黄河龙羊峡以上干流河道形态特征及空间分异规律研究

寇晓梅，王玉孝，牛 乐，杨 涛，胡金明，洪 欢

(1.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 710065；2.国家电投黄河上游水电开发有限责任公司，青海 西宁 810008；3.云南大学，云南 昆明 650091)

0 前 言

黄河龙羊峡以上干流河长约1 600 km，源头至鄂陵湖出口长约200 km，鄂陵湖出口至龙羊峡水电站库尾河长约1 417 km，落差1 677 m，多年平均流量643 m3/s。本文研究对象是从鄂陵湖出口至龙羊峡水电站库尾的河段。

研究河段自上而下地貌特征主要表现为：从鄂陵湖出口—达日县，黄河干流穿行于起伏不大的高原丘陵盆地地带，支流纵横、沼泽湖泊星罗棋布，河谷开阔，河床平坦；从达日县—久治县，河道穿行于巴颜喀拉山东南段与阿尼玛卿山中段—南段之间，两岸山势渐高，坡度较缓，河谷略有收缩，宽谷和峡谷间有分布；从久治县—玛曲县，河流经过开阔的沼泽区，支流黑河、白河等汇入，水量大增，成为黄河第一大产流区；从玛曲以下，河道从高原下切成为深谷，河谷狭窄，水流湍急，落差较大。

1 河型分类及特征指标

1.1 河型分类

河型是指一条河流的平面形态，它从宏观上直观地反映了河流的地貌多样性，不同河流形态存在不同的流速、流量、河宽、水深、比降、河床质粒径梯度等，这些构成了河流多样的生境条件，为鱼类等水生生物生存繁衍提供了场所。自然条件的变化和人类活动会导致河流系统因素的改变，从而引发水生生态的改变，因此研究河型具有重要的生态意义。

目前，河型的分类并未完全统一，按照河流平面形态进行分类，可分为弯曲、顺直、辫状、单股、分汊、江心洲等类型；按河流变动特性分类，可分为周期增宽、蜿蜒、游荡、摆动等类型。本文结合研究河段内河型空间分布特征，将河型分为单河道与多河道两大类型，其中，单河道型包括蜿蜒、顺直两种河型，多河道型包括辫状、网状、分汊三种河型。

1.2 河流形态特征指标

为系统地反映研究河段形态特征，从河段的空间、内部、外部形态特征三个维度构建研究河段的河流形态特征指标体系。河流的空间特征用纵向与横向的特征表示；河流的内部形态特征用河间地特征表示；河流的外部形态特征用边界特征表示。每个特征下均设有进一步描述相应特征的指标，基于数据的可获得性，针对河段特点并借鉴相关研究指标，选取4个特征7项指标进行表征，见图1。

图1 黄河上游河流形态特征指标体系

河流形态特征指标体系中，各指标的定义、内涵及计算方法如下。

(1)蜿蜒度(a1)：表征河流弯曲程度，反映河段纵向特征。蜿蜒度定义为河段内河流中心线长度(LC)与河段起止点间距离(L)比值，即a1=LC/L，为无量纲量。一般认为蜿蜒度大于1.5的河流为蜿蜒型河流。

(2)纵剖面(a2)：河流中心线高程沿程变化，反映河段纵向特征。纵剖面本文定义为研究河段每隔5 km提取中心线高程进行绘制。

(3)比降(a3)：沿水流方向上河段起止点高程差，反映河段纵向特征。河道比降定义为河段两端高程差(Δh)与河段起止点间距离(L)之比，a3=Δh/L。

(4)河宽(a4)：河流总宽度，包括河道水面宽度与河间地宽度，反映河段横向特征。本文河宽由遥感目视解译得到河流边界线，每隔100 m左右取河流宽度。

(5)横断面(a5)：反映河段横向特征，如河岸坡度、河漫滩多寡、河谷大小等，同时又表征河流横向连通性。本研究取河段典型断面14处。

(6)面积比(a6)：特定河段单位面积内发育的河间地面积，用河段内河间地面积(AI)与河段总面积(A)之比来表示：a6=AI/A。河段总面积为河间地面积与水面面积之和。面积比用来反映不同河段分布的河间地相对差异及各个河段内河间地的发育状况，面积比大表明河段内分布的河间地密度大，河间地发育良好，反之，说明河间地发育少，密度小。

(7)坡度比(a7)：斜坡坡面与水平面夹角的度数。河岸的坡度在一定程度上反映了河段的边界条件。本文沿河道左右两岸各向外扩3 km作为缓冲区，将缓冲区内的坡度划分成6个等级，分别是0°～8°、8°～15°、15°～25°、25°～35°、35°～45°、大于45°，每个河段缓冲区内各个坡度等级所占百分比即为河段的坡度比。

2 河段河道形态特征及空间分异

2.1 河段河型

本研究将黄河龙羊峡以上河段划分成14个部分，其中单河道型7段，编号为SCi(i为1～7)，多河道型7段，编号为MCi(i为1～7)，各河段位置见表1及图2。

表1 黄河龙羊峡以上河段河型分段示意

2.2 河段纵向特征——蜿蜒度

研究黄河上游龙羊峡以上干流河段蜿蜒度(见图3)，整体而言，蜿蜒度大于1.5的河段有5段，总长约953 km，占总河长的67%。其中，单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之间，较为顺直。

2.3 河段纵向特征——纵剖面

研究河段干支流纵剖面(见图4)，河段从下游至上游干流海拔高程沿程升高明显，比降达1.17‰，但分段上升幅度有差异，总体上可分为四段。

第一段：从龙羊峡库尾至泽曲汇入口段，河段纵剖面上升幅度明显，为整个河段中最大，比降为4.34‰，其中巴沟汇入口至泽曲汇入口纵剖面发生显著转折，是黄河龙羊峡以上干流河床下切幅度最大的河段。根据河流裂点(nick point)理论，该河段应是黄河龙羊峡以上干流的“裂点”。

第二段：从泽曲汇入口至沙曲入口段，河段上升幅度变缓，比降为0.46‰。

第三段：从沙曲入口到吉迈段，河段上升幅度又有增加，比降为1.2‰。

第四段：从吉迈口到鄂陵湖口，上升幅度变缓，比降仅为0.80‰。

图2 黄河上游龙羊峡以上干流河型分布

图3 黄河上游龙羊峡以上干流各河段蜿蜒度值

图4 黄河上游龙羊峡以上干支流纵剖面示意

较大支流中，除了玛曲黄河第一弯处的几条河流的中下游河段上升幅度较小外，其余支流海拔高程上升幅度均大于相应干流河段，特别是泽曲入河口下游的支流(沙沟、茫拉河、大河坝河、曲什安河、巴沟、切木曲)，支流比降在3.8‰～13.0‰。

2.4 河段纵向特征——比降

各河段比降见表2～3。单河道段中，除了SC2和SC6段的河道比降较小外，其余河段的河道比降均大于1‰，其中SC1段河道比降为所有河段中最大，达到3.46‰。多河道段中，MC5段河道比降最大，达到2.27‰，位于柯生乡、欧拉乡段的MC1和位于玛多附近的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与MC2段河道比降最小，小于0.3‰。总体而言，位于上游多河道段的河道比降均要小于紧连的单河道段的河道比降。

表2 黄河上游龙羊峡以上干流各河段单河道比降

表3 黄河上游龙羊峡以上干流各河段多河道比降

2.5 河段横向特征——河宽

各河段河宽的特征值见表4。研究河段平均河宽为428 m，多河道段的平均河宽远大于单河道段。单河道SC3段达到最大，SC7段达到最小；多河道段平均河宽最大的河段在黄河第一弯处的两个网状河段MC3和MC4，平均河宽最小的河段在最上游的MC7段。研究区内最大河宽出现在位于玛曲采日玛乡附近的MC4段，该段有发育规模较大河间地，河宽达到5 988 m；最小河宽出现在靠近玛多的单河道SC7段，约为10 m。

表4 黄河上游龙羊峡以上干流河段河宽特征值

变差系数(CV)反映了各河段中河宽的相对离散程度，CV值越小表明河段内河宽相对越一致。总体来看，多河道段的河宽变差系数要大于单河道段，其中SC4段和MC2段的变差系数小，河宽相对一致；河宽变差系数较大的河段是MC6段与MC7段，这两个河段内河宽变化差异较大，河型变化丰富。

2.6 河段横向特征——横断面

各河段的典型横断面(见图5)可以看出，黄河龙羊峡以上干流各河段典型横断面形态多样，不仅有位于峡谷、河谷区V型、U型断面，还有位于平原区的开阔断面。

从下游至上游看，SC1段位于下切河谷区，河流深切，两岸间或有冲积扇分布；MC1、SC2段河谷开始变得较为开阔，出现大面积阶地，阶地以下有少量河滨湿地；MC2、SC3、MC3段两岸极为开阔，有大面积河漫滩，地势平缓，发育有河漫滩湿地，周围分布有沙丘和牛轭湖遗留痕迹；SC4段河漫滩较少，断面呈U型；MC4段附近有低于河道高程的湖泊湿地，河岸极为开阔；SC5河谷较为开阔，两岸分布有河漫滩湿地，断面呈U型；MC5段河谷更为开阔，发育有很多河漫滩湿地；SC6、MC6段两岸地势较平缓，两岸发育有大量与河相连的湖泊湿地；SC7断面呈V型，属V型峡谷段；MC7段两岸极其平缓，两岸分布有与河道相连的大型湖泊。

图5 黄河上游龙羊峡以上各河段典型横断面

2.7 河间地

河间地是指包括河心洲、沙洲、边滩等在内的河道间未被水淹没的部分，河间地作为湿地最重要的组成部分，具有独特的生态功能及价值。通常认为鱼类倾向于在河间地较多的河段产卵，所以河间地的存在与面积数对鱼类等水生生物有重要影响。总体来看，研究河段的河间地大多分布在多河道段。用面积比来分析河间地的发育情况，计算结果如表5所示。

单河道段中，SC4与SC1河段的面积比最小，接近0；而SC2、SC3与SC5面积比较大，占总河段总面积的20%左右，这表明这些河段相比其他单河道河段，河道中分布了较多的河心洲。多河道河段中，MC7段面积比最大，达到83%，其次是MC6段和MC4、MC3，面积比在73%左右，面积比最小的是MC2段。除MC2段外，多河道河段河间地的面积比均大于50%，表明黄河龙羊峡以上干流多河道段内河间地发育普遍良好。

表5 各河段河间地特征

2.8 边界特征——坡度比

各河段边界的坡度比(见图6)总体来看，多河道段边界分布在0°～8°和8°～15°这两个范围的坡度所占比例较单河道段多。单河道段中，SC1段和SC5段的边界坡度在25°～35°、35°～45°、大于45°范围所占比例较大，这与SC1段高原面抬升，河流深切作用有关。SC2段、SC3段和MC2段90%以上的边界坡度都位于0°～8°和8°～15°这两个范围区间，这3段所处区域沼泽湿地发育。MC6与MC7段95%以上的边界坡度小于15°，这两个河段两岸地势平坦，湖泊密布。

图6 黄河龙羊峡以上干流各河段边界不同等级坡度比例

3 结 论

黄河龙羊峡以上干流河型总体上呈单河道型与多河道型相间分布形态，其中在研究河段下游段泽曲入口以下的SC1段及沙曲至达日的SC5段，单河道型河段距离较长，河道比降较陡，是研究河段中水力资源蕴藏较为丰富的河段；多河道型河段主要分布在黄河第一湾玛曲河段及研究河段的上游段鄂陵湖口至达日河段，该区域河谷较为开阔，河网较发育，河道比降小，生物多样性相对较丰富，是高原鱼类生境条件较为适宜的区域。

本文构建了研究河道形态的纵向特征指标(蜿蜒度、纵坡面、比降)、横向特征指标(河宽、横断面)、河间地特征指标(面积比)、边界特征指标(坡度)等7项指标，较为全面、系统地定量分析了黄河龙羊峡以上河道的自然形态特征，表征了研究河段形态的空间分异规律，这些研究能够为今后对黄河上游干流合理利用资源和生态环境保护提供较为充分的技术依据和参考。