瀾滄江源扎那曲莫云段河型判別初步分析

周銀軍，閆 霞，金中武，李志晶

（長(zhǎng)江科學(xué)院河流研究所，武漢 430010）

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瀾滄江源扎那曲莫云段河型判別初步分析

周銀軍，閆 霞，金中武，李志晶

（長(zhǎng)江科學(xué)院河流研究所，武漢 430010）

摘 要：瀾滄江源地處青藏高原唐古拉山北麓，比鄰長(zhǎng)江南源當(dāng)曲，人跡罕至。為了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)瀾滄江地貌特征、尤其是河流地貌，得出河流地貌演化、河床沖淤演變的一些基礎(chǔ)資料，通過實(shí)地考察，采集數(shù)據(jù)與圖像，結(jié)合現(xiàn)有河型判別方法，對(duì)瀾滄江西源扎那曲莫云河段的河型進(jìn)行判別。結(jié)果表明：莫云河段河道邊界約束較弱、河床穩(wěn)定性較差，在順直－彎曲－分汊－游蕩的河型分類體系中，各家判別式一致判定莫云河段為游蕩河型；在順直－彎曲－辮狀的河型分類體系中，則一致判定為辮狀河型；最后結(jié)合國內(nèi)的河流特點(diǎn)和主流分類體系，可以確定莫云河段屬于游蕩河型。實(shí)地考察資料和河型的判別，可為進(jìn)一步研究瀾滄江源的河流地貌提供參考。

關(guān)鍵詞：瀾滄江；江源；河流地貌；河型判別；游蕩河型

1 河型判別方法

瀾滄江源地處我國青海玉樹藏族自治州雜多縣西北，在唐古拉山北麓莫云鄉(xiāng)扎納日根山脈附近，分為西源扎那曲和北源扎阿曲［1］。由于地處偏僻，交通條件極差，關(guān)于其河流地貌的研究幾乎是空白［2］，對(duì)于其河型的描述也僅僅是認(rèn)為在上游段以平淺河谷地貌為主。河型是認(rèn)識(shí)區(qū)域河流地貌的基本參數(shù)，在一定尺度上反映著河流的成因與演變特性［3］。因此，判別其源頭河段的河型，對(duì)掌握其河流系統(tǒng)演變、區(qū)域地貌演化有重要意義。

河型判別首先要明確河型分類。目前河型分類體系很多，Beechie曾總結(jié)認(rèn)為目前先后出現(xiàn)的主要河型共有7個(gè)類別［4］，分別是順直（Straight Single channel）、彎曲（Meandering Single channel）、辮狀（Braided Multiple）、江心洲（Island?braided Multiple）、網(wǎng)狀（Anastomosing Multiple）、分汊（Anabranching Multiple channels）、游蕩（Wandering Multiple chan?nels），其中有些河型難以區(qū)分，在不同的分類體系中可能進(jìn)一步合并或細(xì)化；各分類體系中，Leopold分類體系（1957年）最早產(chǎn)生，影響也較大，即從河流地貌角度將沖積河流劃分為順直、彎曲和辮狀3種基本類型［5］，此后，人們不斷在這一體系的基礎(chǔ)上對(duì)基本河型的亞類進(jìn)行劃分，形成新的分類體系；錢寧和謝鑒衡等考慮不同類型河道的動(dòng)力演變特點(diǎn)，提出將河型分為順直、彎曲（蜿蜒）、分汊和游蕩4類，這也是在國內(nèi)應(yīng)用最為常見的分類體系［6－7］；Nanson（1999年）則將網(wǎng)狀河型從分汊河型中分離出來，作為獨(dú)立的重要河流類型并給出它們的成因［8］，因此形成了順直、彎曲、分汊、網(wǎng)狀和游蕩等5種基本類型；后來學(xué)者們?cè)趹?yīng)用不同的分類體系時(shí)，通常將分汊、網(wǎng)狀和游蕩一并與辮狀河型進(jìn)行對(duì)應(yīng)［3］。

每一個(gè)河型分類體系都會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)甚至多個(gè)判別方法。河型判別首先從河流地貌出發(fā)、而后考慮其成因機(jī)制、演變過程，不斷發(fā)展完善［9］。早期以河流曲率、寬深比、河谷比降等河流形貌參數(shù)來簡(jiǎn)單模糊地進(jìn)行河型判別，后來逐漸考慮水沙及河床邊界條件，從河床穩(wěn)定性、河流能耗、河床沖淤演變等角度提出定量化的河型判據(jù)［3］。具有代表意義的河型判別方法歸納見表1［10－18］。

相對(duì)于長(zhǎng)江源和黃河源［19－20］，瀾滄江源河段的河流地貌研究較少，河型尚未判別。由于缺乏系列水文數(shù)據(jù)及河道地形，無法準(zhǔn)確掌握其沖淤演變特性，本文謹(jǐn)以一次野外觀測(cè)數(shù)據(jù)和相關(guān)圖像為依據(jù)，采取多種代表性判別方法對(duì)瀾滄江源扎那曲莫云段進(jìn)行河型判別，一方面深化對(duì)瀾滄江源河流地貌的認(rèn)識(shí)，另一方面將豐富青藏高原河流的河型樣本。

表1　河型判別依據(jù)Table 1 Different discriminants for river pattern

2 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)

2．1 研究區(qū)域概況

瀾滄江是著名的國際河流，亞洲第6大河流，經(jīng)云南省出中國國境后以下河段稱湄公河（Mekong River），其流經(jīng)緬甸、老撾、泰國、柬埔寨和越南5個(gè)國家，于越南胡志明市西部入南海。河道全長(zhǎng)約4 880 km，平均比降1．04‰，入?？诙嗄昶骄髁?5 100 m3／s，我國境內(nèi)干流長(zhǎng)2 161 km，河道平均比降2．12‰，其中，在青海、西藏、云南境內(nèi)干流河道長(zhǎng)度分別為453，468，1 240 km，平均比降分別為3．4‰，2．63‰，1．46‰。在西藏昌都以上河段為上游，又稱扎曲，在青海省雜多縣城以上流域稱為江源區(qū)，面積3．7萬km2，干流總長(zhǎng)約199 km。其源頭分為北、西兩源，分別稱為扎阿曲和扎那曲，2源于尕那松多（Ganason）匯合，其下稱扎曲。瀾滄江源地處唐古拉山褶皺帶，有典型高原地貌，高山終年積雪，冰川發(fā)育，一般山勢(shì)較平緩，河谷有階地發(fā)育，具有平淺河谷特征。

本次研究區(qū)域?yàn)闉憸娼髟丛乔坪佣?，流向?yàn)樽晕飨驏|，其下游不遠(yuǎn)處即為左岸支流扎納曲入?yún)R口，下距尕那松多30 km，距離雜多120 km，距離香達(dá)水文站280 km，為典型的寬淺河道。河道兩岸均為自然岸坡，左岸有村鎮(zhèn)。地理坐標(biāo)為E94°16′20″，N33°09′50″，海拔4 504m。圖1為研究區(qū)域。

圖1　研究區(qū)域示意圖Fig．1 Map of study area

2．2 數(shù)據(jù)采集情況

主要數(shù)據(jù)及采集方法如下：

（1）流速，采用浮標(biāo)法測(cè)量，盡量測(cè)量河道主流流速。

（2）河寬，采用激光測(cè)距儀測(cè)量。

（3）水樣采集，利用容量瓶（300 ml）采集水面下約10 cm深處水樣，返回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行含沙量和懸沙級(jí)配測(cè)量。

（4）沙樣采集，表層床沙，用封口袋封裝帶回，烘干后激光粒度儀顆分。

（5）土樣采集，河岸表層土體，封口袋封裝，現(xiàn)場(chǎng)稱重后帶回，烘干后進(jìn)行含水率和級(jí)配分析。

（6）高程測(cè)量，GPS定位測(cè)量。

值得說明的是，因交通極為不便，采樣和測(cè)量?jī)H在河道主汊，即右岸一汊進(jìn)行。

所測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果見表2：莫云河岸高程H為4 504 m（尕那松多為4 355 m，河段長(zhǎng)30 km，故此段比降J為0．005）；最大河寬Bmax為284 m，其中各主要汊道合計(jì)寬度B槽為40 m；右岸一汊主流表面流速Umax為2．1 m／s；水深h約1．0 m；含沙量S為3．91 kg／m3；濁度Tu為2 334．6（NTU）；懸沙中值粒徑d50為0．003 mm，級(jí)配見圖2（a）；床沙中值粒徑D50為0．004 mm，級(jí)配見圖2（b）；岸坡土體含水率為12．1%，中值粒徑為0．018 mm，級(jí)配見圖2（c）；河道形貌見圖3。

圖2　扎那曲莫云段（西源）級(jí)配曲線Fig．2 Grading curves of soil and sediment from Moyun reach in Zhanaqu river（west river source）

圖3　扎那曲莫云段的河道形態(tài)及河岸邊界Fig．3 Channel pattern and boundary of river bank at Moyun reach of Zhanaqu river

圖3的拍攝時(shí)間為2014年7月22日，采樣點(diǎn)位于河道右岸，此處江心洲縱橫，最大河寬約280 m，主流位于右汊。從圖3可看出，莫云河段河道寬淺，汊道眾多，淺灘密布，洲灘多為砂礫石淺灘，灘上無植被，兩岸無堤防護(hù)岸，處于自然演變狀態(tài)，右岸岸坡較陡，右汊水流較為集中，且仍在不斷沖蝕岸坡。

表2　2014年7月實(shí)測(cè)扎那曲水文參數(shù)Table 2 Hydrological parameters measured from Zhanaqu Reach in July of 2014

3 河型判別結(jié)果

按照一般認(rèn)識(shí)［8］，辮狀型河流和分汊型河流兩者共同的特征是河道寬闊，多汊流，沙洲和淺灘眾多。沙洲植被覆蓋度低，流路較多且不穩(wěn)定，橫向擺動(dòng)頻繁，可認(rèn)為是游蕩型（辮狀型）河段；若沙洲植被覆蓋度高，基本穩(wěn)定成島嶼且流路穩(wěn)定，可認(rèn)定為分汊型（江心洲辮狀型）河段。由此判斷，莫云河段流路多，且沙洲無植被，更偏重于游蕩型河道，但其演變狀況、尤其是橫向擺動(dòng)特性目前無從得知，因此考慮進(jìn)一步通過計(jì)算其河床穩(wěn)定性、河流能耗等定量化方法來判別其河型。

3．1 參數(shù)推算

表1公式中關(guān)于流量、流速、河寬參數(shù)等多采用平灘流量下所對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，而實(shí)際測(cè)量時(shí)間盡管處于汛期，但仍需要對(duì)平灘數(shù)據(jù)進(jìn)行推算。

3．1．1 實(shí)測(cè)流量Q測(cè)的估算

假定1：主要汊道內(nèi)流速在垂向和橫向上均為指數(shù)分布，則汊道內(nèi)主流線垂線平均流速U主與測(cè)量所得的主流線表面流速Umax關(guān)系為

式中：h為主流處水深；z為水深方向坐標(biāo)。

汊道內(nèi)斷面平均流速U均與主流線垂線平均流速U主的關(guān)系為

式中：b為河道半寬；y為河寬方向坐標(biāo)。

聯(lián)立兩式可得

假定2：各主要汊道內(nèi)的水深和平均流速是一致的，且斷面可概化為矩形，則

Q測(cè)＝B槽U均h 。（16）

3．1．2 平灘流量Q及其對(duì)應(yīng)的流速U和水深H的估算

由于灘面較平，且平均高出現(xiàn)有水面僅約0．1 m，測(cè)量時(shí)水位已幾乎平灘，則有如下假定。

假定3：該汛期主槽的平均流速與平灘狀態(tài)下主槽平均流速一致，平灘河寬與測(cè)量中最大河寬一致，且平灘水位下灘頂流速及水深均考慮為0。則平灘流量只需在現(xiàn)有主槽流量的基礎(chǔ)上，增加水深加大0．1 m后的流量，即：

平均水深H＝B槽（h＋0．1）／B ；（18）

平均流速U＝Q／（BH） 。（19）

將測(cè)量數(shù)據(jù)B，B槽，h，Umax代入式（15）至式（19），可得Q＝70．7 m3／s，U＝1．61 m／s，H＝0．155 m。

3．2 判別結(jié)果

由于表1中公式（1）和公式（8）的有關(guān)參數(shù)需要系列水文數(shù)據(jù)才能得到，如，洪峰流量變差系數(shù)Cv、汛期最大和最小日均流量Qmax和Qmin、洪峰歷時(shí)t、水沙關(guān)系斜率m等，通過一次測(cè)量和參數(shù)推算，無法得出，因此在利用各家公式判定河型中，不再使用公式（1）和公式（8）。河型判定僅使用余下10個(gè)公式在數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)和推算的基礎(chǔ)上進(jìn)行，盡管數(shù)據(jù)存在推算，但在眾多公式相互佐證和實(shí)際圖像的參考下，應(yīng)當(dāng)可以對(duì)莫云河段的河型進(jìn)行判定。

采用上述直接測(cè)量或間接得出的水沙及河道邊界參數(shù)，對(duì)表1中各家公式進(jìn)行計(jì)算，以對(duì)莫云河段的河型進(jìn)行定量化判別，所得結(jié)果見表3。

由判別結(jié)果可知，公式（2）至公式（6）判別均為游蕩型；公式（7）判別結(jié)果為分汊型（其僅用于區(qū)分彎曲與分汊河型）；公式（9）至公式（11）判別結(jié)果則為辮狀型；公式（12）判別為江心洲辮狀型，即在順直－彎曲－辮狀的分類體系中，莫云河段屬于辮狀河型；在順直－彎曲－分汊－游蕩的分類體系中，莫云河段屬于游蕩河型。各家公式實(shí)質(zhì)上的判別結(jié)果基本一致，就目前較適用于國內(nèi)實(shí)際情況的分類而言，結(jié)合實(shí)地勘測(cè)，可以確定扎那曲莫云河段是游蕩河型。

同時(shí)，該河段具有較大的含沙量，達(dá)到3．91 kg／m3，濁度測(cè)量為2 334．6（NTU），河岸組成亦較細(xì)，以黏土為主，兩岸低山的巖石主要為含細(xì)粉砂的泥巖和夾粉砂細(xì)層的絹云母板巖［1］，在這樣的下墊面條件下，易風(fēng)化成細(xì)顆粒的泥沙，這也是導(dǎo)致瀾滄江源河水泥沙含量高，水體渾濁的主要原因。在了解上述河道邊界條件的基礎(chǔ)上，結(jié)合河型穩(wěn)定性計(jì)算，即公式（2）至公式（6）的結(jié)果，可知該河段河道邊界約束較弱，河床極不穩(wěn)定，未來大尺度的不斷演化是極有可能的。

值得說明的是，河型判據(jù)所涉及的大部分參數(shù)都需要在系列水文數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上才能得來，因此通過一次數(shù)據(jù)采集進(jìn)行判據(jù)計(jì)算是比較困難的。幸運(yùn)的是，本次數(shù)據(jù)采集是在主汛期進(jìn)行，測(cè)量工況較為接近平灘狀況，因此在簡(jiǎn)單假定的基礎(chǔ)上，經(jīng)過推導(dǎo)是可以得到平灘狀況下的水文參數(shù)的，最后采用了多達(dá)10組判據(jù)結(jié)合實(shí)際圖像進(jìn)行河型判別，該方法和結(jié)論對(duì)瀾滄江源的河型認(rèn)識(shí)具有一定的參考價(jià)值。目前每年的長(zhǎng)江源科考仍在持續(xù)進(jìn)行，將來如采集到系列實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，將可得出更為可靠的水文參數(shù)以對(duì)本文進(jìn)行驗(yàn)證。

表3　河型判別結(jié)果Table 3 Result of river pattern discrimination

4 結(jié) 論

在對(duì)現(xiàn)有河型分類及判別方法認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，通過實(shí)地考察采集數(shù)據(jù)和圖像，結(jié)合有關(guān)的參數(shù)分析，對(duì)瀾滄江源扎曲莫云河段的河型進(jìn)行了量化判別，所得結(jié)論如下：

（1）直接測(cè)量獲得了莫云河段河寬、比降、流速、含沙量、床沙及懸沙級(jí)配、岸坡組成等數(shù)據(jù)，通過假定和推導(dǎo)得到了平灘狀況下的流量、流速和水深。

（2）在順直－彎曲－分汊－游蕩的河型分類體系中，各家判別式一致的判定莫云河段為游蕩河型；在順直－彎曲－辮狀的河型分類體系中，則一致判定為辮狀河型，結(jié)合國內(nèi)的河流特點(diǎn)，可以確定莫云河段屬于游蕩河型。

（3）通過對(duì)河道邊界和侵蝕基準(zhǔn)面的分析，結(jié)合河床穩(wěn)定性計(jì)算，可知莫云河段河道邊界約束較弱、河床穩(wěn)定性較差，極有可能出現(xiàn)進(jìn)一步的大尺度河床演變。

由于瀾滄江源頭的河流地貌研究的資料與成果均較少，希望本文數(shù)據(jù)可以豐富研究樣本，河型判別結(jié)果能為進(jìn)一步研究提供參考，促進(jìn)揭開瀾滄江源的神秘面紗。

致謝：感謝長(zhǎng)江科學(xué)院江源科考隊(duì)徐平和程學(xué)軍為本文提供圖片，潘保柱和朱孔賢參與采集數(shù)據(jù)。

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（編輯：姜小蘭）

Preliminary Analysis on River Pattern Discrimination of Moyun Reach in Zhanaqu of Lantsang River Source

ZHOU Yin?jun，YAN Xia，JIN Zhong?wu，LI Zhi?jing
（River Department，Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

Abstract：Lantsang river source is located in the north Tanggula Mountain of Qinghai?Tibet Plateau，nearby the south source of the Yangtze River，with hardly any human activities．In order to gradually recognize Lantsang river geomorphology and obtain basic data of geomorphology evolution of river，as well as scouring and silting process of riverbed，we carry out in?situ investigation and collect data and images to judge the river pattern of Moyun reach in Zhanaqu river，west source of Lantsang river．The results show that，boundary constraints of Moyun reach are weak with poor stability of riverbed；furthermore，in the classification system of river pattern which consists of 4 kinds，namely straight，meandering，anabranching，and wandering，we uniformly determine the reach is wandering type by using different discriminants；meanwhile，in the classification system of river pattern with 3 kinds，including straight，meandering and braided，we regard the reach as braided type；finally，according to domestic river charac?teristics and current classification system，we conclude that Moyun reach is wandering type．Field observation data and river pattern discrimination offer reference for further research on the river geomorphology of Lantsang river source．

Key words：Lantsang river；river source；river geomorphology；river pattern discrimination；wandering river pat?tern

作者簡(jiǎn)介：周銀軍（1983－），男，河南信陽人，高級(jí)工程師，博士，主要從事河流動(dòng)力學(xué)研究工作，（電話）027－82820843（電子信箱）zhouyin?jun1114＠126．com。

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（51339001）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51579014）

收稿日期：2015－10－07；修回日期：2015－12－28

中圖分類號(hào)：TV147

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001－5485（2016）03－0029－06