中國(guó)沖積大河的河型分布與成因

李志威,劉 晶,胡世雄,田世民,潘保柱

(1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)水利工程學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410114; 2.黃河水利科學(xué)研究院,河南 鄭州 450003;3.西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院,陜西 西安 710048)

中國(guó)沖積大河的河型分布與成因

李志威1,劉 晶1,胡世雄1,田世民2,潘保柱3

(1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)水利工程學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410114; 2.黃河水利科學(xué)研究院,河南 鄭州 450003;3.西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院,陜西 西安 710048)

結(jié)合遙感影像、野外調(diào)查和水沙數(shù)據(jù),以沖積大河為研究對(duì)象,分析中國(guó)大河的河型分布及成因。中國(guó)大河的沖積河段以彎曲與辮狀河型為主,局部河段為分汊與網(wǎng)狀河型。綜合考慮河型分布的一般性和特殊性,認(rèn)為相對(duì)輸沙率(來(lái)沙量與輸沙能力之比)、相對(duì)河岸侵蝕切應(yīng)力(近岸水流切應(yīng)力與河岸臨界抗沖切應(yīng)力之比)和河谷地形控制(如節(jié)點(diǎn)和寬度)是決定河型成因的3個(gè)最主要的因素。

沖積大河;河型分布;彎曲河流;辮狀河流;分汊河流;網(wǎng)狀河流

地球表面河流的數(shù)量龐大,平面形態(tài)千差萬(wàn)別,對(duì)它們采取一致性規(guī)則的形態(tài)學(xué)分類,有助于認(rèn)識(shí)其分布與成因。早期,由于河型分類的需要,中國(guó)沖積平原的不同河型特征和成因已多有分析[1],對(duì)于某些特殊河型的分布與成因已有所研究,如游蕩與分汊河型[2-3]。近期,對(duì)于全球沖積大河與熱帶雨林河流的河型分布及地貌意義已有所關(guān)注[4-5]。然而,對(duì)于中國(guó)的青藏高原、西部干旱區(qū)及東北河流的河型分布及成因則缺乏全面系統(tǒng)的總結(jié)與分析。

研究河型分布的前提條件是對(duì)河型分類概念與界定有明確的判定。河型分類是指按照不同分類依據(jù)、規(guī)則、屬性將沖積河流進(jìn)行分類。不同的研究者按不同的觀點(diǎn)和方法,對(duì)河型分類具有不同的結(jié)果。Leopold等[6]最早將沖積河流劃分為順直、彎曲和辮狀3種基本類型。自此以后,河型分類研究引起了地貌學(xué)家和河流學(xué)家的廣泛興趣,而且分類體系不斷變化。具體而言,第1個(gè)分類方向是將3種基本河型分成若干亞類及子河型,如Chang[7]將辮狀劃分陡坡辮狀和緩坡辮狀;Schumm[8]依據(jù)來(lái)沙組成將河流分為床沙質(zhì)型、混合型和沖瀉質(zhì)型3大類,又以河谷比降、水流功率和來(lái)沙量分成14種亞類;Rosgen[9]將河流類型細(xì)化分成7個(gè)大類和數(shù)10種亞類。最近,Eaton等[10]再次將河型簡(jiǎn)化為辮狀、分汊和單河道。第2個(gè)分類方向是在2種基本河型(順直、彎曲)基礎(chǔ)上加入其他獨(dú)立的河型,如錢寧[11]將河流分為順直、彎曲、分汊和游蕩,Knighton等[12]和Makaske[13]分別將分汊河流及網(wǎng)狀河型作為獨(dú)立的河流類型。王隨繼等[14]根據(jù)最新河型研究進(jìn)展,以河流地貌觀點(diǎn)給出的分類體系是直流、曲流、分汊、辮狀和網(wǎng)狀。

表1 長(zhǎng)江源、中下游和主要支流的河型與基本特征

目前,關(guān)于河型成因的分歧較大,某些不完備的成因分析仍具有參考意義,如錢寧[11]認(rèn)為河岸抗沖性與床沙質(zhì)來(lái)量是決定河型的主要因子；尹學(xué)良[15]認(rèn)為河型主要由上游來(lái)水來(lái)沙條件、邊界條件和下游侵蝕基準(zhǔn)面決定。Twidale[16]和Kleinhans[17]全面綜述了河型分類、形成原因、發(fā)育條件及分類的意義。針對(duì)不同河型的成因與劃分標(biāo)準(zhǔn),目前存在各種思路和控制變量,尚未達(dá)成共識(shí)但控制因素基本相近,如van den Berg[18]將床沙中值粒徑、平灘河流功率和河谷比降作為控制因素,Alabyan等[19]只強(qiáng)調(diào)將河流功率作為劃分標(biāo)準(zhǔn),Lewin等[20]將大尺度沙丘發(fā)育、沙質(zhì)河床分汊和河灣開始發(fā)育作為區(qū)分河型的內(nèi)因,Dade[21]將河床比降、床沙粒徑和泥沙運(yùn)動(dòng)均衡作為劃分標(biāo)準(zhǔn)。

本文參考錢寧[11]的最新河型分類體系,采用順直、彎曲、辮狀、分汊和網(wǎng)狀5個(gè)基本類型,并將游蕩河型歸為辮狀河型之內(nèi)。對(duì)于山區(qū)河流的沖積河段,其河型受山體形態(tài)與地質(zhì)構(gòu)造控制影響較大,不在本文的討論范圍之內(nèi)。順直河型被認(rèn)為是一種短暫存在或短河段發(fā)育的河型[22],也不作為本文研究范圍。本文在遙感影像判讀、野外調(diào)查和水沙數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,分析中國(guó)沖積大河的河型分布和河道基本特征,并初步探討其形成原因與形成條件。

1 中國(guó)沖積大河的河型分布

中國(guó)河流水系眾多,流域面積超過(guò)1萬(wàn)km2的河流有79條,1 000 km2以上的河流有1 580條,大于100 km2的大約有5萬(wàn)余條,難以逐一羅列和研究。由于中小河流數(shù)量多,同時(shí)受季節(jié)性影響較大,很多河流還受到水利工程的控制,代表性不強(qiáng)且難以反映自然狀況。沖積大河的流域面積大,多數(shù)河段處在自然或近似自然狀況,所以本文著重研究沖積大河。中國(guó)水系主要分為長(zhǎng)江水系、黃河水系、珠江水系、東北水系、淮河水系、遼河水系、海河水系、塔里木河水系和雅魯藏布江水系,這9大河流水系基本囊括了中國(guó)大江大河和西南河流。本文的遙感影像來(lái)源于Landsat和Google Earth,水沙數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)泥沙公報(bào)(2000—2014)》,而且2009—2016年筆者針對(duì)長(zhǎng)江源、黃河源、雅魯藏布江和塔里木河等開展了連續(xù)多年野外調(diào)查。

1.1 長(zhǎng)江水系

主要分析長(zhǎng)江源水系、中下游干流和主要支流，包括漢江、洞庭湖水系(湘資沅澧)和鄱陽(yáng)湖水系(贛撫信修)的河型(表1)與河道特征。長(zhǎng)江源區(qū)位于青藏高原腹地,水系眾多,河網(wǎng)密布,尚無(wú)人類活動(dòng)干擾,是分析沖積河型分布與成因的理想對(duì)象。選取長(zhǎng)江源區(qū)的4條代表性河流沱沱河、通天河、楚瑪爾河和當(dāng)曲(圖1),沱沱河-通天河河段以沱沱河源頭延伸到通天河的曲麻萊縣為止。

圖1 長(zhǎng)江源的河流形態(tài)

沱沱河-通天河的平均坡降為0.18%,其坡降呈現(xiàn)先緩后陡的變化。沱沱河在流出冰川源頭25 km后,經(jīng)歷一段5.3 km的陡峭峽谷,坡降高達(dá)1.81%。在整個(gè)727.3 km的統(tǒng)計(jì)河段中,河道平面9次呈現(xiàn)寬窄交替的藕節(jié)狀形態(tài),寬谷段為辮狀河段,窄谷段為山體限制河段。沱沱河-通天河的沿程河型變化依次是峽谷段(5.3 km)、辮狀段(74.7 km)、峽谷段(13.4 km)、辮狀段(7.3 km)、峽谷段(33.3 km)、辮狀段(270.1 km)、峽谷段(33.3 km)、辮狀段(50.2 km)、彎曲段(15.3 km)、辮狀段(107.6 km)、辮狀段(109.4 km)。沱沱河-通天河的寬谷河段,水流平緩,流路眾多且不穩(wěn)定,沙洲和淺灘林立,對(duì)應(yīng)著辮狀河型。

楚瑪爾河的統(tǒng)計(jì)河段只從多爾改錯(cuò)東端出口至匯入通天河,其平均坡降為0.13%,沿程坡降變化較多。楚瑪爾河在流出多爾改錯(cuò)后,流經(jīng)長(zhǎng)達(dá)136.4 km的一片高原湖泊濕地,平均坡降為0.09%,沿程山體限制性彎曲河段,河寬130～250 m。在整個(gè)362.2 km的統(tǒng)計(jì)河段中,河道平面3次呈現(xiàn)寬窄交替的藕節(jié)狀形態(tài),辮狀河段2個(gè)。楚瑪爾河的沿程河型轉(zhuǎn)化依次是山體限制性河段(136.4 km)、峽谷段(12.6 km)、辮狀段(32.4 km)、峽谷段(29.3 km)、辮狀段(151.3 km)。

當(dāng)曲的統(tǒng)計(jì)河段從海拔5 097 m的圖像清晰的河道為起點(diǎn),至囊極巴隴與沱沱河匯合為止,其平均坡降為0.19%,支流入?yún)R如庭曲和布曲(圖1(b))。當(dāng)曲源頭區(qū)經(jīng)歷82.7 km的峽谷段,其坡降為0.47%。在整個(gè)327.8 km的統(tǒng)計(jì)河段中,河道平面7次呈現(xiàn)寬窄交替的藕節(jié)狀形態(tài),其中辮狀河段4個(gè)。當(dāng)曲的沿程河型轉(zhuǎn)化依次是峽谷段(82.7 km)、辮狀段(31.8 km)、峽谷段(62.9 km)、辮狀段(12.3 km)、峽谷段(16.4 km)、辮狀段(50.7 km)、峽谷段(20.5 km)、辮狀段(50.5 km)。

長(zhǎng)江源水系的窄谷河段,河道處在兩側(cè)山體中間,對(duì)應(yīng)著山體限制河段,每一個(gè)窄谷河段作為一個(gè)節(jié)點(diǎn),不僅影響著河道走向,還對(duì)上游寬谷段起控制作用,這種控制作用主要體現(xiàn)維持上游辮狀河型和阻止寬谷段泥沙下泄。

長(zhǎng)江中游(湖北宜昌至江西湖口)長(zhǎng)938 km,河寬1～3 km,上荊江為微彎河段,下荊江為典型彎曲河段,局部存在沙洲和邊灘,數(shù)量較少,下荊江近130 a以來(lái)發(fā)生過(guò)多次自然裁彎(如古長(zhǎng)堤(1887年)、尺八口(1909年)、河口(1911年)、碾子灣(1949年)和沙灘子(1972年))以及人工裁彎(如中洲子(1966年)和上車灣(1968年))。長(zhǎng)江下游長(zhǎng)862 km,河寬1～4 km,河段內(nèi)沙洲和江心洲數(shù)量眾多,沙洲和河道穩(wěn)定,植被生長(zhǎng)情況較好,可認(rèn)為是分汊型河道。

漢江中下游主要位于江漢平原,約652 km,其中游(丹江口至碾盤山)低水時(shí)河寬300～400 m,洪水期可達(dá)2～3 km,共有大小沙洲143個(gè)和邊灘38個(gè),沙洲眾多,河流分汊明顯,部分沙洲較穩(wěn)定,部分河段沙洲散亂分布,故判斷其為具有辮狀特性的分汊河段。漢江下游(碾盤山至漢口)河道呈現(xiàn)上寬下窄的特點(diǎn),上半部河寬約800～1 100 m,下半部河寬約200～400 m,河道彎道眾多(66個(gè)),彎曲系數(shù)1.81,故認(rèn)為其為彎曲河流。

洞庭湖水系(湘資沅澧)主要位于湖南省境內(nèi),湘江(永州到喬口)河寬250～1 000 m,河道沿程有眾多沙洲,不僅長(zhǎng)度較大,而且洲體表面植被茂密,較為穩(wěn)定,如橘子洲。資江(桃江至益陽(yáng)甘溪港)河寬300～500 m,分布著較多的沙洲,尤其是入湖河段連續(xù)發(fā)育數(shù)個(gè)沙洲。沅江(凌津?yàn)╂?zhèn)到漢壽)凌津?yàn)╂?zhèn)至常德段較窄,河寬200～500 m,連續(xù)分布10個(gè)長(zhǎng)度較大且穩(wěn)定的沙洲;常德以下河段較寬,河寬800～1 500 m,河道主要是以彎曲河段為主,幾乎不存在沙洲,以彎曲河段匯入洞庭湖。澧水(石門至津市小渡口)河寬200～500 m,沙洲數(shù)量不多,但沙洲面積較大?？梢?湘資沅澧4條支流以分汊河段為主,局部存在若干彎道。

鄱陽(yáng)湖水系屬于長(zhǎng)江下游的主要支流,贛江下游(萬(wàn)安到吳城)河寬600～1 600 m,河段沙洲、江心洲數(shù)量較多且分布較廣。撫河(撫州至青嵐湖)河寬400～800 m,存在眾多邊灘,河中沙洲零散,匯入湖口處發(fā)育數(shù)個(gè)江心洲,形態(tài)穩(wěn)定,植被茂密。信江(上饒至余干)河寬200～600 m,沙洲數(shù)量多,且較穩(wěn)定。修水下游(拓林水庫(kù)至吳城鎮(zhèn))河寬250～400 m,沙洲分布較廣,匯入湖口處有多個(gè)江心洲,將河道分成2股至多股分汊河道。可知,鄱陽(yáng)湖水系除了限制性河段之外,可認(rèn)為是分汊河段。

長(zhǎng)江源、中下游和主要支流的河型與基本特征如表1所示,表中二元結(jié)構(gòu)指河岸上部為細(xì)沙及黏土含量,下部為粗沙與卵石。

1.2 黃河水系

主要分析黃河源區(qū)、中下游及支流渭河下游的沖積河型(表2)。黃河源是指位于龍羊峽水庫(kù)以上的河段,流域面積12.2萬(wàn)km2,其沖積河型具有多樣性[23]。黃河源瑪多至達(dá)日段,河長(zhǎng)約325 km,流域面積20 930 km2,沙洲密布,河道被分成十?dāng)?shù)股小汊道,形成辮狀河段(圖2(a));達(dá)日到瑪曲段河長(zhǎng)585 km,流域面積41 029 km2,上游段為山體限制性的順直或彎曲河段,直至瑪曲的若爾蓋沖積盆地,沖積河型沿程由分汊、網(wǎng)狀和彎曲組成(圖2),沙洲與河道較穩(wěn)定, 灌木與喬木茂密?，斍撂颇撕ザ魏娱L(zhǎng)373 km,流域面積35 924 km2,為峽谷河段。

表2 黃河源、中下游及渭河下游的河型與基本特征

表3 珠江下游的河型與基本特征

表4 黑龍江水系的河型與基本特征

圖2 黃河源河流形態(tài)

黃河中下游的沖積河段是眾所周知的游蕩(辮狀)河段,來(lái)沙量大且粒徑細(xì),河道散亂多汊,曾經(jīng)數(shù)千年河性游蕩不定,且緩慢淤積抬升,形成地上懸河。黃河下游除了辮狀河段之處,其下游河段河寬500～1 000 m,河道多有彎道出現(xiàn),但彎曲系數(shù)較小(1.10～1.35),可認(rèn)為是順直微彎河段。渭河下游(咸陽(yáng)至入河口)河長(zhǎng)208 km,河寬250～400 m,有數(shù)十個(gè)彎道,1949—2005年發(fā)生過(guò)14次自然裁彎,可認(rèn)為是彎曲河段。

1.3 珠江水系

珠江是東、西、北江及下游三角洲諸河的總稱,本文只考慮其下游的東、西、北三江的河型(表3)。西江下游河口段(廣東三水縣至企人石)全長(zhǎng)139 km,河寬700～1 700 m,沙洲數(shù)量多,且沙洲植被生長(zhǎng)茂盛,沙洲穩(wěn)定,對(duì)河型有顯著影響,屬于分汊河段。北江下游河段(廣東飛來(lái)峽至三水縣)河寬500～1 000 m,存在較多沙洲,也屬于分汊河段。東江下游河段(廣東楓樹壩水庫(kù)至東莞石龍)河寬200～800 m,河道蜿蜒曲折,存在約65個(gè)彎道,認(rèn)為其為彎曲河段。

1.4 東北水系

本文只涉及中國(guó)境內(nèi)的黑龍江上中游以及支流松花江、嫩江和牡丹江的河型(表4)。黑龍江上中游段(漠河至烏蘇里江匯流口)在黑龍江省境內(nèi)長(zhǎng)1 887 km,總流域面積180多萬(wàn)km2,窄深段河寬200～400 m,寬淺段河寬2～5 km,河道蜿蜒曲折,彎道眾多(圖3(a))。由于寒冷天氣和凍土的影響,下游某些河段被汊道分割,流路較多,為網(wǎng)狀河段(圖3(c))。

圖3 東北水系河流形態(tài)

東流松花江(嫩江入?yún)R后的松花江,即黑龍江三岔河口至同江市)河長(zhǎng)939 km,流域面積18.6萬(wàn)km2,流經(jīng)松嫩平原及三江平原的河段河道較寬闊,河谷寬約2～10 km,且大部分河道內(nèi)沙洲較多,汊道交織,河道中存在眾多淺灘,而且某些河段多股河道并行,整個(gè)河段既有分汊河段也有網(wǎng)狀河段。西流松花江中下游河段(嫩江匯入之前的松花江河段,即豐滿水電站至松花江河口)長(zhǎng)361.6 km,流域面積3.1萬(wàn)km2。河道蜿蜒曲折,發(fā)育較多彎道,且河道單一,沒(méi)有明顯沙洲存在,屬于彎曲河段。下游河段沿岸多沙洲,河道中汊河、串溝和江心洲島較多,江心島上叢生柳條雜草,使得河流散亂分汊,多汊并行,整體河道認(rèn)為是彎曲河段兼有網(wǎng)狀河段。

表5 遼河、海河和淮河的河型與基本特征

表6 塔里木河和雅魯藏布江河型與基本特征

嫩江(河源至三岔河口)全長(zhǎng)1 370 km,流域面積29.7萬(wàn)km2,河寬5～8 km,最寬處可達(dá)10 km以上。在新多金村之前,河道蜿蜒曲折,存在38個(gè)彎道,雖存在一些沙洲使得河流分汊,但沙洲數(shù)量較少,且分布較散,故判斷這段河道屬于彎曲河段。在新多金村至匯流口的大部分河段中,沙灘、沙洲、江汊眾多,且較為穩(wěn)定,將河流分割得散亂分汊,河道呈不規(guī)則網(wǎng)狀分布,屬于網(wǎng)狀河段。牡丹江中下游河段(吊水樓瀑布至河口)全長(zhǎng)530 km,流域面積2.7萬(wàn)km2，大部分河段河寬150～300 m,河道單一,蜿蜒曲折,共有百余個(gè)彎道,江中存在少量沙洲,但只存在局部小河段,且分布較分散,對(duì)河型影響不大,屬于彎曲河流。入?yún)R松花江附近,受江心洲及大塊陸地的分割影響,河道散亂分汊,呈不規(guī)則網(wǎng)狀分布,但此河段較短,故判斷其為彎曲河段兼有網(wǎng)狀河段。

1.5 遼河、海河和淮河水系

遼河(福德店水文站至入?？?河長(zhǎng)1 345 km,流域面積21.9萬(wàn)km2,河寬1～2 km，整個(gè)河道蜿蜒曲折,彎道眾多,發(fā)育超過(guò)200個(gè)彎道,河道穩(wěn)定,是典型的彎曲河流。海河(天津金剛橋至大沽口)是華北地區(qū)最大的河流,干流河段長(zhǎng)76 km,河身曲折,彎道較多,盡管目前處在人工控制之下,而且水量較少,也屬于是彎曲河流?；春?桐柏縣至三江營(yíng))介于長(zhǎng)江和黃河之間,全長(zhǎng)1 000 km,流域面積27萬(wàn)km2,河寬150～700 m,最寬可達(dá)1～2 km，大部分河段河道單一,蜿蜒曲折,有百余個(gè)彎道存在,無(wú)明顯沙洲,判斷其為彎曲河流。遼河、海河和淮河的河型與基本特征見表5。

1.6 塔里木河和雅魯藏布江水系

塔里木河位于塔里木盆地北部,由阿克蘇河、葉爾羌河和田河在肖夾克匯合而成,全長(zhǎng)2 197 km,流域面積19.8萬(wàn)km2,窄段河寬300～500 m,寬段河寬1～3 km。塔里木河干流的水文站從上游至下游依次是阿拉爾、新其滿、英巴扎、烏斯?jié)M、恰拉。據(jù)水文資料分析(表6),阿拉爾站1957—2000年的多年平均年徑流量為45.82億m3,多年平均年輸沙量為2 253萬(wàn)t。阿拉爾站的76% 徑流量和95%年輸沙量集中于6—9月[24]。塔里木河上游河段(肖夾克至英巴扎)長(zhǎng)為495 km,沙洲邊灘眾多,河道分汊擺動(dòng),為辮狀河道(圖4(a))。塔里木河中游(英巴扎至恰拉段)長(zhǎng)398 km,河道平面形態(tài)蜿蜒曲折,局部河段的彎曲度超過(guò)1.5,是典型的蜿蜒型河流(圖4(b))。恰拉以下河段為塔里木河下游河段,長(zhǎng)428 km,仍是彎曲型河段,但是因?yàn)橹猩嫌蔚暮乃?水量大幅減少,河道寬度沿程縮窄至150 m。

圖4 塔里木河河流形態(tài)

圖5 雅魯藏布江中游的辮狀河道

雅魯藏布江中游段(里孜至派鄉(xiāng))位于歐亞板塊碰撞的擠壓帶,河長(zhǎng)1 293 km,流域面積16.4萬(wàn)km2。寬窄相間的河谷,寬段為辮狀河段(圖5)加上窄段的峽谷限制體,谷底寬達(dá)2～8 km,河床內(nèi)不穩(wěn)定的沙洲眾多,構(gòu)成高原獨(dú)特的復(fù)雜辮狀河道。

2 河型成因

沖積河型的形成是水流泥沙輸移與河床河岸邊界長(zhǎng)期相互作用的平面形態(tài)表現(xiàn)。沖積河流河型的成因主要取決于流域的特性,如來(lái)水來(lái)沙量及其過(guò)程和來(lái)沙粗細(xì)[11],部分取決于河道的濱河植被和河谷控制(如節(jié)點(diǎn))。要分析河型成因,首先要區(qū)別原因與結(jié)果,如在河床演變學(xué)的時(shí)間尺度(<100 a)上河道形態(tài)和河床比降是河型形成的結(jié)果,而非河型形成的原因；其次要區(qū)別主要因素和次要因素,如來(lái)水來(lái)沙量是主要因素,而濱河植被和節(jié)點(diǎn)控制是次要因素。床沙粗細(xì)不是判斷河型成因的依據(jù),因?yàn)閷?duì)于辮狀河道,有沙質(zhì)河床(如黃河中下游、塔里木河上游)和卵石河床(如長(zhǎng)江源、黃河源、雅魯藏布江)。對(duì)于彎曲河道,也有沙質(zhì)河床(如長(zhǎng)江中游荊江河段、黑龍江水系、塔里木河上游)和卵石河床(黃河源干流及其支流白河、黑河、澤曲)。濱河植被不是沖積大河的河型成因的控制因素,對(duì)于沖積中小河流形成彎曲或分汊河道具有一定調(diào)控作用。因此,沖積河型成因既需要從主要因素著手分析,也需要針對(duì)次要因素逐一比較,從中對(duì)不同河型進(jìn)行總結(jié),歸納出最關(guān)鍵的影響因素。

這里參考錢寧[11]關(guān)于決定河型形成的主要因素是床沙質(zhì)來(lái)量與河岸抗沖性的認(rèn)識(shí),同時(shí)作者基于長(zhǎng)期野外調(diào)查和對(duì)中國(guó)沖積大河的河型分布認(rèn)識(shí),提出如下決定河型形成的關(guān)鍵無(wú)量綱因素:

(1)

3 結(jié) 語(yǔ)

中國(guó)大河的沖積河型具有獨(dú)特性和多樣性,以彎曲和辮狀河型為主導(dǎo),分汊河型出現(xiàn)于多個(gè)沖積大河的部分河段,網(wǎng)狀河型只存在極少數(shù)河流的特定河段,從整體來(lái)看洞庭湖水系和鄱陽(yáng)湖水系也可看作網(wǎng)狀河段。同一條沖積大河從源頭到下游,其河型沿程是不斷變化,如長(zhǎng)江沿程由辮狀、彎曲至分汊,而黃河沿程則由辮狀、分汊、網(wǎng)狀、彎曲、辮狀(游蕩)至微彎,具有河型多樣性。沖積河型的成因在定性上主要由2個(gè)無(wú)量綱因素(來(lái)沙量與輸沙能力之比和近岸水流切應(yīng)力與河岸臨界抗沖切應(yīng)力之比)決定,河谷局部地形控制作用在局部河段對(duì)于分汊和網(wǎng)狀河段發(fā)揮一定輔助作用。

值得一提的是,對(duì)于缺少長(zhǎng)系列水沙與地形測(cè)量資料的青藏高原河流、西北干旱區(qū)河流和東北寒帶河流,這些河流既處在自然狀況而且缺少深入研究,未來(lái)一段時(shí)期它們很可能是國(guó)內(nèi)河流地貌學(xué)與河床演變學(xué)的重要對(duì)象。然而,單獨(dú)研究任何一條河流的河型成因和河床演變都面臨較多困難,而且短期野外考察也難取得實(shí)質(zhì)性突破,采用多源遙感影像解譯不失為一個(gè)新研究方法。對(duì)某個(gè)區(qū)域彼此獨(dú)立且互不從屬的若干沖積河流,具有相同的沖積河型,若將這個(gè)區(qū)域的沖積河流歸為一個(gè)沖積河群,如長(zhǎng)江源的辮狀河群和黃河源的若干彎曲河群,這些沖積河群可為研究其內(nèi)部共性與外部差異提供了新思路。同時(shí),運(yùn)用室內(nèi)寬體水槽塑造和模擬彎曲與辮狀河道,也是在可控水沙和邊界條件下研究河型成因的有效實(shí)驗(yàn)方法。

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Distribution and formation of river patterns of large alluvial rivers in China

LI Zhiwei1, LIU Jing1, HU Shixiong1, TIAN Shimin2, PAN Baozhu3

(1.SchoolofHydraulicEngineering,ChangshaUniversityofScience&Technology,Changsha410114,China; 2.YellowRiverInstituteofHydraulicResearch,Zhengzhou450003,China; 3.InstituteofWaterResourcesandHydro-electricEngineering,Xi’anUniversityofTechnology,Xi’an710048,China)

The distribution of patterns of large alluvial rivers in China and the reason for their formation were analyzed based on remote sensing images, field survey data, hydrological data, and sediment data. Alluvial reaches of rivers in China are mainly meandering and braided reaches, while some local reaches are anabranching and anastomosing reaches. With the general and special characteristics of the distribution of river patterns taken into account, three critical factors are considered to be the main reasons for the formation of river patterns; the relative sediment transport rate (the ratio of the incoming sediment load to the sediment transport capacity), the relative riverbank erosion shear stress (the ratio of near-bank flow shear stress to the critical erosion-resistant shear stress of the river bank), and control of valley terrain (e.g., the valley node and channel width).

large alluvial river; river pattern distribution; meandering river; braided river; anabranching river; anastomosing river

國(guó)家自然科學(xué)基金(91547112,91647118); 湖南省教育廳資助科研項(xiàng)目(16B010)

李志威(1984—),男,副研究員,博士,主要從事河流動(dòng)力學(xué)研究。 E-mail: lzhiwei2009@163.com

10.3880/j.issn.1006-7647.2017.02.002

TV147.1

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：1006-7647(2017)02-0007-07

2016-02-16 編輯：鄭孝宇)