长江南源当曲源头水沙特性初步分析

李志晶，金中武，周银军，闫 霞，徐 平

（长江科学院a．河流研究所；b．院长办公室，武汉 430010）



长江南源当曲源头水沙特性初步分析

李志晶a，金中武a，周银军a，闫 霞a，徐 平b

（长江科学院a．河流研究所；b．院长办公室，武汉 430010）

摘 要：长江南源当曲源头为高原沼泽，通行不便。在长江三源之中历来少有人涉足，其基本情况及其对江源水系的作用亦少为外界所知，河流演变及水沙运动特性的研究甚少。为了对长江南源当曲源头的河道、水流、泥沙等基本特性及当曲源头典型地貌特征进行了解，长江科学院继2014年后于2015年再次组织了科学考察。通过考察对当曲源头水沙特性进行了初步分析，分析成果为高原河流演变及河岸带生态系统提供了基础资料，同时对其它河流治理及河流生态保护与修复具有参考价值。

关键词：长江源；当曲；江源水系；科学考察；河流泥沙；水沙特性

1 研究背景

长江南源当曲长331km，流域面积1．67×104km2，大致介于东经92．14°～94．62°，北纬32．40°～33．96°之间［1］。它是世界上最大的湿地分布区，也是三江源保护区的核心区，平均海拔4 700 m。它独特而脆弱的高寒生态系统和特殊的水沙运动特征，在寒区生态环境、水文循环及气候变化中起着极其重要的作用［2］。当曲源区高寒缺氧，生态环境条件十分恶劣，历来少有外人涉足，其基本情况及其对江源水系的作用亦少为外界所知，当地的水沙数据资料及相关的河流演变及水沙运动科研成果极少［3］。

长江科学院继2014年后于2015年再次组织当曲综合科学考察，进一步获得了当曲源头的河道、水流、泥沙等基本数据。笔者根据这2次的考察成果并参考已有资料，对当曲源头水沙特性进行了初步分析。

2 考察方法及样点设置

2015年长江科学院江源科学考察队河流泥沙组考察内容包括采集考察点的河道、水流、泥沙3个方面的特征参数。测量采用的手段包括：水文测量、样品采集与测量、影像资料收集；流速采用流速仪和浮标法测量，尽量测量河道主流流速，根据河道水流形态乘以相应系数估算平均流速；河道宽度采用激光测距望远镜直接测量；水位测量通过GPS高程定位；水深测量通过标尺或现场参照物进行估算。对每个考察点，根据水文测验规范，进行水样和沙样采集，带回实验室进行水沙数据分析。泥沙级配采用筛分法和激光粒度仪法相结合的分析方法。对于粗颗粒的泥沙（粒径＞2．0 mm），采用筛分法分析；对于稍细颗粒的泥沙（粒径＜2．0 mm），可直接使用激光粒度仪（LA－950型，日本Horiba公司生产）上机操作，从而得到泥沙颗粒的级配。若泥沙粗细部分均有，则先过2．0 mm样品筛，筛上部分用筛分法分析，筛下部分用激光粒度仪法分析，两者合并可得到泥沙整体的级配分布。

本次考察在当曲设置的考察点有6个，包括：且曲和多朝能交汇处、上游大桥（当曲干流）、沙曲（当曲支流）、查当曲（当曲支流）、吾钦曲（当曲支流）、当曲大桥（当曲干流）等。具体情况如表1和图1所示。

表1　采样点基本情况Table 1 Basic condition of sampling points

图1　当曲6个考察点分布Fig．1 Layout of six observation points in Dangqu

3 水沙数据分析

本次考察河段的河型、河宽、流速及含沙水样的测量结果见表2。

表2　各采样点水沙基本参数Table 2 Measured fundamental data of flow and sediment parameters at sampling points

总体来看，本次考察中当曲6个考察点的流量都相对较小，含沙量也很低，沿程的含沙量并没有随着流量的增加而增大。几条支流中查当曲的流量最大，但含沙量也最低。当曲的源头还没有建立水文站点，从当地牧民了解到的情况看，主要是由于我们这次科考的时间段内降雨量偏少，主要水源补给来自于冰雪融水，由此相应的水流中含沙量很低。从考察点的河型上看，基本都是弯曲分汊型，但从考察点现场观测到的情况看，河道的弯曲半径都比较大，断面基本都是宽U型，水流的三维性和非均匀性并不强，并没有见到明显的环流。

各考察点床沙的密度范围在2 630～2 660 kg／m3之间，干密度范围在1 630～1 710 kg／m3之间。级配测量结果如图2所示。可以看到，当曲水系床沙具有非均匀宽级配的特征，粒径范围为0．008～100 mm（图2）。而对宽级配区域的泥沙输移、河床形态演化有自己的特点。一系列的人类及自然活动以及气候条件变化都可能引发上游来水来沙条件的变化，如果这些河流的河床非均匀性较强，由于非均匀沙输移中存在的促进及抑制作用，某一粒径组份的来沙条件变化可能使河床发生正常估计之外的冲刷或者淤积，而这种情况在低流量条件下将最为严重［4］。国外一个典型的例子就是一条卵石河流Goodwin Creek的输沙量变化，耕地活动的减少直接减小了河流上游细沙的供给，但同时，细沙供给的减少也使得粗沙以及总的输沙急剧减小［5］。而我们需要注意的是，江源地区人类活动影响程度已超出我们的想象。现场考察发现“即使在沼泽深处，藏民的畜牧分区铁丝隔栏已经将无人区划分完毕，不时会发现藏民的‘夏窝子’（藏民夏天放牧驻地），这些驻地不仅配有帐篷、太阳能发电装置，多数都有皮卡等小汽车，牧民的摩托化和汽车化使当曲地区土路遍布，已经有3座跨当曲大桥，具有跨县域的初级交通道路网，人类活动已经深入到过去被认为是人类禁区的地方”［3］。这些人类及自然活动，比如火灾、砍伐、城市和农村的发展、水利工程的建设，使得细沙的供给增加，同时会使得粗沙以及总的输沙大大增加，对整个江源地区的泥沙输移、河床形态演化产生重大影响。

图2　当曲各考察点床沙级配曲线Fig．2 Grain size distribution of sediment in riverbed of observation points in Dangqu

每次江源考察，我们试图在相同的考察点进行相同的考察活动，以建立系统的、连续的原始观测数据。2014年7月和2015年7月，我们连续2次对当曲进行采样调查，为今后对当曲源头进行长期连续的观测打下了很好的基础。但由于当曲源头考察条件限制，2014年又是我们首次对此区域进行科学考察，所以2014年与2015年2次科考的考察点并不完全一致，其中有2个点重合，采样时间都在7月20—21日，2014—2015年的水沙基本参数变化对比情况如表3中所示。

从2 a的水沙数据比较可以看出，2个考察点的水量和含沙量2015年都要明显小于2014年。变化最为明显的是当曲干流的上游大桥，河宽从2014年的120 m变为了2015年的17 m；流速从2014年的2．0 m／s变为2015年的0．33 m／s，前者是后者的6倍多；含沙量的变化更是明显，2014年的含沙量是2015年的23倍。这说明当曲源区的水沙输移年际间变化较大，而降雨量的多少也直接影响江源水量及产输沙量。从2 a的床沙中值粒径比较看，今年的床沙有一定的粗化，但变化并不明显。水沙变化趋势还需要更多连续可靠的数据加以分析。

表3　2014—2015年水沙观测数据比较Table 3 Comparison of measured data of flow and sediment from 2014 to 2015

4 结 语

长江南源当曲有着独特而脆弱的高寒生态系统和特殊的水沙运动特征，对其独一无二的河流数据库进行深入的调查和挖掘都将是发现级的行为。根据已有的观测成果来看，当曲源区床沙非均匀性及宽级配特征较为明显，水沙输移年际间变化较大，受到降雨量的直接影响。一方面应该尽量减少人类活动对当曲水沙生态系统的影响；另一方面我们还需要进行更系统长期的观测，积累更多的原始数据，探明当曲水沙运动及生态效应之间的关系，为科学和有效的保护提供基本依据。

参考文献：

［1］ 张继平，张镱锂，刘林山，等．面向对象的长江源区当曲流域高寒湿地信息提取［J］．资源与生态学报：英文版，2011，（2）：186－192．

［2］ 蒲健辰，王 平，皇翠兰．长江江源地区冰川冰、雪、水的化学特征［J］．环境科学，1988，（4）：14－19．

［3］ 陈 进．长江源——当曲水系及其生态系统特征探讨［J］．长江科学院院报，2014，31（10）：1－6．

［4］ WILCOCK P R，KENWORTHY S T，CROWE J C．Ex⁃perimental Study of the Transport of Mixed Sand and Gravel［J］．Water Resources Research，2001，37（12）：3349－3358．

［5］ KUHNLE R A，BINGNER R L，FOSTER G R，et al．Effect of Land Use Changes on Sediment Transport in Goodwin Creek［J］．Water Resources Research，1996，32（10）：3189－3196．

（编辑：姜小兰）

Preliminary Analysis on Characteristics of Flow and Sediment of Dangqu as the South Source of Yangtze River

LI Zhi⁃jing1，JIN Zhong⁃wu1，ZHOU Yin⁃jun1，YAN Xia1，XU Ping2
（1．River Department，Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China；2．Administration Office，Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

Abstract：Dangqu River，the south source of Yangtze River，is less studied by researchers due to plateau swamp and poor transportation．The basic characteristics of flow and sediment and its impact on water system of river source are little known to the outside world，with few research results of river evolution and transportation characteristics of flow and sediment．In order to obtain fundamental behaviors such as waterways，flow and sediment of Dangqu，as well as typical landform，researchers in Yangtze River Scientific Research Institute organized scientific investigation for Dangqu River again in 2015．The previous scientific investigation was done in 2014．The investigation results can be used as basic data for river evolution and ecosystem at river bank in plateau，and can be referenced for the har⁃nessing，ecological protection and restoration of other rivers．

Key words：source of Yangtze River；Dangqu River；river system in source region；scientific investigation；river sediment；characteristics of water and sediment

作者简介：李志晶（1986－），男，湖南资兴人，工程师，博士，主要从事水沙动力学研究，（电话）027－82829873（电子信箱）lzjketty＠126．com。

基金项目：国家自然科学基金重点项目（51339001）

收稿日期：2015－10－13；修回日期：2015－11－26

中图分类号：TV211

文献标志码：A

文章编号：1001－5485（2016）03－0035－03