黃河龍羊峽以上干流河道形態特征及空間分異規律研究

寇曉梅，王玉孝，牛 樂，楊 濤，胡金明，洪 歡

(1.中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，陜西 西安 710065；2.國家電投黃河上游水電開發有限責任公司，青海 西寧 810008；3.云南大學，云南 昆明 650091)

0 前 言

黃河龍羊峽以上干流河長約1 600 km，源頭至鄂陵湖出口長約200 km，鄂陵湖出口至龍羊峽水電站庫尾河長約1 417 km，落差1 677 m，多年平均流量643 m3/s。本文研究對象是從鄂陵湖出口至龍羊峽水電站庫尾的河段。

研究河段自上而下地貌特征主要表現為：從鄂陵湖出口—達日縣，黃河干流穿行于起伏不大的高原丘陵盆地地帶，支流縱橫、沼澤湖泊星羅棋布，河谷開闊，河床平坦；從達日縣—久治縣，河道穿行于巴顏喀拉山東南段與阿尼瑪卿山中段—南段之間，兩岸山勢漸高，坡度較緩，河谷略有收縮，寬谷和峽谷間有分布；從久治縣—瑪曲縣，河流經過開闊的沼澤區，支流黑河、白河等匯入，水量大增，成為黃河第一大產流區；從瑪曲以下，河道從高原下切成為深谷，河谷狹窄，水流湍急，落差較大。

1 河型分類及特征指標

1.1 河型分類

河型是指一條河流的平面形態，它從宏觀上直觀地反映了河流的地貌多樣性，不同河流形態存在不同的流速、流量、河寬、水深、比降、河床質粒徑梯度等，這些構成了河流多樣的生境條件，為魚類等水生生物生存繁衍提供了場所。自然條件的變化和人類活動會導致河流系統因素的改變，從而引發水生生態的改變，因此研究河型具有重要的生態意義。

目前，河型的分類并未完全統一，按照河流平面形態進行分類，可分為彎曲、順直、辮狀、單股、分汊、江心洲等類型；按河流變動特性分類，可分為周期增寬、蜿蜒、游蕩、擺動等類型。本文結合研究河段內河型空間分布特征，將河型分為單河道與多河道兩大類型，其中，單河道型包括蜿蜒、順直兩種河型，多河道型包括辮狀、網狀、分汊三種河型。

1.2 河流形態特征指標

為系統地反映研究河段形態特征，從河段的空間、內部、外部形態特征三個維度構建研究河段的河流形態特征指標體系。河流的空間特征用縱向與橫向的特征表示；河流的內部形態特征用河間地特征表示；河流的外部形態特征用邊界特征表示。每個特征下均設有進一步描述相應特征的指標，基于數據的可獲得性，針對河段特點并借鑒相關研究指標，選取4個特征7項指標進行表征，見圖1。

圖1 黃河上游河流形態特征指標體系

河流形態特征指標體系中，各指標的定義、內涵及計算方法如下。

(1)蜿蜒度(a1)：表征河流彎曲程度，反映河段縱向特征。蜿蜒度定義為河段內河流中心線長度(LC)與河段起止點間距離(L)比值，即a1=LC/L，為無量綱量。一般認為蜿蜒度大于1.5的河流為蜿蜒型河流。

(2)縱剖面(a2)：河流中心線高程沿程變化，反映河段縱向特征。縱剖面本文定義為研究河段每隔5 km提取中心線高程進行繪制。

(3)比降(a3)：沿水流方向上河段起止點高程差，反映河段縱向特征。河道比降定義為河段兩端高程差(Δh)與河段起止點間距離(L)之比，a3=Δh/L。

(4)河寬(a4)：河流總寬度，包括河道水面寬度與河間地寬度，反映河段橫向特征。本文河寬由遙感目視解譯得到河流邊界線，每隔100 m左右取河流寬度。

(5)橫斷面(a5)：反映河段橫向特征，如河岸坡度、河漫灘多寡、河谷大小等，同時又表征河流橫向連通性。本研究取河段典型斷面14處。

(6)面積比(a6)：特定河段單位面積內發育的河間地面積，用河段內河間地面積(AI)與河段總面積(A)之比來表示：a6=AI/A。河段總面積為河間地面積與水面面積之和。面積比用來反映不同河段分布的河間地相對差異及各個河段內河間地的發育狀況，面積比大表明河段內分布的河間地密度大，河間地發育良好，反之，說明河間地發育少，密度小。

(7)坡度比(a7)：斜坡坡面與水平面夾角的度數。河岸的坡度在一定程度上反映了河段的邊界條件。本文沿河道左右兩岸各向外擴3 km作為緩沖區，將緩沖區內的坡度劃分成6個等級，分別是0°～8°、8°～15°、15°～25°、25°～35°、35°～45°、大于45°，每個河段緩沖區內各個坡度等級所占百分比即為河段的坡度比。

2 河段河道形態特征及空間分異

2.1 河段河型

本研究將黃河龍羊峽以上河段劃分成14個部分，其中單河道型7段，編號為SCi(i為1～7)，多河道型7段，編號為MCi(i為1～7)，各河段位置見表1及圖2。

表1 黃河龍羊峽以上河段河型分段示意

2.2 河段縱向特征——蜿蜒度

研究黃河上游龍羊峽以上干流河段蜿蜒度(見圖3)，整體而言，蜿蜒度大于1.5的河段有5段，總長約953 km，占總河長的67%。其中，單河道中蜿蜒度最大的是SC5段，其次是SC3段，再次是SC1段；多河道中，蜿蜒度最大的河段是MC6段，其次是MC5段；其余河段的蜿蜒度均在1.2～1.4之間，較為順直。

2.3 河段縱向特征——縱剖面

研究河段干支流縱剖面(見圖4)，河段從下游至上游干流海拔高程沿程升高明顯，比降達1.17‰，但分段上升幅度有差異，總體上可分為四段。

第一段：從龍羊峽庫尾至澤曲匯入口段，河段縱剖面上升幅度明顯，為整個河段中最大，比降為4.34‰，其中巴溝匯入口至澤曲匯入口縱剖面發生顯著轉折，是黃河龍羊峽以上干流河床下切幅度最大的河段。根據河流裂點(nick point)理論，該河段應是黃河龍羊峽以上干流的“裂點”。

第二段：從澤曲匯入口至沙曲入口段，河段上升幅度變緩，比降為0.46‰。

第三段：從沙曲入口到吉邁段，河段上升幅度又有增加，比降為1.2‰。

第四段：從吉邁口到鄂陵湖口，上升幅度變緩，比降僅為0.80‰。

圖2 黃河上游龍羊峽以上干流河型分布

圖3 黃河上游龍羊峽以上干流各河段蜿蜒度值

圖4 黃河上游龍羊峽以上干支流縱剖面示意

較大支流中，除了瑪曲黃河第一彎處的幾條河流的中下游河段上升幅度較小外，其余支流海拔高程上升幅度均大于相應干流河段，特別是澤曲入河口下游的支流(沙溝、茫拉河、大河壩河、曲什安河、巴溝、切木曲)，支流比降在3.8‰～13.0‰。

2.4 河段縱向特征——比降

各河段比降見表2～3。單河道段中，除了SC2和SC6段的河道比降較小外，其余河段的河道比降均大于1‰，其中SC1段河道比降為所有河段中最大，達到3.46‰。多河道段中，MC5段河道比降最大，達到2.27‰，位于柯生鄉、歐拉鄉段的MC1和位于瑪多附近的MC7段河道比降大于1‰，其余河段的河道比降均小于0.5‰，其中MC3與MC2段河道比降最小，小于0.3‰。總體而言，位于上游多河道段的河道比降均要小于緊連的單河道段的河道比降。

表2 黃河上游龍羊峽以上干流各河段單河道比降

表3 黃河上游龍羊峽以上干流各河段多河道比降

2.5 河段橫向特征——河寬

各河段河寬的特征值見表4。研究河段平均河寬為428 m，多河道段的平均河寬遠大于單河道段。單河道SC3段達到最大，SC7段達到最小；多河道段平均河寬最大的河段在黃河第一彎處的兩個網狀河段MC3和MC4，平均河寬最小的河段在最上游的MC7段。研究區內最大河寬出現在位于瑪曲采日瑪鄉附近的MC4段，該段有發育規模較大河間地，河寬達到5 988 m；最小河寬出現在靠近瑪多的單河道SC7段，約為10 m。

表4 黃河上游龍羊峽以上干流河段河寬特征值

變差系數(CV)反映了各河段中河寬的相對離散程度，CV值越小表明河段內河寬相對越一致。總體來看，多河道段的河寬變差系數要大于單河道段，其中SC4段和MC2段的變差系數小，河寬相對一致；河寬變差系數較大的河段是MC6段與MC7段，這兩個河段內河寬變化差異較大，河型變化豐富。

2.6 河段橫向特征——橫斷面

各河段的典型橫斷面(見圖5)可以看出，黃河龍羊峽以上干流各河段典型橫斷面形態多樣，不僅有位于峽谷、河谷區V型、U型斷面，還有位于平原區的開闊斷面。

從下游至上游看，SC1段位于下切河谷區，河流深切，兩岸間或有沖積扇分布；MC1、SC2段河谷開始變得較為開闊，出現大面積階地，階地以下有少量河濱濕地；MC2、SC3、MC3段兩岸極為開闊，有大面積河漫灘，地勢平緩，發育有河漫灘濕地，周圍分布有沙丘和牛軛湖遺留痕跡；SC4段河漫灘較少，斷面呈U型；MC4段附近有低于河道高程的湖泊濕地，河岸極為開闊；SC5河谷較為開闊，兩岸分布有河漫灘濕地，斷面呈U型；MC5段河谷更為開闊，發育有很多河漫灘濕地；SC6、MC6段兩岸地勢較平緩，兩岸發育有大量與河相連的湖泊濕地；SC7斷面呈V型，屬V型峽谷段；MC7段兩岸極其平緩，兩岸分布有與河道相連的大型湖泊。

圖5 黃河上游龍羊峽以上各河段典型橫斷面

2.7 河間地

河間地是指包括河心洲、沙洲、邊灘等在內的河道間未被水淹沒的部分，河間地作為濕地最重要的組成部分，具有獨特的生態功能及價值。通常認為魚類傾向于在河間地較多的河段產卵，所以河間地的存在與面積數對魚類等水生生物有重要影響。總體來看，研究河段的河間地大多分布在多河道段。用面積比來分析河間地的發育情況，計算結果如表5所示。

單河道段中，SC4與SC1河段的面積比最小，接近0；而SC2、SC3與SC5面積比較大，占總河段總面積的20%左右，這表明這些河段相比其他單河道河段，河道中分布了較多的河心洲。多河道河段中，MC7段面積比最大，達到83%，其次是MC6段和MC4、MC3，面積比在73%左右，面積比最小的是MC2段。除MC2段外，多河道河段河間地的面積比均大于50%，表明黃河龍羊峽以上干流多河道段內河間地發育普遍良好。

表5 各河段河間地特征

2.8 邊界特征——坡度比

各河段邊界的坡度比(見圖6)總體來看，多河道段邊界分布在0°～8°和8°～15°這兩個范圍的坡度所占比例較單河道段多。單河道段中，SC1段和SC5段的邊界坡度在25°～35°、35°～45°、大于45°范圍所占比例較大，這與SC1段高原面抬升，河流深切作用有關。SC2段、SC3段和MC2段90%以上的邊界坡度都位于0°～8°和8°～15°這兩個范圍區間，這3段所處區域沼澤濕地發育。MC6與MC7段95%以上的邊界坡度小于15°，這兩個河段兩岸地勢平坦，湖泊密布。

圖6 黃河龍羊峽以上干流各河段邊界不同等級坡度比例

3 結 論

黃河龍羊峽以上干流河型總體上呈單河道型與多河道型相間分布形態，其中在研究河段下游段澤曲入口以下的SC1段及沙曲至達日的SC5段，單河道型河段距離較長，河道比降較陡，是研究河段中水力資源蘊藏較為豐富的河段；多河道型河段主要分布在黃河第一灣瑪曲河段及研究河段的上游段鄂陵湖口至達日河段，該區域河谷較為開闊，河網較發育，河道比降小，生物多樣性相對較豐富，是高原魚類生境條件較為適宜的區域。

本文構建了研究河道形態的縱向特征指標(蜿蜒度、縱坡面、比降)、橫向特征指標(河寬、橫斷面)、河間地特征指標(面積比)、邊界特征指標(坡度)等7項指標，較為全面、系統地定量分析了黃河龍羊峽以上河道的自然形態特征，表征了研究河段形態的空間分異規律，這些研究能夠為今后對黃河上游干流合理利用資源和生態環境保護提供較為充分的技術依據和參考。