瑞丽江与勐波罗河水沙变化特征分析

李 恩, 赵 琼

（云南省水文水资源局保山分局，云南保山 678000）

云南保山市位于长江经济带上游区域，境内的怒江、伊洛瓦底江为典型的山区型河流，因其下游流入缅甸而成为具有重要经济开发价值的国际河流。受到山区地形和滇西交通条件的限制，怒江、伊洛瓦底江及其支流的开发利用较为滞缓，针对河流水文情势、水质和物质输移规律的基础科学研究更加缺乏。随着长江经济带发展新战略格局的形成，该区域对外交流合作与流域资源开发利用的需求不断增加，生态环境保护的重要性也日益凸显。

河流泥沙分布是反应流域水土流失情况的重要因素，也是影响河流水质的关键指标[1-2]。对河流水沙变化特征进行分析，有助于深入理解流域地质条件与沿河生态环境的演变趋势，为指导当地水资源开发利用、水库运行调度和水利工程建设提供数据基础[3]，对区域水生态环境保护与水质控制工程的实施提供参考，进一步推进长江流域生态文明建设，促进长江经济带的建设与发展。

1 资料与方法

1.1流域概况

保山市地处云南省西部，为长江经济带上游，区域内河流众多，纵横交错，分属于澜沧江、怒江、伊洛瓦底江三大流域。境内流域面积大于1 000 km2的河流共有6条，分别为澜沧江、怒江、勐波罗河、瑞丽江、大盈江、南底河。本研究主要关注瑞丽江和勐波罗河两条典型的山区河流。

瑞丽江位于云南省西部，属伊洛瓦底江左岸支流，发源于保山市腾冲市明光乡中和头山，西部与大盈江水系接壤，东隔高黎贡山与怒江为邻，北与怒江州接壤，南接德宏州瑞丽江河段，流域面积9 743 km2，境内河长369.5 km，河道落差2 523 m，平均坡降6.8‰。河流由北向南流经云南省腾冲、龙陵、梁河、潞西、陇川、瑞丽6个县（市）。

勐波罗河为怒江左岸一级支流，发源于保山市隆阳区老营街汪家箐猴子石卡山（原名白鹤山）东北麓，全流域面积6 646.4 km2，主河道长193 km，全程落差2 280 m，平均坡降6.2‰。勐波罗河流经保山市隆阳区东南部，下游有大勐统河及永康河汇入，于临沧市小勐统镇鸭塘村西北约5 km处汇入怒江干流。

1.2 监测资料来源

数据来源于腾龙桥水文站与柯街水文（二）站（以下简称柯街水文站）。数据资料主要为1979—2008年的河流流量、水体含沙量、河流输沙量资料，以及上述两站控制集水区范围内的降水量资料。其中2005年之前为年平均数据，2006—2008年为逐月数据。

腾龙桥水文站位于瑞丽江中游河段，水文站以上至源头河长178.8 km，上游河段平均坡降5.51‰，断面上游控制径流面积3 487 km2，断面位置水面宽27～98 m，上游沿途有腾龙桥电站、大平田电站、龙江电站等坝后电站，其余电站为引水电站。见图1。

柯街水文站所在河段为怒江一级支流勐波罗河中游河段,柯街水文站断面上游控制径流面积1 755 km2，水文站断面以上至源头河长106.6 km，水文站至源头河段平均坡降10.67‰，断面位置水面宽7.5～43 m，上游61 km处有北庙中型水库1座（总库容7.35×106m3），其余为小型水库。见图1。

图1 腾龙桥水文站与柯街水文站位置示意图Fig.1 Location of Tenglongqiao hydrological station and Kejie hydrological station

2 结果与讨论

2.1 河流水沙年际变化特征

瑞丽江腾龙桥站1979—2008年流量多年平均值为150.20 m3/s，勐波罗河柯街站为19.70 m3/s。腾龙桥站1979—2008年含沙量多年平均值为0.48 kg/m3，历年最小年平均含沙量为2006年的0.22 kg/m3，最大年平均含沙量为1995年的0.81 kg/m3。柯街站1979—2008年含沙量平均值为2.79 kg/m3，相比腾龙桥站较高，最小年平均含沙量为0.36 kg/m3，出现在2006年，最大年平均含沙量为5.37 kg/m3，出现在1989年。

河流输沙量随着河流流量及水体含沙量的变化而变化。腾龙桥站1979—2008年输沙量多年平均值为1.79×106t，年输沙量最大值为4.95×106t，出现在1985年；年输沙量的最小值为1.47×105t，出现在2005年。柯街站1979—2008年的输沙量平均值为2.36×106t，约为腾龙桥站同期平均值的1.3倍。年输沙量最大值与最小值分别为4.430×106t和0.95×106t，分别出现在1985年和2003年。

1979—2008年，瑞丽江的流量、含沙量和输沙量变化趋势如图2所示。瑞丽江腾龙桥站流量、含沙量与输沙量的变化趋势相近。在1985年均出现了突然升高的现象，3项观测指标在1979—2008年均出现了较大幅度的波动。对上述3项数据进行变异系数（Cv值）的计算，结果显示，腾龙桥站含沙量和输沙量的Cv值分别为0.34，0.38，流量数据的Cv值为0.17，说明含沙量与输沙量的变异程度相近，且均大于流量数据的变异程度。

图2 瑞丽江水沙年际变化特征Fig.2 Annual variation characteristics of the water and sand in Ruili river

勐波罗河柯街站水体含沙量在1979—2008年整体呈现出下降的趋势（图3）。以2000年为界，2000年之前观测含沙量的年平均值几乎都在2 kg/m3以上（仅1998年除外），而2000年后的含沙量则逐年降低，至2008年低至0.36 kg/m3。柯街站观测流量与含沙量在1979—2008年均出现了较大波动，年际变化呈现出相近的趋势，进入2000年后，输沙量与流量仍保持了相似的波动变化，但输沙量的变化幅度低于流量，且输沙量整体出现了下降的趋势。柯街站含沙量和输沙量的Cv值分别为0.52，0.59，大于流量数据的Cv值0.30，说明含沙量与输沙量年际变化的变异程度大于流量变化。

图3 勐波罗河水沙年际变化特征Fig.3 Annual variation characteristics of the water and sand in Mengboluo river

2.2 河流水沙年内变化特征

瑞丽江腾龙桥站与勐波罗河柯街站的流量、含沙量和输沙量数据年内分布呈现出较强的异质性，表现出较为显著的季节变化特征，含沙量与输沙量的年内分配趋势与流量变化存在一定的相似性。另一方面，保山地区夏季较为集中的降雨条件与河流水沙变化特征之间也存在着一定的联系。

瑞丽江腾龙桥站2006—2008年逐月观测数据显示，河流月平均流量在1—4月较低，5月后持续上升，并在7月达到流量最大值，随后在8—12月缓慢下降。其中6—10月流量平均值最大，为全年平均流量的1.8倍。同一时期内，含沙量与输沙量数据呈现出比流量数据更为突出的年内分布不均的特征，但整体仍表现为夏秋季高于冬春季。如图4所示，腾龙桥站含沙量在5—10月平均显著高于11月到翌年3月，2006—2008年的最大含沙量数据分别出现在5月、9月和10月，3年间5—10月的含沙量平均值约为年平均值的1.8倍。腾龙桥站输沙量随着流量与水体含沙量的变化而变化，3年内观测最高值分别出现于7月和10月，5—10月中输沙量占全年输沙量的95%，是一年中河流泥沙输移量最大的时间段。

结合气候条件来看，5—10月也是区域内降雨最丰沛的时间段。2006—2008年，腾龙桥站降水量在年内呈现出比较显著的变化特征，表现为每年4月开始出现显著上升的趋势，在7月达到最高值，随后逐月降低。5—10月的降水量占全年降水量的85%以上。

图4 瑞丽江腾龙桥站含沙量、输沙量、流量、降水量年内变化趋势Fig.4 The intra-annual trends of the sand concentration,sand transport,flow rate and precipitation of Ruili river

如图5所示，勐波罗河柯街站2006—2008年流量、含沙量与输沙量数据的年内变化趋势与腾龙桥站相似，3项观测数据在夏秋季的观测值均远高于其他时间段，其中流量数据在7—11月的平均值较高，是年平均值的1.7倍，最高值出现的时间段相比腾龙桥站较晚。柯街站含沙量和输沙量数据在5—10月的波动幅度较大，且两项观测数据的变化趋势高度相近，均在5月、7月和10月出现极大值，其中含沙量在5—10月的平均值为年平均值的1.8倍左右，同期输沙量则占到了全年输沙量的94%。柯街站降水量年内变化趋势与腾龙桥站相近，5—10月降水量较高，占全年降水量的85%，降水量最高值均出现在7月。

2.3 输沙模数分析

输沙模数是指某一时段内流域输沙量与相应集水面积的比值，是表示流域侵蚀产沙强度的指标之一，是流域内地貌、地面组成物质、气候、植被覆盖度以及人类活动对泥沙综合影响的结果和反映，是研究流域侵蚀产沙规律，进行水土保持规划、水利工程设计等的最基本依据[4]。1979—2008年，瑞丽江腾龙桥站和勐波罗河柯街站的年输沙模数平均值分别为690.40 t/km2和1 019.85 t/km2，表明勐波罗河柯街站上游河段流经区域的泥沙侵蚀情况较为严重。从历年输沙模数变化趋势（图6）来看，腾龙桥站年输沙模数在1979—2008年间不停波动，未呈现出明显的变化趋势，而柯街站年输沙模数整体呈现出逐年下降的趋势，在2003年以后已下降至100以下，低于同时期腾龙桥站的观测数据，可推测勐波罗河柯街站上游河段周围区域的泥沙侵蚀现象正在逐年改善。

图5 勐波罗河柯街站含沙量、输沙量、流量、降水量年内变化趋势Fig.5 The intra-annual trends of the sand concentration,sand transport,flow rate and precipitation of Mengboluo river

图6 瑞丽江与勐波罗河年输沙模数变化趋势Fig.6 Trends of the annual sand transport modulus of Ruili river and Mengboluo river

2.4 泥沙影响因素浅析

河流泥沙的来源主要为土壤侵蚀，影响其变化的因素主要包括地质条件和气候条件两大方面。保山市所处的滇西地区地势以高山峡谷为主，多分布质地松散的泥岩、砂岩，同时山区河流坡降大、水流湍急，容易对流经的地区造成冲刷，导致河流水体的含沙量增加。此外，保山属低纬山地亚热带季风气候，降水充沛、干湿分明，河流水量补给主要以降雨为主，夏季暴雨径流携带大量泥沙汇入河流中，使得同期河水的流量、含沙量与输沙量均同步升高。利用SPSS软件，对腾龙桥、柯街（二）站的降水量和流量、输沙量数据进行Pearson相关分析，结果表明，区域降水量与河流的流量、输沙量均存在显著的正相关关系，其中降水量与流量在0.05水平上有统计学意义，与输沙量在0.01水平上统计学意义，而流量与输沙量在0.01水平上统计学意义。根据上述结果可推测，夏季时降水量增加，暴雨径流大量汇入河道，可能造成短时间内河流流量的增加，而较强的水流对河岸及附近土地造成侵蚀冲刷，携带大量泥沙在山谷地形中快速下泄，最终导致下游水文监测站点观测到的水沙数据出现显著上升。

另一方面，山地河流具有丰富的水资源量和较高的开发价值，随着云南经济社会发展和城市化进程的快速推进，山区河流不可避免地被人类活动所影响。水利工程、设施的建设和沿河生产活动都会对河道及河岸的形态、地质条件和植被分布情况产生影响，使其稳定性降低[5]，更容易产生泥沙的侵蚀和迁移，从而改变河流的泥沙输移变化特征，如柯街站在2000年前后水体含沙量与输沙量的差异很有可能与上游北庙水库运行调度规律的改变有关[6]。

表1 瑞丽江与勐波罗河输沙量、流量、降水量的Pearson相关性分析（n=30）Tab.1 Pearson correlation analysis of sand transport,flow rate and precipitation of Ruili river and Mengboluo river(n=30)

3 结论

（1）瑞丽江1979—2008年含沙量平均值为0.48 kg/m3，输沙量平均值为1.79×106t，勐波罗河同期含沙量平均值为2.79 kg/m3，输沙量平均值为2.36×106t。两条山区河流的流量、含沙量与输沙量年际变化呈现出相近的变化特征，其中勐波罗河含沙量与输沙量在1979—2008年间整体呈下降趋势。含沙量与输沙量的年际变化变异程度大于流量变化。

（2）瑞丽江与勐波罗河含沙量、输沙量、流量与降水量均表现出夏秋季高、冬春季低的年内分布特征。5—10月是1年中河流泥沙输移量最大的时间段，期间两条河流5—10月的输沙量占全年输沙量的比重均接近95%。

（3）1979—2008年，瑞丽江和勐波罗河的年输沙模数平均值分别为690.40 t/km2和1 019.85 t/km2，表明勐波罗河柯街站上游河段流经区域的泥沙侵蚀情况较为严重。勐波罗河输沙模数整体呈现出逐年下降的趋势。

（4）滇西高山峡谷地区松散的地质条件和集中降雨造成的泥沙侵蚀可能是造成瑞丽江与勐波罗河夏秋季河流泥沙输移量增大的主要原因，水利工程建设和人类活动影响也可能改变河流水沙情势的变化特征。