论黄河下游河道两次历史性大转折及其意义
许炯心(中国科学院地理科学与资源研究所)
摘要：人类历史时期以来，黄河下游发生了两次历史性大转折，第一次为两千多年前战国中期全面筑堤使黄河下游成为地上河；第二次为20世纪90年代以来人类过量引水使黄河下游成为人为季节性或人为萎缩性河流。本文分析第二次历史性大转折的成因、过程和影响，目的在于寻找解决面临的严峻水资源问题的对策。关键词：黄河下游；历史性大转折；河床演变；防洪；地理环境
进入70年代以来，由于人类活动和气候变化的影响，黄河流域发生了明显的水沙变化，径流量和泥沙量都显著减少。对此不少学者已经进行了深入的研究[1]。1972年黄河下游开始出现断流。特别是1987年至今，黄河处于来水偏枯的周期，与人类引水激增相叠加，使得90年代以来河道断流加剧。可以认为，黄河下游的水文泥沙和河道演变过程发生了重大变化，这一变化将会对黄河流域和下游河道的治理方略及实施措施产生深远的影响。目前黄河下游正在向季节性或萎缩性河流转化，可以称之为“人为季节性或人为萎缩性河流”。人为季节性或人为萎缩性河流在水文学上的本质特征是，长期处于低流量、超低流量的状态下运行，并且季节性地发生河流干涸。虽然可以通过人为调控措施，缓解断流的发生，但泄放的流量很小，并不能改变上述本质特征。自80年代中期以来黄河下游径流的减少，一方面与降雨偏少有关，但80～90年代每年高达300亿m3左右的人类引水量，无疑是径流大幅度减少的主因。气候的随机变化固然可以使未来流域降水增多，但人类用水量却不能显著减少，若不能实现大规模引江入黄，则黄河在很长时期内无疑仍将处于低流量状态。
我们认为，由天然常流河变为长期以低流量、超低流量运行并发生河道干涸的人为季节性或人为萎缩性河流，这是人类历史时期以来黄河下游河道所发生的第二次历史大转折。第一次历史大转折则发生于战国中期，由于黄河下游河道普遍筑堤，使冲积扇上自由分汊、分流的天然河道(非地上河)，逐渐淤积抬高而?湮厣虾印１疚慕哉饬酱卫沸源转折及其意义进行讨论。
1黄河下游河道发育的第一次历史性大转折
黄河自河南孟津由处于地壳抬升区的高原和山地进入地壳沉降区，以自身所挟带的巨量泥沙，塑造了广阔的草原。在人类历史时期以前，黄河下游河道属于黄河大冲积扇上的分汊河道系统，各股汊道分流入海，并可自由摆动，当时的河道并非地上河。目前对筑堤以前的黄河下游河道发育演变知之甚少，但《尚书·禹贡》中“北播为九河，同为逆河，入于海”一语可以认为是筑堤以前黄河大冲积扇上分流分汊河道的生动写照。
黄河下游堤防系统的形成，大致是在战国中期。《汉书·沟洫志》记载西汉末年贾让作《治河三策》，其中提及“堤防之作，近起战国”。堤防的修筑是地上河，特别是地上悬河形成的必要条件。这里，地上河定义为河底高于河道两侧地面的河道，而地上悬河则是河底与堤外地面具有较大高差的地上河。黄河下游河道两岸连续、完整的堤防系统形成之后，泥沙搬运与堆积的方式发生了很大的变化。筑堤以前，河道可以自由摆动，泥沙可以比较均匀地堆积在广大的冲积扇面上；筑堤以后，泥沙只能在两堤之间的狭小地面向上加积，使河道的沉积速率大为加快。由于黄河是一条多泥沙河流，随着河道的不断淤高，便可能使河床显著高出于两侧地面而成为地上河。黄河下游全面筑堤之后成为地上河，从一些历史文献中可以找到有关的记载。到了西汉前期即公元前二世纪中叶，历史文献中开始出现黄河下游频繁决溢的纪录。公元前一世纪末已有人指出“河水高于平地”，这时很可能已经形成地上河了[2]。
由筑堤前在冲积扇上分流分汊自由摆动的非地上河，转变为筑堤后逐渐形成的地上河，这是人类历史时期以来黄河下游河道的第一次历史性大转折。这一转折对黄河下游地区的地理环境和人类文明的发展产生了极为深远的影响。
1.1黄河下游沉积速率大大加快我们曾经运用碳十四测年技术，对黄河下游不同埋藏深度的沉积物样品进行了分析，由此计算出了从样品埋藏时至今的平均沉积速率。平均沉积速率随时间的变化已经点绘在图1(a)中。可以看到，大约在距今2000～2300年处，曲线发生了转折，意味着沉积速率急剧加快。显然，这反映了战国中期筑堤以后，黄河下游河道沉积速率明显加快的事实。
(a)基于碳十四测年技术的黄河下游平均沉积速率随时间的变化 (b)河北平原历史城邑和遗址的分布(据文献[3])
1.2开始了黄河下游平原人类开发的历史黄河下游全面筑堤以前，下游冲积平原地区(即今河北平原)河水泛滥的频率很高。在人类与自然作斗争的能力尚十分低下的古代，只能避水而居，因而在这一地区很少发现新石器时代和春秋时代的城邑和遗址。然而，到了战国时代，城邑和遗址迅速扩展到了整个河北平原(图1(b)).当时的黄河河道主要位于现黄河以北地区，即今天的河北平原地区。这说明，始于春秋、盛于战国的黄河下游筑堤，是这一地区区域开发的先决条件。筑堤是黄河下游地区人类发展史上的一大创举，揭开了这一地区人类开发史的篇章，使这里逐渐成为中华文明发展的重要地区。筑堤使河道的位置相对稳定，保护了广大平原地区的城市和乡村免遭洪水灾害，对于黄河下游地区的经济繁荣是功不可没的。
1.3开始了黄河下游频繁决堤改道的历史地上河的不断向上加积，要求堤防也必须随之加高。如果堤防的加高不能与河床淤高同步进行，或者局部堤段比较薄弱，难以抵御洪水，则在大洪水发生时，便可能发生漫溢或冲决。如果决口之后不能及时堵口，则有可能发生改道。在黄河筑堤以后的两千多年中，决口的频率有随时间而加快的趋势(图1(c))，这一方面是由于筑堤以后中游流域中人类对植被的破坏和坡地开垦活动随人口的增加而加剧，另一方面也与下游堤防的堤距逐渐变窄有关。战国时期所筑的堤防，两堤去河均超过12.5km，两堤之间供泥沙堆积的空间较大，故河床淤高的速率不是太大。后来，由于下游地区人口的增加，与水争地，使堤距变窄。明清两代，推行“束水攻沙”的治河方略，也需要束窄堤距。堤距束窄之后，可供泥沙堆积的空间减小了。“束水攻沙”虽可增大水深，使流速加快；但大量泥沙被输送入海，使得河口延伸速率加快，河长增加、比降减小，由此抵销了水深增大的作用，使水流挟沙能力在经历了增大之后又复减小，故河道沉积速率最后还是增加了[4]。所有这些因素都使河道决口的频率加大，黄河下游防洪问题越来越严重，成为中华民族和历代政府的心腹大患。
1.4对区域自然地理环境演变的影响黄河下游由非地上河转变为地上河之后，河流泥沙的堆积方式、平原地貌的塑造过程和与冲积物分布有关的土壤形成过程都发生了很大的变化，由此对平原自然地理环境的演化产生了深远的影响。对此，我们在文献[4]已作了详细研究。
2黄河下游河道发育演变中的第二次历史性大转折
河道的历史性大转折，应该是在整个河流发育史上有重大意义的、改变了河流地貌演变的方向，并对河道周围地理环境产生了较大影响的变化。前一节所说的黄河下游全面筑堤之后由分流分汊、自由摆动的河道，成为受大堤束范的地上河，无疑是一次根本性变化，而始于70年代初并在90年代迅速发展的黄河下游河道向人为季节性或人为萎缩性河流的转化过程，也是黄河下游发育演变史上的一次根本性变化。
图2(a)中点绘了黄河下游利津站历年小于50m3/s和大于1000m3/s流量天数随时间的变化。可以看到，70年代后开始发生小于50m3/s的流量，且呈增加趋势，1990年后呈急剧增加的趋势，增大到每年150d左右。大于1000m3/s流量出现的天数，从1970年以来迅速减少，到90年代减少至每年60d左右。沿程向下，大于1000m3/s以上各流量级出现的天数迅速减小，而小于1000m3/s各流量级出现的天数则急剧增大(图2(b)).由此可见，黄河下游进入了以低流量、超低流量为主的新阶段。
与此同时，在下游河道发生频繁的断流，断流天数逐年增加，断流起始点的位置不断上延，曾达到距河口700余公里的夹河滩站以上。图2(c)显示，1972年前，利津站未发生过断流；1972～1990年，断流天数随时间的增加较慢；1991年以后，断流天数急剧增大。可以认为，1991年以后，黄河下游已具有人为季节性或人为萎缩性河流的特征，河流的水文状况发生了重大的变化。
黄河下游水文状况的变化引起了剧烈的河床调整。由于汛期大流量出现的机率大大减小，出现了汛期中小水挟带大沙的局面，导致河床的淤积部位发生了变化，绝大部分淤积在主槽中(图3(a)).在人为季节性或人为萎缩性河流状态下，泥沙在主槽中淤积的比例沿程增大，这与流量沿程减小、漫滩机遇沿程减小是一致的。而处于天然常流河的1950～1960年，情况则相反。90年代以来主槽河床迅速抬升，不少河段主槽的河床平均高程甚至高于滩地的平均高程，形成二级悬河，即悬河中的悬河。尽管随着主槽淤高，漫滩机遇会增多，滩地也会淤高，但河道与滩地的规模会大大减小，这与自然演变时期是不同的。
泥沙在主槽中的淤积使得主槽迅速萎缩。图3(b)中点绘了黄河下游游荡段代表性断面平滩水位下的河宽和过水断面面积随时间的变化，可以看到河床萎缩的过程。
(a)利津站历年小于50m3/s和大于1000m3/s流量的天数随时间的变化 (b)1986～1994年间各级流量出现天数的沿程变化
(c)黄河下游利津站断流天数的历年变化图2黄河下游水文状况的变化 (a)1950～1960年与1987～1994年泥沙在主槽中的淤积量占全断面淤积量之比的沿程变化
前已述及，在黄河下游河道萎缩的过程中，泥沙主要淤积在主槽，使主槽过水断面减小。这使得主槽的行洪能力下降。主槽行洪能力可以用平滩流量来表示。表1中列出了1985年、1994年和1996年黄河下游各站的平滩流量。可以看到，由于河道萎缩，下游各站的平滩流量由4300～7600m3/s，减小为2800～3500m3/s.夹河滩站和高村站的平滩流量，10年间减小到原来的40%左右。
(b)黄河下游游荡段马寨断面平滩水位下的河宽和过水断面面积随时间的变化图3黄河下游的河床淤积与过水断面及河宽的变化
年份 花园口 夹河滩 高村 孙口 洛口 利津 1985 6800 7600 6900 4300 1994 3700 3700 2800 3400 3400 2800 1996 3500 3160 3500 3300 图4(a)中对黄河下游各站1950～1960年和1985～1996年两个时段3000m3/s流量下水位抬升速率的沿程变化进行了比较。在1985～1996年这10年间，下游各站水位抬升了1.30～1.70m，平均抬升速率为0.12～0.15m/s.与处于天然状态下的1950～1960年间相比较，在艾山以上宽河段，除孙口站1950～1960年抬升速率很大外，两个时段的情形差别不大；但艾山以下窄河段，处于向季节性或萎缩性河流?涫逼?1985～1996年)的水位抬升速率为天然常流河时期(1950～1960年)的2.2～7.5倍。这说明，转化为季节性或萎缩性河流以后，艾山以下窄河段主槽河底的抬升速率大大增加了，而艾山以上的宽浅游荡河段的变化则不是很大。这与断流天数从夹河滩向下急剧增大、小流量持续天数也按同一方向增大有直接的成因联系。应该指出，虽然后一时段艾山以上的宽浅游荡河段的水位抬升速率与前一时段差别不大，但后一时段进入下游的年沙量仅为8.3亿t，为前一时段的一半左右。这说明，在艾山以上的宽浅游荡河段，70年代以来中游水土保持使入黄泥沙大幅度减少所导致的减缓同流量下水位抬升的效果，已为来水量的大幅度减小所抵消；而对于艾山以下窄河段而言，来水减少与频繁断流所产生的效应，大大地超过了中游水土保持所产生的减缓该河段水位抬升速率的效应。
(a)黄河下游各站1950～1960年与1985～1996年两个时段3000m3/s流量下水位的沿程变化 (b)“96.8”洪水的传播速度与历史上同流量级洪水平衡传播速度的比较(据文献[6]的数据点绘) (c)黄河下游柳园口至府君寺河段每5年中平均每年横河、斜河出现次数随时间的变化 (d)1950～1959年间处于自然状态时和1984～1994年间处于河床萎缩时黄河下游横河、斜河机率的沿程变化 图4黄河下游第二次大转折对防洪的影响
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