淮河中上游段干支流河道走向特征分析

李宗盟，霍兵兵，朱文敏，邢 偉，張辰光，劉芬良

(1. 信陽(yáng)師范學(xué)院 地理科學(xué)學(xué)院/豫南巖礦寶玉石鑒定及加工中心，河南 信陽(yáng) 464000；2. 湖北大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430062；3. 湖南城市學(xué)院 市政與測(cè)繪工程學(xué)院，湖南 益陽(yáng) 413000)

0 引言

河流是構(gòu)造、氣候等因素共同作用的產(chǎn)物[1]，其形態(tài)特征可以指示區(qū)域自然環(huán)境因子的影響及其變化過(guò)程[2]。其中，河道的走向往往受區(qū)域地形、局地構(gòu)造和巖性等的控制。因此，河道走向特征常常被應(yīng)用到區(qū)域地貌發(fā)育的研究中。

早在20世紀(jì)初，葉良輔和謝家榮在對(duì)長(zhǎng)江流域的考察中，就曾提出長(zhǎng)江是由順向河發(fā)展而來(lái)的觀點(diǎn)[3]。謝廣林等[4]基于郯廬斷裂南段的大別山山前河流走向，認(rèn)為該段斷裂存在右旋錯(cuò)動(dòng)。然而，早期針對(duì)河道走向的研究大多是與區(qū)域地形或構(gòu)造的簡(jiǎn)單對(duì)比，缺乏對(duì)河道走向的定量分析[3-6]。近幾十年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)、遙感等技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)河道走向特征的研究逐漸走向定量化[7-8]。如王梅力等[7]利用遙感影像和實(shí)測(cè)河道數(shù)據(jù)測(cè)算了長(zhǎng)江上游干支流河道的交匯角。而何保等[8]則綜述了河流交匯口處河床地貌的演變。

淮河是中國(guó)七大江河之一，其干流南北兩側(cè)發(fā)育了眾多的支流，這些支流的流向大致相同，且與區(qū)域地形表現(xiàn)出良好的相關(guān)性?；趯?duì)淮河中游水系和地形的考察，徐近之[6]認(rèn)為淮河北側(cè)支流為幼年末期的平行順向河。其后，河南省地質(zhì)礦產(chǎn)廳曾定量描述了淮河兩側(cè)部分支流與干流的交匯角，并認(rèn)為交匯角的大小與流域地勢(shì)相關(guān)[9]。然而，已有的研究并未對(duì)淮河中上游干支流河道走向進(jìn)行系統(tǒng)的定量統(tǒng)計(jì)分析?；诖耍疚臄M以淮河中上游干流及其一級(jí)支流為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)河道走向及干支流夾角的計(jì)算，探討淮河流域中上游段河道干支流的整體走向特征及其影響因素。

1 研究區(qū)概況

淮河為我國(guó)七大江河之一，地處中國(guó)東部南北過(guò)渡帶(圖1)?；春影l(fā)源于桐柏山太白頂，大致沿桐柏-大別造山帶北緣自西向東流動(dòng)，干流全長(zhǎng)約1000 km?；春恿饔蛭鞑繛樵ノ魃降?，南部以桐柏-大別山與長(zhǎng)江流域相隔?；春恿饔驑?gòu)造地貌主要受黃淮平原及桐柏-大別造山帶的影響。晚新生代以來(lái)，黃淮平原的相對(duì)沉降和桐柏-大別造山帶的相對(duì)隆升為淮河流域水系的發(fā)展提供了構(gòu)造背景。受區(qū)域地形和構(gòu)造的影響，淮河北岸支流主要為平原區(qū)河流，河道比降較小，大多呈南東走向；而南岸支流大多流程較短，比降較大，具有山區(qū)河道特征，大致呈北東向流動(dòng)[10]。

圖1 淮河中上游主要支流概況圖Fig. 1 Map of main tributaries in the upper and middle Huaihe river

2 研究方法

淮河干流南北兩側(cè)支流眾多，本文選擇了12條一級(jí)支流，其中，淮河干流北側(cè)5條支流自西向東分別為洪河、潁河、西淝河、渦河和沱河；南側(cè)的7條支流自西向東分別為浉河、竹竿河、潢河、白露河、史河、淠河和東淝河。各支流矢量數(shù)據(jù)源自國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心1∶400萬(wàn)矢量河流數(shù)據(jù)庫(kù)?；贏rcGIS 10.2平臺(tái)和Origin 8.0，通過(guò)線性模擬計(jì)算各支流及淮河干流的走向數(shù)據(jù)，并統(tǒng)計(jì)各支流與干流走向的交匯角。

由于自然界河流大多曲折多彎，因此其走向的獲得需要首先對(duì)自然河道進(jìn)行“順直擬合”，即通過(guò)模擬得出一條能大致反映原河道總體走向的順直河道。為此，本文首先通過(guò)ArcGIS和矢量河流數(shù)據(jù)，導(dǎo)出淮河干流和選取支流的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上基于Origin 8.0，對(duì)各河流的散點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，以擬合所得的曲線作為能夠反映原始河流走向的河道。

在進(jìn)行走向和交匯角計(jì)算時(shí)，首先將擬合河道數(shù)據(jù)加載至ArcGIS 10.2平臺(tái)，然后利用ArcGIS工具進(jìn)行點(diǎn)集轉(zhuǎn)線。所得直線基本反映了淮河中上游段干流及各主要支流的走向趨勢(shì)，其結(jié)果見(jiàn)圖2。在此基礎(chǔ)上，利用ArcGIS平臺(tái)計(jì)算得出各擬合河道的走向、交匯角等數(shù)據(jù)，各擬合河道的走向數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

圖2 淮河干流和主要支流走向擬合河道Fig. 2 Simulated channels of the tributaries and main stream of the Huaihe river

3 研究結(jié)果

基于選取的矢量河道數(shù)據(jù)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，淮河中上游段干流的整體走向?yàn)楸睎|東向78°，并且淮河中上游段兩側(cè)支流河道的走向呈現(xiàn)出較明顯的規(guī)律性特征(表1)。其中，淮河中上游段北側(cè)各支流的走向總體為南東向，其走向在109°～133°之間，平均走向?yàn)?20°；淮河干流南側(cè)各支流的總體走向趨勢(shì)為北東向，走向在8°～50°之間，平均走向?yàn)?8°。

表1 淮河中上游段支流河道走向數(shù)據(jù)Fig. 1 Channel direction of the tributaries in Upper and Middle Huaihe river

通過(guò)遙感影像的目視對(duì)比和走向數(shù)據(jù)的分析可以發(fā)現(xiàn)，淮河中上游段南北兩側(cè)支流與干流的交匯角分別呈現(xiàn)出一定的相似性。如淮河北側(cè)支流與干流的走向交匯角為31°～55°，平均為42°。而淮河南側(cè)支流與干流走向的交匯角為28°～70°，平均值為59°。其中，史河與東淝河的走向明顯偏離了河淮南側(cè)支流的總體走向，其干支流交匯角也明顯較大。

4 討論

通過(guò)對(duì)比區(qū)域地形和淮河中上游段干支流的走向數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，淮河中上游段支流的走向與研究區(qū)地形呈現(xiàn)出較好的一致性，即淮河兩側(cè)支流大致沿區(qū)域地形的走勢(shì)流動(dòng)，為較典型的順向河。

淮河北側(cè)為黃淮平原，區(qū)內(nèi)除東北部有局部的低山殘丘外，其余為地勢(shì)低平的平原區(qū)。黃淮平原區(qū)地勢(shì)由西北向東南逐漸傾斜，海拔多在15～46 m之間[11-12]，這也導(dǎo)致了淮河北側(cè)支流總體的走向?yàn)槟蠔|向，其走向?yàn)?09°～133°。而淮河南側(cè)為桐柏-大別造山帶，山前為低山丘陵，其地勢(shì)總體為由南向北傾斜。這與淮河南側(cè)支流的總體走向(北東向8°～50°)相一致。

從各支流的平均走向數(shù)據(jù)來(lái)看，研究區(qū)淮河北側(cè)各支流的平均走向?yàn)?20°；淮河南側(cè)各支流的平均走向?yàn)?8°。兩側(cè)支流的走向與緯線方向的夾角相近，分別為30°和28°。從水系的平面展布上呈現(xiàn)出沿緯線方向的對(duì)稱分布，這種分布特征可能與水系自身的調(diào)節(jié)有關(guān)。而從干支流的交匯角來(lái)看，淮河北側(cè)干支流的走向交匯角為31°～55°，平均為42°，淮河南側(cè)干支流的走向交匯角為28°～70°，平均值為59°，即淮河南側(cè)干支流的交匯角大于北側(cè)。然而可以發(fā)現(xiàn)，史河與東淝河的走向和交匯角明顯偏離了南側(cè)其余支流的總體趨勢(shì)。當(dāng)剔除這兩條河流時(shí)，淮河南側(cè)干支流的平均走向交匯角為42.4°，即淮河兩側(cè)的干支流交匯角幾乎一致。這些現(xiàn)象表明，河網(wǎng)水系在發(fā)育過(guò)程中，可以通過(guò)自身的調(diào)節(jié)帶來(lái)內(nèi)部的自相似性[13-14]。

此外，由于淮河北側(cè)黃淮平原地勢(shì)相對(duì)低平、起伏較小，因而北側(cè)支流具有典型的平原區(qū)河道特征，即河長(zhǎng)較大、比降較??；而淮河干流南側(cè)則分布有多條斷裂帶，如桐柏大別山斷裂帶、商麻斷裂帶和肥西-六安深斷裂帶，這些斷裂斷面傾角較大，地形破碎。受斷裂帶的影響，淮河西南部為淮南低山區(qū)，東南部則是淮南丘陵區(qū)，廣泛分布著低山丘陵等各種地形[15]。故淮河南側(cè)支流具有較明顯的山地河流特征，即河長(zhǎng)較短、河道比降較大。

一般而言，自然界河流的走向趨勢(shì)主要是由流經(jīng)區(qū)域的地形所決定的?；春痈闪鞅眰?cè)支流的河道走向離散度較低，最大走向角度差為24°，且河道在平面上大致平行，為沿著地形走勢(shì)發(fā)育的順向河；而相對(duì)于北側(cè)支流而言，位于淮河南側(cè)的支流走向相對(duì)離散，最大角度差達(dá)到42°。其總體走向趨勢(shì)仍然表現(xiàn)出較顯著的區(qū)域地形控制。

值得注意的是，淮河干流南側(cè)的史河和東淝河，兩條支流的走向角度分別為8°和9°，明顯偏離了其余南側(cè)支流的走向趨勢(shì)。史河、東淝河與淮河干流走向的交匯角分別為70°和69°，與淮河干流河道近乎垂直。而這種異于其余支流的異?，F(xiàn)象可能是區(qū)域斷裂活動(dòng)所導(dǎo)致的。史河位于商麻斷裂和肥西-六安斷裂之間，斷裂導(dǎo)致地形極為破碎，地貌類型十分復(fù)雜，導(dǎo)致河流沿大別山曲折發(fā)育[16]；而東淝河發(fā)源于肥西縣大潛山北麓，中下游河道淤塞，水流不暢，由于河流較為短小，因而交匯處的局地地形對(duì)其整體的流向產(chǎn)生了干擾[17]。受交匯處地形的影響，東淝河在合肥附近轉(zhuǎn)變?yōu)楸蔽飨蛄鲃?dòng)，與淮河干流近似垂直交匯。

5 結(jié)論

本文基于對(duì)淮河中上游段干流和兩側(cè)主要支流的分析，獲得了淮河干流和各支流的走向數(shù)據(jù)，以及干支流的交匯角，探討了該區(qū)河道的走向與區(qū)域地形之間的關(guān)系。結(jié)果表明， 區(qū)域地形是控制淮河兩側(cè)支流走向的主要因素，淮河兩側(cè)支流為較典型的順向河。受黃淮平原較低平的地勢(shì)影響，淮河北側(cè)支流的走向角度差較小。而淮河南側(cè)支流的走向角度差較大，主要是南側(cè)低山丘陵區(qū)較復(fù)雜的地形導(dǎo)致的?；春幽蟼?cè)的史河和東淝河的走向與其他河流偏離較大，可能是局地?cái)嗔鸦顒?dòng)控制所導(dǎo)致的。在平面地形上，淮河兩側(cè)支流表現(xiàn)出以緯線為軸的南北對(duì)稱；除史河和東淝河外，淮河兩側(cè)支流與干流的平均走向交匯角幾乎一致。這些現(xiàn)象表明，水系內(nèi)部河網(wǎng)可通過(guò)自身的調(diào)整，使其內(nèi)部支流之間達(dá)到某種自相似性。