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作者简介:傅开道(1976-),男,海南陵水人,副研究员,主要从事河流泥沙与沉积环境学研究,E-mail: kdfu@ynu.edu.cn。
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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:
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.
Keywords:
通过对河流沉积物的特征分析,可研究沉积物对气候变化和人类活动影响下的流域环境变化的响应;获取河流沉积物中所记录的各种环境变化和人类活动信息,不仅能反演近代沉积环境变化,还能对未来沉积环境变化作出预测(刘昌明等, 2006)。泥沙的粒度特征是沉积环境的一个重要判别标志,碎屑物质以机械搬运为主,其搬运和沉积作用受水动力条件(如介质、流量、流速)控制,碎屑物质埋藏后除部分石英有次生加大或溶解外,一般颗粒变化不大,因此粒度大小及分布特征,可用来直接反映沉积时的水动力条件(陈建强等, 2001),一般来说颗粒越大,反映的水动力也越大;反之,颗粒越小,水动力也越小。河流泥沙粒度特征是泥沙理化性质重要组成部分,也是解决泥沙问题的关键。
澜沧江—湄公河是流经中国及东南亚5个国家的重要国际河流,流域沉积环境正发生极大的变化,其中分布在干支流上的不同规模梯级水电站即是其主导因素。梯级大坝建设扰乱了河流连续性,截断了河流泥沙输移通道,改变了河道水文情势和泥沙输送过程,使部分泥沙被拦截在库区(Kummu et al, 2007; Fu et al, 2008; Walling, 2008; Kummu et al, 2010)。澜沧江梯级大坝多个水库拦沙率超过60%(傅开道等, 2007),拦截了河段的大部分输沙,同时也对下游泥沙粒径组成产生影响(郭维东等, 2010; 黄江成等, 2010)。此前在澜沧江流域的研究多关注因水库拦沙引起的下游输沙量变化这一主题(尤联元, 1999; Lu et al, 2006; 傅开道等, 2006; 郭维东等, 2010; 黄江成等, 2010),而关于该流域梯级大坝对河床沉积物粒径的影响研究却鲜有报道。因此,本文通过采集澜沧江干流从源区至出境口19个断面的河床沉积物样品,开展粒度分析,研究以粒度为指示的澜沧江干流沉积环境。研究可为澜沧江梯级电站开发提供科学依据。
作为湄公河上游的澜沧江,其干流总长2129 km,流域面积16.48 km2,多年平均流量2140 m3/s,年出境水量765亿m3(陈茜等, 2000; 何大明, 冯彦, 2006)。澜沧江河段以昌都、功果桥为界划分为上中下游,其中上游河段河川径流以地下水补给为主,约占年径流量的50%以上,其次是雨水和冰雪融水补给。中下游河段两岸高山,支流短小,山峰终年积雪,但冰雪融水占年径流量比重较小。中游区随着降水量的增加,融雪补给减少,河川径流补给为降水和地下水混合补给。下游河段处于亚热带和热带气候区,受季风影响,降水丰沛,河川径流降水补给为主,降水占年径流量的60%以上,其次是地下水补给。流域平均年径流深为450.2 mm,其中:青海区年径流深为304.4 mm,西藏区283.3 mm,云南区583.8 mm,出境口断面多年平均流量2180 m3/s。
澜沧江上游广大地区均属青藏高原,人口密度小,耕地面积稀少,垦殖率低,人类活动影响小,原生植被保存较完整。河流泥沙含量小,以悬移质为主,在出西藏处的多年平均输沙量约18.50×106 t(何大明, 1995)。昌都以下,澜沧江云南省境内河段,流域多年平均侵蚀模数691 t/km2,平均侵蚀速率约为0.55 mm/a,年均输沙量61.25×106 t(何大明等, 2000)。其中,昌都—功果桥河段的中游流域,高山峡谷众多,地形陡峻,降雨量大,但耕地少。地表主要外营力有冰冻风化作用、重力作用和流水作用,加之人类活动(水电站、沿江公路修建及陡坡开垦),导致河流泥沙组成以大颗粒推移质为主,悬移质少,年平均含沙量仅0.73 kg/m3。功果桥至糯扎渡电站坝址,地形破碎,河谷深切且狭窄,相对高差1000~2000 m,多干热坝区、温干河谷少雨区和暴雨中心,土地人口承载力大,劣质地多,地表松散层厚,植被差,流水侵蚀作用强,为澜沧江流域(云南境内)水土流失最严重的地区。糯扎渡电站以下流域,河谷相对开阔,水热充足,复生条件好,地表森林覆盖率高,水土流失弱于中上游地区。据云南省水利部门对流域内13个测站资料分析,云南境内河川径流含沙量介于0.057~1.45 kg/m3,最大与最小值相差近25倍。普洱河、威远江较大,介于1.35~1.45 kg/m3;西洱河、流沙河较小,分别为0.054 kg/m3和0.14 kg/m3。干流各测站的泥沙含量见表1(何大明, 1995; Lu et al, 2006),河道特征见表2(何大明等, 2000),其中南阿河口至南腊河口段缺少河宽数据,其平均比降为0.42‰。
表1 澜沧江—湄公河干流主要水文泥沙特征
Tab.1 Characteristics of river hydrology and sediment along the mainstream of the Lancang-Mekong River
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) | |
---|---|---|---|---|---|---|
输沙率/106 t | 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 |
表2 澜沧江河道特征
Tab.2 Channel characteristics of the Lancang River
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 | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
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 |
澜沧江—湄公河水能丰富,澜沧江水能蕴藏量3.656×103万kW,湄公河(不含缅甸)为3.7×103万kW(何大明, 1995; 何大明, 冯彦, 甘淑, 2006; 钟华平等, 2010)。澜沧江上游按“一库七级”(古水、乌弄龙、里底、托巴、黄登、大华桥、苗尾)开发水电;干流中下游规划开发8个梯级水电站(何大明等, 2000, 2007),从上至下分别为功果桥、小湾、漫湾、大朝山、糯扎渡、景洪、橄榄坝和勐松水电站,其中以小湾和糯扎渡两大水电站为核心。截至所有样品采集完成时已建成和基本建成的水电站有6座(表3)。
表3 澜沧江下游水电站开发情况
Tab.3 Hydropower development on the mainstream of the Lower Lancang River
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 |
本次实验在澜沧江干流选择19个主要控制断面采集河床沉积物。采样点及采样时间如表4所示,采样点的分布如图1所示。样品采集时间均在汛期,采样点位置一般要求河段平直、断面上下100 m范围内无明显弯道及人为干扰,以消除某些河段特殊水力特征及其人为扰动对泥沙的分选干扰。采集边滩表面泥沙,采样深度不超过10 cm。每个采样点在不同位置取3袋样品,封好,每袋重约1 kg,自然风干,测量前将样品置于42 oC的恒温箱内干燥24 h,各样点的干样品混合后获得待测样品(宋静宜等, 2013)。
表4 采样点及采样时间
Tab.4 Sampling sections and time schedule
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 |
在对样品经加H2O2溶液去除有机质、滚筒辗压分散处理后,对粒径大于0.062 mm的采用筛分法,小于0.062 mm的采用吸管法进行样品粒径测定。同时选用中值粒径(D50)、平均粒径(Dmean)、分选系数(δ)、偏态(SK)、峰度(KG)等参数对泥沙粒径特征进行分析计算。本文粒度参数计算与分析采用Folk等(1957)提出的粒度参数计算方法与粒度参数分级标准(表5)。粒径值与φ值通过公式φ=-log2D(D为粒径,单位mm)转换。
用筛分法和吸管法相结合的方法对河床沉积物样品进行粒径测定后,根据Folk等(1957)粒度分析方法,对澜沧江干流19个河段沉积物粒径计算得出中值粒径、平均粒径、分选系数、偏态、峰度等粒径参数,如表6所示。
表6 澜沧江干流河床沉积物粒径特征参数
Tab.6 Characteristic sediment grain size parameters in the Lancang bed sediments
采样点 | D16/mm | D25/mm | D50/mm | D75/mm | D84/mm | Dmean/mm | δ | SK | KG |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
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 |
4.1.1 沉积物粒度参数沿程变化
据表6可知,旧州上游河段,中值粒径和平均粒径从嘎玛到旧州基本趋于水平,数值变化不大;在功果桥库区和关累处突然下降,功果桥库区的中值粒径和平均粒径均为0.05 mm,数值偏小,其中中值粒径为所有样点中的最小值,平均粒径位列倒数第二,关累的中值粒径和平均粒径分别为0.05 mm和0.04 mm,均为所有样点中的最小值;在小湾坝下、戛旧、大朝山、界碑处中值粒径和平均粒径突然增大,中值粒径在大朝山处达到最大值0.38 mm,平均粒径在戛旧处达到最大值0.92 mm。总体来看,上游和中游沿程缓慢细化,波动不大;下游粒径波动激烈,且平均粒径较中值粒径更明显。从分选系数来看,上中下游的变化范围分别是0.05~0.07、0.03~0.16和0.02~2.86,其中上游分选系数小,变化范围小,分选很好;中游分选系数较上游大,变化范围也较上游大,分选相对上游更差;下游分选系数大,变化范围最大,增大非常明显,分选最差;最大值2.86出现在戛旧,最小值0.02出现在关累,所有采样点样品分选等级除小湾坝下属分选差、戛旧属分选很差外,其余都分选很好。从偏态系数来看,上中下游变化范围分别是-0.11~0.01、-0.26~0.48和-0.31~0.91;上游偏态等级属负偏或近对称;中游偏态等级以极正偏为主,兼有近对称和负偏;下游偏态等级绝大部分属极正偏,少有正偏、近对称和极负偏。从峰度系数来看,上中下游变化范围分别是0.74~1.56、0.72~2.47和0.85~36.39;上游峰度系数范围小,峰度系数较小,峰度等级以平坦为主,兼有尖锐;中游峰度范围相对上游较宽,整体峰度系数也较上游大,峰度等级以中等尖锐为主,兼有很尖锐、尖锐、平坦;下游峰度系数范围在3个河段中最宽,整体峰度系数最大,峰度等级除大朝山属平坦外,其余都在中等尖锐以上,且在小湾坝下和戛旧分别出现3.56和36.39这样的极大值,峰度等级为非常尖锐。
4.1.2 不同年份沉积物粒度参数变异
结合表5、表7和图2,旧州2006、2009、2011年样品粒度参数对比,分选系数分别为0.04、0.05、0.05,都分选很好,但2009年和2011年分选系数较2006年稍高;偏态系数分别为0.31、-0.09、-0.20,偏态等级分别为极正偏、近对称和负偏;峰度系数分别为1.92、1.05、0.98,峰度等级分别为很尖锐、中等尖锐、中等尖锐;中值粒径分别为0.05、0.12、0.13 mm,平均粒径均分别0.05、0.10、0.10 mm,均有增大趋势,且中值粒径增大更明显,2009年和2011年大小很接近。大朝山2006、2009年分选系数均为0.28,都分选很好;偏态系数分别为0.55、0.31,均属极正偏;峰度系数分别为1.01、0.85,偏态等级分别为中等尖锐和平坦;中值粒径分别为0.21、0.38 mm,平均粒径分别为0.29、0.33 mm,均有增大趋势,且中值粒径增大更明显。允景洪2006、2009、2011年样品分选系数分别为0.05、0.05、0.06,都分选很好,但2011年分选系数较2006和2009年大,分选有变差趋势;偏态系数分别为0.42、-0.28、0.18,偏态等级分别为极正偏、负偏和正偏;峰度系数分别为0.83、1.01、2.08,峰度等级分别为平坦、中等尖锐和很尖锐,有尖锐化趋势;中值粒径分别为0.06、0.12、0.14 mm,平均粒径分别为0.07、0.10、0.17 mm,均有增大趋势,且平均粒径增大更明显。
表5 粒度参数分级标准
Tab.5 Grain size grades parameters
分选程度 | δ | 偏态等级 | SK | 峰度等级 | KG |
---|---|---|---|---|---|
分选很好 | <0.35 | 极负偏 | -1.00~-0.30 | 很平坦 | <0.67 |
分选好 | 0.35~0.50 | 负偏 | -0.30~-0.10 | 平坦 | 0.67~0.90 |
分选中等 | 0.50~1.00 | 近对称 | -0.10~0.10 | 中等尖锐 | 0.90~1.11 |
分选差 | 1.00~2.00 | 正偏 | 0.10~0.30 | 尖锐 | 1.11~1.56 |
分选很差 | 2.00~4.00 | 极正偏 | 0.30~1.00 | 很尖锐 | 1.56~3.00 |
分选极差 | >4.00 | 非常尖锐 | >3.00 |
表7 旧州、大朝山、允景洪不同年份河床沉积物粒径特征参数
Tab.7 Characteristic bed sediment grain size parameters at Jiuzhou, Dachaoshan, and Yunjinghong in different years
采样点 | 年份 | D16 | D25 | D50 | D75 | D84 | Dmean | δ | SK | KG |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
旧州 | 2006 | 0.02 | 0.04 | 0.05 | 0.06 | 0.11 | 0.05 | 0.04 | 0.31 | 1.92 |
2009 | 0.06 | 0.09 | 0.12 | 0.15 | 0.17 | 0.10 | 0.05 | -0.09 | 1.05 | |
2011 | 0.06 | 0.09 | 0.13 | 0.15 | 0.17 | 0.10 | 0.05 | -0.20 | 0.98 | |
大朝山 | 2006 | 0.06 | 0.12 | 0.21 | 0.49 | 0.65 | 0.29 | 0.28 | 0.55 | 1.01 |
2011 | 0.16 | 0.20 | 0.38 | 0.62 | 0.74 | 0.33 | 0.28 | 0.31 | 0.85 | |
允景洪 | 2006 | 0.03 | 0.05 | 0.06 | 0.12 | 0.14 | 0.07 | 0.05 | 0.42 | 0.83 |
2009 | 0.06 | 0.10 | 0.12 | 0.15 | 0.16 | 0.10 | 0.05 | -0.28 | 1.01 | |
2011 | 0.10 | 0.11 | 0.14 | 0.17 | 0.18 | 0.17 | 0.06 | 0.18 | 2.08 |
图2 旧州、大朝山、允景洪不同年份河床沉积物粒径频率分布曲线
Fig.2 Frequency distribution curves of riverbed sediment gran size in different years at Jiuzhou, Dachaoshan, and Yunjinghong
根据对澜沧江干流河床沉积物粒度参数沿程变化的分析,从中值粒径和平均粒径看(图3),在功果桥库区出现低值,反映原来河段变为库区后沉积环境改变,水流变缓,水动力变弱,泥沙容易分层淤积,上层泥沙较细;最低值出现在关累,反映了下游河谷变宽、水流变缓的沉积环境,细沙容易沉积;小湾坝下、戛旧、大朝山出现高值,这是因为小湾坝下样点位于小湾电站大坝下游,戛旧样点位于漫湾电站大坝下游,大朝山样点位于大朝山大坝下游,说明大坝泻下的清水增加了河水的携沙和冲刷能力,水动力较强,河流河床沉积物粗化,但位于景洪电站大坝下游的允景洪数值却不大,这是因为该样点的样品采集于2011年8月,而允景洪电站于2008年6月首台机组投产发电,于2009年9月5台机组全部投入运行,采样时间和水电站开始运行时间相隔相对较短,所以造成的影响不明显;界碑处于澜沧江下游,理论上下游河谷宽阔,水流平缓,河床沉积物应该较细,但其中值粒径和平均粒径却高于其上游的关累,出现高值,主要是由于出境处界碑采样点河段河谷狭窄,且界碑与关累间有支流南腊河汇入,流量流速加大,泥沙较粗。从分选系数来看,小湾坝下和戛旧数值偏大,分选性分别为差和很差,其余样点都分选良好,说明小湾大坝和漫湾大坝使下游泥沙粒径范围变宽,组分复杂,且有部分粒径较大颗粒。从偏态和峰态来看,一般来说,河流上中游比降、流速、水动力均较下游大,河流沉积物颗粒较大,偏态应以正偏为主,峰态也应以尖锐为主。但澜沧江上中游从嘎玛至功果桥库区,却是偏态以近对称为主,峰态以平坦为主,说明上中游沉积物受人类活动影响小,变化不大,分选好。下游从功果桥至界碑,偏态以极正偏为主,峰态以尖锐为主且小湾坝下和戛旧非常尖锐,说明下游梯级大坝使沉积物粒径变粗,且粗组分百分比很高。总体来看,上中游主要受自然环境控制,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。
图3 澜沧江干流河床沉积物粒度参数沿程变化
Fig.3 Change of grain size parameters of bed sediments in the mainstream of the Lancang River
从时间尺度上看,旧州中值粒径和平均粒径在2006年均小于2009和2011年,偏态由极正偏到近对称和负偏,峰态也有所缓和,这可能是因为旧州位于功果桥电站的上方,而功果桥电站于2008年大江截流,采样时旧州镇已经开始大面积拆迁移居等,且由于采沙等人为活动的干扰使后面两个时间的样品整体粒径变粗,但细组分百分比有所增大。大朝山2006年和2009年对比,主要变化是中值粒径和平均粒径有增大趋势,这可能是因为2006年距离大朝山水电站完工时间(2003年10月)较短,大坝影响不明显。允景洪2006年河床沉积物样品呈多峰态分布,2009年和2011年的河床沉积物样品分布曲线比较相似呈双峰态分布,可能是因为允景洪采样点位于允景洪电站前,该电站建于2003年7月,于2008年3月开始蓄水发电,2006年的样品受水电的干扰较小,比较接近河床沉积物自然特征,而2009年和2011年的样品受到了电站的影响,粒径也受电站影响而变粗且粗组分比例增加。总体来看,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。
本文对澜沧江沉积物粒度参数的时空变化进行了分析,探究了沉积物对该流域环境变化的响应,得到以下主要结论:
(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。
The authors have declared that no competing interests exist.
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