作者简介：牛占(1945-)，男，黄委水文局高工。

　　1976年汛前，黄河口流路在西河口改北行为东流，入海流程缩短37km。1977年黄河中下游来了两场高含沙大洪水，下游河床发生了较大的变化。之后由于经济发展，黄河水的外流引用增大很多。1996年8月，黄河下游洪峰流量不算大（7000m³/s），但又出现了水位特别高，滩地淹没范围广的严重局面。这些现象均表明，1977～1996年黄河下游河床演变进入了一个新的时期。

1 主槽断面形态变化反映的淤积过程

　　黄河下游河道的时空变化常用横断面资料描述。从1977～1996年许多断面大量测次断面图对比看，黄河下游河道虽有汛期洪水冲槽非汛期淤积坦化的年际变化，但多年总趋势呈持续淤积抬升的态势。

　　按形态可将河道断面划分为单式、复式与复杂几种类型。一般单式河槽断面，后面测次的断面图线整个高于前面测次的图线，可以明显的看出期间河槽垫底全淤的状况。复式断面指在考察期间有两个主槽，水流一定时期主要在一个主槽行进，当两主槽规模差别较大时也可看出冲淤演变，一般可通过不同时期特定高程下断面面积的比较得出冲淤的概念。图1给出的高村断面是一个典型的复式断面，由图可见，1989年5月与1986年10月相比主槽横移800余米，面积也有所减少，产生了“倒槽淤积”现象。至1991年5月原来两主槽被淤填，新主槽已呈宽平状，河底比前两主槽高4m多。最后到1996年5月淤积就更趋严重，且有右倾成槽的趋势。复杂断面一般指无规模较大而稳定的主槽，一次洪水一条沟，平水小水又漫散的状况。如花园口可谓复杂断面，图2绘出了本断面部分测次的断面图。可见1983年10月断面是窄槽宽谷状，但从1991年10月、1993年5月、1995年10月的图线看，断面虽经多次反复演变但都未形成控制性主槽，行洪形势已相当恶化，直至1996年8月才被“96.8”洪水冲开一个窄槽。

　　黄河下游河道自孟津至入海口，除南岸邙岭和泰山两段依偎山麓外，其余均由大堤约束。走向上，孟津至兰考为自西而东，兰考至入海口为自西南而东北。我们用1990年河道断面资料，制绘了以主槽中线为横轴，以主槽界线和大堤界线为纵坐标的河道平面展布图（图3）。由图可见，800km余河道的平面格局，大致以孙口为界，约有一半属宽槽，一半属窄槽，到河口一带再行畅开。宽槽段的图形又呈藕节状，郑州铁路大桥（秦厂）、辛寨、开封公路桥（曹岗）、东坝头、东明大桥（高村）、陶城埠、艾山等为藕节卡口，其间分别是伊洛河口、花园口、高村、孙口等宽槽大滩河段（俗称“大肚子”河段）。卡口节点断面附近的河道对大洪水泄流和河势展拓有制约作用，“大肚子”河段则是滞存水沙的广阔天地。又按习惯划分，高村以上为游荡型河段，高村至陶城埠称过渡型河段，陶城埠以下至前左为弯曲型河段^〔2〕，前左以下的河口段也是游荡型河道。前述三种类型的断面及其演变特征在黄河下游河道的分布，与现行河道的格局是有较强关联的。一般单式断面分布在卡口节点与窄槽弯曲河道，复式断面多在过渡型河段，复杂断面主要在游荡型河道。这种联系，从历史过程看，河道的宽窄游荡程度是水势泥沙作用的结果，从河道状态形成后的反作用看，乃对水流的约束不尽相同。比如游荡型河道由于主槽变幅大，真正对河流起约束作用的两堤距不得不修的很宽（多在10km以上），以致大多时期主槽在离堤甚远的滩中。相应由于滩岸约束差，造成主槽摆幅较宽（多在4km），河流以游荡为主，断面表现就很复杂；而窄河道的槽线、堤线比较接近，大堤的形成与对水流的约束达到统一。

　　黄河下游河道滩槽分布转化与防护工程目标有着非常复杂的关系，大堤是黄淮海大平原的防洪生命线，是黄河防洪的最基础工程，其作用是确保漫滩以上大洪水不溃决，不出现迁徙改道。但堤内滩地又居住着百多万人口，治河时又要考虑不致在一般洪水时毁滩成灾，故多在滩唇或主槽两岸修筑堤坝以保滩地，这样河流的自然摆动和淤沙空间极受限制，出现了河中河现象。图4所示的孙口断面反映了河中河现象的状况与危险形势，在4500m宽的河道中存在着约500m宽的主槽，从主槽岸缘向大堤是横向正坡，水位高与流量大时河中河的水流容易溢泛成横河直冲大堤。黄河下游此类河中河河段不少。另外，为了稳定流路，也修筑将主槽约束在一定摆幅范围的治河工程，但是因此而改变了河流横向自然调节的扫描式淤积，打破了使断面较均衡升高的过程，也会出现了如图4所示的“河中河”状况，或孕育积累着造成河冲河溢趋势的危险。

　　主槽断面面积按流速～面积测算流量的原理看，是衡量过流能力最重要的要素之一，也一定程度决定着河相系数（断面宽深比），河底平均高程等断面特征指标。由大量的断面图套绘分析中可看出，从1990年到1993年黄河下游河道主槽由上游到下游顺次发生了一次较大变化，重要的表现是特定高程下主槽的断面面积、河宽、河相系数普遍变小，表明河道由于淤积向新的稳态转化。这是因为，从那时起黄河下游年径流减少甚多，赖以冲拓造床的洪水也次少量小，以致主槽淤积相对加重，河槽逐渐萎缩，行洪形势日益恶化。

　　黄河下游近年年径流大量减少，可从花园口1950～1997年五年滑动平均实测径流量过程曲线图中显示的演变态势看出，其值1970年之前在400～600×10⁸m³量级波动，之后到1985年在400×10⁸m³量级上下变化，越过1985年的500×10⁸m³峰点后则一直下降，1991年后再未超过300×10⁸m³，最甚者1997年不足150×10⁸m³。来水量的减少，除自然波动的降水减少之影响外，黄河流域总用水耗水量连年增加的影响更大。由于黄河流域多为干旱地区，经济要发展，节水措施滞后，预期内进入下游的水量仍呈减少趋势，至少较大流量持续时间会减少，河槽只能保持与之相适应的断面，河槽萎缩也不易克服。合理的水利调度可救水荒，可增加总效益，但不能根本解决贫水问题，不能解决制止河槽萎缩的冲沙输沙入海问题。这些重大问题寄希望于跨流域引水，寄希望于流域水土保持发挥效益。

2 主槽断面面积演变过程与泥沙传输冲淤波

　　黄河下游现行河道，上接秦岭—中条山峡谷，下延泰山山麓，横穿华北裂谷系沉陷带^[1]，受两头高中间低地势构建的控制，河道的纵坡总势是一条下凹曲线，但各区段不同时期局部纵向坡势是会变化的。联系黄河下游河道地形平面格局的实际情况（图3）可知，黄河在伊洛河口、花园口、高村、孙口等河段是被卡口分割的几个“大肚子”河段，可概化成几个串联的沉沙池，长期以来有“接力”传递输沙，产生泥沙传输冲淤波的功能。表现是，在前半周期上池淤积断面面积缩小，下池冲刷断面面积扩大，而后半周期则为上池冲刷断面面积扩大，下池淤积断面面积缩小的波动。具体来说，花园口以上“大肚子”沉沙池河段，正是河出峡谷，河床坡度由陡变缓转折明显之处，水势变弱水流分散的沉积过程特别发育，对河床的淤垫相对较强，特定高程下的河槽断面有一个减小过程，河底高程有一个升高过程。相应时期，高村“大肚子”沉沙池河段因来水含沙减小，会产生冲刷，特定高程下的河槽断面有一个增大过程，河底高程有一个降低过程。当这种态势发展到一定程度后，花园口以上“大肚子”沉沙池河段与峡谷段的衔接坡降转折变小，花园口以上“大肚子”沉沙池的淤积减缓或停止，而花园口以上和高村一带上、下两个“大肚子”沉沙池河段的河底高差变大时，将花园口以上“大肚子”沉沙池河段的淤积冲挟到高村“大肚子”沉沙池河段的过程也就开始，泥沙传输冲淤波由前半周期向后半周期转变。以后这种过程交替循环，其表象即造成泥沙传输冲淤波。就此分析来看，泥沙传输冲淤波的出现，与黄河下游横向纵向的特定河道格局有相当大的关联。

　　泥沙传输冲淤波现象，在黄河下游历年漫滩洪水部位的时空演变中也有明显显示。1977年洪水，在河出峡谷的伊洛河口一带“大肚子”河段发生高含沙浆河的严重淤积，水位特高，漫滩滞流，而往下游洪水基本未漫滩。1982年洪水的最高水位下移到郑州黄河铁路桥与花园口之间，水依多年未行河的左岸大堤流下，花园口“大肚子”河段漫滩严重。1996年漫滩最严重的部位则更下移到夹河滩到高村区间。这种洪水时空演变图景与水文断面面积的时空演变过程是很相似且大致对应的，都是泥沙传输冲淤波的重要反映。

3 汛前主槽断面面积与花园口前期大流量天数及与年平均来水量的关系

　　黄河下游洪水危胁是我国的心腹大患之一，其中每年的第一次洪水危险性最大，汛前主槽断面面积相当程度上决定着首场洪水的过流能力，决定着是否出现槽决水溢横河顶堤的险情，研究汛前主槽断面面积的演变过程和发展趋势对实际水文预报业务有重要作用。主槽断面的形态复杂，过流面积多变，影响因素多而不稳，寻求断面面积变化的引源，并建立引源与主槽面积定量关系有较大困难，同时从工程实用的角度看，定量关系不能复杂。我们经过多种方案试探，建立了1976到1996年各水文测站断面当年汛前主槽断面面积与花园口前五年流量大于3000m³/s的平均天数及与花园口前五年年平均来水量两种较好的相关，现示出两幅关系图于图6、图7，并将一些相关拟合曲线方程列出如下。

　　花园口当年汛前94m高程下断面面积y(m²)与前五年年平均来水量q(10⁸m³)相关拟合方程为

y=-0.1178q²+105.38q-18746R²=0.8561

　　高村当年汛前63m高程下断面面积y(m²)与花园口前五年流量大于3000m³/s平均天数x(天)相关拟合方程为

y=-2.2417x²+171.03x+319.75R²=0.9183

　　孙口当年汛前48m高程下断面面积y(m²)与花园口前五年流量大于3000m³/s平均天数x(天)相关，与花园口前五年年平均来水量q(10⁸m³)相关拟合方程为

y=-0.8754x²+75.035x+797.12R²=0.9112

y=-0.0354q²+33.816q-5685.6R²=0.8889

　　艾山当年汛前39m高程下断面面积y(m²)与花园口前五年流量大于3000m³/s平均天数x(天)相关，与花园口前五年年平均来水量q(10⁸m³)相关拟合方程为

y=-0.2224x²+21.251x+319.41R²=0.8756

y=-0.0085q²+8.4885q-1304.2R²=0.779

　　泺口当年汛前29m高程下断面面积y(m²)与花园口前五年流量大于3000m³/s平均天数x(天)相关，与花园口前五年年平均来水量q(10⁸m³)相关拟合方程为

y=-0.3619x²+27.639x+392.31R²=0.9098

y=-0.0162q²+14.685q-2399.1R²=0.859

　　利津当年汛前13m高程下断面面积y(m²)与花园口前五年流量大于3000m³/s平均天数x(天)相关，与花园口前五年年平均来水量q(10⁸m³)相关拟合方程为

y=-0.3666x²+38.247x+480.75R²=0.9169

y=-0.0187q²+18.671q-3177.1R²=0.8848

　　建立这些曲线拟合方程的基础与推论有，第一，用花园口站的水流物理量和分布在800km长河道的有关断面主槽断面面积建立相关是以黄河下游河道的通体性为基础的。曾用各站的水流物理量与本断面主槽面积建立相关但效果并不好。第二，进入黄河下游河道（花园口水文站）的水量和大于3000m³/s流量的天数对主槽断面的形成与保持有密切的决定作用。虽然泥沙冲淤量对此有直接的表现，但与水流相比较它不是动源。从物理原理看，流过的水量对断面的塑造是“能量”在起作用，较大流量有“高能量集中”的冲击作用，而冲淤的泥沙量仅是能量作用下的静态性“质量”效果。第三，汛前断面是前期较长时间水流作用累积的结果。我们试探的初步结论是前五年的水流物理量和次年汛前断面主槽面积关系最密切，用比此短的年数建立的同类相关关系都不太好。虽然每年断面都有较大的变化，但汛前断面却有相对稳定的意义，历年的汛前断面面积序列有一定的承继性和可比性，因此某年汛前断面面积也是与之相应较长时间水流累积作用的总效果。通常惯用的当年（或当场洪水）冲淤仅与当年（或当场洪水）水沙联系的思路在如较大洪水冲淤之类的研究中仍是适用的，而这里的研究考虑累积作用，蕴有“系统分析”的初步涵义，对诸如最近时期汛前稳淤之类的分析或许更适用。第四，相关关系是呈有极值的二次型方程，这是由有滩有槽复式河床的客观背景所决定的。曲线方程二次型的上升段是很易理解的，乃是水量较大，大流量的天数较多，主槽断面面积相应较大，属水流河床的正常调整。但在水量很大，大流量天数很多时（一般大于3000m³/s的天数较多时，更大流量的天数也多），主槽的面积反而倒转下降，一般说应是洪水漫滩后，漫滩洪水水量比例较大，使主槽水势减弱，相对加重主槽淤积所致。从各断面的对比看，花园口、高村、孙口、泺口等断面均有较大的滩区，拟合的二次型曲线的下降段较明显，而艾山、利津等窄河槽无滩，断面拟合的二次型曲线下降趋势就较弱。第五，根据1977～1996年20年资料总结的曲线可看出，花园口五年年平均流量大于3000m³/s的天数在30～40天，五年平均年来水量在400～450×10⁸m³时各断面主槽断面面积最大，花园口、高村、孙口、艾山、泺口、利津分别大约为5000、3500、2400、800、900、1400m²。1990年以后花园口年径流降到350×10⁸m³以下，对照这些图线及拟合方程可知，各站断面主槽面积比最大面积减少了一半以上。

　　从两种相关比较看，汛前主槽断面面积与花园口五年年平均流量大于3000m³/s的天数的关系更好一些，与先验知识更符合一些。

　　除了测站断面外，我们还选择一些断面建立同样的相关，如辛寨、韦城、一号坝等关系都比较好。但是对于一些无河槽控制的断面（如夹河滩断面等）关系就差的多，无实用意义。

　　各断面汛前主槽面积与花园口站多年水流物理量的关系，既是一种资料的经验总结，也是一种发展趋势相关。值得强调的是，在时间方面，用于建立相关的汛前主槽断面面积滞后于花园口站的水流物理量值，是一种时间序递相关，当知道了今年以前花园口的水流物理量值后，在条件无很大变化时可以预测明年汛前的主槽断面面积，工程实用性较强。然而因相关模式采用了前期五年的滑动平均量（水量或大流量天数）作因变量，长处是因此而使关系稳定，不足则是对突变特异性年份变化反映不灵敏。

4 洪水水位流量关系反映的河床演变

　　水位流量关系是河床特定断面泄流能力的重要反映。在水位作纵坐标流量作横坐标的正交坐标系中，将历年或不同时期及各较大洪水期的水位流量关系绘成曲线套绘对比，可分析同一水位下泄流能力（流量）的演变和同一流量下水位的升降。虽然流量是流速与过流面积的乘积，但象黄河下游这种冲积河床，由于过流面积变化相对与流速的变化大的多，其对通过流量的影响常是主要的。因此当不同时期同流量的水位有了变化时就认为断面面积起了相应的变化，也就是河床有了变化甚或认为就是河床的某种特征高程（如平均河底高程）尺度有了升降，这可看作是水位流量关系反映河床演变的原理。

　　由水位流量关系分析河床演变，多用某测站典型洪水的资料绘成的水位流量相关曲线。图8、图9绘出了花园口、利津站1958年7月（58.7）、1977年7月（77.7），1982年8月（82.8）、1996年8月（96.8）各场洪水的水位流量关系线。就各站的图线来看，各曲线的位置都有从58.7到96.8依时向左上方移动的特点，表明了同流量水位升高、同水位流量减小的总势，这与前面所述黄河下游河床从长时期看一直淤积上升的走向是一致的。图中花园口“77.7”曲线包容在“58.7”之中，乃是因为“77.7”是一场特殊的高含沙洪水，曾出现潼关站洪峰流量大于上游龙门站，花园口站洪峰流量大于上游小浪底站的现象，花园口以上河段还出现“浆河”、“阵流”的水位骤升猛降现象。这场洪水是连续复式峰，艾山以上河段全面大淤积，花园口以上淤积最严重，但在后一洪峰过程中行洪主槽发生大冲刷，是一场淤滩刷槽的洪水，造成洪水的水位流量关系曲线回落到“58.7”水平，图中“77.7”洪水的那条曲线就是后场洪水冲刷后的水位流量关系。同时从单次洪水水位流量关系曲线中还可看出，“58.7”洪水花园口同流量水位变幅最大，表明冲淤最强烈。利津站“82.8”曲线与“77.7”曲线几乎重合，表明利津河床在此期间冲淤平衡，保持良好的泄流状态。这显然是1976年西河口改道后，黄河入海流路缩短37km，水位明显下降，有利的入海坡降直到“82.8”洪水期尚无大变的持续作用所造成的。

　　由这些洪水水位流量关系图可以推出某流量级下的水位升高，现将花园口和高村水文站流量5000m³/s、泺口和利津水文站流量4000m³/s下水位升高值列于表1。表中高、低水位是各绳套曲线的上下支水位值，相应高位升高和低位升高是邻场洪水同指标水位的升高值，前者常在防洪中使用，后者及平均升高意寓说明河床变化的情况。各间隔年栏下值是所列年份的顺序差，各累计年栏下值是间隔年栏下值的顺延累加。就水位升高总幅度情况看，泺口最高，利津次高，花园口和高村较小，这与黄河下游河道纵坡的总势及局部格局有关。实际上，影响黄河下游河道纵坡的因素很复杂，除了前述上接秦岭—中条山峡谷，下延泰山山麓，横穿华北裂谷系沉陷带^[1]，受两头高中间低古地质建构的控制，使花园口、高村一带河床在下游800km余的整个河流纵坡总势中处于下凹相应外，泺口还受艾山卡口的直接影响，利津还受海洋的顶托，河槽断面宽窄及横向调整程度也有相当作用。因此在用洪水水位流量关系图推出某流量级下的水位升高以反映水流泥沙对河床的长期作用时，了解水文测站在黄河下游现行河道格局中的总地位还是需要的。据我们观察，郑州铁桥以上河段有从山谷向平原过渡的特征，有支流汇入的影响；部分卡口段河床对水流的反作用较明显；陶城埠以下大多河段已成为河弯不能自由发展的人工控制为主的河道^[2]；至于河口段受河道水流泥沙和海洋作用影响，河床演变更复杂一些；就一般较顺直河段看，虽有许多堤坝工程控制着洪水大势，但花园口、高村、泺口、利津各河段在总体上有以水流泥沙和河床相互作用的自然演变特征，由水位流量关系中某流量级水位升高反映水流泥沙对河床的长期作用还是有代表性的。

　　黄河下游滩区人居生产要求人们必须重视平滩流量，通常平滩流量也作为黄河下游的造床流量应用。对河床演变来说，平滩流量常是主槽冲淤的指标之一，用滩唇高程在洪水水位流量关系曲线图中推求各断面的平滩流量也是最常用的河床演变分析方法，表2列出了参考文献[2]和我们本次分析推求的部分平滩流量成果。由表列数据看，花园口因接近黄河从峡谷向平原过渡区段，对上游水沙作用比较灵敏，平滩流量变化较大，高村略有变化，到泺口和利津1970年以来一直变小。值得注意的是，1982年8月之前泺口和利津的平滩流量已很小，致使“82.8”洪水动用了东平湖滞洪区分洪。1996年8月全下游各站平滩流量均更小，反映出河槽淤积已到了最危险的时候，致使“96.8”洪水水位全线超高，滩区严重积水淹没，典型的如铜瓦厢改道141年来未上过水的原阳等高滩也被淹没。洪水期间花园口至夹河滩区间大于河槽蓄水（估算2×10⁸m³）的时间达11天，且蓄水值最大的一天达6×10⁸m³；夹河滩至高村区间大于河槽蓄水（估算2×10⁸m³）的时间达12天，且蓄水值最大的一天达10×10⁸m³；高村至孙口区间超过河槽蓄水（估算3×10⁸m³）的时间达24天，且蓄水值最大的一天达12.4×10⁸m³。这种严重的漫滩蓄水造成极大的灾害，并将河道洪水传播过程改变如水库蓄调，邻站的峰现时间大为延迟，如夹河滩到高村距离仅93km，峰现历时近80小时，是历史上曾出现最长历时24小时的三倍多。因为滩区蓄水，淤积也有所增大，减少了直接向下游输移的泥沙，“96.8”洪水在花园口～夹河滩～高村～孙口四站三个区段间分别落淤0.721、1.796、0.431×10⁸t泥沙^[3]。

　　从历年水位流量关系图摘录点绘花园口1950～1998年4000m³/s流量级水位过程线分析可知，水位虽有数次大的峰谷变化，但总势是抬升的，最高为1998年的94.37m，最低为1962年90.73m。按顺序与前期比较，50年代水位抬升1.67m，60年代下降0.57m，70年代又抬升1.41m，80年代下降0.19m，至1998年的90年代再抬升1.41m，累计抬升3.73m，平均每年升高0.078m，而1990～1998共9年年均升高0.157m，是多年平均上升速度的2倍以上。高村站1950～1998年3000m³/s级流量水位过程的表现概况是，最高的1998年为63.40m，最低的1950年为59.46m，50年代10年间抬升1.31m，1960～1965年5年间下降0.89m，1965～1980年的15年间呈锯齿状变化，累积升高2.29m，1990～1998年持续升高，平均每年上升0.155m。

　　由诸如此类的分析都给出了黄河下游行水河床区域整体冲淤升降的物理图景。但是需要指出，水位流量关系指示的河床升降变化仅在行水区域有效，对无滩的单式河槽，若长期行水区域不变，水位的升降当然很说明实际情况。对有滩的复式河槽，若水位指示的不在同一槽道或槽区，可能会出现误导，如行河由较高的主槽倒向较低的主槽，同流量水位虽然下降，但实际在新的主槽仍淤积，然而会误认为产生了冲刷。

5 结语

　　1996年8月黄河下游出现灾害严重的洪水以来，我们整理了大量水文断面的资料，研究得到了一些成果，本文报道了部分内容，可简要概括为：黄河下游古地质构建特征和现行河道格局对河床演变有基础性制约作用；1977～1996年较长时段，特别是1990年以来，黄河下游河床萎缩恶化，主要表现为窄河道单式断面的全面抬高、过度河道复式断面的填槽上升、游荡河道复杂断面的普遍淤积，这都是径流大大减少造成的；泥沙传输冲淤波是空间相邻“大肚子”沉沙池河段的纵横格局与水流泥沙冲淤交变形成的现象；探索建立的各水文断面汛前主槽断面面积与前期进入黄河下游（花园口）水流物理量之间良好的二次相关拟合方程，不仅是重要的历史总结，而更具有河床演变趋势预测的作用。从两种相关比较看，汛前主槽断面面积与花园口五年年平均流量大于3000m³/s的天数的关系更好一些，与先验知识更符合一些；在洪水水位流量关系图中揭示出目前河床升高之甚与平滩流量之小的状况，预示了小洪水高水位大漫滩的危险局面。

参考文献

[1]戴英生.黄河流域地质构造的基本特征.人民黄河,1984,(3).

[2]潘贤娣等。三门峡水库修建后黄河下游河道演变。黄河三门峡水利枢纽运用研究文集。河南人民出版社,1994,7.

[3]牛占等。黄河“96.8”洪水的水文表现。人民黄河, 1997,(5).