第一节水文测验
一、站网布设民国19年(1930年)1月,山东建设厅在利津设雨量站。民国20年(1931年)6月,山东河务局在利津大马家和王家庄设水标站,定期观测水位。民国23年(1934年),黄委会在利津彩庄设水文站,测验项目有水位、流量、含沙量、输沙量及气象,同时在利津纪庄增设水位站。民国26年(1937年)麻湾(郑觉寺)决口,次年花园口改道,利津河竭停测,测验成果未整编刊印。至1952年方将散存不全的资料收集到《1919〜1953年黄河流域水文资料》①中,仅有流量、含沙量、输沙量等片断资料。
1947年3月黄河归故后,山东河务局在蒲台、利津、垦利县所辖重要险工上设置水尺,洪水、凌汛期观测水位涨落,但多为相对高程或水位高差,未能形成正式测验资料。
建国后,河口地区的水文站网建设在黄委会水文处的统一规划部署下,历经恢复整顿、调整发展、稳定提高三个阶段。1950年1月,黄委会在利津刘家夹河险工重设利津水文站。同年7月,在垦利前左设水位站,1952年1月改为水文站,除作水位观测外,增加流量、含沙量、输沙量及气象观测。为开展黄河口的观测研究,1953年3月将前左水文站改为前左实验站。6月,增设罗家屋子水位站。1954年,在利津刁口设置黄河第一个潮位观测站。1955年7月,增设四号桩断面站。1956年1月,在垦利小沙设水位站。1958年2月,在垦利义和险工设一号坝水位站。1959年,成立前左河口水文实验站。1961年1月,四号桩断面站改设为河床站。1963年1月,小沙水位站改为水文站。为适应治黄事业的发展,1964年4月又建立了浅海测验队。1966年6月,增设刁口水文站。1976年5月黄河改道由清水沟入海,罗家屋子水位站移至西河口。6月,增设苇改闸水位站。8月,增设十八公里水位站。上述各站分别积累了神仙沟、刁口河、清水沟三条流路的水沙系列资料,并被汇编刊印在《黄河流域水文资料》的有关卷册中。
此外,为加密水情观测站网,山东河务局及惠民修防处、东营修防处根据防汛工作需要,自窄河道上端至河口间的重要险工,先后设立过多处固定或临时水位站,常年或定期进行水位观测。其中,持续时间较长的是麻湾、宫家、路庄、王庄等险工水位站。王庄站还负有冰情、气象观测任务。各修防段也在所辖险工上设立过临时水尺,不定期观测水位涨落变化。
以上站网在河口水文测验中均提供过详略不同的资料。较为完整系列的资料主要由利津水文站和前左河口水文实验站完成。利津水文站系黄河流域水文基本测站之一。除1959年3月至1962年12月间曾将站址迁往罗家屋子时测验项目有所减少外,一直进行河流水文测验。包括入海水、沙过程(参见表4—10)、河道断面冲淤等诸多项目。自1965年7月起,采用缆道吊船定位测量,提高了效率和精度。1967年6月建成虹吸式自记水位装置,全天候在室内观测。1972年增加水质监测项目(参见表4—11)。1978年又定为冰凌观测试验站,系全国性重点站位之一。每日测验成果均拍报国家防总和黄河防汛总指挥部。历年测验成果由黄委会水文局分别汇编入 《黄河流域水文资料》的有关卷册内。
前左河口水文实验站从1953年开始,为研究河口冲淤延伸变化及其对下游河道的影响,进行利津以下河道演变的测验工作。1958年,利律水文站及刘家园以下各水位站、河道观测等业务项目均归其统辖。1964年增设浅海测验队、四号桩河床站、河道水文测验队等专业队伍。1972年1月并入济南水文总站。河口水文实验工作改由济南水文总站统一管理。
二、滨海区测验
滨海区测验以水文物理调查观测和水下地形为中心,测验范围为东径118°02'〜119°25',北纬37°16'〜38。25',即套尔河口至小清河口,有的年份范围较小。自1960-1984年施测滨海区水深图19幅,有的年份仅施测断面。其他项目测次见表4—12。
滨海区测验方法随着科学技术的发展,逐步改进、提高。1959年前,只作潮位观测及若干次海况调查。1960年试用三标两角定位、测深杆量水方法进行神仙沟口水下局部地形测量。1964年后,根据三门峡水库拦洪运用出现的新情况及石油开发需要,充实机构和人员,备配专用机船,引进设备、技术,参照《海洋调查规范》、《水深测量规范》等操作规程,全面开展滨海区测验项目。主要内容有:潮位观测:1959年,刁口潮位站在距岸线5〜6公里的海区设置自记潮位记,改变了原立式水尺观测不到低潮的缺陷,取得了比较完整的潮汐变化连续记录。1964年,前左河口水文实验站试用月记测潮仪,潮汐观测资料系列长、成果完整。
利津站水质特征值统计表 表4-11
说明:1.样品总数为多年累计数。2.检出率、超标率、超标倍数均为历年最大值。3.1978年前资料少,未进行统计。
滨海区测验项目及测次统计表 表4-12
说明:1959年为调查数字。1964年正式开展后为测试数。
水下地形测量:原用高标交会法作近距离定位,以测船航速、航向作远距离粗略定位,用长江56型回声仪测量水深,测量精度较低。1968年开始采用哈菲克斯无线电座标仪定位,LAZ17-CT型、测深一3型等几种国产回声仪探测水深,测验精度提高,劳动强度减轻。1973年又改用CHCW—10D型无线电定位仪,在埕口、羊口、龙口三地设立岸台,测船上设置船台,使测验定位精度进一步提高。1982年引进304—1型高精度无线电定位仪,在富国、羊口、大远设立岸台,定位精度可达±4米,并被推广使用在河势图测量定位。
底质调查及水下淤泥么重测验:1965年首次进行时采用测船航速航向粗略定位,尔后皆用无线电定位仪测位。泥沙颗粒分析执行《水文测验暂行规范》。淤泥么重仅在65年进行一次,采用γ-γ晶体管辐射量度计测定,施测范围是距口门40〜50公里的浮泥区。
海流测验:1959〜1964年在浅海区内大体均匀布置测站,进行周日连续观测。1965年在口门外布置由三个断面组成的封闭断面,每个断面布置2~3个测站进行周日同步观测。1966年后,在套尔河口、弯弯沟口、原刁口河外、神仙沟口外及甜水沟口外布设垂直于海岸的断面,每个断面3个测站进行周日同步连续观测。1980年开始采用浮艇悬挂印刷式海流计施测海流,每次施放后自记时间可达57天,取得较长系列的连续资料。
水温及含氯度测验:1959~1966年进行数次观测后中断,至1984年恢复。盐度分析采用硝酸银氯度滴定法测定。
为掌握河口演变状况,还于1960-1965、1972、1977、1982等年份以常规航空摄影方法进行多次航测平面图测绘,其范围包括三角洲及潮间带。1984年为研究河口沉积过程及拦门沙形成和演变,分别在5月份和7月份组织了两次较大规模的水文泥沙同步观测工作。
三、成果应用
几十年来河口观测积累的成果资料,不仅为科研机构提供了数据,而且为生产单位提供了信息。在河口开发与治理中发挥了重要作用。
(一)揭示河口演变的基本规律。通过资料分析发现,黄河口处于不停的淤积、延伸、改道的循环演变之中。每条流路演变表现为初期游荡散乱,中期单一相对稳定,后期出汊摆动三个阶段的周期性“小循环”,一般10年左右。当河流在三角洲上横扫一遍,完成一次“大循环”后,三角洲岸线普遍外延,进而开始另一次“大循环”,周期约为50年左右。
(二)从来水来沙系列对比研究发现:河口淤积延伸和改道引起的河流侵蚀基准面变化,对上游河道的纵剖面同样起着调整作用。河口淤积延伸后使河床比降变缓,上游河道出现溯源性的堆积;河口摆动改道后使河床比降变陡,上游河道可产生溯源性冲刷。据神仙沟、刁口河、清水沟3条流路原型观测资料分析,这种溯源性冲、淤变化,一直处在交替进行状态,影响范围一般在泺口以下。根据研究成果,60年代末期曾规划清水沟作为刁口河之后的新流路,1976年付诸实施后证明是一次成功的改道。
(三)滨海区海洋动力特性的实测资料使研究人员初步掌握到黄河口潮汐类型、潮流特征及地域分布,对余流流场及其输沙能力做研究对比证明:神仙沟口以北海域潮流大,潮差小,输沙能力强,是理想的入海位置。对几次较大风暴潮侵袭范围、潮高及发生条件进行调查研究后,为工农业生产防止风暴潮灾害提供了依据。通过实测地形图分析计算,对黄河入海泥沙淤积分布的量值有了切实认识。对海岸带和海洋资源的综合调查,对拦门沙形态的初步观测等资料,对选择入海流路、分析容沙能力、论证滩涂开发及海港建设的可行性提供了重要信息。
(四)对明、清黄河故道演变和治理调查研究发现,其上宽下窄的总体格局及淤积延伸改道演变规律与现黄河河道的演化基本相似。前者历时661年,后者仅136年。将东坝头以下两条河流纵剖面的高度、长度、比降加以比较后认为,现黄河下游及三角洲尚有较大行河潜力,百年内勿需考虑大改道问题。
(五)在预筹黄河入海流路的规划研究中,水文测验资料的长系列结果表明,黄河水沙条件未能根本改变以前,为解决河口摆动与工农业生产之间的矛盾,除采取整治措施延长现行流路使用年限外,还必需对长远流路有新规划和安排。
此外,还有许多河口水文、气象、冰凌、水质等测验资料,在制定各种经济建设规划中,在有关科研项目中得到广泛应用。
四、河口测绘
清代末期始,将近代测绘技术运用于黄河。光绪十五年(1889年),清政府荟萃测绘人员完成豫、直、鲁三省河图(比尺1:3.6万),上自河南省闵乡县金斗关起,下至山东省利津县铁门关河门止,是以新法测绘的最早河口平面图(无高程)。民国时期,山东河务局曾在民国7年(1918年)、民国15年(1926年)、民国22年(1933年)进行盐窝以下河口地形测量。
建国后,山东何务局测量队于1950年完成宁海村以下河口地形图测绘,成图面积580平方公里,比尺1:1万。同时对土壤、淤积、垦植、河道变迁等资料进行调查搜集。1977年再次进行西河口以下河口地形图测绘,成图面积500平方公里,比尺1:5万。1985年利用航摄照片进行大范围实地调绘,完成地形图2663平方公里,比尺1:5万。
建国初期河口测绘所用高程有青岛、大沽、黄海(即1956年黄海平均海水面)等3个系统。《山东黄河志》考证三者之间的换算关系为:大沽零点标高一1.526=黄海平均海水面标高;青岛零点标高一2.390=黄海平均海水面标高。1959年后,河口地区测绘一般使用大沽和黄海高程系统,两者的换算关系为:大沽零点标高一1.38=黄海零点标高。
第二节勘测规划
河口地区勘测规划随着三角洲资源开发,社会经济发展和对河口演变规律的探索揭示而不断深化和完善。晚清、民国时期虽有初步查勘、规划,多未具体实施。建国初期,为根治黄河水害,开发黄河水利,多次查勘河口。六十年代后,黄河三角洲石油工业兴起,为保护和顺利探采油气资源,保护工农业生产建设,先后查勘规划整治河口。通过分期实施和探索试验,已取得显著成效。
一、神仙沟行水期间
1952年9月,黄委会、山东河务局派徐德元、陈允恭等9人组成河口查勘队,首次对河口变迁、潮汐、通航及三角洲淤积等情况进行调查,搜集资料。1954年2~6月,水利部副部长李葆华、燃料工业部副部长刘澜波、黄委会主任王化云率黄河查勘团到河口查勘,10月完成《黄河综合利用规划技术经济报告》,将博兴县王旺庄枢纽列为干流最末一级拦洪工程,直接控制河口地区防洪、防凌、灌溉、航运和发电。1960年因故停建废弃。河口治理仍以维持自然改道为前提,进行堤防加培、加固。
六十年代,黄河三角洲地区探明油气储量可观,建设步伐加快,河口流路增加了新的制约因素。其后,围绕油田及工农业建设和黄河防洪安全等目标,进行多次查勘和规划。1963年10月,由黄委会秘书长陈东明率黄委会专家查勘河口后认为:现实可行的办法是利用河口淤积、延伸、改道的自然规律,在河口延伸至防洪许可限度时,因势利导,进行有计划的改道,把小面积的淤积、沙嘴延伸,变为大面积的扇面延伸,以减缓河口延伸的速度。
二、刁口河行水期间
1966年,水电部《关于黄河下游防汛及保护油田问题的报告》提出:在利津县五庄临时破堤分洪,以保南岸石油生产,汛前修筑部分避水台工程。国务院同意后,山东河务局和惠民修防处会同地方政府查勘,制定了无坝分洪规划。1967年11月,惠民军分、地革委组织人员对利津、滨县、沾化三县共975平方公里的分洪区再度查勘,并按有坝分洪方案制订相应规划。为分洪和淤地改碱结合,1969年10月,惠民地革委生产指挥部与山东河务局一起组织惠民修防处及其所属修防段会同有关单位、利津、沾化两县组成120余人的查勘规划队,于1970年1月制订五庄分洪放淤工程规划。后因南岸展宽工程立项开工,五庄分洪规划停止实施,仅完成避水台及堵缺截串土方60余万立方米。
1967年丰水丰沙,刁口河流路出现高水位引起各方关注。10月中旬,由惠民军分区、地革委组织惠民修防处和地直有关单位,有关县及国营农牧场,并邀请北京水科院、黄委会、济南军区、山东河务局、九二三厂(胜利油田)、山东省水科所、设计院等有关部门派员参加和指导,组成128人的查勘规划队,在河口2300余平方公里范围内调查研究,编制的《关于黄河河口地区勘查情况和近期治理意见的报告》指出:刁口河流路由于淤积严重已近晚年。为争取主动,需要有计划的进行改道。经比较后选择清水沟为行水河道,并作了初步设计。建议将尾闾河段堤防设计标准由8000〜9000立方米每秒提高到11000立方米每秒。并建议将修筑避水台作为今后河口地区营建的方向和主要项目之一。山东省革委生产指挥部于11月底以(67)第170号文《关于黄河河口泥沙堆积威胁石油基地和下游安全迫切要求治理的报告》呈报国务院,请求在1968年实施改道清水沟计划,实现石油部门“确保重点地区开发、兼顾友邻地区开发,照顾勘探地区”的要求。惠民地区黄河河口治理指挥部又于1968年1月17日报送《关于黄河河口清水沟改道工程扩大初步设计的报告》,提岀开挖引河、培修堤防、河道截流、滩区群众迁移安置等实施项目。水电部军管会以(68)水电军规字第13号文《关于河口改道工程的请示报告》呈报国家计委。国家计委以(68)计农字第058号文复函同意列入1968年水利建设计划。惠民地区黄河河口治理指挥部旋即组织实施(详见第三章第四节)。
在山东省革委改道清水沟意见中,还恳切要求有关部门对河口治理做出较为长期(10〜20年)的统筹规划。国家计委和水电部指示以黄委会为主、山东省参加制定长期规划。黄委会遂于1968年1月召开黄河下游工作座谈会,设立河口规划组按15年考虑讨论河口规划问题。4月初又在北镇召开河口规划工作会议,确定指导思想、工作任务和规划范围。由中科院地理所、地化所、海洋所、北京水科院、山东省及惠民地区有关部门、黄委会所属有关部门等30多个单位250余人参加,查勘了麻湾以下、小清河以北、徒骇河以东地区,并完成小清河口至洼拉沟口近海区的十万分之一地形图。6月11日提岀《积极充分利用现行河道的紧急建议》,认为刁口河流路仍有一定行河潜力,提岀以西河口10米水位作为改道的临界水位,在此范围内不作改道考虑。7月底,完成 《黄河河口治理规划汇报提纲》、《黄河河口规划改道安排意见》、《黄河河口防洪防凌规划意见》、《黄河河口水利规划意见》、《黄河罗家屋子以下现行河道调查报告》等文件及附件。
以上规划进行期间,由于对刁口河行水能力认识不同,改道与否意见分歧。九二三厂(胜利油田前身)又在大孤岛探明优质自喷油井,要求推迟改道时间。山东省革委综合考虑后提出近期安排意见,要求石油部门在1969年汛前将清水沟地区的油田勘探清楚,以便在汛期实施改道清水沟,将这一地区淤高,为石油开采创造条件。3〜5年后,根据淤高情况和油田勘探开发需要,再改回到刁口河。到现行河口不能利用时,为保证油田开发,应向前延伸大堤,使三角洲向前推进。9月30日,国家建委、水电部军管会以(68)水电军规字第114号文《关于黄河河口问题的报告》上报国务院,转报了山东省革委提的意见及国家计委、建委同水电部、石油部、山东省、黄委会两次会议研究的意见,基本同意山东省的改河和回河设想,但对三角洲顶点下延问题意见不一。10月19日,石油部和水电部军管会联合以(68)石军生字第58号、(68)水电军规生字第123号文致山东省革委会,转达国务院《关于黄河河口问题的批复》,同意山东省革委领导改河回河的意见。惠民地区河口治理指挥部遂按大河流量300〜500立方米每秒制定带流截堵改道计划报送山东省革委及山东河务局,获准后,省革委组建山东省黄河河口治理工程指挥部,并进行截流备料、迁移安置和堤防培修的实施。
期间,九二三厂又在神仙沟附近发现油田,提出将北堤延长以便保护神仙沟两侧的东方红(孤岛)油田的要求。山东省革委同意将北堤延长34公里(包括防潮堤10公里),并上报水电部、国务院。1969年3月27日,水电部军管会以(69)水电军生字第49号文《对黄河河口改道工程安排意见》批复山东省革委,同意清水沟南北大堤培修、延长及河道疏通等工程于当年进行,截流改道工程于1970年汛前完成。
1969年7月29日,九二三厂以(69)第63号文《关于黄河河口问题的报告》提岀东方红油田需在1971年方可完成全面生产建设规模,如按原计划改道清水沟,将影响和推迟开发计划,要求将改道时间推迟到1973年以后。在此期间万一发生自然改道,也要求改回现河道。同时要求修建东大堤,以保护东方红油田。1969年8月30日,惠民地区革委会向山东省革委会呈报的《关于目前黄河河口地区保石油的建议报告》提岀:建议采取南展北分、疏通河口的措施减轻凌洪威胁;对东方红油田的保护不宜采取筑堤,而应采取油井筑台和地下输油措施进行开发。由于分歧意见较大,水电部副部长钱正英在1970年5月亲赴河口查勘研究,广泛听取汇报,征询意见。在向山东省革委党的核心领导小组及惠民地革委、九二三厂负责人参加的汇报会议上,提出维持现行河道分而不改的原则;同意以罗家屋子站水位10米(大沽基点)为控制线,超则分洪;在治理上采取南岸展宽、北岸分洪、修建东大堤三项措施,保障油田开发的安全。此后,东大堤工程于1971年6月完成;南展宽工程于1971-1977年基本完成(详见第二篇第四章);北分洪工程议而未决。上述工程完成前,为确保河口渡汛安全,1970年6月经水电部批准开辟一千二(渔户)村临时分洪口门。
继东方红油田之后,黄河口两侧又发现多处油田。山东省革委于1972年组织有关单位对河口治理、油田开发及三角洲地区农业生产发展等问题再度进行综合规划。除修做河口防潮堤、利埕公路外,拟开挖挑河、修复北大堤。黄委会于同年11月向水电部报送《关于修建黄河河口北大堤的报告》。山东河务局于1973年8月拟定十年(1974〜1983年)规划汇报提纲中提出修建方案,经水电部批准,于1974年完成。修建防潮堤、开挖挑河、利埕公路等工程由地方水利部门完成。
1973年12月,黄河治理领导小组在郑州召开黄河下游治理工作会议,向国务院报告提出:“河口治理,建议水电部、燃化部会同山东省专题研究解决”。1974年3月,国务院以国发(1974)27号文批转。
1975年10月,利津站洪峰流量6500立方米每秒时,一千二村分洪口门分流1000立方米每秒,罗家屋子水位仍接近10米,达到改道清水沟界线。早在1974年汛期,河口曾两次向西出汊摆动,对埕东油田造成严重威胁。为此,1975年12月,河南、山东两省和水电部在郑州召开的黄河下游防洪座谈会上提出:1976年汛期实施改道清水沟,保留刁口河河道作为以后的备用流路。经国务院(1976)41号文批复同意,于1976年5月完成改道任务。
在上述几次大型规划期间,还穿插配合进行过一些专题性规划或阶段性规划:(一)、1967年11月由惠民地区组织有关县、场、公社及部门对十八户流路改道和分洪放淤方案进行查勘规划;(二)、1968年对清水沟地区移民安置进行查勘调查;(三)、1970年进行南展宽方案查勘,并多次进行南分洪及北分洪查勘规划;(四)、山东河务局及所属处、段编制“四五”(1976〜1980年)规划、十年(1974〜1983年)规划;(五)3977年进行“三堤两河”查勘规划。这些规划的内容有的在前述大型规划中被结合实施;有的在黄河修防年度计划中分期实施;有的内容受条件限制仅有论证分析而未实施。三、清水沟行水期间清水沟流路经过几年的游荡摆动,淤滩造床,至1980年逐步形成单一顺直比较通畅的河道。但河口淤积延伸如故。为争取主动,山东河务局和黄委会在《堤防加高加固及河道整治十二年(1984〜1995年)规划》及《黄河下游第四期堤防加固河道整治可行性研究报告》中分别提出了黄河河口近期流路规划:近期内尽量利用清水沟流路,争取多走几年,在1990年后视情况适时改走十八户流路,之后再往北改走挑河或其他流路。
1983年东营市建制后,为促进黄河三角洲经济全面发展,制订出一系列综合开发规划。1984年,党和国家领导人先后视察胜利油田,并提出把胜利油田建成为第二个大庆。对黄河河口治理提出更高要求,迫切需要一个相对稳定的安流局面。东营市委、市政府多次邀集全国各地的专家、学者考察河口,研讨论证清水沟流路稳定30〜50年的可能性,促进了黄河河口治理规划工作的步伐。
1984年10月,黄委会向水电部报送《流路规划意见》,认为在来水来沙得到有效控制前,长期固定流路比较困难。根据海域容沙能力和河口来沙淤积情况测算,三角洲南部还有20年左右的行水年限(包括清水沟和十八户流路)。如果来水来沙有利,还可能多走几年。此后的黄河入海流路还必需向三角洲北部发展。黄河入海流路如何与油田开发建设协调,建议国家计委组织有关部门尽快进行统一规划。11月又提出河口治理分两步走,第一步尽量利用清水沟流路,第二步制订比较长远的治理规划。
同年12月,水电部在(84)水电计字第525号文《关于加强黄河河口段研究规划和治理工作的通知》中指出:“应在尽量减少油田开发损失和保证黄河下游防洪安全的前提下,允许河口段适当变动,事前做好规划设计和工程准备,做到有计划的改道”。据此,山东河务局于当月下旬召开各方面专家、教授参加的河口治理研讨会,又在1985年1月组织力量对十八户流路、挑河流路及清水沟流路防洪工程进行现场查勘,并向胜利油田和有关单位征求意见。在此基础上,1985年3月6日正式提出《黄河河口近期流路安排意见》,认为清水沟流路尚可行水4〜6年。其后的预备流路选定为十八户流路,预计行水10年左右。改道十八户流路所需工程项目为:新修和加培堤防54公里,拦河截流坝长7公里,开挖引河2.5公里。此外还有破除旧堤及新河道内行水障碍、排水与供水布局改造、群众搬迁等,共计土方1811万立方米,石方1万立方米,投资约8912万元。十八户流路运用到2000年以后,黄河入海流路仍需向北转移。在对北部可供选择的四条流路(新合村、甘草窝子、挑河、刁口河)进行比较后认为,挑河流路对油田影响较小,流路较短,地形、海域条件较好。由于时日方长,情况多变,建议在1995年前后酌情编制改道设计工作。
1985年9月24日,国家计委副主任徐青主持会议,研究黄河河口问题。根据国家计委意见,黄河河口治理规划的任务以水电部为主,石油部配合,先提出一个最近两三年的治理意见,再搞一个较长期的全面规划。按照会议要求,黄委会先后制订《1986年黄河河口工作计划及今后的河口规划意见》、《黄河河口规划任务书》、《黄河入海流路规划任务书》,经国家计委国土局、水电部、石油部研究认为:入海流路是黄河河口治理及黄河三角洲建设布局的关键,决定由黄委会和胜利油田共同协作进行入海流路规划,纳入黄河治理规划中。1987年2月26日,国家计委计土发(1987)321号文《关于黄河入海流路规划任务报告的批复》同意其规划指导思想、主要内容和工作安排。水电部和石油部将批复分别转发黄委会及胜利油田,开始规划入海流路。
1988年6月下旬至7月上旬,由中国民主同盟和山东省政府共同主持,在东营市召开黄河三角洲经济技术和社会发展战略研讨会。根据会议结果,东营市政府于8月12日向省政府呈报《关于黄河入海流路整治意见的报告》,认为采取综合治理措施稳定清水沟流路30年以上不仅是可能的,而且是可行的。并提出以下主要整治措施:一是加高加固延长两岸大堤,把流路摆动点控制在清7断面以下,西河口改道水位提高到13.00米;二是对利津王庄以下河道进行系统整治,稳定单一河槽,改善边界条件,增大现有河道输水排沙能力;三是有计划的导沙入海造陆,变浅海石油开发为陆上开发,同时达到面型推进,研究打通拦门沙,增大排沙入海量;四是用沙减沙,实施淤背固堤,分洪放淤,有计划的将三角洲半数以上面积抬高3米左右,不仅可以改良土壤,优化生态环境,而且可以减缓河道淤积。实施上述措施共需修做土方工程1.38亿立方米,石方328万立方米,混凝土33万立方米,总投资23.35亿元。可排沙用沙96.11亿立方米。建议国家计委在中央防洪基建投资中设立黄河河口治理专项经费。油田浅海石油开发变陆地开发后,可节省巨额资金,应从中提取一部分用于河口治理。
第三节研究试验
一、河口研究
历史上对黄河口的研究论述不乏其人。尤其宋、元、明、清对河口治理的实践及经验多有文献记载。尽管因认识有限,见解差异,但对河口的症结在于泥沙、河口状况与下游河道息息相关等认识却近乎一致,对后人研究治理河口有所启迪。
清末及民国时期,外国学者卢法尔(比利时人)、安立森(美国人)等,中国学者李仪祉、张含英等人及日军侵华时期的第二调查委员会,先后从近代科学观点出发,提出过一些颇有价值的研究报告。虽因数据贫乏,难脱概念议论范畴,但所倡导“求诸算学”、“上中下游全面治理”、汲取外国治口经验等主张,对黄河口研究的不断深化有一定推动作用。
中华人民共和国建立后,黄河口的基本观测工作按照科学化、规范化、系统化的要求逐步展开,并取得大量原始资料,为河口分析研究工作提供了宝贵数据。除黄河系统外,国家和地方政府有关科研机构、专业院校,先后组织科学技术人员开展河口分析研究工作,迄今已有百余篇成果(论文、报告及专著)问世,有的已被采纳运用。由于河口复杂多变,客观规律时隐时现,故在研究成果中既有共识,亦有分歧。随着科学技术进步和对客观规律的认识深化,将在实践中得到检验。
50年代初期,多为历史资料和自然情况的调查研究。1957年前后,黄委会水科所、前左河口水文实验站、山东河务局等单位始对河口平面演变、冲淤过程、潮汐特性及历史治理情况进行整理分析,先后提出报告20篇。1961年底,前左水文实验站提出《三门峡水库泄水后河口段河床演变分析报告》。1963年4月,黄委会主任王化云视察河口时要求研究河口变化对下游河道的影响,计算分析近阶段河口泥沙淤积分布特点,探索能使河口稳定的上游来水来沙条件。1964年7月,中国水科院河渠所、黄委会水科所、前左水文实验站共同发表《黄河河口淤积延伸改道对下游河道的影响》,对河道冲淤变化因素、河口近期变化和溯源冲、淤判别条件等提出见解。1965年8月,南京大学地理系等单位对三角洲地貌进行调査,提出以“贝壳堤”为依据,确认1855年前古海岸线走向的观点。同年,武汉水利电力学院、黄委会水科所、前左水文实验站等单位编写的《黄河河口基本情况和基本规律》中提出了尾闾流路“大循环”和“小循环”的概念,对后来河口研究产生很大影响。
60年代末至70年代初,围绕改道清水沟和协调黄河防洪与油田开发建设的矛盾问题,先后由数十个单位、数百人次参加河口治理规划,促进了河口研究工作的广泛展开,比较一致的认为主动进行有计划的人工改道是近期河口治理的可行措施,确立了利用水沙资源为工农业生产服务的观念。黄委会水科所在1970年9月发表的《黄河河口与治理问题》,对河口治理作了初步总结。同年,黄委会水科所等单位对刁口河流路观测资料进行分析探讨,指出尾闾河型演变规律一般表现为:散乱→归股→顺直→弯曲→出汊→大出汉→改道再散乱。
1975年后,黄委会水科所等单位重点研究分析河口延伸对下游河道的影响和“明清故道“河口演变与治理情况,先后提出19篇专题报告,开始明确区分摆动与改道的概念,并提出游荡摆动、取直摆动、出汊摆动的三个类别。张永昌、王恺忱还以一百余例黄河浚淤的历史资料进行分析论证,指出长河段拖淤的不可行性。有的研究人员还提岀:从长远宏观的间接影响看,河口延伸意味着河流侵蚀基准面相对升高,是引起下游河道淤积的主导因素。但也有的认为:下游河道冲淤引起的水位升降主要与上游来水来沙条件有关。
1978年全国科学大会召开后,推动了黄河口科研工作的深入展开。1980年,黄委会召开“黄河河口观测研究规划座谈会”,制定1981-1990年观测研究计划。黄河口研究被列入国家重点科研项目第22项——“根治黄河研究”第三课题。此后,许多专家学者除潜心研究河口演变的一般规律和特殊规律外,开始涉足治理措施的范畴。据不完全统计,1980年以来先后发表论文58篇,其中10篇优秀论文在国内获奖。有的论文被国际学术交流会议刊入论文集锦。
东营市建制后,市政府和胜利石油管理局根据三角洲经济建设和石油勘探开发的需要,在1984年提出稳定清水沟流路40〜50年的要求,除向黄河主管部门征询意见外,并委托科研单位进行专题研究。此后,以稳定流路为主的各种治理主张应运而生,先后提出了“挖沙降河”、“疏浚拖淤”、“大小水分流”、“分洪放淤减沙”、“计划改道、轮流走河”、“三角洲顶点下移”、“加高堤防、整治河道”等论点和建议。其中,经过分析论证提交研究成果的有:北京水科院尹学良等1985年9月完成的《稳定黄河口在清水沟及其以南40〜50年的研究》;青岛海洋大学候国本主持进行的《挖沙降河、改良土壤、建立农业基地、补偿南水北调、稳定河口流路》研究;山东河务局1986年9月完成的《关于延长黄河口现行流路使用年限的技术咨询报告》;东营黄河修防处王锡栋1987年12月发表的《稳定清水沟流路三十年以上的初步意见》。
1988年6月16日,由中国国土经济学研究会、中国水利经济研究会和黄河水利委员会水利经济研究会共同发起,由各方面专家、学者、教授及领导共40余人组成考察团(研讨会),对黄河三角洲经济开发与河口治理进行为期10天的实地考察和会议研讨。于光远、李人俊、张季农等联名给国务院总理李鹏呈送的《黄河三角洲经济开发与河口治理考察报告》中指出:“大家一致认为,为了保障和稳定胜利油田建设,相对稳定黄河入海流路是极其必要的。充分利用清水沟流路,可以把它稳定30年,争取达到50年”。并建议成立黄河河口规划治理科学研究所,落实利津以下黄河河口治理投资。
同年6月28日,全国瞩目的黄河三角洲经济技术和社会发展战略研讨会亦在东营市召开。这次会议是根据七届人大一次会议上许多代表的提议,由全国人大副委员长、民盟中央主席费孝通,全国政协副主席、民盟中央副主席钱伟长和中共山东省委书记、山东省省长姜春云共同倡议发起的。来自中央及地方有关部门的领导、专家、学者及新闻工作者200多人通过实地考察,围绕国土规划、石油基地建设、农业开发、河口治理、交通等5个专题进行研讨(会后,费孝通、钱伟长联名上书中共中央总书记江泽民、国务院总理李鹏、副总理姚依林,陈述黄河三角洲在国民经济中的战略地位和长远开发价值,建议将黄河口治理列入国家计划。尾闾河段也由黄委会统一管起来)。除上述两次高规格、多学科、大范围综合研讨活动外,东营市建制后还多次组织黄河口治理专题学术交流活动。在逐步取得共识的基础上,许多专家学者围绕黄河入海流路稳定提出近期与远期治理目标和措施。普遍认为黄河口治理的关键在于解决泥沙问题。为处理泥沙而采取的办法可归纳为减沙、排沙和用沙:(一)减沙:主要是搞好上、中游水土保持,减少泥沙来源;引洪放淤,向河道外排放泥沙;组织大规模河道挖沙等。大幅度减少进入河口地区的来沙。
(二)排沙:主要是修筑导流堤工程,集流攻沙入海;开展疏浚拖淤,提高水流挟沙能力;借助海洋潮汐蓄清刷浑等。尽力加大泥沙向深海的输移量。
(三)用沙:即扩大三角洲堆沙范围。主要措施是适当扩大尾闾河段摆动范围,利用海洋蚀退能力减缓岸线延伸;加高加固堤防,改建防护工程,提高御水能力,增加河口外延长度;选择较深海域堆沙,提高单位延伸长度堆沙量;结合改良土壤大规模分洪放淤等。尽可能把泥沙变害为利。
二、浚、分、裁试验
(一)浚畅河道
利用船舶器具搅动泥沙,借助水力浚深河道的试验始于宋代。宋神宗熙宁六年(1073年),王安石主持成立“疏浚黄河司”,先用铁龙爪进行浚泥试验,后又改制成浚川杷,“以巨木长八尺,齿长二尺,列于木下如杷状,以石压之,两旁系大绳,两端碇大船,相距八十步,各用滑车绞之,来去挠荡泥沙。已,又移船而浚”①,实验效果很好。拟自卫州(今河南汲县一带)浚至海口(天津附近),但推广应用情况未见记载。
黄河南北分流时期(1194〜1496年)漕运事关重大,故自元代贾鲁至明代白昂、刘大夏等治河官员均以筑北疏南为策略,屡在孙家渡、涡河口、赵皮寨等地设置潦清夫和浚船拖淤,以维持分流局面。除“仿宋潦清夫、混江龙、铁埽帚撼荡泥沙”等简单记述外,规模与作用记载不详。
明弘治年间,全黄南下夺淮入海局面形成后,黄淮交汇处的清口和入海口淤积日渐突出。尽管对浚淤之举时有异议,但浚淤措施仍贯穿在河口治理的过程,在时兴时废中不断改进。如明正德至万历年间,疏浚之法广为应用。据载,嘉靖十四年(1535年)正月至四月即“浚河三万四千七百九十丈”①。万历年间,总督吴桂芳在“欲浚河身、先开海口”的思想支配下,建议朝廷“另设水利佥事一员专疏海口”②,荐用混江龙扬泥车法浚河。
清代靳辅治河时,从康熙二十七年(1688年)起,对云梯关以下尾闾河段长80公里做疏浚试验。其法为每二里半建一墩,配置浚船一只,船尾系铁扫帚两个,由15名兵士操舟。两岸共设浚船64只,墩兵960名,逢每月初一、十一、二十一日,墩兵各乘浚船溯流刷沙,往来上下。另设浚兵240名,浚船12只,专事疏浚河门一带淤沙。云梯关以上至宿迁河道亦按此法办理。经过两年实验,由于未能达到预期效果,遂将浚船改为荡草驳船供给河防之用。后来,雍正、乾隆、嘉庆执政的近百年中仍有人倡议浚船拖淤,对混江龙、铁扫帚等旧具进行改进,创制出杏叶爬、逆鳞板、铁篦子、扬泥车等新型器具。由于黄河沙量太多和浚船动力不足,诸法收效甚微,未做大规模实施。
清咸丰五年(1855年)黄河改道由利津铁门关入海,初时河道通畅,浚淤之声暂息。至光绪十年(1884年),河口淤积严重。游百川、陈士杰等先后用木船、小火轮(机船)拖带铁篦子、混江龙等器具在铁门关一带上下刷涤,因笨重难行未能收效。三年后,总理大臣李鸿章令山东巡抚张曜从法国订购挖泥机器船两只,分别在天津峦子营和利津海口的太平湾试验,仅能吸水,不能挖泥,遂将船只退还。此后数十年,建议拖淤者虽不乏其人,实施者却无。
建国后,水电部于1977年在天津召开河口拖淤现场会,李伯宁副部长建议在黄河口进行拖淤试验。11月21日〜29日,利津修防段、水文站在刘家夹河险工右岸浅滩试验拖淤。大河流量575〜740立方米每秒,含沙量48公斤/立方米左右,水深2.10〜2.51米,流速0.77〜0.92米/秒。用3只机船(1只240马力,2只各120马力)分别拖带87.4~292公斤的5个铁耙。耙长1.22〜3.10米,宽1.2〜4.4米,齿长0.22〜0.31米,齿距0.12〜0.40米,每耙齿数7〜25个。在长300米、宽150米范围内,往返驶行拖淤,8天行船288趟,船尾至耙具27〜93米。5次测量结果累计:拖1断面刷深0.31米,拖2断面刷深0.45米,拖3断面刷深0.47米,拖走泥沙总量1.8万立方米。试验河段主流原为偏左,拖淤时河床产生横向变化,各断面呈现左淤右冲,溜势改变,主流右移,原主流区明显淤积。为观察泥沙纵向运动,另在拖淤河段下游300米处进行两次横断面测量,结果是浅滩部分有淤积,主流区有冲刷。试验总结认为:利用耙具强行拖淤有效。因试验期间流速较小,挟沙能力低,被拖起的泥沙遂在拖区下游淤积,说明拖淤效果与河床形态、水文要素有密切关系。耙具最好两面有齿,不怕翻身打滚;重量以250〜300公斤为宜。耙形最好为雁翅状,齿长0.15米。拖距长短与耙具重量、形状有关,不宜硬性规定。
同年12月11-17日,垦利修防段在义和险工河段采用“定点定线、机引耙拖、借水刷槽”的方法进行拖淤试验。其法是在不同间距的两端锚定木船各一只,每船安置牵引力为3吨的电动卷扬机1台,以直径16毫米钢丝绳牢系铁耙一具,交替牵引铁耙往返活动,划松河底泥沙,借水冲刷。历时6天,实拖127.5趟,拖距变换在110〜160米之间,拖耙活动宽度10米左右。试验总结认为:用船定点定线拖淤有作用,但在黄河河道内收效不大。一是深水大溜处难以稳船,不宜作业;二是浅滩缓溜处虽可平稳作业,但拖距短,面积小,耙行慢,流速小,泥沙输送不远;三是沙板平整河底尚可松动,红泥河底拖不起来,河底高低不平铁耙被阻拖不动。
1979年还从河北省购进120马力湿地推土机2台(系试验产品),在山东河务局科技处指导下改装为水下拖拉机,在垦利修防段进行河道疏浚试验,效果不佳而作罢。
1980年,黄委会水科所首次在室内做水槽拖淤试验。虽无定论,却认为对河口治理研究有所裨益。
此外,山东河务局在1981年安排惠民修防处设计、利津修防段制造专用拖淤船1只。因对拖淤价值认识不一,造船工艺难度大,船体安装完成后即行搁置。1988年起,为延长清水沟流路行水时间,胜利油田投资进行黄河口疏浚试验,除用截堵支汊、筑堤导流、控导(护滩)工程等整治措施外,还以水力清淤、群船拖淤方法疏浚河道与拦门沙。拖淤器具经过5次改进,摒弃以往船拖铁耙划动河底泥沙的办法,改用水力冲刺之法。其法是在驳船舱内安装高压汲水泵一台,以内燃机为动力,将河水压入传送管道后,分别进入布设在船体四周的4组共38根能垂向升降1米范围的射流管道内,高压水喷射河底,泥沙大量悬浮后随水流下泄。初步试验结果显示,人工干预措施与有利的水沙条件相辅相成,互为配合,使尾闾河道呈现单一顺直,窄深通畅的良好局面。
二、分洪放淤
尾闾河段分洪减沙之议,在清朝、民国时期已有,付诸实践乃为近期。1969年建成十八户分洪放淤闸及淤区配套工程。1970〜1979年先后进行5次放淤试验,累计放淤时间105天,过闸流量15〜382立方米每秒,平均含沙量54公斤/立方米,引水总量16.80亿立方米,落淤量7963万立方米。按落淤改土面积计,每亩投资近20元,平均每方泥沙0.053元,收到费低益高之效。但在运用的几年中,由于黄河大于3000流量的时间每年仅有4.2天,大于2000流量的时间每年只有20天,难以按照设计指标运用,后期工程亦未能按规划项目完成,运用中出现水流分散、落淤不匀、收益差别较大等问题,影响了放淤实验 、的继续进行。
此外,七十年代兴建的南展宽工程亦在展区内进行过两次分洪放淤试验。1974年在利津渔户村破除的分洪口门长100米,在1975年汛期分水1000立方米每秒,起到降低西河口水位的预期效果。
三、裁弯试验
民国25年(1936年)5月,黄河水利委员会委员长孔祥榕会同山东省政府主席韩复榘视察河口时决定在羊栏子附近(乱井子与寿光围子之间)河段进行人工裁弯,取得成功。建国初期,经黄委会批准,垦利县政府于1953年在小口子附近神仙沟与甜水沟的坐弯处河段实施人工开挖引河长119米,裁弯后河道流程缩短,水面比降加大,形成溯源冲刷,收到显著效果。