浅析黄河下游的堆积历史和发展趋势

1、浅析黄河下游的堆积历史和开展趋势论文关键词：黄河下游历史时期堆积形态论文摘要：本文将历史学及地理学的研究方法和水利科学相结合，着重探究黄河下游的堆积历史过程，并借助于“灰色系统理论分析下游超长期河川径流与堆积历史的关系，给出河床堆积的开展趋势的预估。通过与相关科学的关联，认识到提醒下游堆积的自然机理，联络到大环境变迁背景的必要性。一历史和现代的黄河下游河床堆积形态本文所指的堆积状况，是指在较长的历史时段中河道冲淤累积的宏观结果，探究首先通过大量的水文地质钻孔，结合文物考古工作，对华北大平原的堆积作出概估，为估算干流河床堆积，提供了宏观的基面。西汉时豫北浚滑、濮阳一带河床埋深8-l0，当时床砂由

2、中砂向细砂转化，说明曾有剧烈加积。从西汉初到北宋初，黄河河床积厚3-4，宋金时期积厚4.5，床砂向极细砂、粉砂转化1。豫东的明清黄河，15世纪初在开封黄河上下，尚无系统堤防；明代天顺年河决，“城中水丈余，河漫滩至少已高于地面2-3；崇桢年河决没城，泥沙淀积，滩地竟高于城市地面5-6，明末至清道光年，市区淤厚达7-8。累计15世纪中至19世纪中，开封河漫滩累积淤厚达11.513.5。兰考以下，北股河道利用临背差判断堆积厚，14951781年淤厚7.0-10.0；南股河道新筑南堤高6-8，到1855年黄河改道前，新河积厚6-9利用文物资料及太行堤内外地层资料，曹州考城河段14941781年积厚7.

3、010.0，1534年刘天和比拟北流与南枝河段，北流高出1.5丈，概估在14941546年的分流期内，堆积约占总积厚的一半。兰封睢州河段的临背差显示了堆积厚，17831855年积厚4.08.1商丘虞城河段临背差已不反映实际积厚，利用始建南堤时原地面高，得15721855年积厚8.812.0。对苏皖两省明清故道的研究，参考南京师范大学所作地貌考察成果。上述工作皆忽略了地壳垂直升降的影响综合以上工作，参照复原后的黄河故道平面形态2，分析、统计黄河下游各河段、各时期的堆积状况(表1)。可见：1)黄河下游的堆积，在西汉初到金元，明清、现行河道三个时期不同河道中，河床形态具有相对可比性，各期堆积速率呈一

4、定规律变化。从豫河看，北宋前堆积小于0.300.35a，宋金时期存在一加积时段，典型的滑州澶州段已与明清豫河接近；元明时贾鲁大河堆积率又高于滑澶河段。明清堆积率最高部位在豫河，似以沿程淤积为主，宏观堆积速率也高于历代。1855年改道后，山东境内堤防在19世纪末逐渐完善，至本世纪70年代，平均堆积率未超过5a，高村以下不少地方，本世纪3060年代堆积率超过l0a。从历史过程的纵向看，黄河下游的堆积率正在增长中。2)利用复原的河道平面形态粗估明清下游的堆积量，自有系统堤防控制到清末铜瓦厢改道，下游河道淤积2.39-2.84*1083a，略等于19501985年的平均淤积2.73*1083a(已扣除

5、工程环境因素)。说明古今下游的堆积是具有可比性的。3)以云梯关以下河段作为明清的河口段处理，参考南京师范大学成果与河口段实测资料，假定堆积与河口延伸成线性关系，那么各时段河口延伸及堆积估算如表2：表1历史时期河南黄河下游河道堆积状况河道河段研究时段年河道部位河床堆积黄河干道郑州桃花峪附近西汉初期145014501850全河床全河床5.05.0豫北故道滑县-濮阳西汉初北宋初北宋初期1194全河床全河床3.04.04.5贾鲁大河虞城-夏邑元代1558全河床7.010.0明清黄河沁河口东坝头开封兰考民权商丘虞城丰县徐州睢宁泗阳云梯关大淤尖1493185514501642164218551495178

6、117831855149517811783185515721855157218551572185515721855157818551590185516771855全河床河漫滩河漫滩河漫滩河漫滩河漫滩河漫滩河漫滩河漫滩河漫滩河漫滩河漫滩河漫滩河漫滩6.03.08.510.57.010.06.09.07.010.04.08.18.012.08.795.010.05.58.46.057.55表2明清黄河河口延伸、堆积估算河口延伸范围延伸间隔 k延伸率/a堆积速率/a1194-15781578-15911591-16771677-17001700-17471747-17761776-18031803-

7、18101810-1855云梯关-四套四套十套十套十巨十巨八滩东八滩东七巨港七巨港新淤尖新淤尖南北尖南北尖六洪子六洪子-望海墩-河口15.020.07.55.515.05.53.03.513.0391540872303201901115002800.416.60.92.63.42.01.25.43.1可见，除了潘季驯大治堤防，全流出海时河口段堆积较大外，在河床充分调整的长历时中，河口段与苏豫皖各河段抬升趋势大致相当。二、下游的来水、河患与堆积的关联，对将来的预测黄河下游的来水量，在超长系列里呈现出丰枯交替的周期变化；下游的来沙以三门峡以上河流为主，故粗略地利用三门峡站多年径流来评估下游来水来沙

8、的量级。黄河水利委员会的白昭西等人以三门峡以上11站在?中国近500年旱涝分布图集?里的丰枯水定级，对三门峡站天然径流加以分析，复原了近500年1470-1978的径流量系列。本研究对该序列进展各级平滑处理，认为50年平滑成果具有明晰的周期变化的意义，有助于定性概估下游来水变化，将明清加积时期的史料记载与周期分析相结合，认为周期变化如表3：表3三门峡站天然年径流丰枯变化周期分析周期丰枯时期曲线所示丰枯时段复原径流丰枯时段所含连续丰水时段典型丰水年所含连续枯水时段年数I期116年偏枯?1546147915331508、1515、1523、1530148114911521153354偏丰A1546

9、-15831533-159515461558156615751589-15951557、1567、1570、15751581-158862期187年偏枯15831655159516421598、1599、1604、1605、1613、16211627164147偏丰B1655-17781642-1782164416541658166616781681169316981723-17611653、1659、1662、1664、1679、1751、1761、17811713-1722140期126年偏枯17781796178217971785、17931784179715偏丰1796-1903179

10、7-1908179818061815183018411844184818561866-18731800、1802、1806、1820、1822、1839、1841、1842、1843、1844、1849、1850、1851185718661872-1881111期147年？偏枯19031943190819321903、1914、1935、1937、19401922-193224偏丰D19432065？19322055？1943195519581968？123？利用上述图、表和档案资料，将明清时期黄河下游的堆积状况分为三个阶段：114951546年，北堤已建，但有南北多股分流，在表3所示的I期的

11、偏枯时段，豫河出现剧烈堆积。1546年后，南流诸道先后淤塞，而来水进入A丰水时段，来沙剧增，贾鲁大河河道淤阻已久，难以适应，河床急剧淤高，遂发生1558年改道，大溜沿古汴河水道经单、丰、砀、肖至徐州；虞城一带古代湖泊淀洼旋被淤淀，河床高出两岸地面，1572年创筑南堤。16世纪末，潘季驯大规模修治堤防，下游河防逐步完善，大量泥沙被挟带到河口，河口延伸率达1.5ka，河床堆积也高达16.6a；1591-1700年河口延伸降到87239a，因统计时段过长，内含1595-1642年的枯水段，来沙较少，河口段也长期处于漫溢状(直至清初)，泥沙被带到堤外，河床堆积偏低。1591-1677年低堆积时期，又恰

12、恰与期偏枯时段大致吻合。2)清初，相应地是期丰水段，从1649年起堤防建立集中在豫河，河床纵向调整也使堆积回溯到河南。70年代靳辅治河，堤防工程向云梯关外延伸，短期内河口延伸达1720a3。河口段的延伸与加积反响上溯，溯源淤积加剧；巧合的是正值下游期B丰水段，丰水多沙，河道的沿程淤积加剧，与河口延伸造成的溯源淤积叠加，下游河床出现全面加积的场面从河患与堤防修筑的时空分布看，抬升具有逐步上溯趋势。明清河道与原豫北故道在桃花峪附近分野，两个多世纪以来明清河道仍低于后者，沁河口至詹店未立河防，利用故道高滩御水，大水时还可分洪，“故留此无堤之十八里，以资宣泄(?续行水金鉴?)。但是17世纪90年代，堆

13、积开展到冲积扇顶点，甚而到桃花峪以上，无堤处才补筑遥堤。这一次加积至少持续到18世纪60年代；加积与表3的B丰水时段又恰好同步在B丰水段后，纵向调整似乎主要在开封以下进展。明清时期的400年里，桃花峪堆积厚达5，很可能主要地是这一丰水阶段所形成的。18世纪上半叶，豫河工程全竣，决溢和加积又向苏皖转移，河口延伸为320a；但这一场面维持甚短，溯源加积很快又上到达河南，在清初的根底上，兰考以下河道堆积尤甚，1781年仪封大决造成部分改道。3)乾隆仪封改河工成，下游两岸都加强了堤防，决溢与筑堤的重点，又向苏皖转移。但恰处于第期的17821797枯水时段，来沙相应较少，冲淤相对稳定；17761803年

14、河口堆积降到1.2a，不过这一机遇也不太长，1794年以后，决溢重心又从丰砀以下河段开展到以上，18191822、18411844年大水，中牟、开封河段大决，1851年丰县改徙夺溜、河督严烺认为当时河病之根本在豫河，“尚非海口淤垫，下游顶阻之故，豫河的加积又成了主导方面，终于促成了1855年改道。明清时期的三次加积高潮、河口延伸，与所分析的A、B、三次丰水多沙时段一一对应，而堆积的低谷和枯水时段同步；定性地认识到下游丰水状况与河道来沙、堆积具有正相关特性。尽管存在其它多种现象，但大水多沙，淤积为主的趋势仍是居多的。为使问题简化，以上忽略了河势横向变化、调整和河患、堤防自身问题的复杂关系，而且在

15、突出河道纵向调整时，概化了整个下游河床演变，忽略部分。据此，将水沙丰枯变化与河床堆积联络起来，以将来下游来水量的丰枯，做堆积的宏观趋势的关联性预测，是很有意义的。从而，采用三门峡站历史天然年径流序列，借助于“灰色系统理论进展预测计算4，将预测段衔接在天然年径流序列段之后进展平滑处理，发现50年平滑结果最具有丰枯变化周期的性质(图1)，历史与预测分析结果，变化趋势根本一致，B、丰水时段在平滑曲线上长达110-140年左右；D丰水时段长123年左右，前后对应。从预测出的数据看，第周期长约147年这与陈家其对482-1981年黄河中游水早等级序列拟合，满足信度要求后的趋势分析结果根本一致5。这样，初

16、步地把第期丰水长时段的下限，定在21世纪50年代，沿用上述水、沙堆积分析概念，预测在下个世纪50年代之前，黄河下游将处于清初清未那样的丰水、多沙和强烈的堆积阶段中。在现状工程条件下，黄河下游堆积仍将大体上遵循历史的大趋势，近500年来的堆积状况是最直接的参考黄河水利委员会对今后50年平均淤积估算为3.79*108ta，是历史年淤积量的1.5倍。直观地看，河床抬升率将明显地加大，在现状前提下，有关单位估算下游各站50年防洪水位和平滩流量50003s下的相应水位；现按同一速率预估70年，预估成果如表4所示：表4黄河下游河道到21世纪50年代淤积程度的预估站名平滩流量50003/s的水位1984年淤

17、积程度50年平均淤积速率/a2054年的淤积程度高程目前大堤高程左岸右岸花园口夹河滩高村孙口艾山利津93.883.9274.447.8862.879.8248.349.6641.208.3013.305.1096.6279.9669.7455.1047.0116.8799.80100.1280.9281.8867.9068.4654.8654.9647.71山19.4919.49这一淤积速率与历代状况根本一致，从东坝头以下河段，近百年堤防加高每10年0.81看，与按1950-1975年水沙条件下估算的下游堤防加高数值近似。但预测数值比某些实测数值偏低。在现状工程条件下，实际到2054年的淤积程

18、度，在某些和段河床将超过堤顶高程；倘遭遇如假设1958年型的洪水，淤积将进一步进步。夹河滩到艾山的豫鲁河防，危机将进一步加剧。假如在将来的70年中，目下所研讨的种种工程减淤措施未附诸施行，或者尚未到达预期作用，单纯依靠加高堤防的方法，对付将来的丰水多沙时段的持续加积，下游河道的修防工作，将面临更为险峻的形势。三、影响河床演变的一些广义的环境背景以上讨论，局限于考虑上游来水来沙及纵剖面发育的外观形态但要深人预测，还应弄清影响侵蚀及堆积的大环境机制，其中，气候变迁无疑是一个重要因素，且已引起人们注目；而新构造运动是另一个重要因素。诚如?河床演变学?6所言：河床的形态变化，“是地表在内营力和外营力作

19、用下长期开展的产物，既要考虑流水的动力作用，也要考虑地质构造运动的深化影响；既要研究现代过程，也要理解历史演变这里就它与其它学科的联络，提出一些联想。1钱宁提出：“一般当气候变得干寒时，河流的中上游表现为水沙条件的变化所引起的堆积抬高，中下游那么表现为海平面下降所带来的溯源侵蚀。当气候向湿热方向波动时，那么河流作出的反响正好相反(文献6第334页)。刘东生等长期对黄河中游黄土的研究，恢复了黄土和古土壤的时间序列，指出这一序列与气候变迁、华北平原土壤发育、细粒沉积、平原河湖侵蚀沉积的关系7，启示我们在全新世气候与地层的划分中，找出子属的寒冷温暖周期变化和子属的黄土侵蚀振荡来。2联络赵松龄、高善明与周志德对海面变化及其对河道影响的研究8-10，认为西汉末期下游河患加剧、变徙频繁，可能受两汉之际渤海海面波动影响。侵蚀基面因海进造成抬升，河口段流速减小，削弱了宣泄洪水和挟送泥沙的才能，导致河床溯源抬