陈俊卿，范勇勇，吴文娟，高 洁，李小娟

（黄河河口海岸科学研究所，山东东营257091）

受自然因素和人类活动的共同影响，黄河入海径流量和输沙量自20世纪50年代以来表现出明显减少的趋势，尤其近年来急剧减少［1］，导致黄河行洪和输沙能力降低。为了冲刷下游河槽、增大河道主槽行洪能力、减轻下游河道淤积［2］，自2002年7月开始，黄河水利委员会实施了黄河调水调沙，每年利用黄河干流的大型水库，通过人造洪峰的形式将大量径流和泥沙用20 d左右的时间输送入海［3］。调水调沙使入海水沙特征发生了显著变化，对河口地形地貌的演变产生了重要影响。从2002年开始持续进行的黄河调水调沙，在2016年和2017年因黄河水沙总量明显减少而中断，2018年恢复调水调沙。笔者基于已有监测资料，结合同期黄河利津水文站来水来沙资料，分析了2016年、2017年调水调沙中断后河口地形的演变特征和沉积物的粒度变化特征，以期为黄河三角洲的开发及生态保护提供科学依据。

1 资料与方法

黄河口水文水资源勘测局于2015年8月7日—10月13日、2016年8月26日—9月25日、2017年8月17日—9月18日、2018年10月6日—11月15日连续4 a开展了黄河河口近海水下地形调查。2015年在海区布置了41条间隔为500 m的测验断面、测点间距为250 m；2016—2018年布置81条间隔为250 m的测验断面（测验断面分布见图1，图中坐标轴刻度为北京54坐标系二十度带坐标，单位为m，刻度间距为5 km，下同）、测点间距为250 m，测区范围以河口为中心两侧各10 km、自海岸向外延伸15～35 km，水下地形测量采用GPS信标机和测深仪联合作业，在岸边设置潮位站进行水深改正，水深数据统一以黄海基准面为基准。2017—2018年在地形测验的同时进行海底质取样（取样点分布见图2），取样间隔2．5 km，对底质表层沉积物样品利用激光粒度仪进行测量。除收集上述资料外，收集了同期利津水文站水沙资料，运用Surfer等计算机软件，对数据资料进行处理，绘制等深线变化图及冲淤图，并计算各年度监测海域内冲淤变化量，对比分析河口水下地形的冲淤变化和沉积物粒度变化特征。

2 研究结果

2．1 黄河口海域冲淤演变特征

根据2015—2018年施测的黄河口水下地形数据，绘制等深线图（见图3）。

由图3可以看出：各条等深线基本平行，10 m以浅的等深线较密集，而10 m以深的等深线比较稀疏，说明在水深10 m以浅的水下坡降大、地形较陡，而10 m以深的等深线坡降小、地形比较缓；2015—2016年各等深线变化较大，入海口门南部海域的变化幅度大于北部海域的，较浅的近岸海域的大于较深的远岸海域的；各等深线包围面积除16 m等深线增加外，其余等深线包围面积均减少，表明研究区海域整体向陆地蚀退，以冲刷为主，其中蚀退面积最大的是5 m等深线（蚀退8．6 km2）；2016—2017 年各等深线变化幅度较小，整体上在较浅的海域除0 m和5～6 m等深线包围面积增加外，其余等深线包围面积减少，表明近岸海域向陆地蚀退（其中蚀退面积最大的是8 m等深线，蚀退1．7 km2），而较深的海域等深线主要是淤进（其中淤进面积最大的是 16 m等深线，淤进 4．6 km2）；2017—2018年各等深线变化幅度又较大，研究区内从口门前方海域向两侧变化幅度减小，除14～16 m等深线包围面积减少外，其余等深线包围面积增加，表明绝大部分等深线向海淤进，海域以淤积为主，其中淤进面积最大的是8 m等深线（淤进19 km2），蚀退面积最大的是16 m 等深线（蚀退5．3 km2）。

将2015—2018年水深数据经过数学模型处理，绘制冲淤厚度等值线图（见图4，图中冲淤厚度正值表示淤积、负值表示冲刷）。

由图4可以看出：2015—2016年黄河口大部分海域处于冲刷状态，在黄河入海口门前方海域出现侵蚀中心，最大侵蚀厚度为3．2 m左右，而在口门西侧和离岸较远的海域发生较大的淤积，研究区淤积面积为122．7 km2、冲刷面积为 294．1 km2、平均冲刷厚度为0．17 m，淤积体积为 0．21 亿 m3、冲刷体积为 0．94 亿m3、净冲刷体积为0．73亿m3，黄河口海域泥沙容重取1．533 t／m3［4］，则 计 算 出 的 净 冲 刷 量 为 1．119 亿 t；2016—2017年在黄河入海口门前方海域出现较大范围的侵蚀中心，最大侵蚀厚度为1．2 m左右，河口东侧较浅的海域也发生较大的冲刷，但研究区域大部分处于微淤状态，淤积面积为 254．0 km2、冲刷面积为162．7 km2、平均淤积厚度为 0．02 m，淤积体积为 0．36亿 m3、冲刷体积为 0．27 亿 m3、净淤积体积为 0．09 亿m3，计算的净淤积量为 0．138 亿 t；2017—2018 年大部分处于淤积状态，在黄河入海北口门和东口门前方海域出现两个淤积中心，最大淤积厚度为9．2 m，平均淤积厚度为 0．39 m，淤积面积为 251．9 km2，淤积体积为2．0亿m3，而在东口门河道附近出现冲刷，冲刷面积为164．8 km2，冲刷体积为 0．32 亿 m3，研究区净淤积体积为1．68 亿 m3，计算的净淤积量为 2．575 亿 t。

2．2 黄河口海域沉积物粒度变化特征

2017—2018年沉积物粒径分布见图5。

2017年黄河口海域沉积物中值粒径变化范围为5．38～105．37 μm、平均值为 37．15 μm，平均粒径变化范围为 10．28～ 108．68 μm、平均值为 43．74 μm；2018年中值粒径变化范围为 5．12～113．26 μm、平均值为32．62 μm，平均粒径变化范围为 8．89～120．6 μm、平均值为38．03 μm，2018年沉积物粒度相对于 2017年变细。由图5可以看出：2017年中值粒径和平均粒径分布特征相似，在现行河口北口门和东口门附近海域形成粒度较粗的中心，在口门东西两侧的近岸海域粒度也较粗，而在离岸较远的海域粒度较细；2018年中值粒径和平均粒径分布特征也相似，2018年在孤东附近海域的粒度也表现出较粗的特征，孤东大堤的修建使得自然岸线成为人工海岸，近堤海域的流场产生了复杂的变化，海流流速加快［5］，海底泥沙受到侵蚀冲刷，细粒沉积物随潮流向外海搬运，同时该区域受黄河入海泥沙的补给较少，粒度表现为偏粗。

3 黄河口水下地形总体分析及测验优化设计

3．1 黄河口水下地形总体分析

从2002年开始调水调沙以来，除去2002年入海水沙量（分别为 41．89 亿 m3、0．54 亿 t）较少外，入海水量连续13 a达到了100亿m3，但持续进行的黄河调水调沙在2016—2017年中断，这2 a入海水沙量显著减少（见图 6），径流量分别为 81．75 亿、91．33 亿 m3，沙量分别为0．11亿、0．08亿t。有关研究表明：维持河口三角洲叶瓣冲淤平衡的临界输沙量应大于0．5亿 t／a［6］，而2016—2017年入海沙量都较少，来自黄河入海泥沙的补给较少，会打破入海来沙量和海洋动力之间的动态平衡，河口口门淤积泥沙减少，海洋动力相对增强，使口门处于蚀退状态；随着河口向外淤进，沙嘴逐渐突出，在现行入海口外形成一个高流速区，潮流的输沙能力随之提高，有利于更多的泥沙向外海搬运［7］；黄河三角洲沿岸是风暴潮易发地区，增水1 m以上（强风或气压骤变等强烈大气扰动引起的海面骤发性异常升降现象）的较大风暴潮平均每年3．3次，对海底沉积物的冲刷和搬运以及海岸的侵蚀作用比平常海况剧烈［5］，因而2016—2017年在来沙较少的情况下，入海口门前方海域出现侵蚀中心。2018年黄河来水来沙量大幅度增加，径流量和输沙量分别为334．42亿m3、2．95亿t，小浪底水库进行防洪预泄，利津水文站2018年7月8日—10月17日水沙量分别为184．07亿m3、2．56亿 t，分别占全年水沙量的55%和 86．8%，大量泥沙入海后，由于水面展宽、流速减小且受潮流的顶托以及絮凝作用等，因此在口门海域迅速沉积，研究区整体上淤积明显。在2015—2018年每2次地形测验期间的入海径流量分别为 80．19亿、83．29亿、343．00亿m3，输沙量分别为 0．10 亿、0．06 亿、2．96 亿 t，通过冲淤计算分析，河口口门海域整体上经历了冲刷—微淤—显著淤积的过程。

2016—2017年未进行调水调沙，黄河入海泥沙量较少，在波浪和潮流的作用下，底质沉积物中值粒径和平均粒径较大，粒度相对较粗；而2018年恢复调水调沙，入海水沙量显著增加，研究区海域得到黄河较细粒入海泥沙的补给，沉积物粒度相对较细。

3．2 未来黄河口水下地形监测优化设计

为更好地监测来水来沙对黄河口水下地形变化的影响，需要对测验范围、频次进行优化设计。为尽可能监测到来水来沙扩散边缘，黄河口拦门沙地形测验范围应以河口为中心南北两侧各15 km；东西向布设101条断面，中间口门区20 km宽的海域测线间距为250 m，其南北外侧5 km宽的海域测线间距为500 m；1 m等深线至西部边界陆地部分采用GPS人工测量RTK高程，以后测次可只施测上水滩涂部分；同时对孤东、黄河口、截流沟、老黄河口4处潮位观测站进行验潮水深改正。由于黄河入海沙量主要在夏季入海，秋季测量泥沙沉积密实情况时淤积时间太短，远不如经过一个冬春季沉积稳定后在夏初测验泥沙密实情况，因此黄河口拦门沙地形测量最好安排在每年6月黄河调水调沙前，并将其纳入常规监测任务。这样，再配合同期水位、含沙量、温度、盐度、深度等水文因子调查，将有助于对河口拦门沙推移规律的进一步认识，为河口物理模型建设、河口防洪规划、河口治理研究等积累实测资料。

4 结 论

（1）2016—2017年由于黄河调水调沙中断，因此入海水沙量显著减少，黄河口海洋动力相对增强，整体上等深线向陆地蚀退，研究区海域遭受冲刷；而2018年恢复调水调沙后入海水沙量明显增加，泥沙堆积过程占优势，等深线向海淤进，研究区海域发生淤积。2015—2018年黄河口海域各等深线的变化幅度出现了由大变小再变大的过程，这与黄河入海沙量的变化相一致。2017年入海沙量较少，研究区海域底质沉积物受到冲刷筛选，而2018年研究区海域受到大量黄河入海较细粒泥沙的补给，底质沉积物中值粒径和平均粒径变小，粒度表现为相对较细。

（2）为更好地监测黄河来水来沙对河口地形演变的影响，应对黄河口海域测验范围、时间、频次进行优化设计。