補遠江流域泥沙特性及其變化探討

摘 ? ?要：補遠江流域地理位置介于東經(jīng)100°51′～101°40′，北緯21°40′～23°05′之間，分屬普洱市的寧洱縣、江城縣和西雙版納州的景洪市、勐臘縣。發(fā)源于普洱市寧洱縣磨黑鎮(zhèn)山神廟丫口，河流大致自北向南流經(jīng)寧洱縣境內(nèi)，過勐先鄉(xiāng)先勝村、和平鄉(xiāng)，至大松村附近沿寧洱與江城縣交界續(xù)向東南，至江城縣康平附近又沿普洱市與版納州界向南蜿蜒，并于景洪市江邊寨附近進入西雙版納州;其后河流頻繁在景洪市、勐臘縣境內(nèi)交叉游蕩，至勐臘縣速底后進入勐臘境內(nèi)，過勐侖植物園，于該縣境勐侖鎮(zhèn)火光村附近匯入瀾滄江。全長285km，是瀾滄江的一級支流，其年平均流量約為160m/s，水能資源的理論蘊藏量約為58萬kW，擬建5座1萬kW以上水電站。

補遠江流域內(nèi)森林繁茂，植被覆蓋率高，植被類型十分豐富，主要森林植被有亞熱帶常綠闊葉林及針葉林，其中流域坡面以亞熱帶常綠闊葉林、針葉林為主，河谷以灌木林為主。流域內(nèi)山高谷深，除上游支流在建一座箐門口中型水庫及數(shù)件小（一）型水利工程和1990年已建植物園水電站（該電站屬枯季發(fā)電，汛期因上下水位差小而無法發(fā)電）外，現(xiàn)狀干流及主要支流河段都無大規(guī)模的涉水工程建設(shè)。本文簡單闡述了補遠江流域概況、河流泥沙的基本概念與泥沙的具體特性，再以曼安水文站為例對泥沙的變化加以分析，最后針對泥沙變化展開相應(yīng)的探討。

關(guān)鍵詞：補遠江流域;泥沙特性;泥沙關(guān)系;泥沙變化

中圖分類號：TV14 ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1004-7344（2019）03-0120-02

眾所周知，泥沙變化是流域系統(tǒng)在對人類活動及氣候變化作出響應(yīng)的過程中較為活躍的一部分。近年來對補遠江流域的水文特性及泥沙變化等所進行的研究，大都集中于瀾滄江的干流之上，而對相關(guān)支流的生態(tài)環(huán)境、水文狀況方面的研究尚未開啟。補遠江的徑流量是瀾滄江支流體系中最大的，約占入?？倧搅髁康?.19%，再加上該河流內(nèi)部魚類種類豐富，因而針對其水文特性與泥沙變化情況所開展的研究，將會對該流域的保護及合理開發(fā)產(chǎn)生巨大意義。

1 ?補遠江的區(qū)域概況及其研究背景

1.1 ?補遠江區(qū)域的概況

補遠江位于云南省南部，屬瀾滄江下游最大支流，古時常稱其為羅梭河，亦稱清水河與南班河，起源自普洱縣東部地區(qū)無量山脈的西南麓，其地勢南低北高，年均降水量約近1500mm，年均溫度21.5℃，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，降水是補給該徑流的主要來源[1]。該流域的面積約7750m2，其中干流總長約320m;地勢的總落差約1350m，可供用于開發(fā)的水能資源約15.5萬kW。瀾滄江干流自補遠江河口至下游10km左右處便是緬甸-中國的界河，至下游40km處即中國-老撾-緬甸三國的交界點[1]。

補遠江流域的曼安水文站比較出名，該水文站位于補遠江下游西雙版納的熱帶植物園區(qū)內(nèi)，距瀾滄江的干流匯入口只有20km，其蓄水面積約為6600km2。除此以外，位于曼安水文站上游不到兩千米處的葫蘆島水電站，早在20世紀(jì)80年代初期便投入運行，其裝機容量約1500kW，電力多供應(yīng)于植物園區(qū)，自其修建并開始運行至今，尚未對相應(yīng)流域內(nèi)的水文情況造成不利影響。

1.2 ?研究補遠江流域泥沙特性的背景

補遠江作為我國西南區(qū)域極為重要的國際性河流，有關(guān)其流域內(nèi)泥沙沉積與水土流失、多樣化物種逐漸退化與水質(zhì)污染及生態(tài)環(huán)境變化等問題受到了相關(guān)國家的廣泛關(guān)注，甚至激起過各方的熱烈探討。約7年前，云南大學(xué)的亞洲國際河流中心部分科研人員已對補遠江流域進行了一定區(qū)域的野外考察，他們對該流域內(nèi)部的漁業(yè)資源展開了詳細的調(diào)查，并對魚類的種類進行了詳細的分析，相關(guān)數(shù)據(jù)表明，補遠江流域是湄公河與瀾滄江跨境洄游魚群棲息的關(guān)鍵地[2]。然而截至目前，鮮少有調(diào)研人員對流域內(nèi)泥沙特性及具體變化等水文狀況進行進一步的研究。

2 ?河流泥沙的基本概念及其具體特性

2.1 ?河流泥沙的概念及成因

泥沙運移是尤為重要的河流水文現(xiàn)象，其能對河流的逐年變遷產(chǎn)生巨大影響。這里所說的泥沙主要指隨水流或沉積在河床與海灘上的巖石和土壤顆粒，其中風(fēng)化巖是河流沉積物的主要來源。一旦暴雨降落至相應(yīng)流域，在匯流、徑流的過程中，侵蝕溝壑與坡面的巖土通過水流轉(zhuǎn)移至河流之中，進而形成了河流泥沙[3]。由于河流在攜帶泥沙時也沖刷著河岸與河床，因而很容易進一步增加原有的泥沙量。在河流流至下游的平原地區(qū)時，相關(guān)比值會下降，流速也將減慢。由于入?？诟浇暮恿髁髁考眲p少，可想而知，入?？诟浇Ｓ?qū)⒉粩喑练e泥沙。

河流的泥沙關(guān)系是匹配河流徑流量與沉積泥沙含量的核心指標(biāo)。對于流域內(nèi)某河流截斷面而言，當(dāng)泥沙流入量在水流正常挾沙能力之內(nèi)時，泥沙關(guān)系是上游沉積物變化的最為顯著的證據(jù)[4]。泥沙含量隨時間變化而出現(xiàn)的變化，大都取決于水流的大小及其侵蝕巖土的強度。一般來說，含沙量往往會伴隨水流量的增加而不斷增加。

2.2 ?泥沙的基本特性

2.2.1 ?泥沙顆粒的特性

泥沙顆粒的特性包括粒徑、重度、沉速及其表面所呈現(xiàn)出的物理與化學(xué)性質(zhì)。

（1）粒徑是衡量泥沙顆粒具體大小的量度，有著多種表現(xiàn)形式。通常使用的包括沉降粒徑（依據(jù)沉降的速度與粒徑間的關(guān)系來計算）、等容粒徑（與泥沙顆粒有著相同體積的球體直徑）、篩徑（利用多種孔徑標(biāo)準(zhǔn)篩來對泥沙顆粒進行分篩以獲取粒徑）[4]。

（2）重度主要用來衡量單位體積內(nèi)泥沙的重量，其具體數(shù)值通常因泥沙顆粒的巖石屬性差異而迥然不同。其中巖石礦物的主要成分為長石與石英，而泥沙顆粒的重度大多在2600kg/m3左右。

（3）沉速指的是泥沙在無邊界的靜水區(qū)內(nèi)逐漸沉降的速度，因其也可用來衡量泥沙顆粒的大小，故又被稱作泥沙顆粒的水力粗度。沉速是記錄泥沙運輸過程的重要參數(shù)，其能綜合反映出水與泥沙顆粒的特性。

（4）泥沙表面的物理與化學(xué)性質(zhì)主要取決于泥沙顆粒外表的吸附水膜與雙電層的相關(guān)特性，而較細的泥沙顆粒的所產(chǎn)生的分散及絮凝現(xiàn)象一般都和吸附水膜與雙電層的具體結(jié)構(gòu)相關(guān)[5]。

2.2.2 ?泥沙群體的特性

泥沙通常由多種礦質(zhì)成分、形狀、大小均不同的微小顆?；旌闲纬?，以群體的形式存在。這種泥沙群體的特性可歸結(jié)為以下幾點：

（1）算術(shù)平均粒徑指對泥沙顆粒的粒徑取算術(shù)平均值。

（2）泥沙群體的孔隙率與干容量。其中孔隙率指的是泥沙群體單位體積內(nèi)空隙所占用的體積，而干容量指的是泥沙群體單位體積內(nèi)所含干燥泥沙的具體重量。

（3）泥沙群體的粒徑分布一般用級配曲線表示，這皆源于泥沙群體顆粒的形狀、大小之間的差異很大，分布較離散。

（4）均勻泥沙的群體沉速指在同規(guī)格泥沙群體含沙量多于2%時，顆粒間互相牽連、混為一體，均以相同速度沉降[6]。

（5）所謂的中值粒徑主要指在泥沙顆粒的級配曲線上與縱向坐標(biāo)的50%處相對應(yīng)的粒徑，而對整體沙粒群體而言，凡不等于該粒徑的泥沙，它們都有相等的重量[5]。值得注意的是，使用中值粒徑來對泥沙群體的粒徑進行概括，能從很大程度上減少極端值（即最小或最大粒徑）所造成的影響。

3 ?以某水文站為例對泥沙變化加以分析

以補遠江的曼安水文站的河床斷面及泥沙現(xiàn)狀，來對該水文站斷面的輸沙量、徑流量的河床形態(tài)與年內(nèi)、年際變化加以分析。

3.1 ?懸移質(zhì)的輸沙特征及其變化

懸移質(zhì)輸沙年內(nèi)分配特征。據(jù)統(tǒng)計，曼安站的月均輸沙量自每年6月份開始明顯增加，7～8月份達到最高，分別為162.20×104t、166.81×104t，至11月份開始逐漸下降。由此可見補遠江流域的來沙量多集中在6～11月份，大約占全年總輸沙量的98.56%，僅7、8兩月份便占據(jù)全年總輸沙量的72.34%，年內(nèi)分配不均勻系數(shù)為1.65，由此表明輸沙量年內(nèi)分配極為集中，并且相對徑流的年內(nèi)分配要集中很多[6]。

懸移質(zhì)輸沙量的年際變化。研究表明，1993～2002年補遠江流域年均輸沙量為480.97×104t，曼安站的年際月均輸沙量總體呈下降的趨勢;2002年具有顯著的升高，為13.14×106t;2002年以后，年均輸沙量迅速減少，2002～2008年期間年均輸沙量為2.64×106t。與年內(nèi)月均輸沙量一致的是，每年均在7～8月份左右達到最高量，分別為5.45×106t、6.97×106t。

3.2 ?徑流量的變化特征

徑流量的年內(nèi)分配特征。補遠江流域的月均來水量多集中于6～11月份，自6月份開始增加，至8月份達到最高。

徑流量的年際變化。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，截至目前，補遠江曼安站的月均水流量整體變化幅度較小，呈微降趨勢[6]。

4 ?對泥沙變化展開探討

在來沙量沒有超過水流挾沙能力的情況，水沙關(guān)系可以良好的反映斷面上游來沙變化。隨著時間的變化，含沙量主要有水流侵蝕強度、流量大小決定。一般情況下，在流量增加的情況下，含沙量也會增加。1993～2008年，曼安站年均泥沙含量與流量點匯在一個坐標(biāo)中，結(jié)果顯示該階段水沙關(guān)系系數(shù)為0.780，具有顯著的正相關(guān)關(guān)系，回歸決定系數(shù)為0.608，具有較高的擬合度。而1993～2008年曼安站來沙系數(shù)表明，來沙系數(shù)和之前的水沙變化均呈現(xiàn)出下降的趨勢，由此可見部遠江單位流量的含沙量不大[7]。

流域內(nèi)泥沙的變化是多種不同因素共同作用的綜合性結(jié)果，各個流域的主導(dǎo)性因素不盡相同，但大致包括人類活動、流域內(nèi)的下墊面條件及氣候等方面。反而言之，河道泥沙變化與徑流同樣可以靈敏地對人類活動、流域內(nèi)下墊面的變化及氣候條件進行記錄[7]。近幾年來，補遠江流域的來水量和來沙量均呈下降趨勢，另外，在部分因素的干擾下，年際徑流量的變化有著明顯的波動趨勢。由于輸沙量的變化與流量的變化有著顯著的相關(guān)性，可知導(dǎo)致該流域來沙量變化的根本原因正是來水量的不斷變化。

2002年，該流域輸沙量能顯著增加，其主要原因是受來水量變化的影響，此外還可能受人類活動、氣候變化等因素的影響。2002年之后，該流域輸沙量大量減少，主要是因為水量大量減少，此外還卡能和地表植被覆蓋率增加、退耕還林有著很大的關(guān)系。此外，土壤侵蝕減弱也是導(dǎo)致該流域泥沙量減少的重要原因之一，2002年該流域輸沙量增加可能和該區(qū)域氣溫變化、降水量等具密切的掛席。

河流系統(tǒng)對人類活動、氣候變化的響應(yīng)中，水沙變化是最活躍的部分。河流泥沙對河道中污染物、營養(yǎng)物的轉(zhuǎn)運，水電設(shè)備使用、水庫、通航、魚類棲息地、河流生態(tài)系統(tǒng)等均具有重要的影響。對河道輸沙情況進行估算，是評估環(huán)境影響、河流管理、污染物運轉(zhuǎn)、河道通航以及水利工程規(guī)劃設(shè)計等面臨的重要問題。補遠江魚類多樣性極為豐富，該江位于瀾滄江下游，其挾帶的泥沙是瀾滄江干流泥沙補給的主要源區(qū)之一。因此，對補遠江泥沙進行預(yù)測預(yù)報對魚類保護區(qū)建設(shè)非常重要。相關(guān)研究顯示，近年來該流域的底棲生物種類有所降低，這與該流域泥沙變化情況具有密切的關(guān)系。

倘若在未來的研究中能獲得更多的資料與數(shù)據(jù)，用來延長泥沙變化的時間序列，進而對補遠江流域內(nèi)的泥沙變化加以綜合分析，這將對補遠江流域水文變化進行更好地梳理分析及反演。

5 ?結(jié) 語

河流徑流與泥沙對創(chuàng)建河流的形態(tài)、維持流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境及供給水資源等方面有著極為重要的作用。作為瀾滄江重要支流之一的補遠江，經(jīng)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，該流域內(nèi)泥沙的年均量分配不均，年際變化的幅度較大，來水量與來沙量大都來自于6～11月份的汛期，運沙量集中于7～8月份，而年輸沙量及年徑流量總體呈下降趨勢。伴隨該流域內(nèi)生態(tài)、水文效應(yīng)的凸顯，對其過去的泥沙變化進行分析及未來的演變趨勢加以預(yù)測，有著實際性的科學(xué)意義。

參考文獻

[1]鐘榮華.補遠江水沙變化及預(yù)測研究[C].云南大學(xué)“高原山地環(huán)境變化與跨境生態(tài)安全”第四屆研究生學(xué)術(shù)研討會論文集，2012：39～40.

[2]鐘榮華.補遠江流域水沙變化及預(yù)測研究[D].云南大學(xué)，2012.

[3]鐘榮華，楊春明，傅開道，等.補遠江流域水沙特性及其變化分析[J].人民長江，2011（24）：29～33.

[4]何大明.瀾滄江-湄公河水文特征分析[J].云南地理環(huán)境研究，1995，7（1）：58～74.

[5]鄒 寧，王致祥，呂孫云.瀾滄江流城水資源量特性分析[J].人民長江，2008，39（17）：67～70.

[6]尤聯(lián)元.瀾滄江流城河流泥沙發(fā)展趨勢初步研究[J].地理學(xué)報，1999，54（B06）：93～100.

[7]傅開道，何大明，李少娟.瀾滄江干流水電開發(fā)的下游泥沙響應(yīng)[J].科學(xué)通報，2006，51（增）：100～105.

收稿日期：2018-12-9

作者簡介：楊春明（1976-），男，哈尼族，云南勐臘人，工程師，大專，主要從事水文水資源工作。