2010年
海洋湖沼通报
Transactions of Oceano log y and Lim no logy
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2005年黄河调水调沙期间入海泥沙扩散研究*
李 平1，丰爱平1，陈义中2，陈沈良3
(1.国家海洋局第一海洋研究所，山东青岛266061;2.上海市环境科学研究院,
上海200233;3.华东师范大学河口海岸学国家重点实验室，上海200062)
摘 要：针对黄河调水调沙试验开始前，黄河入海水沙通量非常少，调水调沙试验开始后，入海径流量和泥沙量增加近10倍的情况。通过2005年黄河调水调沙入海泥沙扩散的数值模拟，并结合收集到的黄河口卫星航片解译结果，研究结果表明，调水调沙实验开始后黄河入海水沙量急剧增加，由于地形及射流效应，入海水沙出河口后形成E和SE方向为主扩散的泥沙流，但其扩散范围有限，呈现以河口为中心的扇
形分布格局，最大影响距离约20km40km。风作为悬浮泥沙扩散的驱动力，成为泥沙扩散运动方向和大小的重要决定性因子。
关键词：黄河口；调水调沙；入海泥沙；扩散范围
中图分类号:TV213 文献标识码:A 文章编号:1003 6482(2010)04 072 07
引言
调水调沙是在充分考虑黄河下游河道输沙能力的前提下，利用水库的调节库容，对水沙进行有效的调节和控制，适时蓄存或泄放，调整天然水沙过程，使不适应的水沙过程尽可能协调，以便于输送泥沙，从而减轻下游河道淤积，甚至达到冲刷或不淤的效果，实现下游河床不抬高的目标。2002-2004年期间共进行了3次调水调沙试验工作，第一次2002年7月4日开始，历时11d，利津站入海水量23.2亿m3，沙量0.504亿t；第二次2003年9月6日开始，历时12.4d，入海水量27.68亿m3，沙量1.151亿t；第三次2004年6月19日开始，累计历时26d，入海水量47.3亿m3，沙量0.607亿t。2005年黄河调水调沙的启动，标志着调水调沙已经由试验阶段正式转入生产应用阶段。黄河泥沙入海及其运移扩散是调水调沙过程的重要组成部分，迄今为止，有调水调沙相关研究主要集中在黄河调水调沙试验效果分析，对河口区段的影响及其评价，有关黄河入海水沙扩散的研究仅李广雪于1999年进行过相关研究，总体来看有关调水调沙期间入海泥沙扩散的研究相对较少[1 8]。为此，本文作者依据2005年调水调沙
期间黄河利津站入海水沙通量数据资料，利用数值模拟和黄河口的卫星航片解译相结合的方法，对调水调沙期间主流快速摆动的过程及其泥沙扩散运移范围进行了讨论。
1 概 论
1.1 2005年黄河调水调沙概况
2005年黄河第4次调水调沙试验于6月16日正式启动,2005年7月1日05:00，小浪底水库下泄流量骤减至570m3/s，转入汛期正常调度,2005年黄河调水调沙水库调度阶段结束。小浪底水库首次正式实施调水调沙，标志着黄河调水调沙作为黄河治理开发与管理的常规措施，正式转入生产运用。此次调水调沙冲刷了下游河道，改善了下游!瓶颈∀河段，提高了主槽过洪能力等。与此同时，此次运用不仅将6640万t泥沙输送入海，同时还找到了黄河下游泥沙不再淤积的
*基金项目：国家海洋局环境保护司(BJ03 03)；海洋公益性行业科研专项经费项目(200805063)资助。
第一作者简介：李 平(1981 )，男，硕士，从事河口泥沙输运、扩散研究。Email:lp@fio.
收稿日期:2009 12 29
4期2005年黄河调水调沙期间入海泥沙扩散研究73
临界流量和临界时间。
1.2 数据资料的收集及其处理
本文利用的主要资料包括黄河口利津水文站水文泥沙观测资料、已有研究估算得到文中所使用的数据资料。研究的方法以2005年调水调沙期间相关研究结果为主，辅以利津水文站逐日实测水沙资料。文中所采用的卫星遥感资料主要为收集的前人在该地区所作的调查研究报告，卫星遥感数据资料的分析解译采用遥感资料解译与实测悬沙浓度之间建立关系式，进而进一步修正关系式，后建立合理的悬沙浓度分布遥感影像图。1.3 调水调沙期间水沙通量变化特征
调水调沙是在科学调节多个水库水沙相互合理对接的基础上，在小浪底水库形成短
期人造洪水，实现冲刷下游河道、修复下游生态环境和减少水库淤积的多重效应。以黄河口利津水文站2005年逐日实测水沙资料为依据，图1分别为2005年黄河入海水沙通量变化过程图，由图可见：黄河调水调沙前利津水文站日径流量平均值约186.48m 3/s，日输沙率平均值小于0.25t/s 。调水调沙期间最大流量2790m 3/s，出现时间为2005年7月11日，同日日输沙率为44t/s，翌日日输沙率达最大值98.5t/s 。此次调水调沙运行，利津站日径流量和输沙率平均值分别为1980.97m 3
/s 和33.37t/s,2005年全年两者平均值分别为656.74m 3
/
s 和6.03t/s，此次调水调沙期间利津站日径流量和日输沙率为2005年全年均值的近3倍和5
倍。
图1 2005年调水调沙前后利津水文站日径流量变化图(,)
F ig.1 L ijin Station daily runo ff changes befor e/after the test for wat er and diment r egulat ion in 2005
由2005年调水调沙期间水沙通量变化过程可见，调水调沙开始后利津站日径流量和日输沙率由6月14
日671m 3/s 和5.97t/s 突增至6月15日的1479m 3/s 和22.6t/s，高水沙通量持续至7月14日的816m 3/s 和19.6t/s，输沙率具有明显的滞后效应，继续保持高值后逐步恢复到调水调沙前的量值。总体来看，调水调沙前、调水调沙期间及调水调沙后，黄河入海水沙通量呈现明显的低-高-低的变化过程，这种特点对黄河入海泥沙扩散有着明显的影响，有助于形成集中输沙，聚沙外输的优势[9]。
2 黄河入海流路的变化
影响黄河入海泥沙扩散方向和范围的因素很多，例如河口沟槽走向、地形地貌特征、潮流及风浪等均为其重要的影响因子。自黄河1996年人为由清水沟流路改道走清8断面入海后，入海主流路由偏东南向改往偏东，甚至偏东北向，对莱州湾的影响由直接影响变为间接影响，悬浮物在莱州湾无论扩散距离和范围更趋于减小。
从黄河泥沙扩散过程来看，一般情况下，黄河径流量非常小，由黄河进入河口区的泥
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沙通量非常有限，仅沉积在河口区，扩散范围和距离仅限于黄河河口口门。调水调沙开始后，入海水沙通量有一个突增的过程，图2为2005年黄河调水调沙期间河口主流摆动过
程图[10]，由图可知调水调沙初期入海主流方向为东南偏东，后入海主流方向转为东南偏南，至调水
调沙后期，主流方向往北摆动，主
要为偏东方向。
图2 2005年黄河调水调沙期间河口主流摆动图(据文献[10])
土耳其棉花堡F ig.2 Changes of Y ellow Riv er Estuar y mainstr eam during water and diment r egulation of 2005
(accor ding to [10])
随着黄河入海水沙通量的不断减少，调水调沙成为黄河泥沙入海的主要方式，偏E 和SE 向的入海泥沙扩散方向，在一定程度限制黄河泥沙在莱州湾的扩散范围和距离，抑制黄河泥沙的进一步扩散。
3 河口泥沙扩散对调水调沙的响应
认购协议
恋爱聊天3.1 基于航片解译的泥沙扩散特征
悬浮泥沙变化主要受泥沙通量、地形地貌、潮流和风作用的控制。黄河口泥沙扩散范围大小，含沙量空间分布特征均受上述各因子的影响，具有明显的时空差异。
在不考虑风作用的前提下，在一般天气条件下，由于黄河入海水沙通量均较低，河口区悬沙浓度也很低，形成一个低含沙量分布区带(见图3)。调水调沙实验开始后，黄河入海水沙较正常情况下突增近10倍，巨量的水沙冲出河口后，由于地形和射流效应，黄河水沙出河口后主要往东和东南方向扩散。另
外，入海泥沙集中分布在河口和近岸带，其扩散的范围非常有限。由此表明，黄河入海水沙通量是影响河口及其邻近海域悬浮泥沙分布的一个重要因素，但其扩散范围非常有限，这一结果与黄河调水调沙入海泥沙扩散数值模拟的结果相一致。
黄河入海泥沙除大部分沉积在河口区外，小部分在风的作用下由河口区向邻近海域和莱州湾海域逐步扩散，其扩散运移方向主要往偏东向扩散。风是影响含沙量分布的另外一个重要因素，风作为泥沙扩散运移的驱动力之一，成为泥沙扩散运动方向和大小的重要决定性因子。黄河口常年常风向多为偏东南向，因此常成为黄河入海泥沙向莱州湾扩散的障碍，缩小了泥沙由河口向莱州湾扩散的距离和范围。当风向为偏北向时，黄河口泥沙扩散范围明显要比其他风向扩散的远，同时波浪掀沙、潮流输沙也导致了近岸水域的含沙量相对于其他风向偏高。图4莱州
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图3 黄河口表层悬沙遥感图(2005.5.8)F ig.3 Surface suspended diment remote nsing on 8th M ay ,2005
湾大风作用后，悬浮泥沙平面分布图，这是由于在风的作用下，不仅河口泥沙迅速向莱州湾扩散,
而且风还能导致海底泥沙再悬浮。
骁勇善战的意思图4 1997年3月15日表层悬沙遥感图Fig.4 Surface suspended diment r emote
nsing on 15t h M a rch,1997
总而言之，不论从入海泥沙扩散运移路径还是泥沙扩散范围来看，在不考虑风的作用情况下，黄河入海泥沙仅集中沉积在河口及其周围海域。风作为悬浮泥沙扩散的一个重要驱动力，对悬浮泥沙的扩散方向和距离均是一个重要影响因子。在偏N 方向风的时期，黄河入海泥沙可及莱州湾，但也仅及莱州湾中部水域，在偏S 向风的作用情况下，风成为悬浮泥沙南扩的一个障碍因素，大大缩小黄河泥沙往莱州湾扩散的距离和范围。3.2 基于数值模拟的入海泥沙扩散范围
模拟分析黄河调水调沙前后，黄河口泥沙扩散变化。模型采用的海岸海洋模式ECOM si 是在POM 基础上发展起来(Blumberg and M ellor,1987)的三维河口海
洋模式，并利用实测站位(38#13.901∃N,118#48.699∃E )2005年12月24日12时至25日13时的实测资料对模型进行率定验证，从实测的表、底层流速流向资料与模拟结果对比可知，水动力模型能够较准确地模拟出黄河沿岸海域的水动力变化特征，可以为泥沙扩散模拟提供较为准确的水动力条件，见图5。3.2.1 调水调沙开始前入海泥沙扩散
2005年黄河第4次调水调沙于6月16日正式开始，根据悬浮泥沙扩散数值模拟结果分析发现(见图6，图
7)，黄河调水调沙实验开始前，由于黄河入海径流量及悬沙浓度均很低，冲出黄河口的泥沙扩散范围很小,0.001mg/L 等浓度线的悬沙范围只能到达黄河东北口，其扩散范围非常有限。同时发现黄河调水调沙前，悬浮泥沙的表、底层浓度及扩散范围都无明显差异，具有一致性，表明河口区由于水深较浅，且由于外应力作用，表、底层之间悬浮泥沙交换强烈，即紊流作用强，垂直混合均匀。
3.2.2 调水调沙期间入海泥沙扩散
2005年6月27日黄河调水调沙进入第12天，利津站日均径流量和输沙率分别为2350m 3/s 和34.80t/s，黄河入海径流量急剧
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年
图5 实测资料与模拟结果对比图(点为实测资料，线为模拟结果)F ig.5 Co ntr ast betw een the obrv ations and simulat ion results (the dot for o br vatio ns and t he line for simulatio n r
esults)
图6 黄河调水调沙前表层泥沙扩散分布
(单位:mg /L )
Fig.6 Surface diment spr ead before the test fo r the water and diment reg ulation (unit:mg /L )
上升，黄河口悬沙浓度急速升高，由此导致悬浮泥沙扩散范围迅速扩大。由于黄河外排径流量及含沙量都非常高，高浓度泥沙在底层扩散范围要远大于表层，而低浓度泥沙的扩散范围表底层扩散范围相近，底层略大于表层(见图8、9)。这表明入海泥沙粒径范围较广，悬浮泥沙扩散运移存在多种方式,
高浓度
图7 黄河调水调沙前底层泥沙扩散分布
四川省大学排名(单位:mg/L)
F ig.7 Bo ttom diment spread befo re the test for the water and diment regulation (unit:mg/L)
悬浮泥沙以悬浮为主，逐渐沉积下来，随着距离河口距离的增大，泥沙粒径具有明显的分带性，呈现低悬浮泥沙浓度的海水其扩散运
移距离大的特点。总体来看，黄河调水调沙期间悬浮泥沙扩散影响范围还是有限的，呈现以河口为中心的扇形分布格局，其最大影响范围约20km 40km，其扩散运移方向以
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E 向为主，对莱州湾海域的扩散影响程度非
常有限。
图8 黄河调水调沙后表层泥沙扩散分布
(单位:mg /L )
F ig.8 Surface diment spread after the test for t he w ater and diment reg ulatio n (unit:mg/L
)
图9 黄河调水调沙后底层泥沙扩散分布
(单位:mg /L )
F ig.9 Botto m diment spread after the test for the water and diment r egulat ion (unit:mg /L )
4 结 论
本文针对2005年黄河调水调沙期间入海水沙通量的输运扩散过程开展研究，利用黄河入海泥沙扩散数值模拟，并结合航空卫
啤酒的妙用星图片解译结果，对入海泥沙扩散过程和范围进行了探讨，得出如下主要结论:
(1)黄河是世界上泥沙含量最高的河流之一，黄河径流携带大量泥沙入海，然而，最近50a 来黄河入海径流量和输沙量急剧减
少，尤其是黄河断流状况日趋严重，相应黄河入海泥沙对莱州湾的影响范围也迅速缩小。
(2)黄河一年中大多数时间入海泥沙很少，黄河入海泥沙扩散范围非常小，而调水调沙在短期内汇聚巨量泥沙，形成集中输沙，聚沙外输的优势，短时间内完成入海泥沙在河口的集中堆积。风作为悬浮泥沙扩散的驱动力，成为泥沙扩散运移方向和大小的重要决定性因子[9]丹参泡水喝的功效与作用禁忌
。
(3)由于调水调沙开始后径流量成倍的剧增，形成河口射流作用，入海径流量出河口后继续以东向为主行进，呈现以河口为中心的扇形分布格局，但其最大扩散影响范围约20km 40km，对莱州湾海域的扩散影响程序非常有限。
(4)调水调沙期间黄河入海水沙通量占年入海总量的近1/3，因此通过调水调沙这一有效机制可在一定程度上解决入海泥沙问题，扩大泥沙扩散范围[10]。参考文献
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