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大河喷薄育新星——在黄河三角洲讲述黄河故事(十四)

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黄河文化

在中国历史上,黄河及沿岸流域给人类文明带来了巨大的影响,是中华民族最主要的发源地,中国人称其为"母亲河"。

大河喷薄育新星——在黄河三角洲讲述黄河故事(十四)

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八船同步观测黄河口

孰  非

 

各路治河大咖雄辩黄河口的豪言还未落定,却另有一支队伍从黄海之滨的青岛小鱼山乘车出发,满载辎重、风尘仆仆地驶过胶莱河,来到莱州湾西岸的黄河河畔。我黄河口泥沙研究所派出刚从海洋大学毕业的黄建杰,赴母校导引这支科研团队出征黄河入海口。

在这支队伍里,有鬓染霜华的资深教授,有风华正茂刚入学的研究生,更有英姿飒爽的女学者。所谓辎重,是指装在船上的手提式CTD仪、高频水声测量仪、全球定位仪(即GPS),以及海流计、测深仪、CTD仪(温盐测定仪)、悬沙取样设备、底质取样设备等等一大堆用来装在船上的先进科学仪器。1995年9月18日,正值黄河汛期,原野上绿意犹浓,黄河尾闾水满潮平,大河之水挟裹着泥沙日夜不息滚滚入海。黄河入海口,迎来了历史上第一次八船同步科学观测活动。

这次观测,正是上文提及的SSTC“八五”攻关专题《延长黄河口清水沟流路行水年限的研究》中的一项野外考察内容。14名老中青专家,全部来自青岛海洋大学河口海岸带研究所。领衔专家是这个研究所的所长,杨作升。杨教授是国际著名的海洋地质学家,早在1960年毕业于苏联列宁格勒大学(现俄罗斯圣彼得堡大学)地球化学专业,先后担任过美国伍兹霍尔海洋研究所、路易斯安纳州立大学、日本地调局的访问学者。杨教授带领他的团队,主要攻关如何“利用海洋动力输送黄河口泥沙”入海的技术问题。

 

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杨作升教授(右1)与张启舜教授(左1)、杨玉珍研究员(中)在“清7”断面一起研讨“延长清水沟流路行水年限”专题

 

八船同步观测,主要的任务是通过连续记录洪水季节黄河河口区段的水文泥沙变化,准确捕捉河海交汇处黄河泥沙在河海共同作用下的运动轨迹,用数学模型描述不同时空尺度下泥沙的运动和沉积的演变过程。在这个基础上,提出疏浚河道工程措施的最优时间和地点建议方案,以“巧拨千斤”之效,强化自然界的河海水动力,延长搬沙入海的距离,确保黄河河道长期稳定。

在清7断面的临时码头,我与满头白发却又神采奕奕的杨教授及其团队热烈会见交谈。黄建杰则招呼东营市黄河口水文勘探局的专家与海洋大学专家一起,将观测仪器分别安装到8条工作船上。此处的“清7断面”,是黄河河道治理的一处观测站名称,位于黄河清水沟流路的感潮段处。

“清7断面,既是河道中海洋动力的测量极限点,又是宁海—西河口以下黄河自然摆动的新顶点。”杨教授一语点破攻关课题最重要的空间关节。历史上黄河尾闾频繁摆动,复演着“三年一决口,十年一改道”的自然规律。我们请来杨教授的科研团队就是实地调查清楚从“清7断面”到入口门外浅海区段的河海动力交汇原理,辅之以工程措施打通泥沙入海通道,弱化拦门沙形成的机理和条件,从而中止河口流路遭遇沙岭屏障而自然摆动的状态,实现黄河口更长时期的稳定行水。这和杨教授多年来的研究方向具有一致性。“我们这次来,就是要找到一样‘东西’,它若存在,则黄河稳定行河将远超‘清7’直达更深的海域—这些都不成问题!”杨教授的语气充满自信。

9月18日10时,专家们先派出一条船沿着河道向海走航。船上的GPS、CTD仪、测深仪、旁扫声纳仪、浅地层剖面仪全部开动,详细记录了滔滔黄河水面以下的水流走势和河床地形。在重新绘制的平面图上,几位专家布下了用于同步观测的八条船的具体点位。

“利津站流量2000秒每方,符合洪季观测条件,出发!”

随着杨教授在对讲机里的一声令下,八船同步观察活动正式启动,14名专家、50名技术人员,各自驾乘着满载科学仪器的测量船迅疾奔赴各自点位。

——河口内三船到位!

清7断面以下至拦门沙每3公里一支测量船,沿河主流成功布点3个。

——口门外三船到位!

黄河出海后沿河道主流的延长线深度4米、8米和12米处的海面各一支测量船,成功布点3个。

——北烂泥区一船到位!

——清10断面一船到位!

——治河部门派出的联络船随时待命。

整整25个小时,专家和技术人员吃住在船,一边同河流海流抗争,一边坚持每隔10分钟同步记录监测,以极强的耐心,守候着海量数据的开花结果。

……

至今我还清楚记得,观测活动结束时,八船陆续停泊在“清7”的简易码头,斜阳欲坠,人员鱼贯上岸;原野苍茫,大河涛声依旧。我刚刚从东城驱车赶到现场,人群中杨教授向我招手,余晖打在他满是白发的额头上。他神情虽然疲惫,却难藏欣喜之情,悄悄对我说:“有重大发现!”

杨教授告诉我,这次观测活动,拿到了大量的观测数据,从结果上看极为成功。但是在船上的25个小时内,他们经历了多次严峻的挑战!后来黄建杰告诉我详细情况:刚开始下海时,各船航行到达预定点位抛锚,携带仪器迅速下水,八船同步记录仪器读数,一切工作都很顺利。但很快,上游的洪峰说到就到,海流计的读数开始不断上升,甚至出现2400秒每方的极值。由东营黄河口水文勘探局租来的民用船,由于压舱重量太小,有几支船出现走锚状况。       

 

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黄建杰见证、参与八船同步观察

 

要不是“灌水入舱”与“动力补偿”两个措施双管齐下,很可能就有船被洪水冲到深海区。到午夜后又遇上涨潮,奔腾入海的洪水迎头碰上了海面上扑来的潮水涌浪,水面出现乱流,他们只好将船上所有照明全开,人手一只应急灯打到海面,全体船员高度戒备,随时准备向岸基呼救……涨潮之后是急落潮。口门外的三支船最为危险!坚决不能让船偏离定位!还好,先进的GPS发挥了巨大的作用,不管夜有多黑乱流有多急,目标和航向一直是明确的,开足马力的测量船始终在定点位置打转,没有超出误差范围……

危机四伏,却又有惊无险,所有船只终于平安渡过了飘摇而又漫长的黑夜。

就是在最为危险的急落潮时段,在河道由沙岭跌入海洋的“断崖”边,停在4米水深的口门外海面的测量船,首先捕获到了“传说”中的东西——泥沙异重流。另外,其他测量船或先或后,也都在记录中找到了泥沙异重流的踪迹。

泥沙异重流,也叫泥沙重力流,一般认为多发生在频受台风、地震影响的河流口门一带。早在1885年,法国水利学家F.-A.福雷尔在罗讷河及莱茵河河口发现了异重流并将其理论引入到河道治理之中。随着异重流概念在美洲、非洲的传播,也加快了当地的河口治理。上世纪三十年代华东陈吉余教授也在长江口发现了这一现象。在黄河口的海河交界处,如果能够发现并追踪到泥沙重力流,这在学术上的影响不啻于在英国发现了尼斯湖水怪!这是因为,这里如果确实存在着泥沙重力流,那就意味着黄河河道内的泥沙,被河水和海水挤压成“三明治”里的“培根”形状,以“凌波虚步”的轻盈姿态,轻轻松松就滑入了深海区!进而,就可以得出以下重大推论:黄河来沙、乃至河床堆积的泥沙,其最佳的入海方式是:只需在高潮时的上游段,启用工程措施搅动河床泥沙,那么借助落潮的力量强化泥沙重力,海洋动力就会自动把泥沙搬运到深海区。

但在我国水利界,长期不认为黄河口存在异重流。1987年前后曾进行了两次类似的科学考察,第一次黄河口水文站由于站位设置不当未能获得理想结果;第二次地矿部海洋地质研究所又因为使用单船观测仅仅捕获到了疑似现象。这一次观测,专家们吸取了教训,通过项目上的安排做足了准备工作。

“我们找到了它的时空演变全过程,”杨教授说。这里的泥沙异重流,存在着四个显著的特点:一是方向符合要求,流动方向全部指向深海,说明有着绝对的治河潜力;二是持续时间长,25个小时内有8至19小时都能够观测到,说明它是普遍存在的;三是运动速度高,快于行船速度,每秒向海的速度在1.2米到2.2米之间,说明搬沙效率高;四是挟沙体量大,海床“悬崖”前已经观测到“三明治”内“培根”的厚度达到2米、泥沙浓度达到1.97×103kg/m3(淡水的密度为1×103kg/m3,沙的密度为2.65×103kg/m3),说明挟沙能力极强。由于黄河口异重流的以上四个特点,可以说,我们观测到的异重流发生在黄河口外的海底斜坡,大略是一种由于周边的土体失稳突然发生的水下“滑坡”现象。观测还发现,在潮汐作用之下,海水竟能“挟裹”80%的黄河泥沙,向海奔袭长达20公里,直至水深12米的深海才沉底消失!

更难能可贵的是,杨教授团队对实施挖沙降河工程也提出了具体建议:在最佳时段——落潮的落急至落平期,在最佳地点——距口门10公里以内的河口潮流段,采用机械动力或爆炸力掀起河床泥沙,就可以完全实现“巧用海动力、四两拨千斤”,让悬在中国人头顶上的达摩克利斯之剑——构成地上悬河的黄河河床泥沙,不再淤积为害而以泥沙异重流的方式自动滑移入海!

回顾中华民族筚路蓝缕的千年治黄史,都囿于单纯的大陆观念,围绕着“以堤治河”和“以河治河”来回打转,现在终于出现了“以海治河”的全新理论突破,黄河文明与海洋文明,将在治河领域高度契合、迈向实践。

大河治理,曙光初现!这次八船同步观察黄河口,为新世纪治理黄河提供了全新的思想和路径。初出茅庐的黄建杰,也在这次紧张的海洋观测活动中接受了严峻考验和历练,增长了在大学教室里得不到的切身体验。为他在专题研究结束时撰写“八五”专题总报告培植了学识和才能。同时我们治黄人的历史亦应记住这些专家的名字:杨作升、陈彰榕、黄建杰、常瑞芳、贺明霞、吴德星、许卫忆、孙效功、郭志刚、肖民、曹立华、冯秀丽、魏守林、崔青、许国辉。

 

作者单位:山东黄河文化经济发展促进会