長(zhǎng)江南源當(dāng)曲源頭水沙特性初步分析

李志晶，金中武，周銀軍，閆 霞，徐 平

（長(zhǎng)江科學(xué)院a．河流研究所；b．院長(zhǎng)辦公室，武漢 430010）

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長(zhǎng)江南源當(dāng)曲源頭水沙特性初步分析

李志晶a，金中武a，周銀軍a，閆 霞a，徐 平b

（長(zhǎng)江科學(xué)院a．河流研究所；b．院長(zhǎng)辦公室，武漢 430010）

摘 要：長(zhǎng)江南源當(dāng)曲源頭為高原沼澤，通行不便。在長(zhǎng)江三源之中歷來(lái)少有人涉足，其基本情況及其對(duì)江源水系的作用亦少為外界所知，河流演變及水沙運(yùn)動(dòng)特性的研究甚少。為了對(duì)長(zhǎng)江南源當(dāng)曲源頭的河道、水流、泥沙等基本特性及當(dāng)曲源頭典型地貌特征進(jìn)行了解，長(zhǎng)江科學(xué)院繼2014年后于2015年再次組織了科學(xué)考察。通過(guò)考察對(duì)當(dāng)曲源頭水沙特性進(jìn)行了初步分析，分析成果為高原河流演變及河岸帶生態(tài)系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)資料，同時(shí)對(duì)其它河流治理及河流生態(tài)保護(hù)與修復(fù)具有參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)江源；當(dāng)曲；江源水系；科學(xué)考察；河流泥沙；水沙特性

1 研究背景

長(zhǎng)江南源當(dāng)曲長(zhǎng)331km，流域面積1．67×104km2，大致介于東經(jīng)92．14°～94．62°，北緯32．40°～33．96°之間［1］。它是世界上最大的濕地分布區(qū)，也是三江源保護(hù)區(qū)的核心區(qū)，平均海拔4 700 m。它獨(dú)特而脆弱的高寒生態(tài)系統(tǒng)和特殊的水沙運(yùn)動(dòng)特征，在寒區(qū)生態(tài)環(huán)境、水文循環(huán)及氣候變化中起著極其重要的作用［2］。當(dāng)曲源區(qū)高寒缺氧，生態(tài)環(huán)境條件十分惡劣，歷來(lái)少有外人涉足，其基本情況及其對(duì)江源水系的作用亦少為外界所知，當(dāng)?shù)氐乃硵?shù)據(jù)資料及相關(guān)的河流演變及水沙運(yùn)動(dòng)科研成果極少［3］。

長(zhǎng)江科學(xué)院繼2014年后于2015年再次組織當(dāng)曲綜合科學(xué)考察，進(jìn)一步獲得了當(dāng)曲源頭的河道、水流、泥沙等基本數(shù)據(jù)。筆者根據(jù)這2次的考察成果并參考已有資料，對(duì)當(dāng)曲源頭水沙特性進(jìn)行了初步分析。

2 考察方法及樣點(diǎn)設(shè)置

2015年長(zhǎng)江科學(xué)院江源科學(xué)考察隊(duì)河流泥沙組考察內(nèi)容包括采集考察點(diǎn)的河道、水流、泥沙3個(gè)方面的特征參數(shù)。測(cè)量采用的手段包括：水文測(cè)量、樣品采集與測(cè)量、影像資料收集；流速采用流速儀和浮標(biāo)法測(cè)量，盡量測(cè)量河道主流流速，根據(jù)河道水流形態(tài)乘以相應(yīng)系數(shù)估算平均流速；河道寬度采用激光測(cè)距望遠(yuǎn)鏡直接測(cè)量；水位測(cè)量通過(guò)GPS高程定位；水深測(cè)量通過(guò)標(biāo)尺或現(xiàn)場(chǎng)參照物進(jìn)行估算。對(duì)每個(gè)考察點(diǎn)，根據(jù)水文測(cè)驗(yàn)規(guī)范，進(jìn)行水樣和沙樣采集，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行水沙數(shù)據(jù)分析。泥沙級(jí)配采用篩分法和激光粒度儀法相結(jié)合的分析方法。對(duì)于粗顆粒的泥沙（粒徑＞2．0 mm），采用篩分法分析；對(duì)于稍細(xì)顆粒的泥沙（粒徑＜2．0 mm），可直接使用激光粒度儀（LA－950型，日本Horiba公司生產(chǎn)）上機(jī)操作，從而得到泥沙顆粒的級(jí)配。若泥沙粗細(xì)部分均有，則先過(guò)2．0 mm樣品篩，篩上部分用篩分法分析，篩下部分用激光粒度儀法分析，兩者合并可得到泥沙整體的級(jí)配分布。

本次考察在當(dāng)曲設(shè)置的考察點(diǎn)有6個(gè)，包括：且曲和多朝能交匯處、上游大橋（當(dāng)曲干流）、沙曲（當(dāng)曲支流）、查當(dāng)曲（當(dāng)曲支流）、吾欽曲（當(dāng)曲支流）、當(dāng)曲大橋（當(dāng)曲干流）等。具體情況如表1和圖1所示。

表1　采樣點(diǎn)基本情況Table 1 Basic condition of sampling points

圖1　當(dāng)曲6個(gè)考察點(diǎn)分布Fig．1 Layout of six observation points in Dangqu

3 水沙數(shù)據(jù)分析

本次考察河段的河型、河寬、流速及含沙水樣的測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　各采樣點(diǎn)水沙基本參數(shù)Table 2 Measured fundamental data of flow and sediment parameters at sampling points

總體來(lái)看，本次考察中當(dāng)曲6個(gè)考察點(diǎn)的流量都相對(duì)較小，含沙量也很低，沿程的含沙量并沒(méi)有隨著流量的增加而增大。幾條支流中查當(dāng)曲的流量最大，但含沙量也最低。當(dāng)曲的源頭還沒(méi)有建立水文站點(diǎn)，從當(dāng)?shù)啬撩窳私獾降那闆r看，主要是由于我們這次科考的時(shí)間段內(nèi)降雨量偏少，主要水源補(bǔ)給來(lái)自于冰雪融水，由此相應(yīng)的水流中含沙量很低。從考察點(diǎn)的河型上看，基本都是彎曲分汊型，但從考察點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)到的情況看，河道的彎曲半徑都比較大，斷面基本都是寬U型，水流的三維性和非均勻性并不強(qiáng)，并沒(méi)有見(jiàn)到明顯的環(huán)流。

各考察點(diǎn)床沙的密度范圍在2 630～2 660 kg／m3之間，干密度范圍在1 630～1 710 kg／m3之間。級(jí)配測(cè)量結(jié)果如圖2所示?？梢钥吹?，當(dāng)曲水系床沙具有非均勻?qū)捈?jí)配的特征，粒徑范圍為0．008～100 mm（圖2）。而對(duì)寬級(jí)配區(qū)域的泥沙輸移、河床形態(tài)演化有自己的特點(diǎn)。一系列的人類及自然活動(dòng)以及氣候條件變化都可能引發(fā)上游來(lái)水來(lái)沙條件的變化，如果這些河流的河床非均勻性較強(qiáng)，由于非均勻沙輸移中存在的促進(jìn)及抑制作用，某一粒徑組份的來(lái)沙條件變化可能使河床發(fā)生正常估計(jì)之外的沖刷或者淤積，而這種情況在低流量條件下將最為嚴(yán)重［4］。國(guó)外一個(gè)典型的例子就是一條卵石河流Goodwin Creek的輸沙量變化，耕地活動(dòng)的減少直接減小了河流上游細(xì)沙的供給，但同時(shí)，細(xì)沙供給的減少也使得粗沙以及總的輸沙急劇減?。?］。而我們需要注意的是，江源地區(qū)人類活動(dòng)影響程度已超出我們的想象?，F(xiàn)場(chǎng)考察發(fā)現(xiàn)“即使在沼澤深處，藏民的畜牧分區(qū)鐵絲隔欄已經(jīng)將無(wú)人區(qū)劃分完畢，不時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)藏民的‘夏窩子’（藏民夏天放牧駐地），這些駐地不僅配有帳篷、太陽(yáng)能發(fā)電裝置，多數(shù)都有皮卡等小汽車，牧民的摩托化和汽車化使當(dāng)曲地區(qū)土路遍布，已經(jīng)有3座跨當(dāng)曲大橋，具有跨縣域的初級(jí)交通道路網(wǎng)，人類活動(dòng)已經(jīng)深入到過(guò)去被認(rèn)為是人類禁區(qū)的地方”［3］。這些人類及自然活動(dòng)，比如火災(zāi)、砍伐、城市和農(nóng)村的發(fā)展、水利工程的建設(shè)，使得細(xì)沙的供給增加，同時(shí)會(huì)使得粗沙以及總的輸沙大大增加，對(duì)整個(gè)江源地區(qū)的泥沙輸移、河床形態(tài)演化產(chǎn)生重大影響。

圖2　當(dāng)曲各考察點(diǎn)床沙級(jí)配曲線Fig．2 Grain size distribution of sediment in riverbed of observation points in Dangqu

每次江源考察，我們?cè)噲D在相同的考察點(diǎn)進(jìn)行相同的考察活動(dòng)，以建立系統(tǒng)的、連續(xù)的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)。2014年7月和2015年7月，我們連續(xù)2次對(duì)當(dāng)曲進(jìn)行采樣調(diào)查，為今后對(duì)當(dāng)曲源頭進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)的觀測(cè)打下了很好的基礎(chǔ)。但由于當(dāng)曲源頭考察條件限制，2014年又是我們首次對(duì)此區(qū)域進(jìn)行科學(xué)考察，所以2014年與2015年2次科考的考察點(diǎn)并不完全一致，其中有2個(gè)點(diǎn)重合，采樣時(shí)間都在7月20—21日，2014—2015年的水沙基本參數(shù)變化對(duì)比情況如表3中所示。

從2 a的水沙數(shù)據(jù)比較可以看出，2個(gè)考察點(diǎn)的水量和含沙量2015年都要明顯小于2014年。變化最為明顯的是當(dāng)曲干流的上游大橋，河寬從2014年的120 m變?yōu)榱?015年的17 m；流速?gòu)?014年的2．0 m／s變?yōu)?015年的0．33 m／s，前者是后者的6倍多；含沙量的變化更是明顯，2014年的含沙量是2015年的23倍。這說(shuō)明當(dāng)曲源區(qū)的水沙輸移年際間變化較大，而降雨量的多少也直接影響江源水量及產(chǎn)輸沙量。從2 a的床沙中值粒徑比較看，今年的床沙有一定的粗化，但變化并不明顯。水沙變化趨勢(shì)還需要更多連續(xù)可靠的數(shù)據(jù)加以分析。

表3　2014—2015年水沙觀測(cè)數(shù)據(jù)比較Table 3 Comparison of measured data of flow and sediment from 2014 to 2015

4 結(jié) 語(yǔ)

長(zhǎng)江南源當(dāng)曲有著獨(dú)特而脆弱的高寒生態(tài)系統(tǒng)和特殊的水沙運(yùn)動(dòng)特征，對(duì)其獨(dú)一無(wú)二的河流數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行深入的調(diào)查和挖掘都將是發(fā)現(xiàn)級(jí)的行為。根據(jù)已有的觀測(cè)成果來(lái)看，當(dāng)曲源區(qū)床沙非均勻性及寬級(jí)配特征較為明顯，水沙輸移年際間變化較大，受到降雨量的直接影響。一方面應(yīng)該盡量減少人類活動(dòng)對(duì)當(dāng)曲水沙生態(tài)系統(tǒng)的影響；另一方面我們還需要進(jìn)行更系統(tǒng)長(zhǎng)期的觀測(cè)，積累更多的原始數(shù)據(jù)，探明當(dāng)曲水沙運(yùn)動(dòng)及生態(tài)效應(yīng)之間的關(guān)系，為科學(xué)和有效的保護(hù)提供基本依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 張繼平，張鐿鋰，劉林山，等．面向?qū)ο蟮拈L(zhǎng)江源區(qū)當(dāng)曲流域高寒濕地信息提取［J］．資源與生態(tài)學(xué)報(bào)：英文版，2011，（2）：186－192．

［2］ 蒲健辰，王 平，皇翠蘭．長(zhǎng)江江源地區(qū)冰川冰、雪、水的化學(xué)特征［J］．環(huán)境科學(xué)，1988，（4）：14－19．

［3］ 陳 進(jìn)．長(zhǎng)江源——當(dāng)曲水系及其生態(tài)系統(tǒng)特征探討［J］．長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2014，31（10）：1－6．

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（編輯：姜小蘭）

Preliminary Analysis on Characteristics of Flow and Sediment of Dangqu as the South Source of Yangtze River

LI Zhi?jing1，JIN Zhong?wu1，ZHOU Yin?jun1，YAN Xia1，XU Ping2
（1．River Department，Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China；2．Administration Office，Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

Abstract：Dangqu River，the south source of Yangtze River，is less studied by researchers due to plateau swamp and poor transportation．The basic characteristics of flow and sediment and its impact on water system of river source are little known to the outside world，with few research results of river evolution and transportation characteristics of flow and sediment．In order to obtain fundamental behaviors such as waterways，flow and sediment of Dangqu，as well as typical landform，researchers in Yangtze River Scientific Research Institute organized scientific investigation for Dangqu River again in 2015．The previous scientific investigation was done in 2014．The investigation results can be used as basic data for river evolution and ecosystem at river bank in plateau，and can be referenced for the har?nessing，ecological protection and restoration of other rivers．

Key words：source of Yangtze River；Dangqu River；river system in source region；scientific investigation；river sediment；characteristics of water and sediment

作者簡(jiǎn)介：李志晶（1986－），男，湖南資興人，工程師，博士，主要從事水沙動(dòng)力學(xué)研究，（電話）027－82829873（電子信箱）lzjketty＠126．com。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（51339001）

收稿日期：2015－10－13；修回日期：2015－11－26

中圖分類號(hào)：TV211

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001－5485（2016）03－0035－03