1986—2021年雅江-尼洋河交匯段辮狀河道演變過(guò)程

游宇馳，李志威，余國(guó)安，胡旭躍

(1. 長(zhǎng)沙理工大學(xué)水利與環(huán)境工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410114；2. 武漢大學(xué)水資源工程與調(diào)度全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430072；3. 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所中國(guó)科學(xué)院陸地水循環(huán)與地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101)

辮狀河道的辮狀結(jié)構(gòu)變化通過(guò)河道內(nèi)沙洲的形成、局部沖刷、沉積和分割過(guò)程表現(xiàn)出來(lái)，河道和沙洲地形幾乎不斷被塑造和調(diào)整，尤其是在輸沙強(qiáng)度較大或洪水流量較大的水文過(guò)程中[1]。在全球氣候變化和干支流的梯級(jí)水庫(kù)運(yùn)行、河道內(nèi)人工植樹(shù)造林等人類活動(dòng)的多重影響下，雅魯藏布江(簡(jiǎn)稱雅江)流域1980年以來(lái)水沙情勢(shì)已發(fā)生不同程度的變化[2-6]，并促進(jìn)了雅江流域辮狀河流演變過(guò)程的復(fù)雜性。目前，雅江流域中下游因?qū)捳嚅g的河谷約束，辮狀河流的地貌形態(tài)演變已引起重大關(guān)注與研究[7-8]。

米林—派鎮(zhèn)河段是雅江中游最后一段典型辮狀河道，受兩側(cè)峽谷限制，約束河道橫向展寬，洲灘形態(tài)各異。同時(shí)，由于支流尼洋河從左岸匯入，支流不僅在匯入口擠壓主河道，而且補(bǔ)充較多泥沙，使得下游辮狀河道演變的影響因素更為復(fù)雜。與一般河流匯合處相比，在來(lái)沙量較大的匯合處更易發(fā)生顯著的泥沙淤積，從而影響下游河道形態(tài)演變[9]。近期針對(duì)雅江辮狀河道的不穩(wěn)定狀態(tài)[5]，采用野外一手觀測(cè)資料以及遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)開(kāi)展了河道-沙洲特征及結(jié)構(gòu)變化、局部水動(dòng)力觀測(cè)及生態(tài)河流動(dòng)力學(xué)應(yīng)用等方面[7，10-12]的研究。由于雅江地處青藏高原南部高海拔區(qū)域，野外測(cè)量數(shù)據(jù)獲取較困難，水文數(shù)據(jù)稀缺，涉及雅江中游辮狀河道形態(tài)演變的研究較難開(kāi)展，研究成果較少，尤其對(duì)雅江-尼洋河交匯段辮狀河道的時(shí)空差異以及變化過(guò)程中影響因素的作用模式缺少清晰認(rèn)識(shí)。

基于前人對(duì)青藏高原辮狀河流形成與演變的總結(jié)與歸納[13]，本研究結(jié)合野外觀測(cè)與水沙數(shù)據(jù)，篩選多年遙感數(shù)據(jù)，通過(guò)遙感水體指數(shù)提取辮狀河流參數(shù)，系統(tǒng)地研究1986—2021年雅江中游米林—派鎮(zhèn)段及與尼洋河交匯段的復(fù)雜辮狀河道形態(tài)特征，以及不同空間的河道-沙洲-植被的協(xié)同演變過(guò)程，探討尼洋河入?yún)R前后的雅江干流河道結(jié)構(gòu)差異性及其主要控制因素，以期深入認(rèn)識(shí)雅魯藏布大峽谷上游河段的辮狀河道現(xiàn)狀及未來(lái)演變趨勢(shì)。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域

雅江中游的米林—派鎮(zhèn)段為辮狀沖積河道，河道擺動(dòng)幅度最寬達(dá)3.57 km，最窄僅為194 m。如圖1(a)，根據(jù)主支流匯流區(qū)位置將研究區(qū)分為4個(gè)河段，即雅江匯流段上游(R1)、尼洋河匯流段上游(R2)、主支流交匯段(R3)及雅江匯流段下游(R4)，見(jiàn)圖1(b)—圖1(e)(2022年5月拍攝)。雅江干流由河段R1、R3和R4組成，其中，R1河谷長(zhǎng)約29.46 km，寬為1.42～3.16 km，面積約69.32 km2，坡降為0.19‰；R3的面積約11.79 km2，由尼洋河多條汊道形成的尼洋河三角洲和雅江干流組成；R4河谷長(zhǎng)約37.32 km，面積約87.58 km2，坡降為0.15‰，相比于雅江匯流段上游的東北流向，該段河道方向由于地貌條件的限制從東北流向發(fā)生4次改向，并且有3處受峽谷或沖積扇的雙重邊界限制而形成狹窄的單河道。R2長(zhǎng)10 km，河谷面積約32.39 km2，谷寬可達(dá)3 km，落差相對(duì)較大，坡降為1.79‰。

圖1 雅江中游與尼洋河交匯的上下游辮狀河道分段概況及野外考察照片F(xiàn)ig.1 Study reaches of braided channel of the confluence at the Middle Yarlung Tsangpo River and Nyang River and four photos in different sites by field survey in May 2022

1.2 研究方法

遙感影像數(shù)據(jù)采用地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)提供的Landsat系列數(shù)據(jù)(http：∥www.gscloud.cn)?？紤]到洪峰過(guò)程后，辮狀河流形態(tài)經(jīng)過(guò)高流量沖刷作用可以代表所在年份的河流地貌特征，且枯水期研究河段的河流流量相對(duì)較低，這一時(shí)期的衛(wèi)星圖像保證了辮狀河道和洲灘的大部分出露，便于提取，并盡量減少因水位不同造成的誤差。因此，經(jīng)過(guò)篩選遙感影像，本研究根據(jù)使用的數(shù)據(jù)及相應(yīng)的目的可分為5組：

(1) 篩選1986—2021年枯水期(11月的15期影像)遙感影像，用于提取河段有水河道特征數(shù)據(jù)；

(2) 篩選1995-11-07和1995-11-23的遙感影像，對(duì)比小差別流量時(shí)河道和沙洲形態(tài)的差別，2個(gè)日期的河道面積和沙洲面積分別相差1.57%和8.18%；

(3) 篩選1995-11-07和1996-11-09，以及2001-05-15和2001-11-15的遙感影像，對(duì)比汛期前后及不同汛期流量下的沙洲差異；

(4) 篩選1998-09-12、2002-08-06和2013-08-04的遙感影像，用于探討河道-沙洲-植被結(jié)構(gòu)中植被的作用方式；

(5) 使用12.5 m空間分辨率的DEM數(shù)據(jù)(https：∥search.asf.alaska.edu)提取沙洲及植被分布范圍的高程。

歸一化植被指數(shù)(INDV)可以反映植被覆蓋情況和植物冠層的背景影響，可提取河道、洲灘及植被覆蓋情況[14]，計(jì)算方法見(jiàn)式(1)。后文中沙洲(或植被)穩(wěn)定區(qū)是將1986—2021年的沙洲(或植被)圖層進(jìn)行疊置得到多年重合范圍，即沙洲(或植被)多年一直出露的區(qū)域。而其他受影響而變化的沙洲區(qū)域?yàn)榛顒?dòng)區(qū)，處理過(guò)程為1986—2021年的沙洲數(shù)據(jù)做合并操作，然后基于該圖層選取沙洲穩(wěn)定區(qū)之外的范圍，即可得到多年易受沖刷或沉積的活動(dòng)區(qū)。

(1)

式中：INDV≥0為不同植被覆蓋程度的非水體，INDV<0為水體；INIR為遙感數(shù)據(jù)中的近紅外波段，IRED為紅外波段，在Landsat 5和Landsat 7中分別對(duì)應(yīng)band 4和band 3，在Landsat 8中分別對(duì)應(yīng)band 5和band 4。

圖2 河道中心線遷移率計(jì)算示意Fig.2 Diagram of river centerline migration

野外考察發(fā)現(xiàn)，辮狀河道即使在高辮狀強(qiáng)度的河段，也有一條較明顯的主河道，次級(jí)河道從中分支。因此，本研究通過(guò)遙感數(shù)據(jù)提取主河道中心線，并將其相鄰遙感年份的變化通過(guò)遷移率進(jìn)行量化(圖2)，即定義河道中心線遷移率的計(jì)算公式，如下：

(2)

式中：Mij為i和j年主河道變化形成的第n個(gè)多邊形的遷移率；Ajn為i和j年主河道線相交形成的第n個(gè)相交多邊形面積；Lij為i年主河道中心線形成多邊形的長(zhǎng)度。

計(jì)算各年主河道的平均彎曲率，來(lái)對(duì)河道形態(tài)定量化描述，公式如下：

S=l/L

(3)

式中：S為平均彎曲率；l為主河道中心線彎曲長(zhǎng)度；L為河谷彎曲長(zhǎng)度。

2 研究結(jié)果

2.1 干流段主河道遷移過(guò)程

雅江主河道的河道中心線在1986—2021年擺動(dòng)變化如圖3(a)，發(fā)生明顯擺動(dòng)變化區(qū)域標(biāo)為S1—S8河段(圖3(b)—圖3(i))。其中，S1主河道線(圖3(b))擺動(dòng)主要發(fā)生在左側(cè)且擺動(dòng)范圍寬約524 m，2013年從河谷左側(cè)擺動(dòng)到右側(cè)。S2主河道線(圖3(c))在1986—1999年靠河谷左側(cè)擺動(dòng)，擺動(dòng)范圍最寬約354 m；在2000—2001年河道改向?yàn)榭坑覀?cè)擺動(dòng)，主河道遷移約462 m；而2002—2021年河道又回到左側(cè)擺動(dòng)，主河道多年最大擺動(dòng)寬度占谷寬的31.33%。S3主河道線(圖3(d))變化形態(tài)類似S1，主要在左岸以小于40 m的幅度擺動(dòng)，僅在2021年向右岸偏移188 m，主河道多年最大擺動(dòng)寬度占河谷的11.64%。S4(圖3(g))為順直河段，主河道線在3個(gè)局部發(fā)生小擺動(dòng)，最大擺動(dòng)范圍約839 m(占谷寬22.68%)。因此，S1—S4的主河道中心線主要是橫向擺動(dòng)，多年擺動(dòng)范圍占谷寬的11.64%～31.33%。

如圖3(h)，雅江與尼洋河交匯段下游的S5主河道由右岸逐漸往左岸單向遷移，3次遷移距離為65～338 m，2021年遷移到離右岸1/7河谷寬的位置。S6河道中心線(圖3(e))遷移過(guò)程相對(duì)復(fù)雜多變，不僅發(fā)生左右擺動(dòng)，并且河道曲線向下游遷移；變化過(guò)程中最大橫向遷移達(dá)3 084 m，最大縱向遷移1 945 m，最終主河道呈現(xiàn)2個(gè)凸向左岸的連續(xù)彎曲形態(tài)。S7主河道(圖3(f))遷移方式及過(guò)程和S5相似，均是由河谷右側(cè)逐漸遷移到左側(cè)，主河道多年擺動(dòng)范圍約443 m，占河谷寬度的28.61%。S8主河道(圖3(i))發(fā)生多年左右震蕩擺動(dòng)，1986—2002年基本靠河谷左側(cè)流動(dòng)，主河道彎曲形態(tài)沿著河谷邊界形狀分布；2008—2021年河道則改道流向河谷右側(cè)，被右岸山體限制后再流向左側(cè)，并在下游仍靠左側(cè)擺動(dòng)。

圖3 1986—2021年干流主河道8個(gè)局部河段遷移過(guò)程Fig.3 Migration processes of eight local reaches of the main channel from 1986 to 2021

圖4(a)是相鄰年份河道中心線遷移率(M)變化過(guò)程，橫軸時(shí)段1—14是根據(jù)已獲取的15期遙感數(shù)據(jù)設(shè)定的年限代號(hào)，即時(shí)段1為1986—1990年，時(shí)段2為1990—1993年，以此類推。1986—1993年(時(shí)段1和時(shí)段2)主河道遷移率較小，M=21.0 m/a。1993—2002年主河道平均遷移率達(dá)82.2 m/a，其中2001—2002年時(shí)段河道整體擺動(dòng)速率達(dá)148.1 m/a，S6以M=483.0 m/a發(fā)生最強(qiáng)烈的主河道遷移過(guò)程。2002—2021年河道遷移速率為中等程度(M=42.7 m/a)，該階段最大遷移率仍然發(fā)生在2008—2009年的S6。圖4(b)表明主河道曲率(S)隨時(shí)間呈2段階梯式減小趨勢(shì)。階段一為1986—2001年，曲率先增后減，平均曲率為1.15；其中1994—1995年達(dá)到峰值(S=1.17)，2000年河道因高流量被淹沒(méi)而擴(kuò)寬或合并，從而彎曲程度減小到1.13。階段二2002—2021年的曲率變化趨勢(shì)類似，平均曲率為1.13，低于階段一的曲率，并在2013年達(dá)到最大曲率(S=1.14)，2021年主河道曲率減小至1.11，達(dá)到近40 a最低。因此，主河道的曲率呈階梯式減小趨勢(shì)，曲率減小3.48%，主河道形態(tài)逐漸扁平化，河道結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)由復(fù)雜到簡(jiǎn)單的變化趨勢(shì)。

圖4 干流主河道遷移率及曲率變化Fig.4 Migration rate and sinuosity change of the mainstream over year

河段S1—S8中，每個(gè)河段的上下端點(diǎn)均是河谷收窄的地形節(jié)點(diǎn)。為綜合對(duì)比局部河段，將各段的特征及參數(shù)進(jìn)行匯總，見(jiàn)表1。邊界面積相對(duì)較小的是S1—S3和S7，這4個(gè)局部河谷均較順直，沙洲較小，中心線僅沿著左右岸橫向擺動(dòng)；邊界面積較大的S4—S6和S8河段內(nèi)的沙洲形態(tài)均較大，其中S4河谷順直，S5、S6和S8河谷呈彎曲形態(tài)。對(duì)比主河道平均曲率(表1)，S1河段內(nèi)的主河道平均曲率最大(1.33)，但其曲率多年標(biāo)準(zhǔn)差和其他低彎曲程度的河段均低于0.1。而S6河段主河道平均曲率不僅大(1.3)，且多年平均曲率標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)0.14。各河段內(nèi)的沙洲形態(tài)參數(shù)長(zhǎng)寬比(R)均在2.5以上，因此沙洲整體為長(zhǎng)條形，其中S3河段中沙洲較大，即該段沙洲更為細(xì)長(zhǎng)。對(duì)1986—2021年提取的沙洲空間分布數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量圖層運(yùn)算，得到沙洲穩(wěn)定區(qū)和活動(dòng)區(qū)。S1、S2、S4、S5的沙洲穩(wěn)定面積占河道面積均大于10%，S3、S6—S8則低于10%，尤其是S6的多年穩(wěn)定沙洲面積(0.53 km2)僅占河段面積的2.03%。相反地，S1—S5沙洲活動(dòng)面積低于40%，其中S3的比例最小，僅有10%的沙洲活動(dòng)區(qū)；S6—S8的沙洲活動(dòng)面積均大于50%，S6的沙洲活動(dòng)面積最大，達(dá)到63.55%。因此，雅江匯流區(qū)下游整體河段變化幅度大于上游，且河道及沙洲相比上游更不穩(wěn)定。

表1 交匯段的上下游S1—S8局部河段的基本特征

2.2 匯流區(qū)上下游形態(tài)對(duì)比

選取研究時(shí)段的代表年份(1986年、2000年、2021年)對(duì)比雅江匯流段上游和雅江匯流段下游的河道形態(tài)，如圖5所示。整體上，河道面積變化趨勢(shì)不明顯，多年平均河道面積為45.34 km2；多年平均沙洲面積為42.44 km2，且局部結(jié)構(gòu)變化較大；洲內(nèi)的植被面積由1986年的4.47 km2增加到2021年的8.05 km2。R1河谷較為順直且走向穩(wěn)定，植被覆蓋程度基本不變，河道形態(tài)在1986—2021年變化不大，擺動(dòng)幅度較小，沙洲以小面積的心灘為主，形態(tài)變化較小。R4河谷寬窄相間，走向發(fā)生4次改變，河道的局部遷移和沙洲形態(tài)也隨之顯著變化，且該河段內(nèi)植被面積逐漸增加，尤其在R4河段的S5—S6，主河道彎曲程度由高彎曲(S=1.52)逐漸變的平坦(S=1.17)，曲率減小了23%。且R4段內(nèi)沙洲型體較大，S5右岸沙洲面積自1986年逐漸擴(kuò)大，S6左岸沙洲在2021年因河道退化而與S5左岸沙洲合并形成更大型的沙洲，1986年S6右岸沙洲體型較大，在2000年受洪水斜槽切割破碎成4個(gè)沙洲，到2021年該部分沙洲的形態(tài)和分布完全改變。因此，R4段河道形態(tài)變化及差異性大于R1河段。

圖5 1986年、2000年和2021年雅江干流河道結(jié)構(gòu)對(duì)比Fig.5 Comparison of channel morphology in the mainstream Yarlung Tsangpo River in 1986，2000 and 2021

圖6 匯流段上下游河道主河道中心線曲率變化Fig.6 Sinuosity change of main channel centerline in reach R1 and R4

R1和R4分別代表雅江未受尼洋河匯流影響和受影響河段，R1和R4段的主河道彎曲度及變化過(guò)程差異較大。如圖6(虛線為多年平均值線)，R1段曲率多年平均值為1.17±0.007，在1995年曲率達(dá)到相對(duì)較大的峰值，S=1.18，因此R1曲率變化較平穩(wěn)。R4段主河道的曲率變化起伏較顯著，曲率多年平均值為1.12±0.03，其標(biāo)準(zhǔn)差是R1段的4倍。1994年R4的曲率為多年最大值，S=1.17，隨后曲率變化幅度較大并逐漸減小；在2000年減小到第1個(gè)低值，S=1.09；2001年S增加到1.13；2002年的曲率則減小到多年最低值，僅有1.07，主河道形態(tài)達(dá)到最平坦；2002年后河道擺動(dòng)幅度變大，曲率逐漸增加到2013年的1.14，高于多年平均曲率；2021年主河道曲率低于平均值，S=1.09。因此，河段R4的辮狀河道的活動(dòng)比R2段更為活躍，R1的主河道曲率大于R4，其中R1曲率多年變化不大，R4曲率在1996年之后變化波動(dòng)較大。

通過(guò)對(duì)比圖7的R1和R4沙洲面積分布情況可知，整體上R4段沙洲面積、沙洲面積差異以及面積變化程度均大于R1段的沙洲。1986—2021年R1段多年平均沙洲面積為0.44 km2，且各沙洲的面積差異不大，主要集中在0～1 km2。1986—2015年均有1～3個(gè)大沙洲面積遠(yuǎn)大于沙洲平均面積，尤其是2002年最大沙洲面積達(dá)8.43 km2，該沙洲的形成是由于河道淤積未連通而使相鄰沙洲合并成為1個(gè)沙洲。而在2021年則沒(méi)有異常大面積沙洲，河道內(nèi)沙洲面積均在1 km2內(nèi)。R4段沙洲面積普遍比R1段大，1986—2021年該段沙洲平均面積為0.73 km2。各年份均分布著1～4個(gè)相對(duì)大型沙洲，沙洲面積分布范圍相對(duì)分散，分布在0～4 km2，尤其在2008—2021年沙洲面積分布范圍主要因面積高值逐漸變大而進(jìn)一步擴(kuò)大，到2021年沙洲面積上限達(dá)4.03 km2，特大沙洲面積為8.09 km2，是其他年份沙洲面積上限的1.22～9.83倍。尤其在1993年、1995年和2002年沙洲面積分布集中，除了3～4個(gè)大于1 km2的大沙洲，其他沙洲面積均集中在0～0.7 km2。

圖7 R1和R4沙洲面積離散程度Fig.7 Dispersion of bar area

2.3 尼洋河段及匯流區(qū)形態(tài)變化

尼洋河匯流區(qū)上游的辮狀形態(tài)較為復(fù)雜，且河道匯入雅江干流的角度近乎垂直，因此尼洋河來(lái)水來(lái)沙直接影響著匯流區(qū)的形態(tài)變化。圖8是尼洋河匯流段上游辮狀河道和主支流交匯段不同年份的對(duì)比?？臻g形態(tài)上，R3河谷呈彎曲弧形，主河道先靠左岸，受右岸山體限制后轉(zhuǎn)向左岸流去，隨著尼洋河逐漸靠近雅江干流，尼洋河辮狀形態(tài)發(fā)育顯著，主河道特征逐漸減弱，由1股逐漸演變?yōu)?股，最后通過(guò)多條河道匯入雅江干流。在雅江中上游和尼洋河來(lái)水來(lái)沙變化條件下，匯流區(qū)的尼洋河三角洲淤積狀態(tài)發(fā)生變化，并對(duì)匯流區(qū)河道產(chǎn)生不同程度的擠壓。1986年匯流區(qū)的沙洲分布左右寬為4.45 km，2000年兩側(cè)沙洲因河道未連通而與邊灘合并導(dǎo)致河道內(nèi)沙洲寬為3.84 km，2021年沙洲更趨于合并，匯流區(qū)兩側(cè)河道進(jìn)一步斷連，沙洲范圍僅寬3.06 km。

圖8 尼洋河R2段辮狀河道形態(tài)變化及對(duì)主河道R3的擠壓過(guò)程Fig.8 Morphology change of R2 and pushing process by the Niyang River

1986—2021年尼洋河匯流段上游和主支流交匯段河道面積分別在6 km2和2 km2上下波動(dòng)，并未呈現(xiàn)趨勢(shì)變化(圖9(a))。R2河道面積在1994年和2015年相對(duì)較大，分別為6.41 km2和7.20 km2。R3河道面積在2000年為2.76 km2，主河道平均寬569 m，明顯寬于1986年的419 m和2021年的362 m，且2021年河道因沙洲擠壓致使寬度最小。如圖9(b)，尼洋河入?yún)R雅江干流的連通河道與未連通河道均呈波形減小趨勢(shì)，連通河道數(shù)總體大于未連通河道數(shù)。連通河道數(shù)由1986年的8條減少到2021年的4條，未連通河道由6條減少到3條。因此，整體上尼洋河下游匯入雅江的辮狀河道數(shù)量減少，河道淤積使得河道兩側(cè)沙洲與邊灘合并，河道內(nèi)沙洲與沙洲合并或擴(kuò)大，從而擠壓R3內(nèi)的主河道。

圖9 R2和R3河道形態(tài)變化Fig.9 River morphology change of R2 and R3

3 洲灘形態(tài)變化的主要影響因素

3.1 邊界條件

雅江中游米林—派鎮(zhèn)段的兩側(cè)山體是河道橫向遷移的邊界限制，河道流向改變主要發(fā)生在山體凸面或凹面基點(diǎn)處，如S5、S6、S8等局部河段。圖10為S5的左岸大型沙洲在1986—2021年受徑流沖刷及邊界限制的變化過(guò)程，圖10(a)底圖為1986年11月14日，圖10(b)為2021年11月14日，點(diǎn)A和B是右岸邊界與水流相互頂沖的2個(gè)作用點(diǎn)。Yuan等[11]研究表明S5入水口斷面的流速分布均勻且水下地形左高右低，因此，S5的沙洲靠左側(cè)分布，而河道流向因右岸山體邊界限制由東北轉(zhuǎn)為東南流向，偏轉(zhuǎn)約38°。同時(shí)水流與點(diǎn)A和B對(duì)沖后，沖擊沙洲西南角該區(qū)域邊界從紅色逐漸消退至綠線處。沿著沖刷方向，1986—1995年洲體被沖刷219 m，1995—2002年沙洲向后移動(dòng)357 m，2002—2021年沙洲邊界后移274 m，最終沙洲面積損失0.95 km2。而點(diǎn)A所在的凹面逐漸淤積，1986—2021年新增0.31 km2邊灘。

河岸對(duì)河道的相對(duì)約束性是河道形態(tài)變化的重要影響因素，而河道的變化與沙洲的變化相輔相成，S5左岸沙洲正是因河岸的約束性作用使河道方向和水流結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而使得沙洲受到?jīng)_刷并與水沙變化過(guò)程協(xié)同演變，達(dá)到新的穩(wěn)定狀況。根據(jù)以上分析的邊界特點(diǎn)，即河谷兩側(cè)的山體凹凸特點(diǎn)使得洲體淤積或被沖刷，統(tǒng)計(jì)全河段，類似于A-B的邊界基點(diǎn)共有9處，改變河流走向的邊界長(zhǎng)度約占河谷邊界長(zhǎng)度的6.38%。

圖10 S5左側(cè)沙洲變化受邊界限制Fig.10 Bar change of S5 constrained by boundary condition

3.2 水文條件

為探討河道-沙洲形態(tài)在枯水期—洪水期—枯水期的水文周期中的變化程度，選擇水沙數(shù)據(jù)與遙感數(shù)據(jù)匹配的1996年為代表年，使用1995年11月和1996年11月遙感數(shù)據(jù)對(duì)比1996年洪水前后的沙洲結(jié)構(gòu)變化，并增加2001年5月和2001年11月的對(duì)比數(shù)據(jù)。1995年11月和1996年11月的河道面積分別為47.69 km2和46.95 km2，差別僅為1.5%，說(shuō)明這2個(gè)日期的流量接近，則2個(gè)日期的沙洲形態(tài)差異可進(jìn)行對(duì)比。如圖11，沙洲未變區(qū)域表示沙洲在1995年11月和1996年11月均出露的區(qū)域；沙洲沖刷區(qū)域代表該區(qū)域在1995年11月存在，在1996年11月不存在或未出露；相反地，沙洲沉積區(qū)域表示該區(qū)域在1995年11月不存在或未出露，而1996年11月存在。

結(jié)果表明，1996年沙洲未變區(qū)域面積為33.48 km2，沖刷區(qū)域面積為4.21 km2，沉積區(qū)域面積為5.25 km2。因此，在1996年11月9日之前日平均含沙量為0.14 kg/m3，日平均流量為2 010 m3/s，且洪峰流量是11月9日流量的6倍的來(lái)水來(lái)沙條件下，沙洲凈增加面積僅為未變區(qū)域面積的3.11%。類似地，2001年5月15日和2001年11月15日是汛期前后2個(gè)徑流相似的日期，且汛期最大流量是該日期的8倍，沙洲凈增加面積為未變區(qū)域面積的6.1%，該比例是1996年的2倍。這些沙洲的淤積或者被沖刷過(guò)程是來(lái)水來(lái)沙與河道相互作用的反映[15]，更大的汛期來(lái)水來(lái)沙量對(duì)沙洲的改造和塑造能力更強(qiáng)[16-17]。從而導(dǎo)致在枯水期與上一個(gè)枯水期的對(duì)比中沙洲發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，即1995年的沙洲邊緣在1996年被小幅度沖刷，且1996年新生成小面積沙洲，并且原有相鄰的沙洲連接在一起。

圖11 1996年汛期前后沙洲變化Fig.11 Change of sandbar before and after flood period in 1996

3.3 植被條件

雅江米林—派鎮(zhèn)段河道內(nèi)的大型沙洲較多，植被多分布于沙洲內(nèi)部或側(cè)邊(圖12)。多年未變動(dòng)的穩(wěn)定沙洲面積總計(jì)15.55 km2，平均面積為0.17 km2，其中最大沙洲穩(wěn)定區(qū)在S6，達(dá)3.45 km2。沙洲多年活動(dòng)變化面積為54.71 km2，活動(dòng)變化最大的仍然在S6(21.15 km2)。同理，植被長(zhǎng)期穩(wěn)定面積約2.72 km2，均分布在沙洲穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，其中R1和R4河段的穩(wěn)定植被面積各占河谷面積的2.57%和1.34%。根據(jù)以上3類分布情況疊加DEM數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)沙洲穩(wěn)定區(qū)平均高程為2 891 m，沙洲活動(dòng)區(qū)平均高程為2 886 m，植被穩(wěn)定區(qū)平均高程為2 897 m。因此，河段內(nèi)植被主要基于較高的沙洲生長(zhǎng)擴(kuò)張，且尼洋河匯入雅江前的河道穩(wěn)定植被的占比與分布更高。

圖12 沙洲及植被的分布Fig.12 Distribution of bars and vegetation

植被根系固著于沉積物之上，可抵抗洪水期的水流沖刷，降低水流速度，有助于泥沙沉積，為植被創(chuàng)造更加穩(wěn)定的生長(zhǎng)環(huán)境，從而進(jìn)一步利于泥沙加積和沙洲穩(wěn)定。篩選汛期1998-09-12、2002-08-06和2013-08-04的遙感數(shù)據(jù)探討河段內(nèi)植被—河道關(guān)系。如圖13，洪水期河道面積約79～85 km2，是同年11月的1.66～2.01倍，且沙洲面積比同年11月減少了66.8%～79.1%。洪水期植被面積呈增加趨勢(shì)，分別為1.89、3.39和5.77 km2。與各年枯水期的植被面積相比，2002年11月植被面積比8月增加了46.7%，而2013年11月與8月的植被面積僅相差3%。這說(shuō)明在洪水期植被增加對(duì)水沙緩沖攔截并穩(wěn)固沙洲的作用在生效，如S6區(qū)域左岸在2013-08-04有3個(gè)植被斑塊，由1998年的洪水淹沒(méi)狀態(tài)發(fā)展到植被覆蓋而穩(wěn)定在洪水河道中(圖13)。這種作用模式的植被占2013-08-04植被面積的11.8%，主要分布在R4河段。該比例較小，可能是由于尼洋河匯入雅江后，增大了來(lái)水來(lái)沙，并受限于彎曲的邊界，使得水沙的運(yùn)動(dòng)方向及分布更加復(fù)雜多變，從而沙洲變化幅度較大，不利于植被和沙洲的穩(wěn)定。

S1—S3的河道-沙洲-植被結(jié)構(gòu)中沙洲邊界主要與植被邊界接近，如S1區(qū)域，該區(qū)域高程為2 897～2 905 m，沙洲淤積高度較高，同時(shí)植被范圍自1985年一直屬于沙洲穩(wěn)定區(qū)。這種作用模式的植被在2013年8月4日的河段植被中占88.2%，主要分布在R1河段。因此，R1河段的植被對(duì)來(lái)水來(lái)沙的阻力作用非常有限，主要因河段較大的沉積量[5]形成的大沙洲，反過(guò)來(lái)為植被提供穩(wěn)定的生長(zhǎng)環(huán)境。S4—S7的植被主要在未淹沒(méi)的沙洲內(nèi)逐漸擴(kuò)張。

圖13 汛期河道結(jié)構(gòu)與植被覆蓋的關(guān)系Fig.13 Relationship between river structure and vegetation cover in flood seasons

綜上可知，雅江米林—派鎮(zhèn)段的河道-植被-沙洲的協(xié)同作用包括2種過(guò)程：① 沙洲自身已發(fā)育至具有一定高度和規(guī)模后，一般洪水僅能淹沒(méi)沙洲的低灘處，而沙洲內(nèi)部不易受到洪水干擾，進(jìn)一步促進(jìn)植被發(fā)育，這種模式主要發(fā)生在R1河段；② 植被的促淤維穩(wěn)效果使得沙洲邊緣穩(wěn)定沉積，這種模式主要發(fā)生在R4河段。

4 結(jié) 論

本文基于野外調(diào)查和遙感影像數(shù)據(jù)，通過(guò)遙感處理技術(shù)分析雅江與尼洋河交匯段上下游辮狀河道的變化特征，主要結(jié)論如下：

(1) 雅江中游米林—派鎮(zhèn)段的主河道曲率呈一定程度的減小趨勢(shì)且趨于扁平化。6.38%的邊界長(zhǎng)度限制并主導(dǎo)該辮狀河道的基本走向，下游河道受尼洋河水沙匯入以及山體邊界限制，形態(tài)變化比上游更為活躍，主河道曲率及變化幅度、沙洲面積及離散度均大于上游河道。

(2) 尼洋河下游辮狀河道復(fù)雜多變，但面積變化不明顯，匯入雅江干流的連通河道數(shù)量由8條減少到4條，匯流區(qū)的主河道在枯水期受洲灘淤積而擠壓，汛期則被洪水淹沒(méi)，即河寬及洲灘面積在不同來(lái)水條件下波動(dòng)變化。

(3) 米林—派鎮(zhèn)段辮狀河道形態(tài)變化的動(dòng)力主要是汛期的水沙過(guò)程，且水沙活動(dòng)以沉積為主，更大的來(lái)水來(lái)沙會(huì)增加新出露的沙洲或者連接相近出露沙洲。未來(lái)雅魯藏布江下游水電開(kāi)發(fā)在該河段修建梯級(jí)水庫(kù)等工程將會(huì)進(jìn)一步減小河段的水沙流速，促進(jìn)泥沙沉積過(guò)程，沙洲形態(tài)可能持續(xù)變大。

(4) 米林—派鎮(zhèn)段辮狀河道內(nèi)河道-沙洲-植被結(jié)構(gòu)變化主要有2種模式：一是較大或地形較高的沙洲形態(tài)在汛期基本不被洪水影響，給植被提供生長(zhǎng)及擴(kuò)張空間，并可能進(jìn)一步向低地形的枯水期出露沙洲部分?jǐn)U張，在以后洪水期逐漸對(duì)水沙產(chǎn)生抑沖促淤的反饋，該模式的植被覆蓋占88.2%；二是新生植被在枯水期裸露的沙洲上逐步扎根穩(wěn)定，在洪水期攔截水沙的能力逐漸加強(qiáng)，并可促進(jìn)沙洲的穩(wěn)定，從而新生植被逐漸伴生新生沙洲的形成，該模式的植被覆蓋僅占11.8%。

未來(lái)需繼續(xù)對(duì)雅江辮狀河流持續(xù)關(guān)注研究，并加強(qiáng)完善野外測(cè)量數(shù)據(jù)，如河道的實(shí)測(cè)地形和水沙實(shí)測(cè)等數(shù)據(jù)等，進(jìn)一步探討全要素對(duì)河道-沙洲-植被綜合影響的理論基礎(chǔ)和過(guò)程。