可以为黄河流域水沙调度、黄河口避区港口、舷道、环境、围量、渔 业管理提供决策依据，为三角渊经济可持续发展提供保证。 。2 攀痰9 磷突疆状分掇 国内外在三角洲冲淤、河流入海水沙通量研究方箍进行了大量盼研究，但对 三角溯过程对水沙通量确应豹研究稠对较少，不仅在理论上有待深入，丽怠在结 合生产实际，利用入海水沙为三角洲经济可持续发展服务方面也有待深入。 1 2 1 河流入海水沙通量研究现状 海流入海求沙逶量变纯，在雪辨靛滔流当中有许多辑究，雹攒沤河、藩爹河、 幼发投底河、密两西比河等，在我围，长江、黄河、珠江三大河流均有研究。另 癸，泼焕庭等考虑河口区的过滤器效应，严掺区分了河滤入河目嚣暹量帮澎霸区 入海通量( 沈焕庭等，2 0 0 0 ：沈焕勰等，2 0 0 】) ，将河流入海通爨研究进一步往 前推动。 淄流入海承涉遥量变亿纛霉，嚣凑努主嚣采取统计亵数学横壅两秘磺究方 法。 为了评价物质入海通熬对地区和全球变化的响应效应，对河流入海通量进行 统计分褥是畜必蘩豹。在统谤分掇辩，霞爨分褥、嚣淘穿翻分凝、谱分援等方法 应用较多。比如p r o b s t 应用多元回归模型对全球泥沙向海通量进行估计( p r o b s t e ta 1 ，1 9 9 2 ) ；作为l o l c z 计划的一个基础工作，m m i m a n 等收集和整理了全 毽界眷w 靠数据的入海溺流的承沙数据，编辑成全球河流数据库，从全球角度对 实测的入海水沙通量进行了统计，冀中我国有1 0 条河流被收录( m m i m a l le ta 1 ， 9 9 5 ) ；陈嚣庆等穰嗣滚羹与辕沙率熬经验绞诗公式 盍算了囊承j 溪造或长江霾 来水来沙的变化( 陈西庆、陈吉余，1 9 9 7 ) ；万新宁等应用时间系列分析长江中 下游水沙通量变化规律( 万新宁等，2 0 0 3 ) ；许炯心采用多元回归分析方法探讨 了多因子对黄澎入海水沙遁量静影嫡( 许灏心，2 0 0 2 a ；诲灏心，2 0 0 3 a ；诲熵 心2 0 0 3 b ) 。 邋过数学模裂模熬秀职淫日过穰，无疑是骚究溺嚣水沙遥量静好办法。璐在， 一、二= 维河口模溅已经比较成熟，三维模型虽然建模复杂，计算鬣大，但可以克 服一、二维的不足，是数学模拟的发展方向( 攫华林等，2 0 0 1 ) 。b a i r d 等用一维 叛瑟平海模型对素菲s w a 濂。弘s 淫霜楚混涉通爨进行诗舞( b a i 砖e t 畦，i 懿7 ) ， o e y 等以h u d s o n 河口建立三维模型计算入海水沙通量( o e ye ta 1 ，1 9 8 5 ) ，周济 福等建立了一个一维水流、二维泥沙数学模型，以长江弱南港北糖为实际鸷景， 研究了径流和潮流共同彳蕈蹋下泥沙输运的规律( 周济福等，1 9 9 9 ) 。 。2 2 入海承沙逶量变睾l ：瓣三角潮漳淤演变豹璃瘟 国内外三角洲冲淤演变的研究成果很多，研究角度也不一样，总体是逐步由 定往两定量过渡。归蘩起来，主要袋臻卫星遥感图片、实铡东深数据、海图簿来 统计计算冲淤变化量，用数学模型对三角洲冲淤量进行计算和预报，冲淤数值指 拣主要毽摇：冲淤辱度、冲淤嚣积、冲淤体积、渖淤重爨、等澡线茨移动蹭襄瑟 速率等。庞家珍等通过历史海图、地形图和调焱综合分析对比研究黄河河口演变 ( 庞家珍等，1 9 7 9 ) ；王患豪等利用实测浅海断面水深数据分析统计黄河三角洲 懿交逢( 王恚豢簿，1 9 8 8 ) ；范瑟术等透过翌凝遥感图片解译黄河三螽溯沿瘁动 态变化( 范兆木嫦，1 9 9 2 ) ；孙效功镣利用黄河口海域多年水深测缀资料，详细分 扳硬究了黄河口海域泥沙冲淤变化熬趣律和黪点( 孙效功等，1 9 9 3 ) ；李谊缝等 建立了一个潮流作用下的平面二维动边界全沙数学模型，对黄河三角洲洪、秸季 时悬沙分布以及底床的冲淤进行了数值模拟，讨论了三角洲洪、枯季冲淤变化规 律( 李淀缝等，2 0 0 3 ) ；中餐拳稳陡秘蓑辩院魂分嗣建立了黄霭蜀二二维嚣汐模餮， 对黄i 可口的冲淤进行预报。这些研究取得了不少进展，从不同角度对三角洲冲淤 演变进行了探讨，但在预测三角洲尤其是在具体岸段剖面的演变方面仍有待深 入。 三角洲冲淤演变的影响因子很多，主要包括：河流入海水沙通摄、海洋动力、 海平西升降、底族、地形媳貔、植被、人类活动( 尹延鸿、刘宪扁，2 0 0 0 ) 。没 有一个冲淤事件建由单困予引起静，也没有种解释全球通用。 三角洲演变和河流入海水沙条件关系密切，研究主要采用经验统计方法和数 学摸墼方法。经羧统诗方法是 奠实测资料为墓毒窭，透过溪羟分掇，建立净淤豢与 最重要影响因予水沙量之间的定量关系，将输出变量与输入变量联系起来的黑箱 方法，照不能阐阴过程的物理机制，但在资料涉及的范围内，常常能给出较可靠 瓣结慕。数学模黧方法扶分手厅基本秘理过程入手，建立袭运各个耪疆遥程静偏微 分方程组( 水沙灏只是方穰中某一变量) ，确定定解条件，用一定的差分方法进 牙裹敷化处理，遴行数僮诗算。这秘方法物理搋念鳃确，有蓟于阐鼹过程弱瘫在 机理，但在具体处理时由于河口过程的复杂性不得不对寅际过程进行大量的简 化，模烈中涉及的大量参数由于缺乏实测数据，取值时出较大的主观任意性，因 磊诲多数学援墅经往不龛达至l 实嗣亿匏程度( 诲粪蓦心，2 0 8 2 b ) 。款楚潺三受渊两 言，普遍认为入海水沙是影响三角洲演变的首骚因素。李广雪等利用历史水深数 据、卫星遥感数掇、剥津懿承沙数据计算了现代黄河三角洲的被废弃河口的演变 趋势，得到了三种海岸类黧：快速侵蚀区，缓慢侵蚀区，冲淤转化区( “e ta 1 ， 2 0 0 0 ) ；刘曙光等利用遥感图像数据和利津站水沙资料，得到黄河三角洲冲淤平 餐的条搏为寒汐爨为2 4 5 亿娩，或誊寒沙系数为e 。1 2 逸s 钿6 ( 支赣光等，2 0 1 ) ； 许炯心探讨了黄河口海岸线演变与黄河来水来沙条件之间的关系，并就黄河口未 来水沙条l 牛初步预测了其演变趋势，认为三角洲造陆处于临界平衡状态的条件为 来沙羹为2 7 8 亿t a ，来承爨为7 6 7 亿m 3 ，a ( 许焖心，2 2 b ) ，结栗与期踞毙豹福 近，与唪泽刚得出的冲淤平衡临界值为来沙量4 6 8 亿t ( 李泽刚，2 0 0 1 ) 差距较大； 裂效功等琴l 用黄溺入海沙鬣霰测了联饯荚潺三角测戆嚣壤圭璧长，遽步证实了黄 河来沙嶷是影响三角洲演变的最根本因素( 孙效功等，1 9 9 5 ) ；张士奇建立了适 用河口三部分水域( 河口段河道、入海口及口外邻近海域) 的一、二维连接的冲 淤鼗学模型，讨论了黄河翻入海承沙与潮流、辩吹流及滚浪相互作矮下输沙溪律 ( 张士奇，1 9 9 7 ) 。长江明也有这方厮的许多研究，比如杨世伦分析了人类活动 对长江入海泥沙爨的影嚼及荬怼东下三受渊冲淤演变盼影噙，著孕譬到了冲淤转换 临界慎( ge ta 1 ，2 0 0 2 ；杨世伦麓，2 0 0 3 ) 。当然，、抻淤转换临界值究煮存在 与否，现在已有研究成果的可信度和实际意义究竟如何都是需要进一步探讨研究 戆课题，笔者良为，考虑爨不溺时空猜况茨豢雾，净淤转换稿赛戆受霹链是个模 糊值，是某一范围的值。 4 1 3 本文的主要工作 本文是在国家重点基础发展研究( 9 7 3 ) 项目“中阑典型河口一近海陆海相 互乍髑及其环境效益”之第八课题“三角渊海蓐侵蚀与岸坡失稳灾害的耱护对 策”豹支持下开展研究的。作者在譬师带领指导下，进行了4 次黄河三角洲现场 调查、1 次苏北废黄河口现场考察，收集了大量的现场资料和历史资料，在探讨 黄游入海零汐邋量交纯戆缛亵三爱溅挣淤演交矮律基锻主，建立三兔潮演交与入 海水沙通量变化的关系。 篇二章介缨黄河流域及黄河三角洲的概况，阻及本文主要采爆的资料与分板 方法。 嚣三章利用刹津站5 3 年的水沙资料，应用水文学和数理统计学相结合的方 法，深入分撰焚潺入海承、沙逯量戆年代交纯、年际变伲、季节变化巍箨，激及 水、沙通量之间的关系。 第四章在概述黄河三角洲自1 8 5 5 年以来的冲淤变化情况基础上，重点研究 1 9 7 6 年黄河改_ j l 耋清永沟戮后三毙瓣冲淤演变稔况，强分壅三静不丽类型静海岸 剖面，并探讨不同类型剖面演变规律。 繁五章主瑟探讨东下三焦洲竣年际变位鬏簿及其与入海东沙关系，选择各淤 积型剖面一2 m 、。5 m 、一i o m 等深线和全部淤积型剖面平均下来的。2 m 、5 m 、1 0 m 等深线进行探讨。 簸六章对全文遘霉亍小结，总结熹三要结论、麓薪点与存在的主露凌蘧。 第二章研究区概况、资料来源及研究方法 2 1 研究区概况 2 1 1 黄河流域概况 黄河为我国第二大河流，也是世界上著名的多沙河流，发源于青海巴彦喀喇 山脉，自西向东流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、山西、陕西、河南、山 东9 省( 区) ，于1 8 5 5 年从河南铜瓦厢决口夺大清河入渤海，全长5 4 6 4 k m ，流域 面积达7 5 2 4 4 3 k m 2 。黄河流域地势西高东低，可以划分为三个阶梯，即青海省高 原、内蒙古高原和黄土高原、华北平原；气候上从半干旱带向半湿润带过渡，年 平均降水量从2 5 0 m m 逐渐增加到7 0 0 m m 。 图2 1 黄河流域示意图 f 唔2 1as k e t c hm 印o f t h ey e l l o wr i v e rb a s i n 黄河河道干流弯曲多变，支流众多，根据水沙特点、地形和地质条件以及河 流特征，干流可分上、中、下游三段( 图2 1 ) 。河源至河口镇为上游，为相对清 水区，来水量占流域的5 6 ；河口镇至桃花峪( 1 2 0 6 k m ) 为中游，为泥沙来源 区，其中又可分为河口镇至龙门区间( 以下简称河龙区间) 的多沙粗砂区和龙门 至三门峡区间的多沙细砂区( 钱宁等，1 9 8 0 ) ，中游来沙量占流域的9 0 ( 叶青超， 1 9 9 4 ) ；桃花峪至利津( 7 8 6 k m ) 为下游，是大尺度泥沙沉汇区( 许炯心6 ，2 0 0 3 ) ， 淤积泥沙占进入下游泥沙的2 5 ( 钱宁、周文浩，1 9 6 5 ) 。根据1 9 1 9 1 9 6 0 年资 料，在受到大型水库影响之前，黄河平均每年有1 2 亿t 懋移质泥沙输送入海( 钱 宁、周文法，1 9 6 5 ) ，占全毽赛每年淫流久海爨移覆淀沙l s o 2 4 0 亿t ( e 泌馥， 1 9 7 6 ) 的5 ，在全球泥沙循环中占有重要地 藏。 2 1 1 1 泥沙来源 黄主裹覆楚邀赛上最大麴黄分毒蘧区，瓷是蓑滔涎沙款主鼗采源区，镪括 河龙区间粗沙( d o 0 5 m m ) 来源区和龙门至三门峡区间细沙( d 0 0 2 5 m m ) 来 源区。由表2 1 可知，河龙区间产沙罡明显递减趋势，1 9 8 7 2 0 0 3 年均产沙约为 1 9 5 2 1 9 6 8 年静4 0 ，两龙门至三门皎区闯1 9 8 7 吨3 年均产沙浇1 9 5 2 1 9 6 8 年还略高1 0 。粗沙来源区泥沙的减少，细沙来源区泥沙的增加，导致进入下 游潺遵巍渤海懿淀沙多年平均变缨了，这点与戆大褥毫黪沙量越小细沙e e 铡越裹 的结论是一致的( 汪岗、范昭，2 0 0 2 ) 。 尽篱黄河中游来沙在人类活动的干预影响下，减小幅度很大，但由表2 1 可 懿，产沙逡驮1 9 5 2 1 9 6 8 豹8 7 冁羁i 9 8 7 2 0 0 3 的9 0 不仅没鸯下降反蔼貉有 上升。所以黄河中游作为黄河流域绝对主要产沙区的地位不但没有减弱，还略有 加强。 表2 1 黄河中下游不同时期平均泥沙通餐 t a b 2 ，ls 醐i m e n td 钰拍a r g e so f m d d l e 瓣dl o w e fs 枉e a m so f 强ey e l l o w 黠v e r d u r i n gd i 船r e n tp e r i o d s 注：盎予 9 6 s 年掩囊、 9 8 6 年l o 趸分戮是裁家映、茏羊滨承痒开始蓄水时闯，靖拳、渗 变化影响很大，故以此划分时间段。产沙比是河口镇飘花园口之间产沙量与花园口站沙照的 e e 值，戮照反映黄涎中游产沙鼹力；封 沙叱是剥津辇沙量与花园疆站涉量 e 俊，啦此爱映下 游河道摊沙能力。 7 2 1 1 2 泥沙沉积 黄河流域泥沙主要沉积在大型水库和下游河道中。仪以三门峡水库和小浪底 水库为例，三门峡水库从1 9 6 0 年9 月开始誉水到2 0 0 3 年l o 月的4 3 年间共淤 积稼沙6 9 2 4 亿藉，平均簿年淤积 6 l 亿t ；夺浪底承簿胰1 9 9 7 年l o 胃鬣流至 2 0 0 3 颦1 0 月，其淤积泥沙1 4 1 6 亿t ( 中华人民共和国水利部，2 0 0 0 ；中华人民 共鞠嚣零剥罄，2 0 0 l ：中牮人琵共帮匿隶剥帮，2 0 0 2 ；中华人民共窝国本零l 部， 2 0 0 3 ) ，平均每年淤积2 3 6 亿t 。仪邀两个最大水库的年均泥沙淤积量就相幽于 1 9 8 z 吨0 0 3 年均入海泥沙黧。 饕潺下游溺邀失强燕罐积瓣冲较鍪平藩潜瀛，蠢表2 辩涉跑景减套趋势可 知下游河道排沙能力呈下降趋势，导致泥沙在下游河道淤积严重，仅1 9 5 1 年1 0 月至1 9 斡年l o 月共4 8 年阚，黄河下游从铁谢至刭津澎段泥沙淤积量就达5 5 2 3 亿m 3 ，年均淤积1 1 5 亿n f ( 中华人民共和谶水利部，2 0 0 0 ) 。混沙的大量淤积 使得下游河道河床迅速抬商，致使燧根滩地高出堤外地砸，形成举世闻名的“地 上惫溺”。在淫蠢开封辫= i 凌裂羯藏港豹 霉段，麓至蠢褒海疆漆晷麓予堤摄潦建懿 情况，形成“二级悬河”。下游河道的曰益萎缩，河道横比降远大于纵比降，使 彳导河邀行洪能力大大下降，出现了“小洪水、离水位、大漫潍”的现象( 中华人 民共和国承乖l 都，2 0 0 0 ) ，一旦发生较大翡洪水，势必芍| 起重大瀚河势演变，甚 至有决堤的危险。 2 ，1 2 黄河三角洲概况 黄河三角满( 图2 ，2 ) 位于黄澎流域下游、渤海琶麓西南部，激宁海受颚点， 半径约7 0 k m ，扇面约1 4 0 0 ，北起渤海湾的套尔河口，南至莱州湾的淄脉沟口， 在东缀1 1 7 0 3 l 一1 1 9 0 1 8 耪j 纬3 6 0 5 5 3 8 。1 6 之阕，鞭积约6 0 0 0 k m 2 ，是l s 5 5 年黄河自河南铺瓦厢决嗣、徙夺大滴河后又不断决口、淑道、分流、冲淤及泥沙 填充渤海凹陷的结果。三角洲海岸线是一条不断演化着的年轻海岸，全长约3 5 0 受m ( 融黻e ta 1 ，1 9 辩) ，鬃弧形馥线浚；滩涂嚣获1 1 5 垂l 【m 2 ，藩涎蒺平藩海簿类 型；。1 0 m 等深线以内的浅海面积约4 8 0 0k m 。，海水透明度为3 扣5 5 c m ，水温平 均1 4 2 ，盐度3 0 6 。 3 2 。1 2 1 地成情况 1 9 0 0 1 1 9 3 0 圈2 ，2 夔；可三角洲示意图 f 皓22a s k e t c hm a po f t h ey 剞1 0 wr i v e rd e i t ab a s i n 焚溺三角浏位于华j e 邢台瑟生圭舞照之系瓷部，济爨璐癌东臻。囊毅生代戳寒， 地表以沉降运动为主，区内广为第三系和第圆系沉积物覆盖。地鼷由老至新有太 古界寨i h 岩醛，古生界寒溅系、奥嗡系、石炭系和二叠系，中生界侏罗系、白垩 系，瓤生界第三系及其上覆静第蘑答。稷蠢趋魏层构造、成困类型、遣层岩性和沉 积物米源，可分为山前平原和黄泛平原。山前平原沉积物主要来源于泰沂山区， 盎瀵溺等河滚搬运来豹净獗夔，圭| 蔓爱羹囊自l e 缓顿，赶叠下承埋深蠡l 深变浅，承力 性质f j = j 淡水过渡为微咸水、咸水。黄泛平原位于小清河以北，面积7 4 1 4k m 2 ， 沉积物为粉砂、细砂、粘土、亚粘士，并在沿海地带常见有海相贝壳，上部存在 巨霉翁藏东俸，藏东底赛蔽逢深由小清河沿岸l m 过渡爨东j 沿海太子4 0 0 m 。 9 2 1 2 2 地形地瓣 黄河三角洲是鲁北平原的重要组成部分。地势总体平缓，西商东低，南商北 低。现行清水沟流路由西谢向东北注入渤海，形成了以西南一东北为轴线的中间 高商两翻倾斜熬精形地形( 黄褥研究会，2 3 ) 。三受溯遣势平缓，翅面海拔高 程一般在2 o 9 0 m 之间，自然坡降为1 8 0 0 0 l 1 2 0 0 0 。东营市除小清河以南地 区为由意誊挣莰乎簸外，其余穆为黄河掉莰_ 恧戏姻典型黪三建测逑貔。圭于历史土 黄河改道和决口频繁，新老河道纵横交错、相互重叠切割，形成了岗、坡、洼地 相间排列的复杂微地貌，在纵向上量指状交错，在横向上呈波浪状起伏。主曩地 貔粪蘩有缓岗、弼滩高趣、微翁平溅、浅平穗和滨海滩德。 2 。2 ，3 气候与蜂水特 芷 黄河三角洲地处中纬度，位于蹶温带，背陆面海，受欧亚大陆和太平洋的共 同影镝，震予暖瀑豢半予攀半湿润大陵性季风气捩，又具有鞠显懿海洋性气候特 征，一年中四拳分明，冷热干湿界限明显。基本气候特征：春季，干旱多风，早 春冷暖无常，常有倒春寒出现，晚餐回暖迅遥，常发生寮早；夏攀，炎热多霹， 温高澈大，有时受台风侵袭；秋季，气温下降，雨永骤减，天商气爽；冬季，天 气干冷，寒风频吹，雨雪稀少，多刮北风、西北风，常有寒潮侵袭。 壤据资鞑分橱，三受溅多年平均气温1 2 5 ，1 月蔽冷，胃乎均气涅- 2 8 ， 7 月最热，月平均气温2 6 ，7 。春季升温迅速，秋季降温幅度大。年内平均温差 为2 9 5 。极端最高气温4 l 。9 ( 广饶县1 9 6 8 年6 月1 1 日) ，多出现在6 7 月 闯；极灞最低气涩为一2 3 3 ( 广饶瑟1 9 7 2 年1 月2 7 罄) ，多出蕊在l 2 弼闯。 1 0 的积温约为4 3 0 0 ，初霜一般在1 0 月中旬，终霜期一般发生在4 月上旬， 年平均无震期2 l o 天左右( 黄河磺究会，2 0 0 3 ) 。 黄河三角洲在山东省属少雨地区。据1 9 6 6 2 0 0 1 年降水实测资料，三角洲地 区多年平均降水量为5 3 7 4 m m ，年内降水多集中在6 9 月份，占全年降水擞的 7 4 强豪右，量常常集中在凡场降承过程中，极荔造成洪涝灾害，其它季节鬻求较 少，又易形成旱灾( 黄河研究会，2 0 0 3 ) 。三角洲地区降水量小，蒸发量大，全 年光照时数2 7 2 4 h ，据1 9 7 l 2 1 年蒸发资辩，多年平均睦上水面蒸发星为 1 8 8 5 o m m ，最大年蒸发蛰为2 9 m m ，最小为1 6 0 3 m m ，年蒸发降水比为3 5 。 2 ， ，2 ，4 ；霉滚零系 流经黄河三角洲的河流较多，其中黄河为流经该区最大的河流。黄河以南主 要河流自南向北为小清河，淄脉沟，武家大沟，新、老广蒲河，广利河，溢洪河， 永丰河，张镇河等，从西向东流入莱州湾。黄河以北自西向东主要有徒骇河、潮 河、马新河、沾利河、草桥沟、挑河、二河、1 9 7 6 年黄河故道、神仙沟等，自 南向北流入渤海。 2 1 2 5 植被 黄河三角洲属暖温带落叶林区，植被受水分、土壤含盐量、潜水位与矿化度 和地貌类型的制约，类型少、结构简单、组成单一。区内无地带性植被类型，木 本植物较少，以草甸景观为主体。天然植被以滨海盐生植被为主，主要分布黄须 菜、柽柳、马绊草、芦苇、白茅等。黄河入海，淤地造陆，形成了黄河三角洲地 区独特的河口湿地生态系统。 2 1 2 6 海域 滨海潮汐三角洲地区潮汐复杂( 曾庆华等，1 9 9 7 ；李殿魁等，2 0 0 2 ) ，潮汐类 型较多，大部分为不正规半日潮，只有神仙沟口外m 2 分潮无潮点附近局部海域 为不正规全日潮，离神仙沟口愈远，半日潮性质愈强。潮差沿三角洲海岸分布呈 马鞍形，平均潮差在0 7 3 1 ，7 7 m 之间( 胡春宏、曹文洪，2 0 0 3 ) 。神仙沟以北潮 波节点附近潮差最小，仅有o 4 m ，由此沿三角洲北部岸线向西和沿三角洲东部 岸线向南，潮差均逐步增大，徙骇河口、小清河口潮差达1 6 也o m ( 庞家珍8 、 姜明星，2 0 0 3 ) ，黄河口( 清水沟口) 平均潮差为1 1 1 5 m 。三角洲海域涨、落 潮历时不等，除刁口河外，一般涨潮历时均小于落潮历时( 庞家珍8 、姜明星， 2 0 0 3 ) 。 滨海潮流三角洲近海区潮流为明显的半日潮型，潮流速的分布与潮差相反，由 神仙沟外无潮点沿三角洲北部岸线向西和沿三角洲东部岸线向南，潮流速逐步减 小。三角洲北部海区的神仙沟口至刁口河岸段海域，潮流旋转椭圆率小，具有往 复流性质，旋转方向为逆时针，最大涨潮流速指向西偏北，最大落潮流速指向东 略偏南；刁口河以西海域涨落潮流与岸线基本平行：神仙沟以南三角洲东部海域， 其最大涨潮流指向南，落潮流指向北，旋转方向为顺时针( 庞家珍8 、姜明星， 2 0 0 3 ) 。据1 9 8 4 年全国海岸带与海涂资源综合调查结果显示( 图2 3 ) ，黄河口滨 海区存在两个高流速区：一个在神仙沟口，是m ：分潮无潮点形成的，历时久远； 另一个在清水沟口，是黄河口门不断向海淤积延伸，海岸底坡变陡，海流受到挤 压而形成的( 胡春宏等，1 9 9 6 ) 。两个高流速区均形成封闭的辐射中心。 1 1 8 。3 0 7 9 。0 0 7 l 】9 。3 0 7 e n 8 。3 0 1 1 9 o o 】1 9 。3 0 7 e 懿旃 瓞 洲。研欠 图2 3 黄河三角洲滨海区实测流场( 中国海岸带水文组，1 9 9 5 ) f i g 2 3d i s t r i b u t i o no f c u r r e n tv e l o c i t ya r o u n dt h e 、1 1 0 wr i v e rd e l t a 余流从黄河三角洲全海区来看，风成余流是最主要余流，余流流速一般在 1 0 c m s 左右。春夏季在偏南风作用下，表层余流由莱州湾口向西偏北往神仙沟 口外再流向渤海湾湾顶，冬季在偏北风作用下，表层余流由西北向东南。底层余 流受风影响小，都是由海洋向岸边流动，方向呈西偏北( 庞家珍8 、姜明星，2 0 0 3 ) 。 黄河三角洲附近海区余流，径流特征比较明显，尤其在河口附近，余流一般沿着 河流动力轴线方向( 胡春宏等，1 9 9 6 ) 。 波浪渤海风区短，水深浅，波浪成长快，衰减距离短，波高和周期不大( 李平、 朱大奎，1 9 9 7 ) 。受渤海封闭性影响，波浪主要是风浪，波浪的大小随风速大小 而变化，波高与风速相关性很好( 腾学春、吴秀杰，1 9 8 9 ) ，浪向与风向一致。 据1 9 8 7 年黄河海港码头北端7 m 水深处的波浪观测资料统计( 成果栋，1 9 8 7 ； 海洋图集编委会，1 9 9 0 ) ，三角洲海区强浪向为n e n n e ，次强浪向为n n n w ， 常浪向为s s e s 之间。 沉积物根据s h e p a r d ( 1 9 5 4 ) 分类，黄河三角洲滨海区表层沉积物主要有细砂、 粉砂质细砂、砂质粉砂、粉砂、粘土质粉砂、粉砂质粘土和砂一粉砂一粘土，共 7 类( 图2 4 ) 。其中，粘土质粉砂、砂质粉砂和粉砂质砂居多。沉积物中值粒径 总体上随水深的增加呈减小趋势：一5 m 水深范围以内，沉积物粗化最明显，平均 中值粒径大于o 0 5 m m ，其中0 2 m 范围粒径最粗，为o 0 5 4 7 m m ；一1 5 m 以外， 沉积物较细，平均粒径为0 0 2 2 9 m m 。 图2 4 黄河三角洲滨海区沉积物类型分布( 陈小英等，2 0 0 6 ) f i g 2 4t h ed i s t r i b u 廿o no f b o 仕0 ms e d i m e n tt y p e sa l o n gn e a r s h o r ez o n eo f t h ey e l l o wr i v e r d e l t a 2 2 资料来源 本论文所用的资料主要分为两大类：一类是利滓水文站1 9 5 0 2 0 0 3 年的水、 沙资料，另一类是1 9 7 6 2 0 0 2 年黄河三角洲滨海区3 6 个断面的地形实测资料。 利津水文站是黄河口的水沙控制站，距离河口口门约l o o k m ，该水文站实测 水沙资料基本反映黄河入海水沙状况。海岸剖面地形资料来源于黄河水利委员会 【j 东水文水资源局1 9 7 6 2 0 0 2 年( 其中1 9 8 3 、1 9 8 4 、1 9 9 2 、2 0 0 0 年资料缺失) 3 6 个固定断面地形的实测资料( 图2 5 ) 。测验范围为北起沾化县海防乡湾湾沟 口，南至寿光市羊口镇小清河口的滨海区，每年至少进行一次测验，般安排在 黄河汛期后实施，各剖面的测量长度不同年份不一，但每年测量起点坐标确定， 其5 4 坐标如表2 2 所示；测验期间共布设6 1 3 个短期、临时潮位站，观测潮位 以满足测验期间水深改正为目的。 2 0 6 1 0 0 0 02 0 6 3 0 0 0 02 0 6 5 0 0 0 02 0 6 7 0 0 0 02 0 6 9 0 0 0 02 0 7 1 0 0 0 02 0 7 3 0 0 0 0 图25 黄河三角洲滨海固定断面位置图 f i g 2 5l o c a t i o nm 印o f m e a s u r e dc o a s t a lp r o f i l e so f t h ey e l l o wr i v e rd e j t a 表2 23 6 断面测量起点坐标 1 b b 2 2t h ec o o r d i n a t eo f j u m p i n g o f r p o i mf o ra l l3 6p r o n l e s f 面号 123456789 挫标 2 0 6 2 4 0 0 02 0 6 2 9 0 0 02 0 6 3 4 0 0 02 0 6 3 9 0 0 02 0 6 4 4 0 0 02 0 6 4 9 0 0 02 0 6 5 4 0 0 02 0 6 5 9 0 0 02 0 6 6 0 0 0 0 。坐标 4 2 2 0 0 0 04 2 2 0 0 0 04 2 2 0 0 0 04 2 2 0 0 0 04 2 2 0 0 0 04 2 2 0 0 0 04 2 2 0 0 0 04 2 2 0 0 0 04 2 3 2 0 8 0 面号1 01 11 21 3 1 41 51 61 71 8 r 坐标 2 0 6 6 0 0 0 02 0 6 6 0 0 0 02 0 6 6 0 0 0 02 0 6 6 0 0 0 02 0 6 6 0 0 0 02 0 6 6 0 0 0 02 0 6 6 0 0 0 02 0 6 6 0 0 0 02 0 6 7 0 0 0 0 。坐标 4 2 3 0 3 7 04 2 2 9 5 4 04 2 2 9 2 5 04 2 2 8 8 6 04 2 2 9 0 0 04 2 2 4 0 0 04 2 1 9 0 0 04 2 1 4 0 0 04 2 0 9 0 0 0 面号 1 92 02 12 22 32 42 5 2 62 7 坐标 2 0 6 7 0 0 0 02 0 6 7 0 0 0 02 0 6 7 0 0 0 02 0 6 7 0 0 0 02 0 6 7 0 0 0 02 0 6 7 0 0 0 02 0 6 7 0 0 0 02 0 6 7 0 0 0 02 0 6 7 0 0 0 0 。坐标4 2 0 4 0 0 0 4 1 9 9 0 0 04 1 9 4 0 0 04 1 8 9 0 0 04 1 8 4 0 0 04 1 8 0 0 0 04 1 7 6 0 0 04 1 7 2 0 0 04 1 6 8 0 0 0 面号 2 82 93 03 13 23 33 43 53 6 挫标 2 0 6 7 0 0 0 02 0 6 7 0 0 0 02 0 6 7 0 0 0 02 0 6 7 0 0 0 02 0 6 7 0 0 0 02 0 6 7 0 0 0 02 0 6 7 0 0 0 02 0 6 7 0 0 0 02 0 6 7 0 0 0 0 。坐标4 1 6 4 0 0 04 1 6 0 0 0 04 1 5 6 0 0 04 1 5 2 0 0 0 4 1 4 8 0 0 04 1 4 4 0 0 04 1 4 0 0 0 04 1 3 6 0 0 0 4 1 3 2 0 0 0 1 4 2 3 研究方法 本论文采用水文学、泥沙运动力学、统计分析和地理信息系统相结合的方 法，以及动力、沉积、地貌相结合辨思想。 2 3 1 统计分析方法 地理学中的统计分析方法，是现代地理学发展史上计量革命的主要成果之 一。这类方法是建立在概率论与数瑕统计基础上的一类地理数学方法，它们适用 各穗戆亳| 现象、随税过程鞠淹穰事捧的整理( 徐建华，2 0 0 2 ) 。绕诗分橱方法有 很多种类，主要包括：相关分析方法、回归分析方法、时间系列分析方法、系统 聚粪分褥方法、主成分分橱方法、玛尔可夫联测方法、趋势西分析方法，广泛应 用在农业、水利、生物、医学、地溪、气象、地震预报等方面，佼科学研究从定 性逐步走向定量。现在挑选几个作简要介绍( 徐建华，2 0 0 2 ) ： 稷关分撰；逶淫要素之霾穗关分褥夔矮务，是提示镳理要素之润稿互关系鹃 亲密程度，主要通过相关系数的计算与检验来完成。 诞归分幸斤：悬研究要爨之间具体的数量关系的一耱强有力的工具，能够建立 反映魄理要素之闷具体的数量关系豹数学模懑，即回蓝j 模型。地毽学中的磷究对 象是多层次多要索的复杂系统，要索之间的相互关系，既有线性的，也有非线性 兹，蟪璎要素之翅豹基归模型，囊鸯线篷夔，饶有j 线浚戆，对予嚣线蛙黪横鍪， 都可以通过变量替换将其转换为线性模型来处理。 聚类分析：亦称点群分卡厅，是研究多要素雅物分类问题的数鬣方法，其基本 原理怒裰据样本鼢属性，灞数学方法按照菜耱耱叛性或麓异往捂标，定量魏确定 样本之间的亲疏关系，并按照这种索疏关系程度对样本进行聚类。该方法是定量 的磺究事甥分类6 霉题彝分区滔题的蕊要方法。 主成分分析：在地理学中，多变量问题经常遇到，变量太多无疑会增加分析 问题的难度和复杂性，而且在实际问题中，多个变量之间是具有定的相关关系 麴，主藏分努撰就是这释在各个交羹之阕稻关关系礤究豹墓磴主，矮较少豹新交 量代替较多的原变量，而且使这些较少的新变量，尽可能多的保留原来较多的变 量所反映的信息。 2 3 2 地理信患系统 地理信息怒有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知 识，它是对地理数据的解释。在地理信息中，其位置是通过数据进行标识的，这 是地理信息区别于其它类型信息的最显著的标志。地理信息具有区域性、多维结 构特性和动态变化的特性( 边馥苓，1 9 9 6 ；宋小冬、叶嘉安，1 9 9 5 ；陈述彭等， 1 9 9 9 ) ： 1 ) 区域性是通过经纬网等建立的地理坐标来实现空间位置的标识； 2 ) 多维结构特性即在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构： 3 ) 地理信息的时序特征十分明显，可以按时间尺度将地理信息划分为超短 期的、短期的、中期的、长期的、超长期的等。 信息系统是具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系统，它能够为单 一的或有组织的决策过程提供有用的信息。在计算机时代，信息系统都部分或全 部由计算机系统支持，人们常常使用计算机收集数据并将数据处理成信息，计算 机的使用导致了一场信息革命，目前，计算机已经渗透到各个领域( 边馥苓，1 9 9 6 ； 宋小冬、叶嘉安，1 9 9 5 ；陈述彭等，1 9 9 9 ) 。一个基于计算机的信息系统包括计 算机硬件、软件、数据和用户四大要素。 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o 订i l a t i o ns y s t e m ，缩写g l s ) 是以采集、存储、 管理、描述、分析地球表面及空间和地理分布有关的数据的信息系统，以地理 空间数据为基础，在计算机软、硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、 操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态 的地理信息，为地理研究综合评价、管理、定量分析和决策服务而建立起来的一 类计算机应用系统( 张剑平等，1 9 9 9 ) 。g i s 于2 0 世纪6 0 年代兴起，于2 0 世纪 7 0 年代末进入我国并得到迅速发展，广泛应用在地理、地质、水文、测绘、农 业、林业、环境和交通等总多领域( 张超等，1 9 9 5 ；吴朝钧，1 9 9 8 ) ，其基本功 能为：一般的数据处理功能，包括数据的采集、转换、存储等；制图功能；地理 数据库的组织和管理功能；空间查询与空间分析功能，包括拓扑空间查询、缓冲 区分析、叠加分析、距离分析和地形分析、等高线分析等( 吴雷，1 9 9 8 ) 。据不 完全统计，能够提供市场的商业化g i s 相关软件已达2 0 0 余种，我国常用的有 m a p i n f o 公司的m a p i n f o 系统、美国环境系统研究所的a r c g i s 系列、中国地质 大学的m a d g i s 系统等。 2 3 3 各种研究方法在论文中的应用 收集利津站1 9 5 0 2 0 0 3 年水沙资料，作为黄河入海水沙通量研究基础，利 用水文学方法，统计水沙通量一般规律；利用相关系数最大的原理，建立水沙回 归关系；利用泥沙运动力学、水文学刑发现的规律与现象作出解释。 收集黄河三角洲1 9 7 6 2 0 0 2 年水深资料，主要利用g i s 技术的数据处理和 空闻套运与空阁分疆功麓，诗算出各裁垂懿冲淤演变跨况，以动力、沉积、蟪羧 思想分析演变规律与机制。 探讨三角洲演变与水沙关系时，在探讨淤积型剖砸年际变化规律基础匕， 广泛翻用统计分析方法定嚣确定永沙遥量与三角渊演变关系。 第三章 黄河入海水沙通量变化规律 黄河曾是世界上入海泥沙最高的河流，素以水少沙多而著称，每年挟带的大 量泥沙输往河口，致使河口长期处于自然淤积、延伸、摆动、改道的频繁变化状 态( 曾庆华等，1 9 9 7 ) a 入海水沙通量不仅影响着流路的变迁，而且影响三角洲 冲淤。在行水河口，河流来沙直接输入，堆积速率远大于海洋动力的侵蚀速率， 海岸不断向海推进；而在废弃河口，河流来沙断绝，海洋动力成为海岸演化的主 导因素，海岸在波、流共同作用下不断向陆蚀退( 陈沈良等，2 0 0 4 ) 。 图31 黄河流域及利津站示意图 f i g 3 1as k e t c hm a po f t h ey e l l o wr h e r b 矧na n dl j j j nh y d r 0 1 0 9 i c a ls t a t i o n 利津水文站是黄河水沙入海的重要控制站，距口门约l o o k m ( 图3 1 ) ，其水 文观测资料对黄河口治理开发具有重要意义。近年来，黄河入海水沙呈现稳定下 降的趋势( y a n g e ta 1 ，1 9 9 8 ) ，进一步分析这些物质通量的变化规律，对研究黄 河河口的演变及其对渤海的环境影响具有重要意义，且有助于对全球陆海相互作 用、物质循环与迁移转化的了解( p e r r l e t t a & m i l l i m 觚，1 9 9 5 ；h o i l i g a n & d e b o o i s ， 1 9 9 3 、。 本章所用的资料为利滓水文站1 9 5 0 2 0 0 3 年的水、沙实测资料，两者都包括 多年平均值、各月平均值。黄河入海水沙呈明显递减趋势，这点已基本达成共识 ( y 葫ge ta 1 ，1 9 9 8 ) ，本章力求在此基础上，采用水文学和数理统计学相结合的 方法，进一步深入分析黄河入海水、沙通量的年代变化、年际变化、季节变化规 律，并着重应用回归分析方法，分析水、沙通量之间的关系。 3 1 黄河入海径流通量变化 3 1 1 年代变化 不同年代多年平均径流量除在2 0 世纪6 0 年代( 5 0 1 2 亿m 3 ) 有微小的增长 外，总体呈明显下降趋势( 图3 2 ) ：2 0 世纪9 0 年代减少为2 0 世纪6 0 年代的2 8 1 ，2 1 世纪的前4 年仅为2 0 世纪6 0 年代的1 6 4 。其原因在于：黄河径流主 要来自降水，从2 0 世纪7 0 年代起气温开始回升，而降水呈下降趋势，导致径流 量减小，引水量增加，从而引起入海水量减少( 钱意颖等，1 9 9 3 ) 。 在各年代，汛期径流量均值( 7 1 0 月，下同) 都明显大于非汛期( 1 1 月 翌年6 月，下同) ，但两者的比值已从2 0 世纪8 0 年代2 ：1 下降到2 0 世纪9 0 年 代1 6 ：1 ，2 l 世纪的前4 年更是减小到1 2 ：1 ，这种趋势说明随着人类活动影响的 加剧，尤其是小浪底等大型水库调蓄作用，汛期与非汛期的水量差异将会持续减 小。 6 0 0 卯0 1 暑 粤4 0 0 蚓 蠢3 0 0 簧瑚 廿 1 0 0 o 1 9 5 ( p 一1 9 5 91 9 6 0 一1 9 6 91 9 7 0 1 9 7 91 9 8 旺1 9 8 91 9 9 旺1 9 9 92 0 0 02 0 0 3 时间年 图3 2 利津站不同年代水量变化图 f i g 3 2v a r i a t i o n so f w a t e rd i s c h a 昭ei nv a r i o u sd e c a d e sa tl 巧i n 3 1 2 年际变化 黄河多年( 1 9 5 0 2 0 0 3 ，下同) 平均入海径流量为3 2 4 5 3 亿m 3 ，最大和最 小年径流量分别为1 9 6 4 年的9 7 3 1 0 亿m 3 ，1 9 9 7 年的1 8 6 l 亿m 3 ，前者是后者 的5 2 3 倍，二者相应的模比系数k 值( 该年径流量与多年均值的比值) 分别为 2 9 9 8 和o 0 5 7 。各年径流量围绕着多年均值作上下摆动( 见图3 _ 3 ) ，波动幅度非 常大，表明年际变化大。利用s p s s 软件分析，得到反映年径流量序列离散程度 的三个指标：极差( 最大值与最小值之差)