用耗散结构理论分析黄河三角洲的形成与演化

用耗散结构理论分析黄河三角洲的形成与演化

耗散结构理论在地理学中的广延。地理系统是一个远离平衡态的开放系统，它通过与外界不断地交换物质与能量，有可能在一定条件下形成新的稳定的有序结构，实现从无序向有序的转化，这种新的稳定的有序结构即地理耗散结构。

一般的地理系统具有符合耗散结构的3个明显特点：①为开放系统；②远离平衡态；③地理系统内各要素之间存在着“非线性”的相互作用。作为一个远离平衡态的地理系统，从无序的混沌状态形成了耗散结构之后，就具备了一定的抵抗外界环境干扰的能力。

外界环境所发生的一般性涨落（波动），会被具有耗散结构的地理系统所吸收，有时也把这种性质，称为地理耗散结构的“性”，或“涨落回归能力”。

地理系统的耗散结构水平越高，其涨落回归能力越强，保持地理系统的稳定性越好。一旦发生难以抵御的巨大涨落时，可使地理耗散结构崩溃或解体，经过一定的演化，又会形成新的耗散结构形式

耗散结构是自组织现象中的重要部分，它是在开放的远离平衡条件下，在与外界交换物质和能量的过程中，通过能量耗散和内部非线性动力学机制的作用，经过突变而形成并持久稳定的宏观有序结构。[1]

黄河三角洲是中国最大的三角洲，也是中国暖温带最大的湿地，区内自然资源丰富，生物种类繁多，具有极大的经济价值和生态价值。研究黄河三角洲的形成与演变对于合理开发和保护黄河三角洲具有重要意义。为此，前人做了大量细致的工作，得到了一系列关于黄河三角洲形成与演变的理论成果。但是，将黄河三角洲作为一个远离平衡态的非线性开放系统，用耗散结构理论来分析黄河三角洲的形成与演变的各种规律，还很少见。因此，本文的思路具有一定的创新性。

1.黄河三角洲的概况

黄河三角洲位于渤海西缘，北临渤海湾，南临莱州湾，地理坐标为117°31′-119°18′E和36°55′-38°16′N。它主要分布于山东省东营市和滨州市境内，由古代、近代和现代三个三角洲体系联合而成。

古代三角洲以蒲城为顶点，西起套尔河口，南至小清河口，陆上面积约为7200平方千米。近代三角洲以东营市宁海乡为顶点，西起套尔河口，南达支脉沟口，陆上面积约为5400平方千米。现代黄河三角洲以渔洼为顶点，西起挑河，南到宋春荣沟，陆上面积约为3000平方千米。

2.黄河三角洲的形成 开放与耗散是自组织的必要条件。[2]开放系统跟环境之间存在熵交换，吸取高品位的物质、能量来组织自身，再把低品位的物质、能量排放到环境中。

黄河三角洲的形成是黄河自身的水沙条件、黄河口的水流条件、海水的化学作用以及当地的地质构造条件等多种因素综合作用的结果。与国内外其他的大江大河的三角洲相比，黄河三角洲的沉积模式及地质结构具有很大的的特殊性。

2.1黄河的水沙条件

黄河是我国第二长河，干流全长5464km，其突出特点是“水少沙多”。黄河中游流经世界上最大的黄土高原，由于该地区水土流失十分严重，黄河在此携带了巨量的泥沙进入下游地区。黄河平均每年输入下游的泥沙多达16亿吨，平均含沙量为35kg/m3,均居世界大江大河之首。黄河在兰州以上补给的水量占60%以上，而携带的沉积物量只占7.0%，近90%的泥沙和粒径大于0.5mm全部粗泥沙，集中来自河口镇至潼关区间，并且60%的水量和80%的泥沙量来自汛期。

进入黄河下游的16亿吨泥沙中，约有4亿吨淤积在下游河道内，约有4亿吨被输入深海，而约有8亿吨淤积在利津以下的河口三角洲及滨海地区。由此可见，黄河的形成有着充足的泥沙作为基础条件。

2.2黄河河口的水流条件

当黄河进入河口地区时，河道逐渐变宽，弯曲度逐渐加大，河流作用逐渐减小，水流速度与水面比降也逐渐减小。同时，受海流及潮汐作用的影响，河口水流速度进一步减小，导致河口地区泥沙大量沉积。

2.2.1黄河河口的径流条件

黄河三角洲地区河道弯曲，径流受到的阻力大，再加上河道宽度加大，河水流速缓慢，水流对泥沙的搬运能力减弱，泥沙极易沉积。另外，黄河三角洲地区地势低平，西南部海拔11m,东北部最低处小于1m,自然比降为1/8000——1/12000。黄河受水盆地很浅，河口处水深仅几米到几十米，河流落差非常小，水流速度缓慢，泥沙大量沉积。

2.2.2黄河河口的海流条件

黄河注入渤海，三角洲的形成受海流及潮汐作用的影响很大。黄河河口处的海水流速约为3-16cm/s。在北部海区，海流流向为从东向西，与海岸线大致平行，利于泥沙向两侧扩散。在南部海区，海流从南向北流，与河口相冲，不利于泥沙向深海扩散。另外，在涨潮时，由于海水倒灌入河口，顶托河水，使河水流速更低，更利于泥沙在河口处沉积。退潮时，潮水同河水一同退回河门及渤海，有利于泥沙向河口外扩散。

2.3海水的电解质作用

黄河携带的沉积物中的一部分呈胶体状态搬运。在河水入海时，因海水电解质的作用，悬疑质中的胶体物质絮凝，主要沉积在河门处，形成“拦门沙”。拦门沙的形成和发展使该区域过水面积减小，河流分汊，并不断循环往复，不断在河口沉积堆高，并向海外扩展，从而形成三角洲。[3]

2.4地质构造条件

远离平衡态是耗散有序之源。远离平衡态代表性质不同的大约束，是产生耗散结构的外部条件。随着环境约束他组织力逐渐增大而把系统推向远离平衡态，是系统内在的非线性因素逐渐释放出来，被逐步扩大到系统就能够按照耗散结构的模式自行把巨量的微观组分组织起来。没有足够大的约束不足以吧系统推向近平衡态。[4]因此，黄河三角洲的泥沙沉积需要足够大的外部约束，而该地区的沉降运动为三角洲的形成提供了外部条件。

黄河口位于渤海湾与莱州湾之间，黄河三角洲位于华北地区济阳凹陷的东北部。济阳凹陷是中、新生代的一个大面积强烈沉降区。当前，区内仍分布着多条活动断裂，仍在缓慢沉降，为泥沙长期持久的沉降运动提供了地质构造条件。

3.黄河三角洲的演变

涨落导致有序。有序的耗散结构是靠巨涨落来实现对称破缺选择而确立的，耗散结构是稳定下来的巨涨落，是涌现出来的宏观整体有序结构，及大量微观组分协同动作的相干态。

[5]黄河三角洲由古代、近代和现代三个三角洲体系联合而成，每个体系的河道都按照淤积→延伸→抬高→摆动→改道的规律不断演变的，使三角洲陆地面积不断扩大，海岸线不断推进。每一次改道都是一次涨落，而三个体系之间的转变则是分别通过两次巨涨落实现的。

3.1黄河三角洲的演变阶段

黄河三角洲河道演变可归纳为淤积→延伸→抬高→摆动→改道五个阶段。其中，前四个阶段的演变是一种量上的渐变，而最后一个阶段是一种质上的突变，是一次涨落。

第一阶段，河水由于主流不稳定而漫流入海，在受到水流变缓及海水电解质作用等多种因素的影响，泥沙在河口处堆积，使三角洲不断向海扩展。

第二阶段，由于河流归股顺直延伸，形成单一稳定的河道注入渤海，泥沙在入海口淤积，河口外延且突出进入海中。

第三阶段，由于河口外延，泥沙不断淤积在河道，是河床不断被抬高，河床坡度不断变缓。

第四阶段，河床不断被太高，并形成拦门沙，堵塞河道，迫使水流朝侧向分散，泥沙输移横向发展，在河口处沙坝连接成堤，黄河尾闾出现摆动。

第五阶段，河道堆积影响增大，是河口处开始出现决口，逐渐导致河口改道。随着决口点不断上移，一旦在三角洲顶点发生决口，河流最终在顶点处改道。如果改道幅度足够大，旧的三角洲体系便会被逐渐废弃，开始形成新的三角洲体系。

4.黄河三角洲的现状

耗散结构具有不可逆性与复杂性。与此相似，黄河三角洲的形成与演变同样具有不可逆性与复杂性。通过研究黄河三角洲当前地理特点的复杂性和造陆运动的不可逆性，更有利于理解黄河三角洲的形成与演变规律，从而更好的开发保护黄河三角洲。

4.1黄河三角洲的地理特点

黄河三角洲以宁海为轴点，向东呈扇状展开，海拔高程低于15米，面积达5450平方千米。自1855年以来，黄河尾闾决口50多次，大的改道11次。每次改道，都会在顶点附近两次改道之间形成多个堆积体（包括陆上和水下两部分），这些堆积体被称作三角洲叶瓣。1855年以来，黄河共形成了8个叶瓣体，不同时期的叶瓣上下叠置，相邻年代的叶瓣彼此紧挨。每一个叶瓣之间存在着非线性关系，其形成与演变具有复杂性。

4.2黄河的造陆运动 事物只能向某个方向自发进行而不能向相反方向自发进行的过程，叫做不可逆过程，相关的属性叫做不可逆性。“不可逆性在物质世界中起着基本的建设性的作用。”[6] 黄河三角洲是由黄河填海造陆而形成的，这一过程是不可逆的。

黄河每年携带的巨量泥沙在河口附近淤积，是河床逐年上升，露出水面，从而形成新的陆地。黄河三角洲平均每年以2-3公里的速度向渤海推进。1855年以来，黄河三角洲地区新生陆地面积约达2530km2。其中1855-1954年造陆1510km2；1954-1976造陆548.3km2；1976-2010年造陆471.7km2。在此期间，虽然由于海水侵蚀，海岸线曾出现过倒退，但黄河三角洲自发进行的造陆运动没有停止过，这一过程是不可逆的。

5.研究黄河三角洲形成与演变的意义

黄河三角洲是我国最大的三角洲，也是我国温带最广阔、最完整、最年轻的湿地，有着丰富的矿产、土地、生物和海洋资源。研究黄河三角洲的形成与演变的规律对合理开发利用该地区自然资源及保护湿地环境有重要意义。

5.1对石油勘探开发的意义

在地学研究中，常常在观察沉积过程和沉积物特征的基础上，根据古代沉积标准，运用 古地理复原的方法推断沉积体分布规律，指导矿产资源的勘探开发。[7]

黄河三角洲是中国国内少有的油气资源富集区。截止到1995年底，已发现不同类型的油田67个，石油总资源达75亿吨，累计探明石油储量34.2亿吨，天然气的储量为303亿立方米。对于油气资源的合理勘探开发需要研究黄河三角洲的形成与演变规律。

5.2对土地利用的意义

黄河三角洲的土地资源丰富，而且土地面积还在不断扩大。黄河三角洲的土地总面积达175.04公顷，其中有耕地70.03公顷，尚有30.03公顷荒碱地有待开发，后备土地资源丰富。

但是，由于黄河三角洲形成历史短，垦殖程度低，且位于沿海地区，土地盐渍化严重，因此黄河三角洲的土地生产率低，中低产田占耕地总面积的比例大。为了开发利用黄河三角

洲巨大的土地资源，就必须在认识和掌握黄河三角洲的形成与演变规律的基础上改良土壤，彻底改造中低产田。

5.3对保护黄河三角洲湿地的意义 黄河三角洲湿地是世界少有的河口湿地生态系统，是伴随着黄河三角洲的形成与演变发展起来的。黄河三角洲湿地生态类型独特，湿地资源丰富，生物种类繁多。区内水生生物资源丰富，据初步调查有800多种，其中属国家重点保护的有文昌鱼、江豚、松江鲈鱼等。有野生植物上百种，属国家重点保护的濒危植物野大豆分布广泛，各种鸟类约187种，列为中日候鸟保护协议受保护的达108种，其中国家重点保护野生动物丹顶鹤、白头鹤、白鹳、金雕、大鸨、大天鹅、小天鹅、灰鹤、蜂鹰等32种，各种鹭类、雁鸭类水禽不但种类多，数量也极为丰富。 因此，保护黄河三角洲湿地是势在必行的，是每个三角州人民的义务。而要科学的保护黄河三角洲湿地需要从源头出发，了解黄河三角洲的形成与演化，保护湿地存在的根本。

5.4对建设高效生态经济区的意义

中国国务院2009年11月23日正式批复《黄河三角洲高效生态经济区发展规划》，中国三大三角洲之一的黄河三角洲地区的发展上升为国家战略，成为国家区域协调发展战略的重要组成部分。国务院指出，要把《规划》实施作为应对国际金融危机、贯彻区域发展总体战略、保护环渤海和黄河下游生态环境的重大举措，把生态建设和经济社会发展有机结合起来，促进发展方式根本性转变，推动这一地区科学发展。这需要对黄河三角洲的科学把握，需要研究黄河三角洲的形成与演变规律，以造福大众。

6.结语

用耗散结构来分析黄河三角洲的形成与演变规律，从根本出发认识黄河三角洲，有利于制定科学的黄河三角洲发展规划，在保护生态环境的基础上进行有序合理的开发。

2011级地理系

宋超

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