黄河入海流路的不同运用模式及其影响效应

2011-02-14 04:32王开荣于守兵茹玉英王万战
中国水利 2011年20期
关键词:入海流入海河口

王开荣,于守兵,茹玉英,王万战

(黄河水利科学研究院,450003,郑州)

一、黄河入海流路运用模式及其运行方案概述

基于不同的河口治理战略,产生了不同的黄河入海流路运用模式及其运行方案。概括起来,黄河入海流路的运用模式可分为独流入海和多流入海两大类。

1.独流入海模式

所谓独流入海模式是指在现行清水沟流路达到改道控制条件后,再按相关规划安排改走其他备用流路(如刁口河流路等)。该模式的主要特点是黄河一直呈独流入海的态势。

实施独流入海模式的主要根据是:淤积—延伸—摆动—改道是黄河河口在一定水沙条件下的自然规律,流路改道是河口入海流路自寻最小阻力捷径的结果,任何有关河口流路安排的设想和建议都必须遵循这一自然规律。在未来相当长的时期内,黄河河口仍然是多泥沙河口,河口淤积延伸乃至最终的摆动改道不可能避免。通过有计划安排流路的摆动、改道,轮流使用三角洲地区的若干条流路以充分利用黄河三角洲海域堆沙,扩大堆沙范围,对于延缓水位升高速度,减少黄河河口淤积延伸对黄河下游河道产生的溯源淤积影响,保障黄河下游河道的防洪安全的作用是显著的。新中国成立前后的几次改道以自然演变为主,社会影响和经济损失均很小;但在现阶段三角洲上石油普遍开发、两侧排水骨干河道已大规模疏挖、交通等基础设施逐步完善的情况下,若任其入海流路随意随机改道,而不是统筹兼顾、综合规划、权衡利弊以确定堆沙范围和有计划地安排流路,必将极大地影响到河口三角洲地区工农业生产的正常运行和可持续发展。

独流入海模式的运行方案是:辅以必要的工程措施,尽量发挥流路的行河潜力,相对稳定现行清水沟入海流路。在清水沟流路达到改道控制条件后改道刁口河流路,在刁口河流路达到行河年限后,再相机使用马新河流路、十八户流路乃至神仙沟流路作为黄河的入海流路。

2.多流入海模式

多流入海模式的具体体现是:在河口地区修建一定规模的水沙调控枢纽工程,并设置两条或两条以上的入海流路或入海水沙通道,以期能够对进入河口地区的水沙资源乃至洪水进行调配。该模式的主要特点是:以现行清水沟流路作为主干流路,黄河在三角洲地区呈多流入海的格局。

该行河模式的根据是:充分利用黄河三角洲沿岸更大范围的海域堆沙,把更多的甚至全部黄河来沙带到深海,利用工程措施来控制河长发展并延缓海岸线的推进速度,使黄河河口海岸处于动态平衡,减缓河口河道淤积,减轻防洪压力,从而达到流路长期使用的目的。还可使更多的海域不断得到淡水和泥沙补给,抑制海岸线的蚀退,有利于保护三角洲的生态环境,尤其有利于刁口河等预备流路内自然保护区的良性维持。

(1)小水分流通道方案

该方案在20世纪80年代中期提出,初衷是通过大小水分流的方法,稳定黄河口在清水沟及其以南40~50年。运行方式是将黄河小水期的水流通过另辟分流河道或其他措施送入渤海。分流方式包括无坝分流、有坝分流和泵站分流三种,在经过技术经济比较后建议采用泵站分流方案。泵站分流方案又包括了十八户分流方案(泵站分流不结合用沙方案)和西河口分流方案(泵站分流结合用沙方案)。

(2)高位分洪通道方案

该方案最终形成于21世纪初,具体运行方式是“一主一辅,双流定河,高位分洪,导堤入海”。以现行清水沟流路为主流路,在其入海口建设双导流堤伸至3m水深,双导堤内行洪3 000 m3/s,并修建顺向丁坝,使双导堤中间形成复式河床。刁口河流路为辅助流路,在西河口断面附近建设可分洪3 000 m3/s的分洪闸。同时建立疏浚船队,及时疏浚西河口以下可能出现的局部淤积,保证双导堤内河势稳定。

(3)水沙调控通道方案

该方案是在高位分洪通道方案的基础上提出的,采取的工程措施是:在西河口分洪闸的下游河道上,再建一个橡胶坝,与分洪闸组成一个水利枢纽。具体运行方式是:当利津站流量小于3 000 m3/s时,将分洪闸提起,同时将橡胶坝充胀,水流全部经刁口河分洪道注入渤海;当利津站流量大于3 000 m3/s时,将分洪闸关闭,同时将橡胶坝泄塌,恢复原河道断面,大洪水经清水沟流路注入莱州湾。

(4)轮流使用流路方案

该方案实施的前提是刁口河流路必须具备与现行清水沟流路相当的泄洪输沙能力。当一条流路行水时,另一条流路可以在相对无水或静水条件下进行河道整理或疏浚。该方案可大大改善施工条件,节省投资,同时又为再次行水打下基础。

综上所述,多流入海模式的核心是现行清水沟流路的长期稳定。有关学者曾提出清水沟流路长期稳定的根据有三:第一是历史根据,自1855年黄河改由山东入海以来,入海流路在以垦利县宁海为顶点,北到套尔河,南到支脉河口的范围内往复摆动10次,其中在从利津的东北方向延长线上、刁口河流路和清水沟流路之间不到45°夹角中行水6次,占整个行水时间的73.68%,清楚反映出河口发展的总趋势是逐步稳定在现行流路海域;第二是实践根据,采取“截支强干、工程导流、疏浚破门、巧用潮汐、定向入海”的综合措施治理河口,效果明显;第三是理论根据,使黄河在海洋动力强的海域入海,并且采取正确的工程措施(筑双导堤),进一步强化海洋动力,把风暴激流这一超强的海洋动力转化为冲刷黄河口泥沙的动力,保持河口畅顺,同时规划一主一辅两条流路,则两个河口的海洋动力完全可以把河口的泥沙带走,保持河口畅顺和长期稳定。

二、黄河入海流路不同运用模式的影响效应

1.对河口三角洲地区经济发展和生产力布局的影响效应

从宏观角度衡量,独流入海和多流入海两类模式对黄河三角洲地区生产力布局的最终影响区域是相同的,均涉及现行清水沟流路和刁口河备用流路的相关区域,但其影响的时效性存在明显差异。

多流入海模式的实现首先是要启用刁口河备用流路。刁口河流路是1964年1月—1976年5月期间的黄河入海流路,至今已有35年没有行河,由于人类活动、自然老化及管理不善,河道地形发生了较大变化,泄洪排沙功能极度萎缩,水力计算结果表明,其河道过洪能力最小为416 m3/s,主河槽过洪能力最小仅为30 m3/s。自1976年以来,胜利油田先后在刁口河流路内兴建了油气生产设施、电力设施、通信设施及生活保障设施;油田部门和地方政府修建了罗镇—孤岛、桩西—埕东和东港一级专用公路等主干线。目前刁口河流路范围内已开垦耕地近 0.53万 hm2、林地0.33万hm2,畜牧种植用地0.66万hm2,盐业和养殖业用地0.26万hm2;河道内共有农业、农场人口6 751人。现阶段刁口河备用流路一旦启用,将对当地经济发展和生产力布局产生影响。

同时,多流入海模式需要在现行清水沟流路持续或间断行河的同时,再建设和运行管理另外一条入海分洪通道或具有较完备堤防的流路,使得两条流路(通道)相关范围内的人口、耕地、油井、引黄灌溉、交通、旅游等生产生活设施在现阶段即受到干扰影响甚至洪凌威胁。不过,从长远的角度而言,该模式不再涉及未来入海流路的变动问题,因此,多流入海模式对河口三角洲地区经济发展和生产力布局的影响是暂时的,况且当前黄河三角洲地区高效生态经济的发展正处于起步阶段,生产力布局和经济发展尚处于较低水平,其对河口三角洲地区经济发展和生产力布局的影响强度也相对较低。

在独流入海模式下,根据《黄河河口综合治理规划》的有关成果,在未来30~50年内,现行清水沟流路将处于相对稳定的状态,刁口河备用流路暂不启用,在有计划改道刁口河流路之前,入海流路不会对相关区域的生产力布局产生影响。但可以预见,数十年后的经济发展水平可能远高于现阶段水平,一旦清水沟流路达到改道标准而启用刁口河备用流路,其对生产力布局的影响要比多流入海模式更大。

需要特别指出的是,独流入海模式未来对河口三角洲地区经济发展和生产力布局的影响大小与刁口河备用流路的保护和维护程度密切相关,为更大限度地避免不利影响,必须切实做好刁口河备用流路泄洪排沙功能的保护和维护工作。要明确刁口河备用流路的运用区域范围,在此范围内修建任何建筑物以及有关设施,建设单位必须依照《中华人民共和国河道管理条例》的规定,将工程建设方案报送黄河水利委员会河道主管机关审查同意后,方可按照基本建设程序履行审批手续。否则,一旦在刁口河备用流路运用区域范围内形成一定规模的生产力,未来刁口河备用流路的启用将受到极大制约,陷入极大被动。

2.对黄河管理开发以及三角洲地区防洪防凌安全的影响效应

(1)控制河口岸线淤积延伸

在一定时期内,多流入海模式可同时利用渤海湾和莱州湾两个海域堆沙,而且在客观上还形成了同时利用渤海湾和莱州湾两个区域的海洋动力向外海输沙的态势。与独流入海模式相比,多流入海模式扩大了堆沙范围且相对加大了泥沙外输能力,故其控制河口岸线淤积延伸的作用更为明显。尽管如此,在可预见的时期内,两种入海模式所利用堆沙海域的范围最终是相同的。不同之处则有两个方面:一是在利用时机和利用时间上有所区别,二是泥沙输往外海的比例有所差异。从已有的研究成果来看,多流入海模式输往外海泥沙的比例要大于独流入海模式。

(2)减缓河口尾闾河段水位的上升幅度和趋势

在今后相当长时期内,黄河仍是一条多泥沙河流,不管是独流入海还是多流入海,其河口径流和海洋动力条件都不具备将河口来沙全部输往外海的能力。因此,黄河入海河口尾闾河段乃至口门岸线的淤积均不可避免。目前,针对多流入海模式及其不同运用方案下的河口河段水位变化问题,尚无系统研究和明确结论;但在独流入海模式下,河口河段水位最终要受制于入海流路的尾闾河长。能否有效控制河口岸线淤积延伸,同样是衡量两类模式对于减缓河口尾闾河段水位上升幅度作用的重要依据。

(3)对河口河段防洪防凌安全的影响

多流入海模式一般情况下需要在河口河段修建包括拦河闸或分洪闸在内的枢纽工程,枢纽工程的存在,既形成了河口河道内正常行洪的一个局部阻力节点,起到程度不一的壅水作用,又相当于建立了一个新的局部侵蚀基准面。在强烈堆积和凌汛险情频发的河口河段,新的局部阻力节点和侵蚀基准面的存在,对所在河段以及黄河下游河段的冲淤演变都将产生一定的负面影响。此外,在河口河段修建分洪闸,虽然减少了分洪闸以下的洪水流量,在短期内对降低分洪闸以下河段的洪水位有利,但分流后水流挟沙能力降低,河道会增淤或少冲,进而对分流点以上河道产生反馈影响。从长远看,建闸对河口河段的防洪乃至防凌安全将产生不利影响。

3.对河口三角洲地区生态环境的影响效应

黄河口入海流路的不同安排模式,直接导致了入海水沙资源在时空分布特征方面的差异。实践表明,黄河水沙资源是形成和维持黄河河口湿地的主导因素及河口湿地生态系统顺向演替的根本动力,黄河入海水沙资源的减少也是造成河口湿地动态变化的重要因素之一。1976年5月改道清水沟流路以来,刁口河流路停止行河后无水沙资源供给,使得黄河三角洲自然保护区北部湿地蚀退问题十分严重,大面积的天然湿地退化为盐碱地或光板地。再加上人类开垦、油田生产、道路建设等人为因素的影响,使得湿地的景观破碎化加重,湿地质量与功能下降,湿地连通性降低,生物多样性衰减,三角洲生态系统面临严重失衡的威胁。

2010年6月24日,黄河三角洲生态调水暨刁口河流路恢复过水试验启动,这是进入21世纪以来黄河首次出现人工控制下的多流入海格局。评估结果表明,试验显现出较为显著的生态效果,三角洲刁口河尾闾湿地补水对退化湿地起到了修复作用。主要表现为遏制了刁口河退化湿地区域地下咸水入侵的发展态势;土壤盐渍化快速发展趋势得到控制;初步遏制了刁口河区域植被逆向演替的趋势,受损的敏感生境和湿地植被结构得到修复,芦苇沼泽与芦苇草甸等水生鸟类栖息的主要植被生境初步形成;鸟类栖息地植被的变化使湿地生境明显改善。

总之,多流入海模式可向南北两岸区域提供淡水和泥沙补给,从而抑制北部海岸线的蚀退,有利于保护三角洲的生态环境,尤其有利于刁口河口门自然保护区的良性维持。从改善和维持河口三角洲地区生态环境良性发展的效应来看,多流入海模式要优于独流入海模式。

三、结 语

2009年11月23日,国务院正式批复了《黄河三角洲高效生态经济区发展规划》,黄河三角洲地区的发展上升为国家战略,成为国家区域协调发展战略的重要组成部分。规划同时要求:“加大黄河口治理力度,完善分洪、退洪设施,提高防洪减灾和利用洪水能力。稳定现有入海流路,留足备用流路”。为河口未来的治理明确了方向,也为今后河口的治理开发提出了更高的要求。

黄河河口的安澜与稳定是建设和发展黄河三角洲高效生态经济的根本保障,黄河河口的水资源问题是建设和发展黄河三角洲高效生态经济的关键环节,黄河河口的有序和统一管理是建设和发展黄河三角洲高效生态经济的重要前提。总之,黄河入海流路的运用模式事关黄河治理开发和黄河三角洲高效生态经济发展的大局,在认真研究、系统筹划的基础上,应尽快制定符合黄河口实际的科学合理的黄河入海流路运用模式及方案。

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