流域环境变化的河流沉积物粒度响应——澜沧江案例

doi:10.18306/dlkxjz.2015.09.007

摘要/Abstract

摘要：

河流沉积物对流域环境变化具有敏感响应,其粒度参数能反映水动力环境。本文以澜沧江为研究案例,探究河流沉积物粒度对流域环境变化的响应。从澜沧江干流19个主要控制断面采集河床沉积物样品,用筛分法和吸管法对沉积物样品粒度参数进行测定,并分析了粒度参数的时空变化规律及其对流域水能开发为主的人为环境变化的响应。研究结论认为：①在空间尺度上,上游高原区,河谷宽坦,下蚀微弱,水流平缓,沉积物粒度较小,分选较好,呈负偏或近对称小峰度分布;中游高山峡谷河段,水流湍急,沉积物粒径变粗,分选相对上游较差,但整体分选良好,粒度出现较多正偏尖峰分布;下游中低山宽谷区受到梯级大坝的影响,河床沉积物中值粒径和平均粒径明显增大,且平均粒径增大更明显,分选变差,偏态趋向正偏,峰态尖锐化。②不同时间的样品粒度变化,反映梯级大坝致使坝下游沉积物中值粒径和平均粒径明显增大,且中值粒径增大更明显,分选变差,偏态趋向正偏,峰态尖锐化。研究结果既符合河流上下游沉积物粒度分布规律,也反映了河流环境变化对沉积物粒度组成的影响。

关键词: 河流沉积物, 粒度, 环境变化, 水电开发, 澜沧江

Abstract:

River sediments respond sensitively to the basin environmental changes and particle size parameters can reflect the hydrodynamic environment. This article takes the Lancang River as a case to explore the response of river sediment grain size to the basin environmental changes. River sediment samples were collected from 19 sections along the mainstream of the Lancang River, and sieving and pipette methods were applied to measure the particle size. Spatial and temporal variations of grain size parameters and their responses to the anthropogenic environmental changes of the basin through hydropower development were analyzed. Our results indicate that: (1) Spatially, the upstream of the Lancang River flows through the Tibet plateau region where the river valley is wide and flat, downward erosion is weak, and the sediments are characterized by small grain size and well sorted, with small kurtosis and negative skew or nearly symmetrical distributions; the middle part of the river flows through the alpine valleys, where the river flows fast, the grain size of bed sediments is coarse and poorly sorted, and the grain size distributions are more positively skewed with sharp kurtosis; in the lower reach of the river among the low and middle mountains and wide valleys sediment grain sizes are affected by the cascade dams, riverbed sediments' median and average grain sizes increased abruptly, especially the average grain sizes, with poorly sorted sediments, positively skewed grain size distribution and acute kurtosis. (2) On the temporal scale, grain sizes of sediments from different time periods indicate that the cascade dams increased the median and average grain sizes of the downstream sediments, especially the median increased dramatically. The sediments are poorly sorted, with positively skewed grain size distribution and acute kurtosis. The results accord with the normal pattern of distribution of sediment grain sizes in rivers, also reflect the impact of environmental changes on river sediment grain size composition.

Key words: river sediments, grain size, environmental change, hydropower development, the Lancang River

傅开道, 杨文辉, 苏斌, 李大兴, 李孟洋, 张继来, 宋静宜. 流域环境变化的河流沉积物粒度响应——澜沧江案例[J]. 地理科学进展, 2015, 34(9): 1148-1155.

Kaidao FU, Wenhui YANG, Bin SU, Daxing LI, Mengyang LI, Jilai ZHANG, Jingyi SONG. Response of river sediments to basin environmental changes:a case study of the Lancang River[J]. PROGRESS IN GEOGRAPHY, 2015, 34(9): 1148-1155.

图/表 10

表1

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图2

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参考文献 21

[1]	陈建强, 周洪瑞, 王训练. 2001. 沉积学及古地理学教程[M]. 北京: 地质出版社.
	[Chen J Q, Zhou H R, Wang X L.2001. Sedimentology and sedimentary palaeogeography[M]. Beijing, China: Geological Press.]
[2]	陈茜, 孔晓莎. 2000. 澜沧江—湄公河流域基础资料汇编[M]. 昆明: 云南科技出版社.
	[Chen Q, Kong X S.2000. Lancang-Mekong River Basin basic data collections[M]. Kunming, China: Yunnan Science and Technical Press.]
[3]	傅开道, 何大明. 2007. 澜沧江干流水库拦沙效应分析与预测[J]. 科学通报, 52(S2): 117-122.
	[Fu K D, He D M.2007. Analysis and prediction of sediment trapping efficiencies of the reservoirs in the mainstream of the Lancang River[J]. Chinese Science Bulletin, 52(S2): 134-140.]
[4]	傅开道, 何大明, 李少娟. 2006. 澜沧江干流水电开发的下游泥沙响应[J]. 科学通报, 51(S2): 100-105.
	[Fu K D, He D M, Li S J.2006. Variation of downstream sediment in Lancang-Mekong River and its transboundary effects[J]. Chinese Science Bulletin, 51(S2): 119-126. ]
[5]	郭维东, 李颖卓, 杨白, 等. 2010. 闹德海水库泥沙特性分析[J]. 水电能源科学, 28(2): 119-121, 84.
	[Guo W D, Li Y Z, Yang B, et al.2010. Characteristics analysis of Naodehai reservoir sediment[J]. Water Resources and Power, 28(2): 119-121, 84.]
[6]	何大明. 1995. 澜沧江—湄公河水文特征分析[J]. 云南地理环境研究, 7(1): 58-74.
	[He D M.1995. Analysis of hydrological characteristics in Lancang-Mekong River[J]. Yunnan Geographic Environment Research, 7(1): 58-74.]
[7]	何大明, 汤奇成. 2000. 中国国际河流[M]. 北京: 科学出版社.
	[He D M, Tang Q C.2000. Chinese international rivers[M]. Beijing, China: Science Press.]
[8]	何大明, 冯彦. 2006. 国际河流跨境水资源合理利用与协调管理[M]. 北京: 科学出版社.
	[He D M, Feng Y.2006. Rational utilization and coordination management of transboundary water resources in the international river[M]. Beijing, China: Science Press.]
[9]	何大明, 冯彦, 甘淑, 等. 2006. 澜沧江干流水电开发的跨境水文效应[J]. 科学通报, 51(S1): 14-20.
	[He D M, Feng Y, Gan S, et al.2006. The cross-border hydrological effect of hydropower development along main stream of the Lancang River[J]. Chinese Science Bulletin, 51(S1): 14-20.]
[10]	何大明, 冯彦, 胡金明, 等. 2007. 中国西南国际河流水资源利用与生态保护[M]. 北京: 科学出版社.
	[He D M, Feng Y, Hu J M, et al.2007. Utilization of water resources and environmental conservation in the international rivers, Southwest China[M]. Beijing, China: Science Press.]
[11]	黄江成, 傅开道, 何大明. 2010. 澜沧江中下游河流泥沙特性分析[J]. 四川大学学报:工程科学版, 42(3): 112-120.
	[Huang J C, Fu K D, He D M.2010. Analysis on the characteristics of sediment in the middle and lower parts of the Lancang river[J]. Journal of Sichuan University: Engineering Science Edition, 42(3): 112-120.]
[12]	刘昌明. 2006. "黄河流域水资源演化规律与可再生性维持机理"研究进展[J]. 地球科学进展, 21(10): 991-998.
	[Liu C M.2006. A study of evolutionary laws and maintaining mechanism of renewable capacity of the Yellow River's water resources[J]. Advances in Earth Science, 21(10): 991-998.]
[13]	宋静宜, 傅开道, 苏斌, 等. 2013. 澜沧江水系底沙重金属含量空间分布及其污染评价[J]. 地理学报, 68(3): 389-397.
	[Song J Y, Fu K D, Su B, et al.2013. Spatial distribution of heavy metal concentrations and pollution assessment in the bed loads of the Lancang River System[J]. Acta Geographica Sinica, 68(3): 389-397.]
[14]	尤联元. 1999. 澜沧江流域河流泥沙发展趋势初步研究[J]. 地理学报, 54(S1): 93-100.
	[You L Y.1999. A study on temporal changes of river sedimentation in Lancang River Basin[J]. Acta Geographica Sinica, 54(S1): 93-100. ]
[15]	钟华平, 王建生. 2010. 澜沧江干流水电开发对径流的影响分析[J]. 水利水电技术, 41(12): 72-74.
	[Zhong H P, Wang J S.2010. Impacts from hydropower development of main stream on runoff of Lancangjiang River[J]. Water Resources and Hydropower Engineering, 41(12): 72-74.]
[16]	Folk R L, Ward W C.1957. Brazos river bar: a study in the signification of grain size parameters[J]. Journal of Sedimentary Petrology, 27: 3-27.
[17]	Fu K D, He D M, Lu X X.2008. Sedimentation in the Manwan Reservoir in the Upper Mekong and its downstream impacts[J]. Quaternary International, 186(1): 91-99.
[18]	Kummu M, Lu X X, Wang J J, et al.2010. Basin-wide sediment trapping efficiency of emerging reservoirs along the Mekong[J]. Geomorphology, 119(3-4): 181-197.
[19]	Kummu M, Varis O.2007. Sediment-related impacts due to upstream reservoir trapping, the Lower Mekong River[J]. Geomorphology, 85(3-4): 275-293.
[20]	Lu X X, Siew R Y.2006. Water discharge and sediment flux changes over the past decades in the Lower Mekong River: possible impacts of the Chinese dams[J]. Hydrology and Earth System Sciences, 10(2): 181-195.
[21]	Walling D E.2008. The changing sediment load of the Mekong River[J]. AMBIO: A Journal of the Human Environment, 37(3): 150-157.

站名	含沙量/(kg·m^-3)	最大断面平均含沙量/(kg·m^-3)	输沙率/(kg·s^-1)	年输沙量		侵蚀模数/(t·km^-2)
站名	含沙量/(kg·m^-3)	最大断面平均含沙量/(kg·m^-3)	输沙率/(kg·s^-1)	输沙率/10⁶t		6-9月占比/%
溜桐江	0.800	15.0	642	20.3	95	296
旧州	0.730	30.3	682	24.8	95	247
戛旧	1.060	33.9	1341	45.6	95	393
允景洪	1.230	19.0	2298	90.8	96	514
清盛	0.645	/	1719	54.2	/	287
琅勃拉邦	0.483	/	1906	60.1	/	224
廊开	0.521	/	2388	75.3	/	251
穆达汉	0.461	/	3561	112.3	/	287
巴色	0.431	/	4198	132.4	/	243

河段	河长/km	河床高程/m	落差/m	河道比降/‰			河谷宽/m		河谷深/m	谷型
河段	河长/km	河床高程/m	落差/m	平均		最大			一般	最大
河源—昌都	556	5167~3210	1850	3.3	15.0		50~200	300~500	300~1000	槽型、V型
昌都—功果桥	821	3210~1230	1980	2.4	3.7		100~200	200~500	800~1500	V型
功果桥—景云桥	213	1230~914	316	1.5	1.9		100~250	300~500	600~800	V型
景云桥—南阿河口	495	914~465	449	0.9	27.0		150~300	800~1200	400~800	V型、槽型

水电站	总装机容量/万kW	总库容/亿m³	开工时间	截流时间	开始蓄水时间	首次发电时间	完工时间
漫湾	155	9.20	1986年5月	1987年12月	1993年	1993年6月	2007年5月
大朝山	135	9.40	1993年1月	1997年11月	2001年11月	2001年12月	2003年10月
景洪	175	11.40	2003年7月	2005年1月	2008年3月	2008年6月	2009年5月
小湾	420	150.00	2002年1月	2004年10月	2008年12月	2009年9月	2010年8月
功果桥	90	3.16	2007年5月	2008年12月	2011年9月	2011年11月	2012年3月
糯扎渡	585	237.03	2006年1月	2007年11月	2011年11月	2012年9月	2014年6月

采样点	采样时间
扎曲河嘎玛、昂曲河—昌都北、昌都镇、吉塘、如美、曲孜卡	2011年9月
白济汛、维登、中排、营盘、旧州、功果桥库区	2009年8月
昌宁漭水、小湾坝下、戛旧、大朝山坝下、允景洪	2011年8月
关累、界碑	2006年7月
旧州	2006、2009、2011年
大朝山	2006、2011年
允景洪	2006、2009、2011年

采样点	D₁₆/mm	D₂₅/mm	D₅₀/mm	D₇₅/mm	D₈₄/mm	D_mean/mm	δ	SK	K_G
嘎玛	0.05	0.06	0.10	0.13	0.15	0.08	0.05	-0.11	0.85
昂曲河—昌都北	0.05	0.06	0.11	0.15	0.16	0.10	0.05	0.01	0.74
昌都镇	0.05	0.09	0.13	0.16	0.17	0.14	0.07	-0.04	1.56
吉塘镇	0.11	0.12	0.14	0.16	0.16	0.11	0.03	-0.26	1.17
如美镇	0.05	0.07	0.11	0.13	0.14	0.08	0.04	-0.09	0.79
曲孜卡	0.05	0.06	0.13	0.19	0.23	0.17	0.16	0.42	2.47
白济汛	0.03	0.04	0.05	0.06	0.09	0.05	0.03	0.37	1.84
维登	0.04	0.05	0.06	0.11	0.12	0.06	0.04	0.48	0.92
中排	0.05	0.06	0.10	0.12	0.13	0.08	0.04	-0.04	0.78
营盘	0.05	0.05	0.11	0.13	0.15	0.08	0.05	-0.06	0.72
旧州	0.06	0.09	0.13	0.15	0.17	0.10	0.05	-0.20	0.98
功果桥库区	0.02	0.03	0.05	0.08	0.10	0.05	0.04	0.34	1.05
昌宁漭水	0.04	0.06	0.14	0.34	0.55	0.22	0.27	0.68	1.43
小湾坝下	0.07	0.11	0.15	0.20	0.70	0.53	1.37	0.86	36.39
戛旧	0.09	0.13	0.33	1.53	4.16	0.92	2.86	0.91	3.56
大朝山	0.16	0.20	0.38	0.62	0.74	0.33	0.28	0.31	0.85
允景洪	0.10	0.11	0.14	0.17	0.18	0.17	0.06	0.18	2.08
关累	0.02	0.03	0.05	0.05	0.06	0.04	0.02	0.01	1.48
界碑	0.14	0.16	0.24	0.43	0.55	0.24	0.21	0.55	1.09