黃河下游游蕩段畸形河勢(shì)的時(shí)空分布及演變規(guī)律

關(guān)鍵詞：畸形河勢(shì)；時(shí)空分布；演變過(guò)程；遙感影像；治導(dǎo)線；黃河下游游蕩段

河勢(shì)即河流的平面形態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，當(dāng)河道形態(tài)與水沙條件不相適應(yīng)時(shí)，河床平面形態(tài)在自動(dòng)調(diào)整過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生畸形河勢(shì)[1-3]。畸形河勢(shì)是指水流部分或完全脫離工程控導(dǎo)，全河或其中主股急轉(zhuǎn)彎，嚴(yán)重偏離規(guī)劃治導(dǎo)線，并維持一定時(shí)段的河勢(shì)狀態(tài)。若流向相對(duì)于治導(dǎo)線或堤、岸垂直或近于垂直，則為橫河或斜河；若流向產(chǎn)生較大扭曲，則為畸形河灣?；魏觿?shì)對(duì)黃河的堤防安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅[4-6]。1985年以來(lái)，黃河下游游蕩段水沙情況發(fā)生了很大的變化，畸形河勢(shì)頻發(fā)，給河段的治理增加了難度[7-11]。因此，為了更加科學(xué)地治理黃河下游游蕩段，有必要對(duì)黃河下游游蕩段畸形河勢(shì)的演變規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)研究。

已有學(xué)者對(duì)畸形河勢(shì)的演變規(guī)律開(kāi)展了一些有益探索[12-14]。其中，歷史數(shù)據(jù)資料分析是重要的研究途徑，主要包括河勢(shì)圖、實(shí)測(cè)大斷面數(shù)據(jù)及相關(guān)文獻(xiàn)資料等。例如，李潔等[12]基于1986—2015年黃河下游游蕩段的28個(gè)水文斷面汛后實(shí)測(cè)地形資料，研究了該期間游蕩段深泓線的橫向擺動(dòng)特點(diǎn)；胡一三[2]利用黃河下游河勢(shì)演變的歷史數(shù)據(jù)資料，分析了橫河的形成原因及其應(yīng)對(duì)方案。然而，歷史數(shù)據(jù)資料分析精度較低，如實(shí)測(cè)大斷面間距約為3km，只能粗略反映水流流路的變化。

遙感技術(shù)因具有成本低、時(shí)效快和精度高等優(yōu)點(diǎn)，使得遙感影像結(jié)合歷史數(shù)據(jù)資料成為河勢(shì)研究的一種新手段[15-17]。例如，江青蓉等[16]通過(guò)目譯法解譯遙感影像和斷面實(shí)測(cè)地形資料，描述了不同畸形河灣的演變過(guò)程并分析了典型畸形河灣形態(tài)參數(shù)及斷面形態(tài)的變化；張向等[17]采用修正歸一化差異水體指數(shù)法（MNDWI法）對(duì)黃河下游九堡—大張莊河段2010—2020年期間的遙感影像進(jìn)行解譯，分析認(rèn)為期間該河段的畸形河勢(shì)得到明顯改善、有利的水沙過(guò)程可改變不利河勢(shì)。借助遙感手段分析河勢(shì)演變的關(guān)鍵在于精準(zhǔn)地對(duì)遙感影像進(jìn)行水域分割，目前學(xué)者多采用簡(jiǎn)單的目譯法和MNDWI法，這些方法在解譯遙感影像時(shí)容易將水域和灘區(qū)地物產(chǎn)生錯(cuò)分現(xiàn)象，對(duì)分析結(jié)果造成不利影響[18]。由于數(shù)據(jù)資料的局限性，對(duì)于畸形河勢(shì)在游蕩段的時(shí)空分布還沒(méi)有學(xué)者進(jìn)行系統(tǒng)地分析。上述現(xiàn)狀表明，采用新的更加精準(zhǔn)的遙感解譯方法，突破數(shù)據(jù)局限性，系統(tǒng)研究畸形河勢(shì)的時(shí)空分布規(guī)律是目前黃河下游游蕩段畸形河勢(shì)研究亟待解決的難題。本文采用深度學(xué)習(xí)方法解譯遙感影像[19-20]，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)資料，分析1985—2023年黃河下游游蕩段畸形河勢(shì)的時(shí)空分布，從游蕩段上段、中段和下段選取3個(gè)典型的畸形河勢(shì)河段作為重點(diǎn)研究對(duì)象，分析其演變過(guò)程，從局部河段、單個(gè)河灣和斷面3個(gè)尺度的形態(tài)變化分析畸形河勢(shì)的演變規(guī)律。

1研究區(qū)域和方法

1.1黃河下游游蕩段概述

黃河下游游蕩段西起河南孟津白鶴，東至山東東明高村，全長(zhǎng)約299km，河床縱比降在0.17‰～0.265‰之間，河床斷面寬淺，主槽寬度為1.5～3.5km，平灘流量下河相系數(shù)在20～40之間，河道比較順直，彎曲度一般小于1.3，灘槽高差較小，一般在2m以下；河道內(nèi)洲灘密布、汊道交織，水流散亂，主流擺動(dòng)不定，河勢(shì)變化劇烈，演變規(guī)律十分復(fù)雜[21-22]。

根據(jù)地理位置、河岸邊界及形成特點(diǎn)，黃河下游游蕩段可劃分為白鶴—京廣鐵路橋（上段）、京廣鐵路橋—東壩頭（中段）、東壩頭—高村（下段）3個(gè)河段，如圖1所示。

1.2研究方法

1.2.1遙感影像的解譯

與傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘查方法相比，通過(guò)遙感技術(shù)獲取主槽信息具有成本低、時(shí)效高、空間和時(shí)間跨度大等優(yōu)點(diǎn)[23-25]。黃河下游游蕩段汛期流量高于非汛期，非汛期河勢(shì)演變以緩變?yōu)橹?，而汛期?duì)河勢(shì)影響更顯著[21]。本文選取每年汛后的含云量小的遙感影像代表當(dāng)年的河勢(shì)，在年尺度上研究畸形河勢(shì)的演變規(guī)律。遙感影像從GoogleEarthEngine平臺(tái)下載，該平臺(tái)可以獲取Landsat系列衛(wèi)星影像資料且支持通過(guò)JavaScript腳本批量化處理遙感影像。目前，識(shí)別遙感影像中的水域有多種方法[26-27]，本文對(duì)比了目譯法[21]（圖2（a））、MNDWI法[26]（圖2（b））和深度學(xué)習(xí)法[20]（圖2（c））在2006年11月歐坦—夾河灘河段遙感影像中的應(yīng)用效果，其中MNDWI法的閾值參考Xu[26]的推薦值設(shè)為0。對(duì)比結(jié)果表明：①目譯法無(wú)法自動(dòng)分割水域和非水域，需要人為判別，精度易受主觀因素影響，如圖2（a）所示對(duì)于質(zhì)量差的遙感影像，目視法誤差很大；②MNDWI法需要人為設(shè)置閾值，且在黃河流域水體識(shí)別中易擴(kuò)大范圍，錯(cuò)誤識(shí)別率較高；③深度學(xué)習(xí)法無(wú)需設(shè)置閾值，自動(dòng)化程度更高，在黃河流域的水體識(shí)別中效果優(yōu)于其他2種方法。本文需處理大量遙感影像，綜合考慮精度和自動(dòng)化程度后，選擇Isikdogan等[20]提出的深度學(xué)習(xí)法提取水域，以獲取主槽中心線并進(jìn)一步分析河勢(shì)變化。

以2003年歐坦—夾河灘河段為例，數(shù)據(jù)獲取的具體步驟如下：①在GoogleEarthEngine平臺(tái)獲取遙感影像，如圖3（a）為河段遙感影像的RGB可視化圖片；②利用深度學(xué)習(xí)模型提取遙感影像中的水域，如圖3（b）為河段水域的灰度圖；③遮掩非主槽部分，如圖3（c）為河段河道圖；④對(duì)遮掩后的主槽使用“骨架化”的圖像處理方法并去除無(wú)關(guān)“毛刺”部分，即可得到主槽的中心線[28]，如圖3（d）為河段主槽的中心線。

畸形河勢(shì)的識(shí)別流程如下：①遙感影像解譯，提取1985—2023年黃河下游游蕩段汛后遙感影像，并分割河流；②制作疊加圖，疊加游蕩段的前后年份主槽平面形態(tài)圖、治導(dǎo)線及河道整治工程分布圖，初步識(shí)別可能的畸形河勢(shì)區(qū)域；③區(qū)域判別，依據(jù)畸形河勢(shì)的定義，判定上述區(qū)域是否符合畸形河勢(shì)的標(biāo)準(zhǔn)；④細(xì)化分析，從判定結(jié)果中的潛在畸形河勢(shì)區(qū)域提取更小的遙感切片，進(jìn)一步細(xì)化分析和驗(yàn)證，以最終確認(rèn)其是否屬于畸形河勢(shì)河段。

1.2.2河段形態(tài)參數(shù)的計(jì)算

畸形河勢(shì)通常是局部性的，影響范圍大約為20km[16]。因此，在局部河段的尺度上研究畸形河勢(shì)的演變規(guī)律具有重要意義，特定的形態(tài)參數(shù)能夠反映局部河段的特征，本文選取偏離規(guī)劃度和彎曲度作為河段形態(tài)參數(shù)進(jìn)行研究。

偏離規(guī)劃度是為了定量表示河流對(duì)治導(dǎo)線的偏離程度而提出的概念。如圖4（a）所示為2004年柳園口—古城河段的主槽平面形態(tài)圖，主流3次穿過(guò)同一斷面AB，河勢(shì)扭曲嚴(yán)重，若使用傳統(tǒng)的方法[12，23]，即選擇若干固定斷面，計(jì)算河流在固定斷面偏離治導(dǎo)線的程度，顯然是不準(zhǔn)確和不適用的。鑒于此，本文提出一種新的衡量河流橫向擺動(dòng)強(qiáng)度的概念（圖4（b）），將治導(dǎo)線中心線和主槽中心線包圍的面積分為兩部分，治導(dǎo)線中心線下側(cè)面積記為Sd（圖4（b）黃色區(qū)域），上側(cè)面積記為Su（圖4（b）綠色區(qū)域），將上述面積除以河段的直線距離就相當(dāng)于治導(dǎo)線的等效擺動(dòng)距離（DE）。為了防止上、下兩側(cè)的相互抵消作用，并考慮參數(shù)的量綱一化，使用下式計(jì)算河流偏離治導(dǎo)線的程度，即偏離規(guī)劃度（H）：

式中：DEu=Su/L為上側(cè)等效擺動(dòng)距離，m，L為河段直線距離，m；DEd=Sd/L為下側(cè)等效擺動(dòng)距離，m；Wz為治導(dǎo)線的平均寬度，m；Wr為河段的平均寬度，m。

彎曲度（k）用于反映河流的長(zhǎng)度變化，計(jì)算方法為河流長(zhǎng)度與河段直線距離的比值，即

1.2.3河灣形態(tài)參數(shù)的計(jì)算

畸形河灣是畸形河勢(shì)的主要表現(xiàn)形式。研究畸形河勢(shì)的演變規(guī)律需從局部河段尺度拓展到單個(gè)河灣尺度。河灣的形態(tài)參數(shù)有很多，如圖5所示，本文選取水流夾角、曲率半徑、振幅和河灣間距進(jìn)行研究。水流夾角指的是畸形河灣入射點(diǎn)和出射點(diǎn)水流方向的改變，曲率半徑為彎頂?shù)那拾霃剑穹鶠閺濏數(shù)交魏訛橙肷潼c(diǎn)和出射點(diǎn)連線的垂直距離，河灣間距指的是畸形河灣入射點(diǎn)和出射點(diǎn)的距離。

2黃河下游游蕩段畸形河勢(shì)的時(shí)空分布及典型畸形河勢(shì)分析

黃河下游游蕩段主流擺動(dòng)不定，河勢(shì)變化劇烈[3]，常發(fā)生畸形河勢(shì)，本文在歷史數(shù)據(jù)資料和遙感影像的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了1985—2023年黃河下游游蕩段畸形河勢(shì)的時(shí)空分布（圖6，水文斷面編號(hào)對(duì)應(yīng)位置見(jiàn)圖1）。由圖6可知，畸形河勢(shì)在空間上多發(fā)生在游蕩段的上段和中段；在時(shí)間上，1985—2000年，游蕩段中段發(fā)生的畸形河勢(shì)較多，2000—2023年游蕩段上段發(fā)生的畸形河勢(shì)較多，且2000年后，游蕩段下段幾乎不再發(fā)生畸形河勢(shì)。本文選取上段2012—2018年裴峪—神堤河段、中段2001—2006年歐坦—夾河灘河段和下段1992—1997年王夾堤—王高寨河段作為典型畸形河勢(shì)河段，分析黃河下游游蕩段畸形河勢(shì)的演變規(guī)律。

2.1裴峪—神堤河段（上段）畸形河勢(shì)的演變過(guò)程

圖7為2012—2018年裴峪—神堤河段主槽中心線的套繪圖，對(duì)應(yīng)流量為花園口水文站的當(dāng)日平均流量。裴峪—神堤河段靠近小浪底工程，受小浪底調(diào)水調(diào)沙影響大，水流含沙量較小，在2012—2018年裴峪控導(dǎo)工程—大玉蘭控導(dǎo)工程之間出現(xiàn)了畸形河勢(shì)，期間主流偏離規(guī)劃路線都較小。根據(jù)小浪底水文站的數(shù)據(jù)，2012年和2013年的汛期洪峰流量均超過(guò)4400m3/s，主流在裴峪控導(dǎo)工程下部末端位置折轉(zhuǎn)90°，以橫河的形式?jīng)_向大玉蘭控導(dǎo)工程，之后再直轉(zhuǎn)90°靠河出大玉蘭控導(dǎo)工程，因?yàn)榱髁枯^大，出現(xiàn)了2個(gè)90°彎道，形成了一個(gè)反“Z”字形畸形河勢(shì)（圖8（a））；2014年、2015年的汛期洪峰流量分別為3830、3560m3/s，較2013年分別下降15%和22%，“Z”字形河勢(shì)的第1個(gè)轉(zhuǎn)角坐彎形成一個(gè)畸形河灣，流向在此處經(jīng)歷約130°轉(zhuǎn)角（圖8（b））；2016汛期洪峰流量?jī)H為1720m3/s，原先的微彎有向“M”形畸形河勢(shì)發(fā)展的趨勢(shì)，主流在裴峪控導(dǎo)工程下部末端位置演變?yōu)?個(gè)90°的彎道，流向折轉(zhuǎn)180°沖向大玉蘭控導(dǎo)工程（圖8（c））；2017年洪峰流量接近1700m3/s，但是含沙量比2016年高很多，因此2個(gè)90°彎道形成的“M”形畸形河灣又變?yōu)橐粋€(gè)大的“Ω”形畸形河灣，流向轉(zhuǎn)角為150°；2018年汛期洪峰流量達(dá)到了4410m3/s，由于流量較大，2018年河道拓寬，畸形河灣消失，主流和規(guī)劃路線吻合度顯著提高（圖8（d））。

2.2歐坦—夾河灘河段（中段）畸形河勢(shì)的演變過(guò)程

圖9展示了歐坦—夾河灘河段主槽中心線套繪圖，對(duì)應(yīng)流量為花園口水文站的當(dāng)日平均流量。根據(jù)花園口水文站的數(shù)據(jù)，2001年的汛期平均流量只有423m3/s，汛后主流在貫臺(tái)控導(dǎo)工程上部位置形成一個(gè)畸形河灣，流向折轉(zhuǎn)110°流向東南，此后在貫臺(tái)控導(dǎo)工程對(duì)應(yīng)的南岸位置急轉(zhuǎn)90°流向北岸，然后以一個(gè)微彎流入夾河灘護(hù)灘工程，主流和規(guī)劃路線偏離程度較大。2002年汛期平均流量為858m3/s，畸形河灣在小水作用下繼續(xù)發(fā)育，汛后主流在歐坦控導(dǎo)工程與夾河灘護(hù)灘工程之間形成了3個(gè)“Ω”形畸形河灣。此時(shí)，主流未在歐坦控導(dǎo)工程處靠溜，而是彎向北東方向流動(dòng)，隨后在北岸貫臺(tái)控導(dǎo)工程上部位置轉(zhuǎn)向南流。在北岸貫臺(tái)控導(dǎo)工程上部位置轉(zhuǎn)彎約120°后，主流在貫臺(tái)控導(dǎo)工程對(duì)應(yīng)的南岸一帶流向經(jīng)歷從南向東再轉(zhuǎn)北的過(guò)程，流向改變約170°。之后，主流在北岸貫臺(tái)控導(dǎo)工程下部位置的灘地再次轉(zhuǎn)彎，流向改變170°后流向南岸夾河灘護(hù)灘工程，再折轉(zhuǎn)90°向東流（圖10（a）），主流與規(guī)劃路線偏差較大。2003年汛期平均流量超過(guò)了1300m3/s，但水流含沙量比2002年多了74%，約15kg/m3，2004年汛期平均流量較小且含沙量較高，在含沙量高的水流影響下2003—2004年期間畸形河勢(shì)繼續(xù)發(fā)展，北岸貫臺(tái)控導(dǎo)工程下部位置的畸形河灣逐步消失，但南岸歐坦控導(dǎo)工程下首的河灣逐漸形成畸形河灣，由2002年的45°轉(zhuǎn)向擴(kuò)展至100°轉(zhuǎn)向，貫臺(tái)工程上部和對(duì)應(yīng)南岸位置的畸形河灣繼續(xù)惡化，彎道向縱深發(fā)展（圖10（b）），此時(shí)，主流的流向整體表現(xiàn)為“正流”、“橫流”、“倒流”交替，與規(guī)劃路線的偏差進(jìn)一步加劇。2005年，洪峰流量達(dá)到2960m3/s且水流含沙量較低，在大水作用下，歐坦工程下游的畸形河灣有所緩解，其余2個(gè)畸形河灣有裁彎的趨勢(shì)（圖10（c））。至2006年汛后，歐坦工程下首位置的畸形河灣消失，其余2個(gè)畸形河灣完成裁彎取直，主流與規(guī)劃路線的偏離程度明顯減小（圖10（d））。

2.3王夾堤—王高寨河段（下段）畸形河勢(shì)的演變過(guò)程

圖11展示了1992—1997年王夾堤—王高寨河段主槽中心線的套繪圖，對(duì)應(yīng)流量為花園口水文站的當(dāng)日平均流量。1992年主流與規(guī)劃路線偏離不大，沒(méi)有發(fā)生畸形河勢(shì)。1993年汛后，主流在蔡集控導(dǎo)工程形成一個(gè)“Ω”形畸形河灣，主流出禪房控導(dǎo)工程至蔡集控導(dǎo)工程坐彎流向西北，之后在西岸折轉(zhuǎn)100°沖向王夾堤控導(dǎo)工程，最后在大留寺控導(dǎo)工程下首以微彎的形式流向王高寨控導(dǎo)工程（圖12（a））；1994年，汛期平均流量達(dá)到1130m3/s，洪峰流量接近4500m3/s，大流量作用下畸形河勢(shì)得到緩解，大留寺控導(dǎo)工程下部位置發(fā)生了裁彎取直，河段初步形成類“M”形的畸形河勢(shì)（圖12（b））；1995年洪峰流量較小，為3630m3/s，“M”形的畸形河勢(shì)繼續(xù)惡化；1996年洪峰流量較大，高達(dá)7860m3/s，“M”形畸形河勢(shì)的第1個(gè)畸形河灣得到緩解，第2個(gè)畸形河灣則呈現(xiàn)裁彎趨勢(shì)（圖12（c））；至1997年汛后，“M”形畸形河勢(shì)的第1個(gè)畸形河灣湮滅，第2個(gè)畸形河灣完成了裁彎取直，主流和規(guī)劃路線基本吻合（圖12（d））。

綜上，通過(guò)分析游蕩段上段、中段和下段的3個(gè)典型畸形河勢(shì)河段的演變過(guò)程，得到如下結(jié)論：畸形河勢(shì)的發(fā)展受來(lái)水來(lái)沙的影響，低流量、高含沙的條件易形成畸形河勢(shì)。

3形態(tài)參數(shù)的變化

3.1河段形態(tài)參數(shù)的變化

對(duì)2012—2018年裴峪—神堤河段、2001—2006年歐坦—夾河灘河段和1992—1997年王夾堤—王高寨河段的彎曲度和偏離規(guī)劃度進(jìn)行研究。圖13展示了上述3段畸形河勢(shì)河段在演變過(guò)程中的河段形態(tài)參數(shù)彎曲度和偏離規(guī)劃度的變化。

根據(jù)圖13并結(jié)合3段畸形河勢(shì)河段的演變過(guò)程可知，在時(shí)間上，隨著畸形河勢(shì)發(fā)育，河段的彎曲度會(huì)逐漸增加，當(dāng)畸形河勢(shì)發(fā)生突變時(shí)，彎曲度會(huì)從峰值下降。例如，裴峪—神堤河段在“M”形向“Ω”形河勢(shì)突變后，彎曲度明顯下降；歐坦—夾河灘河段在裁彎取直后，彎曲度也顯著減?。煌鯅A堤—王高寨河段表現(xiàn)出2個(gè)峰值的下降，均與畸形河勢(shì)的突變相關(guān)。在空間上，對(duì)比3個(gè)畸形河勢(shì)河段，游蕩段上段的畸形河勢(shì)彎曲度相對(duì)較小。偏離規(guī)劃度和彎曲度之間并沒(méi)有相互關(guān)系。游蕩段上段偏離規(guī)劃度較小，下段次之，中段偏離規(guī)劃度較大。

為深入研究彎曲度和偏離規(guī)劃度，選取游蕩段上段的2005—2012年神堤—英峪、2011—2020年?yáng)|安—桃花峪河段，中段的2009—2021年三官?gòu)R—韋灘、2001—2006年柳園口—古城河段，計(jì)算其彎曲度和偏離規(guī)劃度的變化，如圖14所示。

結(jié)合圖13和圖14可知：在時(shí)間上，彎曲度表現(xiàn)出相同的變化規(guī)律；在空間上，游蕩段上段的彎曲度和偏離規(guī)劃度較小，而中段的彎曲度和偏離規(guī)劃度較大。

通過(guò)對(duì)7個(gè)畸形河勢(shì)河段偏離規(guī)劃度的研究，可對(duì)畸形河勢(shì)進(jìn)行定量分析。研究表明：當(dāng)局部河段的偏離規(guī)劃度小于0.2時(shí)，主流和規(guī)劃路線吻合較好，不會(huì)發(fā)生畸形河勢(shì)。

3.2河灣形態(tài)參數(shù)的變化

本文選取2001—2006年歐坦—夾河灘河段中2個(gè)典型完成裁彎的畸形河灣（圖5，記為河灣A和河灣B）作為研究對(duì)象，在單個(gè)河灣尺度上分析畸形河勢(shì)的演變規(guī)律，表1所示為2001—2006年河灣A和河灣B的水流夾角、曲率半徑、河灣間距和振幅的變化。

由表1可見(jiàn)：畸形河灣從發(fā)育到裁彎，水流夾角和振幅整體呈現(xiàn)逐年增大的趨勢(shì)，而河灣間距則表現(xiàn)出逐年減小的趨勢(shì)，曲率半徑?jīng)]有展現(xiàn)出明顯的規(guī)律。曲率半徑無(wú)明顯規(guī)律的主要原因?yàn)閱蝹€(gè)河灣在發(fā)育過(guò)程中常演變?yōu)椤唉浮毙魏訛?，而“Ω”形河灣的彎頂曲率半徑受到兩?cè)“耳朵”（底部的內(nèi)彎部分）的影響。例如，2005年的河灣B畸形河勢(shì)十分扭曲，曲率半徑本應(yīng)較小，但因兩側(cè)“耳朵”向河灣內(nèi)部?jī)A斜使得彎頂?shù)那拾霃捷^大。

3.3斷面形態(tài)的變化

畸形河勢(shì)河段一般長(zhǎng)約20km，特定斷面的形態(tài)變化可以反映局部河段的形態(tài)特征[16]。夾河灘斷面穿過(guò)貫臺(tái)控導(dǎo)工程對(duì)應(yīng)南岸位置的畸形河灣，位置如圖5所示，圖15為2001年、2003年、2005年和2006年汛后的實(shí)測(cè)大斷面的套繪圖。

2001—2006年，歐坦—夾河灘河段經(jīng)歷了畸形河灣的發(fā)育與裁彎過(guò)程。2001—2004年為畸形河灣的發(fā)育期，2005年開(kāi)始裁彎，2006年完成裁彎。2001—2003年畸形河勢(shì)發(fā)育期，水流較小，未發(fā)生漫灘，左右兩側(cè)的灘地沒(méi)有變化，由于河床質(zhì)影響畸形河勢(shì)，且北岸抗沖性較強(qiáng)[29]，主流整體向南移動(dòng)，北岸向南移動(dòng)速率為459m/a，南岸為338m/a。2005年開(kāi)始裁彎，河道整體拓寬，南岸以71m/a的速率向南移動(dòng)，北岸則以325m/a速率向北移動(dòng)，這可能是因?yàn)榇藭r(shí)河槽南岸為抗沖性較強(qiáng)的地質(zhì)，主流進(jìn)而開(kāi)始沖刷北岸位置。此外，裁彎初期出現(xiàn)2個(gè)深泓點(diǎn)，這是因?yàn)閿嗝姹缓恿鞔┻^(guò)了2次。與2001年相比，2005年裁彎時(shí)深泓點(diǎn)位置下切1.55m，并且裁彎首先起始于深泓點(diǎn)，并不斷往兩側(cè)發(fā)展，最終使得深泓點(diǎn)附近河床的高程和深泓點(diǎn)接近，這與江青蓉等[16]在研究2006—2012年英峪—神堤河段裁彎取直過(guò)程中斷面形態(tài)變化的規(guī)律一致，即裁彎會(huì)從深泓點(diǎn)開(kāi)始沖刷，并不斷往兩側(cè)發(fā)展，使得裁彎后河床的高程比較均勻。2006年完成裁彎后，河道進(jìn)一步拓寬，河床高程趨于均勻，主槽寬度為2001年的1.4倍，斷面的過(guò)水輸沙能力顯著增強(qiáng)。

通過(guò)夾河灘斷面分析可知：畸形河勢(shì)的發(fā)展受到河床質(zhì)影響；當(dāng)主流沖刷能力強(qiáng)時(shí)，新主流會(huì)向抗沖刷能力弱的位置偏移，裁彎通常從深泓點(diǎn)開(kāi)始沖刷，并逐漸向兩側(cè)發(fā)展，使得裁彎后河床的高程趨于均勻。

3.4河勢(shì)調(diào)整與水沙過(guò)程的關(guān)聯(lián)分析

依據(jù)文獻(xiàn)[30]的方法，繪制了1986—2023年游蕩段上段、中段和下段的主槽擺動(dòng)寬度與彎曲度變化圖（圖16），從圖16可知：1986—1999年期間，游蕩段上段、中段和下段的擺動(dòng)寬度均較大，彎曲度波動(dòng)增加；2000—2023年期間，下段擺動(dòng)寬度和彎曲度趨于穩(wěn)定，幾乎不再發(fā)生變化，中段和上段的擺動(dòng)寬度和彎曲度仍保持一定波動(dòng)，游蕩段上段、中段和下段的擺動(dòng)寬度較1986—1999年均顯著減小。

表2展示了水沙過(guò)程對(duì)主槽擺動(dòng)寬度和彎曲度的影響。年均含沙量越大，主槽擺動(dòng)寬度越大，彎曲度則越小。相較于年均含沙量較高的1994—1999年，2011—2017年因年均含沙量較低，擺動(dòng)寬度顯著減小，而彎曲度有所增加。此外，2000—2010年和2018—2023年盡管年均含沙量基本一致，但水量差異對(duì)主槽的擺動(dòng)寬度和彎曲度產(chǎn)生了顯著影響，水量較大的時(shí)期，擺動(dòng)寬度更大，彎曲度更小。

大水能夠沖刷主槽，促使寬淺河床向窄深方向轉(zhuǎn)變，易塑造出較為歸順的河勢(shì)；而在高含沙量時(shí)期，河槽易淤積萎縮，導(dǎo)致汊河減少、水流集中為單股流，并對(duì)洲灘進(jìn)行切割，增加形成畸形河勢(shì)的風(fēng)險(xiǎn)。小浪底水庫(kù)運(yùn)行后，由于長(zhǎng)期下泄低含沙水流，河勢(shì)的變化主要受到水量的驅(qū)動(dòng)作用，例如，2018—2020年，連續(xù)3a較大的水量基本消除了游蕩段的畸形河勢(shì)，使河勢(shì)得到了顯著改善。小浪底水庫(kù)近期仍將繼續(xù)下泄低含沙水流[14]，未來(lái)河勢(shì)受水量的影響將增大。

4結(jié)論

本文在通過(guò)深度學(xué)習(xí)方法精準(zhǔn)解譯遙感影像的基礎(chǔ)上，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)資料，系統(tǒng)研究了1985—2023年黃河下游游蕩段畸形河勢(shì)的時(shí)空分布，重點(diǎn)分析了游蕩段上段、中段和下段3個(gè)典型畸形河勢(shì)河段的演變過(guò)程；提出了偏離規(guī)劃度用以定量表示河流偏離治導(dǎo)線的方法；并從局部河段、單個(gè)河灣和斷面3個(gè)尺度的形態(tài)變化探討了畸形河勢(shì)的演變規(guī)律。得到了以下結(jié)論：

（1）在空間上，畸形河勢(shì)多發(fā)生在游蕩段的上段和中段；在時(shí)間上，小浪底水庫(kù)運(yùn)行后，畸形河勢(shì)頻發(fā)位置發(fā)生了上移，目前頻發(fā)區(qū)域?yàn)橛问幎紊隙?，且下段幾乎不再發(fā)生畸形河勢(shì)。

（2）畸形河勢(shì)的發(fā)展受來(lái)水來(lái)沙條件的影響，枯水高沙的條件易形成畸形河勢(shì)，近期游蕩段將繼續(xù)受低含沙水流的作用，未來(lái)河勢(shì)受水量的影響大。

（3）局部河段尺度上，游蕩段上段的彎曲度和偏離規(guī)劃度較小，中段的彎曲度和偏離規(guī)劃度較大；當(dāng)偏離規(guī)劃度小于0.2時(shí)，河流與治導(dǎo)線吻合較好，不會(huì)發(fā)生畸形河勢(shì)；單個(gè)河灣尺度上，畸形河灣的演變表現(xiàn)為水流夾角和振幅逐年增大，河灣間距逐年減小，而曲率半徑未展現(xiàn)顯著規(guī)律；斷面尺度上，裁彎過(guò)程通常始于深泓點(diǎn)，并逐步向兩側(cè)發(fā)展，使裁彎后河床高程趨于均勻，新主流會(huì)向抗沖刷能力較弱的位置偏移。