全 文 ：黄河改道以来黄河三角洲演变过程及其驱动机制*
韩广轩1 摇 栗云召1,2 摇 于君宝1**摇 许景伟3 摇 王光美1 摇 张志东1 摇 毛培利1 摇 刘玉虹1
( 1 中国科学院烟台海岸带研究所滨海湿地生态实验室 /山东省海岸带环境过程重点实验室, 山东烟台 264003; 2 中国科学院
研究生院, 北京 100049; 3 山东省林业科学院, 济南 250014)
摘摇 要摇 基于 1976—2009 年的 23 期遥感影像,并结合 1976—2008 年利津站水沙数据以及黄
河流域年均降水量数据,定量分析黄河入海水沙特征以及黄河三角洲演变过程及其驱动机
制.结果表明:1976—2008 年间,黄河入海年径流量和年输沙量呈现出年际变化大和丰枯水
(沙)年交替的特征,但总体均呈下降趋势;清水沟流路河口三角洲岸线和面积变化总体呈淤
积增长趋势,三角洲的发育过程大致分 1976—1985 年、1986—1995 年和 1996—2009 年 3 个
阶段,3 个阶段的增长速率逐阶段递减;黄河三角洲岸线和面积与利津站累积输沙量之间均呈
显著的指数函数关系;黄河流域降水量的年际波动与利津站入海输沙量年际波动基本同步,
并具有相关性,说明黄河流域降水量的年际波动是引起入海径流量和输沙量波动的重要
原因.
关键词摇 黄河三角洲摇 岸线摇 演变摇 驱动机制
*中国科学院知识创新工程重要方向性项目(KZCX2鄄YW鄄223)、林业科技支撑计划项目(2009BADB2B0502鄄01)、中国科学院百人计划项目、山
东省科技攻关计划项目(2008GG20005006, 2008GG3NS07005)和中国科学院国家外国专家局创新团队国际合作伙伴计划项目资助.
**通讯作者. E鄄mail: Junbao. yu@ gmail. com
2010鄄06鄄23 收稿,2010鄄11鄄17 接受.
文章编号摇 1001-9332(2011)02-0467-06摇 中图分类号摇 Q149摇 文献标识码摇 A
Evolution process and related driving mechanisms of Yellow River Delta since the diversion
of Yellow River. HAN Guang鄄xuan1, LI Yun鄄zhao1,2, YU Jun鄄bao1, XU Jing鄄wei3, WANG
Guang鄄mei1, ZHANG Zhi鄄dong1, MAO Pei鄄li1, LIU Yu鄄hong1 ( 1Laboratory of Coastal Wetland
Ecology / Shandong Province Key Laboratory of Coastal Zone Environment Processes, Yantai Institute
of Coastal Zone Research, Chinese Academy of Sciences, Yantai 264003, Shandong, China;
2Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3Shandong Academy
of Forestry, Ji爷nan 250014, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2011,22(2): 467-472.
Abstract: Based on the 23 sheets of remote sensing images from 1976 to 2009, in combining with
the water and sediment data from Lijin station and the annual precipitation data of Yellow River Ba鄄
sin from 1976 to 2008, this paper quantitatively analyzed the features of water and sediment dis鄄
charge from Yellow River, and the evolution process of Yellow River Delta and related driving
mechanisms. In 1976-2008, the annual runoff and the annual sediment discharge into sea changed
largely and frequently, but overall, presented a decreasing trend. Since the course of the Yellow
River changed its direction to Qingshui channel in 1976, the Delta coastline and area were generally
in a silting鄄up state. The evolution process of the Delta could be approximately divided into three
stages, i. e. , 1976-1985, 1986-1995, and 1996-2009, and the increasing rate of the Delta de鄄
creased with the stages. The coastline and area of the Delta were significantly exponentially correla鄄
ted to the sediment accumulated at Lijin station, and the inter鄄annual variation of the precipitation
of the Yellow River Basin had a strong correlation with that of the sediment at Lijin station, sugges鄄
ting that the annual variation of the precipitation in Yellow River Basin was the main factor affecting
the runoff and sediment discharge into sea.
Key words: Yellow River Delta; coastline; evolution; driving mechanism.
应 用 生 态 学 报摇 2011 年 2 月摇 第 22 卷摇 第 2 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Feb. 2011,22(2): 467-472
摇 摇 黄河三角洲是中国大河三角洲中海陆变迁最活
跃的地区,特别是黄河口地区造陆速率之快、尾闾迁
徙之频繁,更为世界罕见[1] . 黄河三角洲演变受黄
河水沙条件和海洋动力作用的制约,黄河来沙使海
岸堆积向海洋推进,海洋动力作用又使海岸侵蚀向
陆地推进.几十年来,受流域气候变化和人类活动的
影响,入海水沙条件发生变化,河鄄海动力力量的对
比也随之改变,入海泥沙在河口的输移、沉积模式和
三角洲海岸形态亦会对此做出响应,导致河口三角
洲出现延伸或遭受侵蚀.自 20 世纪 50 年代以来,国
内外学者已在黄河三角洲水文特征[2]、泥沙输移规
律[3-4]、河流流路演变[5]、三角洲冲淤变化与岸线变
迁[6-8]、湿地景观[9-10]等方面开展了大量研究,为黄
河三角洲的科学研究和保护开发提供了重要的理论
基础和实践指导.
由于黄河携带大量泥沙填充渤海,使黄河平均
每年向海延伸 2郾 2 km,年均造陆 20 ~ 30 km2 [10],成
为我国最后一块尚未完全开发的三角洲. 黄河三角
洲自然资源丰富,特别是拥有未利用土地 5400
km2,这在近年来我国政府严格控制建设用地的背
景下,已成为独一无二的稀缺资源. 2009 年 11 月,
《黄河三角洲高效生态经济区规划》得到国务院正
式批复,标志着黄河三角洲地区的发展上升为国家
战略.随着黄河三角洲地区的建设和开发,对黄河口
研究的需求将更加迫切. 1976 年黄河入海口由刁口
河改道清水沟流路,至今已行水 30 多年,巨量泥沙
的输入使近岸浅水区淤积出新的三角洲舌状体. 因
此,本研究以清水沟流路河口三角洲为研究对象,提
取了三角洲岸线和面积等空间数据,分析了 1976—
2009 年黄河三角洲的演变过程及其阶段性特征,并
结合利津站水沙通量数据,采用数理统计方法,探讨
了黄河三角洲演变的驱动机制,旨在为黄河三角洲
的生态保护与生态建设提供帮助.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
黄河三角洲北临渤海湾,东靠莱州湾,北到挑河
口,南到宋春荣沟(图 1).黄河三角洲属暖温带半湿
润大陆性季风气候,境内气候南北差异不明显.年均
日照时数 2590 ~ 2830 h,年均气温 11郾 7 益 ~ 12郾 8
益,年无霜期 206 d,逸10 益年积温 4300 益,年均降
水量 530 ~ 630 mm,70%降水分布在夏季,年均蒸发
量 1900 ~ 2400 mm[11] .该区土壤因成土母质和成陆
时间的不同而有所分异,包括 5 个土类:黄褐土、砂
姜黑土、潮土、盐土、水稻土,其中,潮土和盐土的分
布最广[6];自然植被为草甸植被,尤以盐生草甸占
显著地位,群落优势种主要有白茅( Imperata cylin鄄
drica var. major)、芦苇(Phragmites australis)、獐茅
(Aeluropus littoralis var. sinensis)、碱蓬(Suaeda glau鄄
ca)等.本研究范围为 1976 年黄河改道处至清水沟
流路,现黄河入海口所在地,即黄河北岸沟渠大堤至
宋春荣沟之间的黄河口区域(图 1).
1郾 2摇 研究方法
本文中 1976、 1977、 1979、 1981、 1984—1987、
1989、1991—2001、2004、2006、2009 年 Landsat MSS
和 TM遥感影像源于中国科学院地理科学与资源研
究所资源环境科学数据库. 1976—2008 年的径流量
和输沙量数据源于利津水文站的实测数据以及文献
[12];1976—2008 年黄河流域降水量数据引自文献
[8,12].
海岸线是水陆交界线,它随潮汐的运动在一定
范围内移动.黄河三角洲岸滩坡度极平缓(2 / 10000
~ 7 / 10000),潮位变化对水陆边界线影响较大. 因
此,正确提取岸线是三角洲演变过程分析的前提.有
研究者曾用低潮线法[13]、平均高潮法[5-6]、潮位和
坡度改正法[14]等方法提取黄河三角洲岸线.在缺乏
潮位和地形资料的情况下,平均高潮线法是一种切
实可行的方法,能够满足宏观分析所需的精度[15] .
本文参考樊彦国等[16]对黄河三角洲海岸线的提取
方法,采用计算机自动提取和人工目视解译相结合
的方法,以平均高潮线为岸线,对黄河三角洲进行岸
线提取.
1郾 3摇 数据处理
采用 SPSS 12郾 0 统计分析软件,运用线性回归
方法分析 1976—2008 年利津站径流量和输沙量的
变化趋势;运用相关分析方法分析利津站径流量与
输沙量之间的关系;运用线性回归方法分析 1976—
图 1摇 研究区位置
Fig. 1摇 Location of the study area.
864 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
2009 年黄河三角洲岸线和面积的变化趋势;运用非
线性回归方法分别分析黄河三角洲岸线、面积与累
积径流量和输沙量之间的关系.在 SigmaPlot 9郾 0 软
件中进行绘图.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 黄河三角洲水沙通量特征
1976—2008 年,黄河入海年径流量和年输沙量
呈现出年际变化大和丰枯水(沙)年交替的特征,但
总体均呈现下降趋势(图 2).研究期间,黄河利津站
年均入海径流量为 207郾 47伊108 m3,1983 年的径流
量(496郾 0 伊108 m3)最大,1997 年的径流量(18郾 6 伊
108 m3)最小,年径流量的变异系数为 58郾 0% ;年均
输沙量为 4郾 63伊108 m3,1981 年输沙量(11郾 5伊108 t)
最大,1997 年输沙量(0郾 16伊108 t)最小,年输沙量的
变异系数为 73郾 8% .
在利津站年径流量和输沙量整体呈下降的趋势,
但2002年后年径流量明显增加,2005和2007年的
图 2摇 1976—2008 年利津站年径流量和年输沙量及黄河流
域年均降水量
Fig. 2摇 Annual runoff and sediment at Lijin station and the an鄄
nual precipitation of the Yellow River Basin from 1976 to 2008.
径流量均超过 200伊108 m3,接近多年平均入海径流
量;入海泥沙量在 2003 年显著增加,达到 3郾 69 伊
108 t,其后又呈减小趋势. 黄河流域自 1999 年起实
行流域水资源统一配置,有效遏制了下游断流的发
生;2002—2009 年间进行了 9 次调水调沙,这两项
人工干预措施使黄河口的水沙环境发生了较明显的
改善.研究期间,黄河输沙量与径流量之间呈显著的
正相关关系(图 3).
2郾 2摇 黄河三角洲岸线和面积的演变过程
1976—2009 年,黄河三角洲岸线和面积的总体
变化趋势都是淤积增长. 其中,三角洲岸线净增长
61郾 64 km,年均增长 1郾 99 km;三角洲面积净增长
309郾 81 km2,年均增长 10郾 00 km2 .由图 4 可以看出,
1976—1995、1996—2004 年先后淤积出了清水沟和
清 8 汊两个鸟嘴状河嘴. 1976—1995 年间该三角洲
岸线净增长 50郾 18 km,面积净增长 225郾 89 km2;
1996 年黄河改道清 8 汊流路后至 2009 年间,该三
角洲岸线净增长 11郾 95 km,面积净增长 96郾 6 km2 .
根据河道的摆动规律、三角洲岸线长度和陆地
面积的增长趋势,清水沟流路河口三角洲的发育过
程可分为 3 个阶段:1976—1985 年,河口地区岸线
增长较快,沙嘴迅速向海突伸,三角洲岸线年均延伸
3郾 63 km,面积年均增长 16郾 26 km2;1986—1995 年,
河口岸线也呈增长趋势,但陆地向海延伸速度变慢,
岸线年均延伸 2郾 13 km,面积年均增长 9郾 79 km2;
1996—2009 年,黄河通过人工改道在清 8 汊流路向
东北方向注入渤海,河口地区岸线和面积在剧烈波
动中增长,岸线年均延伸 0郾 85 km,面积年均增长
6郾 90 km2(图 5).
回归分析表明, 1976—1985、 1986—1995 和
1 996—2009年3个阶段,黄河三角洲岸线和面积与
图 3摇 利津站年均输沙量与年均径流量的关系
Fig. 3摇 Relationship between the annual runoff and annual sedi鄄
ment at Lijin station.
9642 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 韩广轩等: 黄河改道以来黄河三角洲演变过程及其驱动机制摇 摇 摇 摇 摇
图 4摇 1976—2009 年黄河三角洲河口岸线演变过程
Fig. 4 摇 Estuary shoreline evolution in the Yellow River delta
from 1976 to 2009.
图 5摇 1976—2009 年黄河三角洲岸线和面积的变化趋势
Fig. 5摇 Change trends of coastline and area of the Yellow River
Delta from 1976 to 2009.
年份均呈显著线性相关(图 5),黄河三角洲岸线和
面积的增长速率总体呈下降趋势(表 1).
2郾 3摇 黄河三角洲岸线和面积演变的驱动机制
黄河入海水、沙高度相关 ( R2 = 0郾 812, P <
0郾 001),且黄河来沙是三角洲发育的物质基础,所
以在分析黄河三角洲演变过程与河流水沙通量的关
系时,本文仅讨论黄河输沙量对三角洲演变过程的
影响.回归分析表明,黄河三角洲岸线和面积与累积
输沙量之间均呈显著的指数关系(图 6).
1976—1985 年,黄河年输沙量约 8郾 33伊108 t,河
口沙嘴迅速向海突伸,三角洲岸线年均延伸 3郾 63
km,面积年均增长 16郾 26 km2 . 1986—1995 年,进入
河口的沙量减至 4郾 24伊108 t·a-1,该时期陆地向海
延伸速度变慢,岸线年均延伸 2郾 13 km,面积年均增
长 9郾 79 km2 . 1996—2001 年,黄河进入枯水枯沙期,
黄河下游连年断流,年输沙量仅 1郾 80伊108 t,特别是
1997 年的输沙量仅 0郾 16伊108 t.该时期,黄河三角洲
图 6摇 利津站累计输沙量与黄河三角洲岸线、面积之间的关系
Fig. 6摇 Relationships between the accumulated sediment at Lijin
station and the coastline and area of the Yellow River Delta.
表 1摇 1976—2009 年黄河三角洲各时段的演变过程
Table 1摇 Evolution processes of the Yellow River Delta at different stages from 1976 to 2009
阶段
Stage
岸线 Coastline
回归方程
Regression
equation
增长速率
Increasing rate
(km·a-1)
面积 Area
回归方程
Regression
equation
增长速率
Increasing rate
(km2·a-1)
年均径流量
Annual runoff
(伊108 m3)
年均输沙量
Annual sediment
(伊108 t)
1976—1985 y=4郾 1155x-8106郾 1
R2 =0郾 922, P<0郾 01
3郾 63 y=20郾 9079x-40674
R2 =0郾 924, P<0郾 01
16郾 26 344郾 86
(189郾 00 ~ 496郾 00)
8郾 33
(3郾 07 ~ 11郾 50)
1986—1995 y=2郾 5378x-4982郾 0
R2 =0郾 959, P<0郾 001
2郾 13 y=13郾 8154x-26657
R2 =0郾 799, P<0郾 01
9郾 79 177郾 18
(108郾 45 ~ 264郾 40)
4郾 63
(0郾 95 ~ 8郾 11)
1996—2009 y=1郾 9342x-3780郾 8
R2 =0郾 512, P<0郾 05
0郾 85 y=8郾 0694x-15216
R2 =0郾 757, P<0郾 01
6郾 90 125郾 10
(18郾 60 ~ 207郾 10)
1郾 78
(0郾 16 ~ 4郾 40)
074 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
图 7摇 黄河流域年降水量与利津站年径流量、输沙量之间的
关系
Fig. 7 摇 Relationships between the annual precipitation of the
Yellow River Basin and the annual runoff and sediment at Lijin
station.
处于淤积与侵蚀的交替波动状态,整体虽处于增加
趋势,但岸线增加速度仅 0郾 42 km·a-1,面积年均增
加 4郾 64 km2 . 2002 年小浪底水库开始调水调沙,利
津站入海水沙量才有所增加. 2002—2006 年,连续
进行了 5 次调水调沙,2郾 51伊108 t 泥沙被输送入海,
加之该时期黄河年径流量有所增大,导致黄河口岸
线和面积均明显增加. 2006 年后,黄河输沙量减少,
河口向外延伸速率放慢,并出现蚀退,使三角洲岸线
和面积均减少(图 5).由此可见,黄河三角洲造陆速
率与利津站年输沙量呈密切的正相关,两者随时间
的变化具有同步性[8] .
摇 摇 1976—2008 年,黄河流域降水量与利津站入海
径流量和输沙量之间具有显著的相关性(图 7). 而
且,黄河流域降水量的年际波动与利津站入海输沙
量年际波动保持着同步性(图 2). 说明该区降水量
的年际波动是引起入海径流量和输沙量波动的重要
原因.
3摇 讨摇 摇 论
黄河三角洲的发展与演化受入海水沙条件和海
洋动力作用的双重制约,前者使三角洲岸线向海延
伸,后者使三角洲岸线向陆蚀退[4] . 1976 年黄河人
工改道清水沟流路以来,黄河三角洲岸线和面积演
变与利津站累积输沙量之间均呈显著的指数函数关
系,说明黄河泥沙是决定黄河口岸线和陆地面积演
变的主要因素.由于清水沟流路河口海岸是以河流
供沙作为主要物质来源的岸段[17],因此,黄河口海
岸线和陆地面积的增减主要取决于黄河水沙条件.
这与许多研究结果[5-6,8,18-19]一致.
本研究期间,黄河流域降水量的年际波动与利
津站入海输沙量年际波动基本同步,且具有显著的
相关性.说明黄河流域降水量是影响黄河口输沙量
变化的重要因素. 彭俊等[4]研究结果表明,1950—
2007 年,气候变化是黄河入海水沙量年际波动的重
要影响因素.由于河流径流量是流域降水和下垫面
结合的产物,因而河流径流量与流域降水量保持很
好的同步性[4],加之径流是泥沙的搬运载体,因此,
流域降水量的变化必然导致河流输沙量的改变. 除
气候因素外,人类活动也是影响黄河入海水沙量的
重要因素.人类活动的影响主要体现在流域取水、水
土保持措施和水利工程上. 流域取水量的增加是造
成入海径流量逐阶段减少和断流严重增强的主要原
因[2],20 世纪 80 年代和 90 年代引黄水量接近 300伊
108 m3,超过黄河年均天然径流量的一半[20] .
1950—2002 年,引黄水量增加是导致黄河流域径流
量减少的主要原因,其中灌溉引水量约占总引水量
的 85% . 1950—2000 年,黄河入海径流通量与年净
取水量之间表现出明显的负相关[21] .水土保持措施
的实施,增加了入渗量,使流域侵蚀强度降低、入黄
水沙减少,同时有助于改善下游河道的水沙分布状
况[2,4] . 1970—1996 年,水土保持后累计减少水量占
黄河天然入海水量的 8郾 5% [21] . 黄河干流上的主要
水库不仅对上游来水来沙起着主要的调节作用,而
且对下游河道的演变和行洪输沙能力以及入海水沙
的变化产生影响[4] .黄河流域已建水库 3380 余座,
其中大型水库 12 座,总库容量 563伊108 m3,有效库
容 355郾 6 伊 108 m3,相当于利津站年均径流量的
82% [22] .另外,始于 2002 年的调水调沙工程使黄河
口水沙环境发生了较明显的变化[23],从而影响着黄
河三角洲发育.说明除了黄河流域降水量年际波动
等自然因素外,人类活动在黄河三角洲近期演变中
也扮演着重要角色.
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作者简介 摇 韩广轩,男,1978 年生,博士,副研究员. 主要从
事陆地生态系统碳循环与碳收支、植物生态学研究,发表论
文 17 篇. E鄄mail: gxhan@ yic. ac. cn
责任编辑摇 杨摇 弘
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