自然科普:懸河——一道奇特的河流地貌景觀
發(fā)布時間:2023-06-02
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黃河,我國第二長河,發(fā)源于青藏高原的巴顏喀拉山北麓,以大“幾”字形蜿蜒流過我國北部山岳、平川、盆地等,東入大海。它不僅滋養(yǎng)、哺育了沿河流域的華夏兒女,更成為孕育中華文明的搖籃。黃河流域是中華民族的重要發(fā)祥地,早期的藍田人、大荔人、丁村人、河套人等文明部落就在此繁衍生息,誕生了仰韶文化、馬家窯文化、大汶口文化、龍山文化等人類早期文明。黃河流域遍及9?。▍^(qū)),面積75.2443萬平方千米。中游流經(jīng)黃土高原,大量泥沙進入河中,河水異常渾濁,在泥沙沉積作用下,易在一定環(huán)境下發(fā)育形成一種河床明顯高出兩岸地面的河流——懸河。懸河雖景致新奇,但危害大。因此,探尋懸河的形成與特性、危害及其發(fā)展演化,可以更好地了解自然、敬畏自然,保護生態(tài)環(huán)境,更好地支撐防災(zāi)減災(zāi),助力黃河流域生態(tài)文明建設(shè)和高質(zhì)量發(fā)展。

泥沙——懸河生成之基

> 濁浪滾滾

(圖片來源:https://www.huitu.com)

黃河,延續(xù)了數(shù)千年的華夏文明脈絡(luò),是中華民族的母親河。但黃河也飽受巨大泥沙的折磨與摧殘,留下許多歲月難以抹去的傷痕。它自西北高原奔流而來,攜泥裹沙、激浪翻騰,一路沖刷侵蝕著沿途的軟硬巖土。由于黃河中上游氣候干燥、雨期集中且短時雨量強度大,流水的侵蝕、沖刷作用和水沙輸入都非常強烈,尤其是流經(jīng)黃土高原后,更是濁浪翻滾、洶涌澎湃、渾黃異常。

黃土高原是控制和影響黃河泥沙量的關(guān)鍵地帶。黃土高原地貌破碎、陡坡遍布、溝壑縱橫,土質(zhì)疏松、植被稀少、水土流失嚴重。大量泥沙在暴雨徑流的強烈沖刷和裹挾下匯入黃河,致黃河泥沙量大增,成為世界上泥沙含量最大的河流,其年平均泥沙量達16億噸,泥沙含量為37.8千克/立方米。在黃河的泥沙量中,大量來自黃土高原地帶和其他黃土丘陵溝壑區(qū)。據(jù)統(tǒng)計,在黃河河口鎮(zhèn)至龍門河段,水量占全河水量比為14%,而沙量占比為55%;龍門至潼關(guān)河段,水量占比為21%,沙量占比34%。兩者皆為黃河黃土高原流域河段,水少沙多特征非常明顯。而在河口鎮(zhèn)以上的黃河上游河段,水量約占全河水量的54%,沙量僅占9%;在三門峽以下河段,水量約占10%,沙量僅占2%。又呈水多沙少特點。在黃河所含泥沙中,對下游河道產(chǎn)生淤積危害最大的是那些粒徑大于0.05毫米的粗泥沙成分。據(jù)幾個重要水文站統(tǒng)計,黃河粗泥沙量在總泥沙量中占比為:河口鎮(zhèn)20%、吳堡37%、龍門32%、渭河23%。黃河粗泥沙主要來自河口鎮(zhèn)至龍門的黃土高原河段區(qū)(約占74%)。這些高泥沙含量的河水,易在一定環(huán)境條件下沉淀淤積,是引起河道淤積和生成懸河地貌的基石,而黃土高原則是控制黃河泥沙含量變化關(guān)鍵地帶。


高岸挾持 締造懸河地貌景觀

山口之下的寬廣平原、盆地,是黃河泥沙淤積與洪災(zāi)水患橫行的樂園。當(dāng)黃河轉(zhuǎn)進山口之下的廣袤平原、盆地時,地形平坦,河流寬闊,流速減慢,主河道侵蝕能力下降。河中大量粗重泥沙打破重力、浮力及水流推力等力量的角逐平衡,率先沉入河底;一些輕細泥沙則一邊緩慢懸浮前行,一邊相互碰撞、吸附結(jié)成更大重塊,繼續(xù)沉入河底。經(jīng)年累月的泥沙沉積,不斷淤高河底,形成淺底河流,使河道頻繁改道、游蕩,引發(fā)河水漫決、潰決沖毀和洪水泛濫災(zāi)情。

為了防止水患,人們采取“疏浚河道”“修筑加固河岸提防”“以堤束水,以水攻沙”“引黃放淤”“引黃灌溉”“開鑿運河”等修堤疏河方法治理黃河水患,以保障黃河安全行洪過水,一度解決了黃河的洪災(zāi)水患問題。加固加高的河岸堤防,同時也短期穩(wěn)定了黃河河道,讓加高的堤防暫時成為一個牢固的河流側(cè)限屏障,而大量泥沙被約束在一段固定的河道內(nèi)沉積又不斷抬高河底,減小河床過水空間。為保住河道的過水行洪能力,被迫繼續(xù)加高堤岸。如此循環(huán),,久而久之,黃河兩岸大堤日增年高,最終形成了一段河床明顯高出兩岸地面的河流——懸河。目前,鄭州以下的黃河下游河段,懸河發(fā)育十分普遍。其河床一般高出兩岸背河地面3 ~ 5米,多則7 ~ 8米,局部達10米以上,全靠兩岸1400千米長的堤壩圍護行洪。且由于該段河流支流封閉、補給停止,僅有干流上游河水補給,河床不斷淤高,成為其他河流流域的分水嶺,河水向兩岸滲透,這些懸河發(fā)展已逐步進入了“老年期”。且由于來水來沙和歷史條件的差異,不同河段的高懸程度與形態(tài)又有所差別。其中:在東壩頭至陶城鋪河段,主河槽高于灘地,灘地又高于背河地面且堤根低洼,“懸之又懸”的特點突出,又稱“二級懸河”;而在開封柳園口段河流,高懸河水面與地面的高差最大,“懸河”特點最為突出。

> 開封市柳園口段懸河示意圖

這些懸河地貌景致新奇反常。它的反常特點是:在寬闊、平坦的地形上,水能在高出地面的河床上自然流淌;無論豐、枯季節(jié)總是河水在向兩岸地下水補給;河流河床、河漫灘、河底泥沙帶頂皆高于兩岸背河地面;一段河流水系(黃河水系)竟能同時、同地分隔其他兩大水系(淮河、海河水系);沿線河流無一支流匯入,流域面積狹小細長;河段灘地橫比降顯著大于河道縱比降;等等。

懸河景致壯觀奇特。從其遠處登高眺望山口之下橫流而過的下游黃河時,映入眼簾的是一條橫亙高凸的高岸堤河流,其河床高懸,高過了屋頂、樹頂,仿佛“一條懸掛空中的流淌河流”,橫貫山口之下的平原大地。

漫步在靠近黃河岸堤外側(cè)時,陣陣“嘩嘩”流水聲從頭頂傳來,抬眼望去,一堵高高“堤墻”擋住視線,但不見流水真容。順坡而上,在較高的“堤墻”頂部行走,可見堤內(nèi)河水奔流,波光粼粼,不時鳥鳴盤旋;堤外,地勢平坦,綠色田野一望無際,遠處村莊炊煙裊裊,城市高樓林立。高凸岸堤分隔了河流與平原,堤內(nèi)河水面顯著高于堤外平坦地面,河水全部懸在地面之上流淌,形成反差巨大的視覺沖擊。

順流泛舟而下時,河道蜿蜒,河灘時斷時有,卻難見沿岸外側(cè)美景和傍河道路上的過往行人車輛。

在黃河大橋上逆河遠眺,一條波光閃閃、洶涌澎湃的空中長河,自天邊奔瀉而來,盡顯“黃河之水天上來”的磅礴氣勢,蔚為壯觀,不愧為世界第一懸河!

> 黃河堤岸

(圖片來源:https://www.huitu.com)

如此,人類修固、加高的河岸堤防,像一道河流側(cè)限屏障,不斷擋護夾持河流的泥沙沉積,締造出一道奇特的河流地貌景觀。這些盛景奇觀與較多反常特性,使懸河成為黃河沿線一道獨有的地質(zhì)地貌景觀。

黃河下游的懸河發(fā)育,對兩岸人類生存和經(jīng)濟發(fā)展構(gòu)成了極大威脅。首先,高懸的河水蘊藏了極大的河水潰壩沖擊動能,尤其是汛期一旦潰壩,河水傾瀉而下,將摧毀決口帶附近的村莊、田野,乃至城市,造成巨大經(jīng)濟損失,且防范難度很大;其次,高懸河床,易使河道長期處于小流量狀態(tài),加劇主河槽內(nèi)泥沙淤積,發(fā)生橫河、斜河和順堤行洪等河災(zāi)威脅,導(dǎo)致“小水致大災(zāi)”“小流量,高水位,險情多,災(zāi)害大”等風(fēng)險;再次,高懸河流,讓河岸外側(cè)露出較大臨空面,一來臨空壩體單薄,抵抗洪水的沖擊能力下降,二來增大了蟻穴、鼠洞等毀堤風(fēng)險機率。由于懸河高水位,增大了兩岸地帶的地下水滲流梯度,易誘發(fā)潛蝕、管涌危害,危及河岸根基穩(wěn)定;高懸河流,易讓兩岸地帶的抗洪排澇功能降低,易導(dǎo)致下游河道斷流,引起生態(tài)環(huán)境劣變危機。顯然,黃河下游的懸河威脅已十分突出,它猶如一把高懸的利劍,與其他黃河問題一道,極大地影響著區(qū)域人民生命安全和經(jīng)濟發(fā)展。


蓄水?dāng)r沙? 標本兼治

對黃河水患的治理,早在上古時代就已開始,春秋戰(zhàn)國時期,黃河下游已逐步修筑完善了整體堤防,使“治河”水平提升了一大步。隋唐時期,郭衍主持的“開鑿廣通渠、永濟渠,發(fā)展漕運”治理;北宋王安石倡導(dǎo)的“引黃放淤”治理;金元時期賈魯推出的“疏、浚、塞并舉方針,堵塞決口,挽河南流,沿泗水、淮水舊道入海”治理;明清時期潘季馴采用的“以堤束水,以水攻沙”和靳鋪、陳潢采用的“堵塞決口以挽正河,修筑堤防以束水攻沙”治理等,把“治黃”實踐一步步推向更高水準,并為后人留下大量寶貴經(jīng)驗和方法。

縱觀我國的“治黃”歷史,總體上是積極向上、卓有成效的。但由于黃河水患原因復(fù)雜,加之受到生產(chǎn)力和科技發(fā)展水平的限制,以及“治黃”工作基本都只圍繞在水患頻發(fā)地帶局部被動開展,始終沒能真正解決控制影響“黃河水患”的關(guān)鍵核心因素——泥沙含量問題,致使黃河水患頑疾一直未能徹底根治。

新中國成立后,黨和國家高度重視黃河水患的綜合治理。經(jīng)反復(fù)論證研究,最終采納了標本兼治的“上保、中攔、下排等統(tǒng)籌蓄水?dāng)r沙”方略進行系統(tǒng)綜合防治。其中,對黃河上游,強化生態(tài)保護理念,實施以自然生態(tài)環(huán)境保護為主的防治策略;對黃河中游黃土高原,實施防災(zāi)與興利并重、干流和支流兼顧的區(qū)域水土流失綜合防治策略,通過開展打壩淤地、梯田改造、平整土地、節(jié)水灌溉、緩坡綠化等水土保持工作,減少黃土高原進入黃河的泥沙總量,改善黃河泥沙含量問題,又通過攔河蓄水興修(干流、支流)水庫,引黃灌溉等,既緩解了區(qū)域水資源短缺問題,又為下游河道的沖淤、疏通,提供泄洪動力條件。對黃河下游,實施以修筑堤防和疏浚防汛為主的防治策略,一方面主要通過加修、加筑河岸堤防及圍堰回淤,打造生態(tài)固堤等工程治理,解決黃河下游的洪水泛濫問題;一方面又利用其中上游的水庫水利樞紐設(shè)施,實施聯(lián)合調(diào)度下泄洪流調(diào)水調(diào)沙治理,沖刷、疏通下游淤積河道,增大河道的行洪能力,很好地解決了黃河下游的懸河危機等問題。

自2002年開始,利用小浪底、西霞院水庫聯(lián)合調(diào)度調(diào)水調(diào)沙,已近20年,累計調(diào)沙入海28.8億噸,使黃河下游河道主槽空間平均下降了2.6米左右,黃河最小過流能力也由2002年汛前的1800立方米/秒擴大至2020年汛前的5000立方米/秒,增大了黃河干流河道的行洪能力。

如今,黃河下游兩岸已基本擺脫了懸河危機等水患影響,沿岸人民正意氣風(fēng)發(fā),鼓足干勁,為實現(xiàn)黃河流域高質(zhì)量發(fā)展,描繪人與自然和諧共生藍圖而努力奮斗。

> 虎踞龍盤

(圖片來源:https://yk.tuniu.com)

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