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明清黄河下游来水来沙与河床演变

本文利用近500年历史水旱资料,分析明清黄河下游来水变化,、水沙组合序列,分析可能导致下游河床淤积的水沙组合样本。认为径梳偏丰时,来沙相对增丰,与来水来沙周期变化相应,存在三个加积阶段,下游河床急速加积,河床演变剧烈。
一、明清黄河下游的来水来沙变化
黄河下游来水、在超长系列里呈现出丰枯交替的周期变化。下游的来沙,以三门峡站以上流域为主,河口至龙门区间、泾洛渭汾流域产沙量,占全河的90%以上。:故利用三门峡站的多年天然径流2,粗估来水来沙的变化趋势和量级。以三门峡以上41站在《中国近五百年旱涝图集》中逐年的旱涝等级,对三门峡站天然年径流计算分析,重建了近500年径流序列。采用该序列作低通滤波处理,:认为50年滑动平均成果具有清晰的周期变化特征:分析来水变化趋势,认为明清黄河下游具有三个长周期(1479—1595年、1596—1782年、1783—1908年),成果如图。
从B、C丰水时段图象看,似可进—步划分为四个准丰水段,其间还有两次短暂相对偏枯振动。对复原的历史天然径流序列采用最大熵谱分析,成果显示存在23年的主周期、73年的次主周期,可能与天文一大气变化有关联。
研究认为明清时期的3次加积高潮,与A、B、C三个丰水时段大致同步(1534—1595、1643-1782、1798-1908年),下游河道的堆积低谷又与枯水时段大致同步,定性地认识到丰水时期的来水,与挟带而来较多的泥沙及下游河床的堆积存在密切关联的特性。造成下游河道堆积的泥沙,主要由大于的粗颗粒所组成,主要来源于陕北黄土丘陵沟壑地区,来自河口镇至清涧河口之间两岸支流与无定河河口以下白宇山区的支流河源区。
利用500年水旱资料,以主要产沙区的榆林、***二站资料,适当参考中游其它站区,认为榆林、***的水旱等级,相应也显示了水力侵蚀产沙程度,定性地判别主要产沙区在中游地的相对侵蚀(粗沙)产沙程度,粗分为丰、中、少三中情况。三门峡站以上来水,以已复原的径流序列,划分为偏丰、平水、偏枯三种情况,与产沙情况组合,获得九种组合形式,从而逐一确定各组合的下列大水年。又以三花间径流序列(王云璋,1989)作为下游水情的一维,进一步用三门峡以上的水沙组合与三花间水情(大水、平水、枯水)作为另一维,构成二次组合。将原中游来水来沙组合序列酌情置入;取得系列一:中游大水、大沙,下游大水,有样本57年;中游大水大、中沙,下游平水,有51年。系列二:中游大水大、中沙,下游小水,有46年。系列三:中游中水大中沙,下游平水、小水,有54年。系列四:中游小水,大、中沙,下游小水;有13年。三门峡以上来水一般与三花间洪水错峰,这里的估算从年径流总体来看;考虑到三花间来水含沙极少,致淤效果小,认为上述的二、三、四系列的水沙组合,产生淤积的可能较大,探讨称为可能致淤组合。以上四系列包含样本年数217年,占研究段1470—1855年样本总数的%。将样本年按原序置人丰枯周期之中,统计得到以下成果:
表1三门峡天然径流丰枯时段与可能致淤年数的比率
周期
丰枯
时段
(1)
年数
(2)
可能致淤年数
(2)/(1)
%
A
偏枯
偏丰
1470—1533
1534—1595
64
62
23
36


B
偏枯
偏丰
1596—1642
1643—1782
47
140
23
91


C
偏枯
偏丰
1783—1797
1798—1855
15
58
4
40


可见,在来水偏丰时段,中游来水来沙与三花间来水再组合,可能导致淤积的比率为%;而偏枯时段,这一可能致淤年数的比重在50%以下。1534-1595年丰水段,常出现连续2-3年,多达6年的连续可能致淤年,连续年区段间隔多为1-2年;1643-1595年丰水段,可能致淤年多为2-3年,也有长到7-8年的。1798-1855年,这种情况的连续段多为2-3年,多到6年,也有10余年的。分析认为正是处于丰水时段中的这些连续可能致淤年,下游河道产生严重淤积的几率较大。连续的淤积—决溢—淤积,加重了整个下游河道以及决口口门以下河段的糜烂、壅阻——淤积的恶性循环,使河道状况进一步恶化。
进一步看,在研究时期的386年之中,有72年暴雨中心在榆林、***地区,洪水通过各支河汇入黄河北干流后,河谷开阔,由于河槽的巨大调蓄作用,黄河中游出现的洪峰量级大减;而同时洪峰来沙系数大,就可能产生高含沙量洪水,这种年次占了可能致淤年的1/3以上,在可能致淤的年次里,对下游河道的塑造起到重要作用