蔣家溝流域非泥石流活動(dòng)期的輸沙特征

郭曉軍，崔鵬，蘇鳳環(huán)，朱興華，2，王慈德

（1.中國(guó)科學(xué)院a.水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所;b.山地災(zāi)害與地表過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610041; 2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049;3.阿壩州水文水資源勘測(cè)局，四川汶川 623000）

蔣家溝流域非泥石流活動(dòng)期的輸沙特征

郭曉軍1a，1b，崔鵬1a，1b，蘇鳳環(huán)1a，1b，朱興華1a，1b，2，王慈德3

（1.中國(guó)科學(xué)院a.水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所;b.山地災(zāi)害與地表過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610041; 2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049;3.阿壩州水文水資源勘測(cè)局，四川汶川 623000）

實(shí)測(cè)2008—2009年間蔣家溝非泥石流時(shí)期推移質(zhì)和懸移質(zhì)的總量，分析非泥石流時(shí)期蔣家溝的輸沙特征，結(jié)果表明:非泥石流活動(dòng)期推移質(zhì)含量極大，年輸沙量達(dá)3.6萬t，相當(dāng)于一次中等規(guī)模泥石流的固體物質(zhì)總量;泥石流對(duì)推移質(zhì)和懸移質(zhì)含量影響很大，泥石流之后，河道內(nèi)懸移質(zhì)和推移質(zhì)含量呈衰減趨勢(shì)，其中懸移質(zhì)呈負(fù)冪指數(shù)衰減y=y0exp（-bx），推移質(zhì)衰減速度大于懸移質(zhì);推移質(zhì)粒徑范圍雨季和旱季差別較大，懸移質(zhì)則相對(duì)一致，懸移質(zhì)和推移質(zhì)粒徑分布均滿足對(duì)數(shù)高斯分布;懸移質(zhì)具有良好的分形特征，能得到其分維值范圍，并確定懸移質(zhì)分形的無標(biāo)度區(qū)的界限，即劃分床沙質(zhì)和沖瀉質(zhì)的臨界粒徑為16 μm，大于和小于該粒徑的顆粒組成均具有較好的分形特征。

推移質(zhì);懸移質(zhì);高斯分布;分形;蔣家溝

1 研究背景

泥沙在水流作用下的沖刷、懸浮、輸移和沉積規(guī)律是河流動(dòng)力學(xué)的理論基礎(chǔ)之一，對(duì)分析河床演變趨勢(shì)具有重要意義。流域水沙特性、泥沙來源和泥沙顆粒級(jí)配研究一直是許多學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)［1］。

云南省蔣家溝流域是一條典型的暴雨泥石流溝，每年都會(huì)有泥石流發(fā)生，泥石流中具有驚人的輸沙能力，大量的固體物質(zhì)一部分匯入小江流域，另一部分在河道沿程和下游平緩地帶堆積，抬高了河床同時(shí)也為河流中推移質(zhì)和懸移質(zhì)提供了物質(zhì)來源。由于河流在泥石流堆積體中的下切和側(cè)切作用（雨季，泥石流掩埋河道，使得溝道內(nèi)高程一致，旱季，河流下切泥石流堆積河床，至下個(gè)雨季來臨之前，河道深度高約1～2 m），蔣家溝河流中的推移質(zhì)含量和懸移質(zhì)含沙量遠(yuǎn)高于一般的小流域。研究蔣家溝流域的懸移質(zhì)、推移質(zhì)年內(nèi)變化特征和顆粒級(jí)配特性，對(duì)認(rèn)識(shí)該地區(qū)輸沙規(guī)律和河床演變有重要意義。

作者從2008年開始，在蔣家溝流域啟動(dòng)了非泥石流期推移質(zhì)和懸移質(zhì)含沙量的測(cè)量，經(jīng)過近2年的觀測(cè)，基本掌握了蔣家溝流域含沙量和推移質(zhì)的年內(nèi)變化特征，進(jìn)而分析了推移質(zhì)和懸移質(zhì)顆粒級(jí)配特性和分形特征，為研究泥石流流域溝道的泥沙分選規(guī)律、泥沙來源及流域水沙運(yùn)動(dòng)過程和河道演化模擬提供了依據(jù)。

2 研究區(qū)與資料來源

蔣家溝位于云南省東北部，系金沙江支流小江右岸的一條支溝，是小江流域內(nèi)泥石流活動(dòng)頻率最高的一條泥石流溝，其泥石流暴發(fā)歷史長(zhǎng)、規(guī)模大、種類齊全，因此有“泥石流博物館”之稱。位置介于東經(jīng)103°67'～103°137';北緯23°137'～23°17'之間，流域面積48.52 km2，自東向西匯入小江，與小江幾乎呈直角相交［2］。本文數(shù)據(jù)資料均為2008年9月至2009年8月作者在蔣家溝溝道內(nèi)實(shí)測(cè)獲得，觀測(cè)斷面在中國(guó)科學(xué)院東川泥石流觀測(cè)研究站附近，上游匯水面積約為27.36 km2，該斷面河流寬度約2～5 m，水深約10～30 cm，2008—2009年日平均流量0.31 m3/s，汛期，河流中挾有大量泥沙，河流渾濁，近似于高含沙水流。

推移質(zhì)采樣選用網(wǎng)式采樣器，樣品曬干后稱重得到其推移質(zhì)含量，篩分得出其顆粒級(jí)配;懸移質(zhì)樣品用比重瓶法測(cè)其含量，樣品烘干后，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用雙氧水除去有機(jī)質(zhì)，再加入分散劑，應(yīng)用Mastersize激光粒度儀進(jìn)行粒度分析。采樣頻率雨季為每日一次，旱季為每星期一次。年輸沙量通過日含沙量累積計(jì)算。

3 蔣家溝輸沙特征

3.1 懸移質(zhì)輸沙特征

非泥石流期，蔣家溝流域的懸移質(zhì)含沙量雨季多，旱季少。2008—2009年日平均懸移質(zhì)含沙量為28.8 kg/m3，雨季非泥石流期的日平均含沙量為44 kg/m3，最大日含沙量為130 kg/m3，最小日含沙量為4.9 kg/m3，每年的2月到5月是蔣家溝流域含沙量最小的時(shí)期，日平均含沙量?jī)H為3.1 kg/m3，最小日含沙量?jī)H為1.4 kg/m3。

3.2 推移質(zhì)輸沙特征

泥石流的經(jīng)常暴發(fā)使得蔣家溝河流的輸沙量極大，即使是在不發(fā)泥石流的時(shí)期，河流仍然以推移質(zhì)的形式向下游大量輸沙。根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，2008—2009年非泥石流期蔣家溝日平均推移質(zhì)輸移量為119 t，年輸移量達(dá)到3.6萬t，相當(dāng)于一次中等規(guī)模的泥石流中的固體物質(zhì)總量。蔣家溝推移質(zhì)含量雨季高，旱季低，雨季平均輸沙率為1.57 kg/s，日平均推移質(zhì)輸沙量為176.0 t，旱季平均輸沙率為0.69 kg/s，旱季日平均輸沙量為61.0 t。6—9月輸沙量占全年輸沙總量的2/3。圖1為蔣家溝月推移質(zhì)輸沙量分布量。

圖1 2008—2009年蔣家溝月平均輸沙量Fig.1Monthly mean bed load transport in Jiangjia Gully between 2008－2009

推移質(zhì)輸沙率既表征水流實(shí)際挾運(yùn)的推移質(zhì)數(shù)量，又反映水流挾運(yùn)推移質(zhì)的能力［3］，蔣家溝河流中的推移質(zhì)物質(zhì)主要來源于泥石流堆積體，磨圓度較低，由礫石和粗砂組成。與一般的中小河流相比，蔣家溝流域的推移質(zhì)總量大、顆粒大、級(jí)配寬，粒徑超過100 mm的顆粒經(jīng)常出現(xiàn)。蔣家溝流域非泥石流期年推移質(zhì)輸移量達(dá)到3.6萬t，并不代表每年蔣家溝會(huì)以推移質(zhì)的形式向小江輸送3.6萬t固體物質(zhì)，推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)弱與水流強(qiáng)度關(guān)系很大:在溝道上游地區(qū)（泥石流流通區(qū)），溝床比降較大，水流流速較快，泥石流堆積體河床上大量固體物質(zhì)起動(dòng)轉(zhuǎn)化成推移質(zhì)，溝床中較細(xì)物質(zhì)也有可能達(dá)到一定懸浮高度而轉(zhuǎn)化為懸移質(zhì)向下游運(yùn)移;在溝道下游地區(qū)（泥石流堆積區(qū)），溝床比降減小，水流速度減小，推移質(zhì)中部分較粗的部分沉落在河底轉(zhuǎn)化成床沙，剩余部分被水流帶進(jìn)小江。因此，推移質(zhì)輸沙不但為主河提供大量的固體物質(zhì)，同時(shí)對(duì)沿程的河道演化有著重要影響。由于推移質(zhì)在河道沿程運(yùn)移中不斷與懸移質(zhì)和床沙相互交換，因此其運(yùn)動(dòng)和含量具有不連續(xù)性。本文所列數(shù)據(jù)均為同一斷面觀測(cè)數(shù)據(jù)，表征在此斷面該流域向下輸移固體物質(zhì)的強(qiáng)度。

3.3 輸沙量隨時(shí)間衰減

泥石流對(duì)河流推移質(zhì)和懸移質(zhì)輸沙的影響主要表現(xiàn)在:一方面泥石流的沿程堆積為河道提供大量的可供搬運(yùn)的固體物質(zhì);另一方面伴隨著泥石流的暴發(fā)，溝道內(nèi)水流流量和流速會(huì)相應(yīng)變化，導(dǎo)致泥石流之后的數(shù)日內(nèi)河流的輸沙含量也很大，然后隨著時(shí)間的持續(xù)，呈減少趨勢(shì)，最終達(dá)到基本穩(wěn)定。從資料上看，推移質(zhì)含量減少的幅度較含沙量大，說明在蔣家溝，流量對(duì)推移質(zhì)含量的影響比對(duì)懸移質(zhì)含沙量的影響更為明顯。圖2和圖3是蔣家溝流域日流量與推移質(zhì)含量、日流量與懸移質(zhì)含量趨勢(shì)圖。

圖2 蔣家溝2008—2009年日流量與推移質(zhì)含量趨勢(shì)圖Fig.2Trend of daily flow and bed load concentration between 2008-2009

分析2009年6月28日，7月16日、27日3次泥石流之后的蔣家溝河流懸移質(zhì)含沙量的衰減過程，發(fā)現(xiàn)衰減曲線均服從冪指數(shù)分布y=aexp（-bx），3次泥石流之后懸移質(zhì)含沙量的衰減曲線線性相關(guān)系數(shù)分別為0.886 5，0.981 6，0.972 2，有關(guān)參數(shù)見圖4和表1。

圖3 蔣家溝2008—2009年日流量與懸移質(zhì)含量趨勢(shì)圖Fig.3Trend of daily flow and suspended load concentration between 2008-2009

圖4 泥石流過后河流中懸移質(zhì)含量衰減曲線Fig.4Attenuation curves of suspended load concentration after debris flow

表1 泥石流之后懸移質(zhì)含量衰減曲線擬合參數(shù)Table 1Fitted parameters of the attenuation of suspended load concentration after debris flow

比較多項(xiàng)式的常數(shù)項(xiàng)與泥石流之后第1天的懸移質(zhì)含量，也就是擬合數(shù)據(jù)的第1項(xiàng)，我們可以將懸移質(zhì)隨天數(shù)的衰減曲線定義為:y=y0exp（-bx），y0是衰減初始值，由于各次泥石流的物質(zhì)組成和水源條件不同，衰減系數(shù)b也隨著y0的不同而不同，范圍在-0.24～-0.18之間，由于數(shù)據(jù)樣組數(shù)有限，目前無法擬合出統(tǒng)一的衰減公式。假設(shè)一次泥石流暴發(fā)之后不再有降雨，計(jì)算河流懸移質(zhì)的含量衰減到0.49% （汛期懸移質(zhì)含量的最低值）所需要的天數(shù)，3場(chǎng)泥石流分別需要14，12，12 d。因此，可以說從暴發(fā)泥石流之后，蔣家溝河流的懸移質(zhì)含量一般需要大約12～14 d左右才能恢復(fù)到泥石流暴發(fā)前的水平。

由于泥石流暴發(fā)給推移質(zhì)采樣帶來極大的難度，我們難以獲得足夠的推移質(zhì)樣組數(shù)來研究泥石流之后推移質(zhì)含量隨時(shí)間的衰減過程，但可以肯定的是，由于推移質(zhì)的啟動(dòng)遠(yuǎn)比懸移質(zhì)要難，推移質(zhì)含量的衰減速度也遠(yuǎn)比懸移質(zhì)要快，據(jù)觀察，一般地，泥石流暴發(fā)之后2～3 d推移質(zhì)含量即可恢復(fù)至泥石流暴發(fā)前水平。

4 推移質(zhì)和懸移質(zhì)粒徑特點(diǎn)

4.1 推移質(zhì)和懸移質(zhì)粒徑分布特征

4.1.1 推移質(zhì)顆粒組成特征

蔣家溝推移質(zhì)雨季和旱季粒徑分布差異明顯，在雨季，由于流量、流速較大并且流量和流速的經(jīng)常變化，推移質(zhì)的粒徑范圍較大，大于100 mm的大顆粒在泥石流暴發(fā)之后數(shù)日內(nèi)常有出現(xiàn)，待河流穩(wěn)定之后，推移質(zhì)的粒徑范圍在1～100 mm之間，顆粒分布主要在7～20 mm之間，約占總體的50%左右。顆粒分布有“兩頭小，中間大”的特性，見圖5中汛期平均顆粒粒徑分布，另外，由于大顆粒質(zhì)量較大，因此顆粒粒徑分布曲線偶爾會(huì)出現(xiàn)“多峰”，見圖5中2008年9月9日顆粒粒徑分布。在旱季，由于流量、流速的減小，以及流量和流速的相對(duì)穩(wěn)定，大于60 mm的顆粒較少，粒徑范圍基本上在1～60 mm之間，同時(shí)，質(zhì)量分布也較為隨機(jī)，見圖5中2009年4月22日顆粒粒徑分布。

圖5 推移質(zhì)顆粒粒徑分布Fig.5Particle size distribution of bed load

重點(diǎn)分析汛期2009年7月和2009年8月的推移質(zhì)粒徑分布，發(fā)現(xiàn)除了個(gè)別的“多峰”曲線外，其粒徑分布較好擬合對(duì)數(shù)高斯分布，表2為2009年7月和8月10次推移質(zhì)分布曲線的參數(shù)值。

a在16.67～32.28之間，b在1.08～1.16之間，c在0.28～0.67之間。雨季推移質(zhì)顆粒的平均粒徑分布服從，相關(guān)系數(shù)R2為0.869，見圖6（a）。

表2 2009年汛期10次推移質(zhì)分布高斯曲線的參數(shù)值Table 2Parameters of particle size distribution of bed load in 2009 fitted by Gaussian distribution

4.1.2 懸移質(zhì)顆粒組成特征

2008—2009年之間蔣家溝流域?qū)崪y(cè)懸移質(zhì)泥沙顆粒組成為:黏粒占43.74%，粉粒占42.15%，細(xì)砂粒占14.11%，顆粒分布集中在4～16 μm之間，約占總體的66.98%。各級(jí)粒徑含量年內(nèi)雨季（非泥石流日）和旱季變化均較小，說明其泥沙顆粒組成年內(nèi)變化不大。

對(duì)懸移質(zhì)顆粒組成分析，發(fā)現(xiàn)其顆粒組成也服從對(duì)數(shù)高斯分布。表3為2009年雨季10次懸移質(zhì)分布曲線的參數(shù)值。

a在22.57～30.26之間，b在0.80～0.85之間，c在0.46～0.52之間。置信區(qū)間都在95%以上，相關(guān)系數(shù)都在0.92以上。顆粒的平均粒徑分布服從y=，見圖6（b）。

很顯然，b決定著曲線的偏度，即曲線的中線，意義是占總量比例最大的顆粒粒徑;a決定著曲線的峰值，決定著曲線的高度，意義是b所對(duì)應(yīng)的顆粒粒徑在總量中所占的比例;c值決定著曲線的寬度，c值越小，曲線越窄，反之，則曲線越寬，它反映的是顆粒分布的集中度，c值越小，顆粒的分布越集中。從b值分布可以看出，懸移質(zhì)占總量最多的粒徑分布在6.31～7.08 μm，其對(duì)應(yīng)的最大比例在22.57%～30.26%之間。推移質(zhì)占總量最多的粒徑分布在12.02～14.45 mm之間，其對(duì)應(yīng)的最大比例在16.67%～32.28%之間，這跟實(shí)際觀測(cè)結(jié)果相符，卻更精確。圖6（c）和6（d）分別是推移質(zhì)和懸移質(zhì)的顆粒分布波動(dòng)范圍。

4.2 懸移質(zhì)顆粒分形特征

根據(jù)分形理論，以懸移質(zhì)和推移質(zhì)樣品的粒度分布資料為數(shù)據(jù)源，采用最小二乘法擬合計(jì)算，即可獲得其分維值D［4-5］。

4.2.1 懸移質(zhì)顆粒分形無標(biāo)度區(qū)的確定

無標(biāo)度區(qū)是分形理論中的一個(gè)重要界定，是指分形關(guān)系成立的尺度范圍，粒度分布的分形特征只有在無標(biāo)度區(qū)內(nèi)才存在，也才有意義。本文在置信度為95%的檢驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過不斷改變擬合數(shù)據(jù)也就是粒徑的范圍，找出擬合時(shí)最大的相關(guān)系數(shù)，但同時(shí)也保證擬合數(shù)據(jù)包括粒徑分布范圍的主要部分。

無標(biāo)度區(qū)的確定對(duì)顆粒的分維值有著重要影響，以本文中所分析的一個(gè)樣品來說明粒度分形無標(biāo)度區(qū)的確定和其重要性。如圖7，當(dāng)無標(biāo)度區(qū)選為全部粒徑范圍時(shí)，lg（W（r＜x））與lgx之間的線性相關(guān)系數(shù)為0.829 4，但當(dāng)進(jìn)行線性擬合時(shí)，如果將0.016 mm作為分界線，將0.016 mm以下的顆粒和0.016 mm以上顆粒分別進(jìn)行線性擬合，兩部分的lg（W（r＜x））與lgx的線性關(guān)系就相當(dāng)明顯了，相關(guān)系數(shù)分別為0.957 2～0.919 9。當(dāng)標(biāo)度區(qū)間在（0，16）μm的范圍內(nèi)，顆粒分維值為1.86;當(dāng)標(biāo)度區(qū)間在（16，1 000）μm的范圍內(nèi)，顆粒分維值為2.92。因此，選用16 μm為顆粒無標(biāo)度區(qū)的分界線是合理的。

表3 2009年10次懸移質(zhì)分布曲線的參數(shù)值Table 3Parameters of particle size distribution of suspended load in 2009 fitted by Gaussian distribution

圖6 推移質(zhì)和懸移質(zhì)顆粒分布特征Fig.6Characteristics of particle size distribution of bed load and suspended load

圖7 粒度分形無標(biāo)度區(qū)的確定Fig.7Definition of fractal scaleless range of grain size distribution

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，當(dāng)無標(biāo)度區(qū)選為懸移質(zhì)顆粒的全部粒徑范圍時(shí)，對(duì)lg（W（r＜x））與lgx進(jìn)行線性擬合，所有的樣品線性擬合相關(guān)系數(shù)都在0.90以下，而當(dāng)將粒徑范圍以10～20 μm（平均值為16 μm）為界限進(jìn)行分區(qū)，小于該粒徑的顆粒分形特征非常明顯，線性擬合的相關(guān)系數(shù)均在0.95以上，大于16 μm的顆粒中，有1個(gè)樣品的線性擬合相關(guān)系數(shù)在0.86左右，其余都在0.90以上，線性關(guān)系也相當(dāng)明顯。因此可以得出結(jié)論:蔣家溝的懸移質(zhì)顆粒分布中，臨界粒徑在10～20 μm之間，平均值為16 μm，在大于該粒徑和小于該粒徑的無標(biāo)度區(qū)內(nèi)，顆粒分布都具有明顯的分形特征。

4.2.2 懸移質(zhì)顆粒分形的的分維值

表4列出2009年10次不同無標(biāo)度區(qū)的懸移質(zhì)分維值。

在所分析的樣品內(nèi)，小于16 μm的顆粒分布分維值D的最小值為1.76，最大值為1.9，平均值為1.82，方差為0.021。大于16 μm的顆粒分布分維值D的最小值為2.84，最大值為2.93，平均值為2.91，方差為0.007 5。

4.2.3 懸移質(zhì)的臨界粒徑rc

前面已經(jīng)說過，只有在無標(biāo)度區(qū)分區(qū)內(nèi)，討論顆粒粒度分布的分形特征才有意義。在懸移質(zhì)的泥沙來源方面，粒度分布無標(biāo)度區(qū)分區(qū)臨界粒徑rc也有如下物理意義。

關(guān)于確定劃分床沙質(zhì)和沖瀉質(zhì)的臨界粒徑的問題，是一個(gè)在理論上爭(zhēng)論較多，在實(shí)踐中麻煩較大的問題。在具體的資料分析工作中，常常通過對(duì)比分析來確定床沙質(zhì)和沖瀉質(zhì)劃分的臨界粒徑［3］。顆粒級(jí)配曲線中拐點(diǎn)的出現(xiàn)，表明一個(gè)質(zhì)變，表明大于和小于該拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的粒徑的沙粒的百分比有突然變化，因此一般地，將該拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的粒徑作為床沙質(zhì)和沖瀉質(zhì)的臨界粒徑。

對(duì)比分析懸移質(zhì)級(jí)配雙對(duì)數(shù)圖（以圖7為例），以臨界粒徑rc為界，擬合直線的斜率有明顯變化。臨界粒徑rc是2條擬合直線變化的拐點(diǎn)，以粒度分布無標(biāo)度區(qū)分區(qū)臨界粒徑rc作為懸移質(zhì)中床沙質(zhì)和沖瀉質(zhì)劃分的臨界粒徑，實(shí)際上具有拐點(diǎn)法的思想，但它是建立在分維計(jì)算的理論基礎(chǔ)上的。因此可以將其作為懸移質(zhì)中床沙質(zhì)和沖瀉質(zhì)劃分的界限，相對(duì)拐點(diǎn)法而言，避免了確定拐點(diǎn)時(shí)人為因素的影響［3，6］。

結(jié)合上文研究，可以確定蔣家溝河流中懸移質(zhì)的床沙質(zhì)和沖瀉質(zhì)的平均臨界粒徑為16 μm。小于16 μm的懸移質(zhì)顆粒為沖瀉質(zhì)，大量存在，平均占81.43%，最小一次占70.16%，最大一次占88.73%;大于16 μm的懸移質(zhì)顆粒，屬于床沙質(zhì)，占懸移質(zhì)的少部分。如3.3節(jié)中推移質(zhì)和懸移質(zhì)含量的衰減一部分所研究的，蔣家溝懸移質(zhì)和推移質(zhì)的物質(zhì)來源主要是泥石流堆積體，而泥石流暴發(fā)之后，懸移質(zhì)衰減的速度遠(yuǎn)慢于推移質(zhì)的衰減，在觀測(cè)斷面上游，隨著水流對(duì)堆積體河床的不斷沖刷作用，細(xì)顆粒逐漸被帶至下游，而粗顆粒物質(zhì)留下，導(dǎo)致在河床主要組成部分是礫石和粗砂，細(xì)顆粒極少，所以懸移質(zhì)中的細(xì)顆粒主要來源于沖瀉質(zhì)，床沙質(zhì)較少。

表4 2009年10次不同無標(biāo)度區(qū)的懸移質(zhì)顆粒分布的分維值Table 4Fractal dimension values of suspended load of different scaleless ranges in 2009

5 結(jié)論

通過在非泥石流時(shí)期，對(duì)蔣家溝流域進(jìn)行一年的推移質(zhì)和懸移質(zhì)資料觀測(cè)，對(duì)其輸沙特征和顆粒特征進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論:

（1）蔣家溝流域懸移質(zhì)含量雨季大，旱季小，雨季平均懸移質(zhì)含沙量為4.4%，最大含量為13.0%，最小含量為0.49%;旱季平均含量為0.31%，最小含量為0.14%。推移質(zhì)的特點(diǎn)是總量大、顆粒大、級(jí)配寬，粒徑超過100 mm的顆粒經(jīng)常出現(xiàn)，非泥石流期年推移質(zhì)輸移量達(dá)到3.6萬t，相當(dāng)于一次中等規(guī)模的泥石流總量;推移質(zhì)含量也是雨季大，旱季小，雨季平均輸沙率為1.57 kg/s，日平均推移質(zhì)輸沙量為176.0 t，雨季推移質(zhì)輸沙量約占全年輸沙總量的2/3，旱季平均輸沙率為0.69 kg/s，日平均輸沙量為61.0 t，旱季推移質(zhì)輸沙量約占全年輸沙總量的1/3。

（2）泥石流堆積體是蔣家溝流域懸移質(zhì)和推移質(zhì)的物質(zhì)來源，泥石流暴發(fā)時(shí)淹沒河道，泥石流結(jié)束之后，河流沖刷泥石流堆積物，使得在泥石流暴發(fā)之后一段時(shí)間內(nèi)河流懸移質(zhì)和推移質(zhì)含量較大，且隨著河道被粗化，含量呈減小趨勢(shì)。推移質(zhì)含量的衰減速度比懸移質(zhì)快，懸移質(zhì)含量一般要12～14 d左右才能恢復(fù)到泥石流暴發(fā)之前的水平，衰減速度呈負(fù)冪曲線:y=y0exp（-bx）。

（3）推移質(zhì)顆粒粒徑范圍雨季較大，時(shí)有大于100 mm的顆粒出現(xiàn)，旱季則相對(duì)較小，粒徑范圍在1～60 mm之間;懸移質(zhì)顆粒粒徑范圍雨季和旱季差別不大，相對(duì)穩(wěn)定。雨季，懸移質(zhì)和推移質(zhì)顆粒分布都服從高斯分布，懸移質(zhì)粒徑分布的平均值服從y=26.9exp［-（x-0.82）2/0.482］，懸移質(zhì)顆粒中占總量最多的粒徑分布在6.31～7.08 μm，其對(duì)應(yīng)的最大比例在22.57%～30.26%之間。推移質(zhì)粒徑分布的平均值服從y=20.64exp［-（x-1.138）2/0.482］，占總量最多的粒徑分布在12.02～14.45 mm之間，其對(duì)應(yīng)的最大比例在16.67%～32.28%之間。

（4）16 μm為懸移質(zhì)顆粒分析無標(biāo)度區(qū)的平均分界值，也是區(qū)分懸移質(zhì)中床沙質(zhì)和沖瀉質(zhì)的臨界粒徑。小于16 μm的顆粒為沖瀉質(zhì)，大量存在，平均占懸移質(zhì)總量的81.43%;大于16 μm的顆粒為床沙質(zhì)，含量較少，這與蔣家溝的泥石流活動(dòng)及泥石流之后的水流沖刷堆積物形成的河床中以礫石和粗砂為主有關(guān);沖瀉質(zhì)顆粒分維值D的最小值為1.76，最大值為1.9，平均值為1.82，方差為0.021，床沙質(zhì)顆粒分維值D的最小值為2.84，最大值為2.93，平均值為2.91，方差為0.007 5。

［1］王光謙.河流泥沙研究進(jìn)展［J］.泥沙研究，2007，（2）:64-81.（WANG Guang-qian.Advances in River Sediment Research［J］.Journal of Sediment Research，2007，（2）:64-81.（in Chinese））

［2］吳積善，康志成，田連權(quán)，等.云南蔣家溝泥石流觀測(cè)研究［M］.北京:科學(xué)出版社，1990.（WU Ji-shan，KANG Zhi-cheng，TIAN Lian-quan，et al.Observation on Debris Flows in Jiangjia Gully in Yunnan Province［M］.Beijing:Science Press，1990.（in Chinese））

［3］張瑞瑾.河流泥沙動(dòng)力學(xué)［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，1989.（ZHANG Rui-jin.River Sediment Dynamics［M］.Beijing:China Water Power Press，1989.（in Chinese））

［4］MANDELBROT B B，WALLIS J R.Some Long-run Properties of Geo-physical Records［J］.Water Resources Research，1969，5（2）:321-340.

［5］TURCOTTE D L.Fractal Fragmentation［J］.Journal of Geography Research，1986，91（12）:1921-1926.

［6］唐建華，何青，劉瑋，等.長(zhǎng)江口南槽沉積物粒度的分形特性分析［J］.泥沙研究，2007，（3）:50-56.（TANG Jian-hua，HE Qing，LIU Wei，et al.Fractal Characteristics of Grain Size Distribution in the South Passage of the Changjiang Estuary［J］.Journal of Sediment Research，2007，（3）:50-56.（in Chinese））

（編輯:曾小漢）

Sediment Transport Characteristics in Non-debris Flow Period in Jiangjia Gully

GUO Xiao-jun1，2，CUI Peng1，2，SU Feng-huan1，2，ZHU Xing-hua1，2，3，WANG Ci-de4
（1.Key Laboratory of Mountain Hazards and Land Surface Progress，CAS，Chengdu610041，China; 2.Institute of Mountain Hazards and Environment，CAS，Chengdu610041，China;3.Graduate University of Chinese Academy of Sciences，Beijing100049，China;4.Investigation Bureau of Hydrology and Water Resources of Aba Autonomous Region，Wenchuan623000，China）

The total amount of bed load and suspended load in non-debris flow period from 2008 to 2009 in Jiangjia Gully was field measured，and the sediment transport characteristic was analyzed.Both the bed load and suspended load contents vary greatly between rainy season and dry season;the yearly bed load amount in non-debris flow period is up to 36，000 ton，as much as the total solid material amount of a medium-scale debris flow.The debris flow has a significant influence on the amounts of both bed load and suspended load.After the debris flow，the suspended load content decreases following the exponential curve y=y0exp（-bx），while the bed load contents decreases more steeply.The particle size of bed load varies in rainy season and dry season，while that of suspended load is relatively consistent.Both the particle size distributions follow the Gaussian distributionthe suspended load show fractal characteristic.Fractal dimension values are calculated，and the critical scaleless range is identified as 16μm，which divides the bed material load and wash load，and the grain material of both of them show fractal characteristic evidently.

bed load;suspended load;Gaussian distribution;fractal characteristic;Jiangjia Gully

TV142.2

A

1001-5485（2013）05-0027-07

10.3969/j.issn.1001-5485.2013.05.007

2013，30（05）:27-33

2012-04-19;

2012-05-16

國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題（2012BAC06B02）;中科院重點(diǎn)部署項(xiàng)目（KZZD-EW-05-01-02）

郭曉軍（1985-），男，山西運(yùn)城人，研究實(shí)習(xí)員，博士研究生，主要從事泥石流和水文學(xué)研究，（電話）13980665946（電子信箱） sblong2003@yahoo.com.cn。