河流5区分段方法与长江干流分段实践

董耀华,汪秀丽

(1.长江科学院 水利部江湖治理与防洪重点实验室，武汉 430010；2.武汉大学 图书馆，武汉 430072)

河流5区分段方法与长江干流分段实践

董耀华1,汪秀丽2

(1.长江科学院 水利部江湖治理与防洪重点实验室，武汉 430010；2.武汉大学 图书馆，武汉 430072)

基于Schumm河流分区理论与笔者“最大5河段分段法”，优化提出了“河流5区分段法”，即：以流域分区为主导(“体”)，以干流河道分段为目标(“用”)，先按照河源、上游、中游、下游和河口5区进行流域分区，后选取河势和(或)汇流控制节点进行干流河道分段，综合确定合适的河流分段数；基于10大江河分段实践，检验了“河流5区分段法”。长江干流分段实践可总结为兼顾流域与河道特性、流域特性主导和河道特性主导3类分段方法；基于“河流5区分段法”，长江干流推荐划分为5段(长江源—直门达/巴塘河口—宜昌—湖口—徐六泾—长江口)、3段(长江源—宜昌—湖口—长江口)和2段(长江源—宜昌—长江口)；长江干流其他分段方法分别基于河流名称、水系划分、行政区界、河流指标和专业管理等。

河流分段；流域分区；河流5区分段法；Schumm河流分区理论；最大5河段分段法；长江干流

图1 Horton河流分级法Fig.1 Horton’s method of stream order classification

1 研究背景

河流分段有“狭义”与“广义”之分。“狭义”河流分段具有流域分区与干流河道分段双重功能，以流域分区为主导(“体”)、以干流河道分段为目标(“用”)，本文河流分段方法研究采用“狭义”定义；“广义”河流分段应包括所有基于流域特性、河道特性和兼顾两者的河流分段方法，本文长江干流分段实践采用“广义”定义。与此同时，开展分段研究的流域与河道应有一定的限制要求，研究流域应具有封闭性与独立性，研究河道应为河流级数最高(基于Horton河流分级法[1])的干流河道。由于Horton法(图1)具有以河流而非河段为“不分枝的河流”显著特征，因此分段研究的干流河道应为同一河流级数，简述为“分段河道不分级”；对于多河源或多河口河流，干流河道最多只保留一个河源或河口(如长江干流只保留正源沱沱河，应将北源楚玛尔河与南源当曲视为支流)，简述为“分级河道不分段”。

研究河流分段具有理论基础与实践意义。根据Schumm[2]地貌临界条件定义：“当超过某一界限时，地貌现象将出现巨大的质的变化”，河流分段可理解为流域特性(气候、地质、地貌、植被、水系等)、河道特性(河道形态、来水来沙、输水输沙、河床边界、江湖关系等)及其相互影响下流域分区与河道分段现象；基于钱宁等[3]的观点：“河流作为流域的一个组成部分，它的特性，归根结底，是流域的特性决定了的”，河流分段中流域分区应处于主导地位，干流河道分段应处于从属地位。河流分段研究的实践意义包括准确把握流域与河道特性、科学规划与研究河流、协调河流治理与开发保护、有效实施流域综合管理等。

尽管世界上大江大河大多数已形成了常见或习惯的河流分段实践，但是分段方法研究却非常少见，Schumm[2]河流分区理论是最早的河流分段相关理论；基于Schumm河流分区理论与10大江河分段实践，笔者总结提出过“最大5河段分段法”[4]。笔者其它的相关前期研究成果包括：基于改进河流分级Horton法和长江水系推荐划分，初步研究了长江水系划分与河流分级[5]；以长江干流为背景，研究了长江输水输沙特性与变化[6]；通过韩国京仁阿拉航道泥沙技术咨询，总结了流域产水产沙特性与疏导措施[7]。基于以上河流分段方法与流域河道特性的初步研究，提出本文研究内容：①基于Schumm河流分区理论与笔者“最大5河段分段法”，优化提出“河流5区分段法”；②基于10大江河分段实践，检验“河流5区分段法”；③基于流域特性、河道特性和兼顾两者3类分段方法，初步总结长江干流分段实践。

图2 Schumm河流分区理论Fig.2 Schumm’s theoryon river subsections

2 河流5区分段方法

2.1 Schumm河流分区理论

20世纪70年代，Schumm[2]基于流域产沙与河道输沙特性，提出了河流3区分区理论(图2)：1区为产沙区；2区为泥沙输送区(进、出泥沙量基本相等)；3区为泥沙沉积区。Schumm的贡献是首次将河流输沙理论引入河流分段研究，并本质上体现了河流分段的双重功能——流域分区与干流河道分段。

基于Schumm河流分区理论，可以将河流划分为3区3段；但这既可理解为“河源、干流、河口”，也可理解为“上游、中游、下游”；Schumm理论存在的其它问题还有：忽略了水量变化与水系对河流分段的影响，对于大江大河3区3段数量偏少，流域分区与河道分段之间主次关系有待辨识等。

2.2 最大5河段分段法

笔者曾总结提出过“最大5河段分段法”[4]，其分段思想为：基于河势和(或)汇流控制节点，将河流按河源、上游、中游、下游和河口5区进行分段，最大分段数不超过5段。该方法理论与实践基础包括如下几个方面。

(1) Schumm河流分区理论。

(2) 张瑞瑾“河势”定义[8]：“河道水流的流态(或河势)，具有很广的含义，一切标志河道水流总体倾向的现象，都被纳入这一概念之中”。

(3) 钱宁“节点”分类[3]：“节点是指那些分布在河道两岸的控制点，…对河势及其演变起着很大的控制作用。…河流上的节点具有两种不同的类型。…两岸皆有依托，位置固定，长年靠流，称之为一级节点。…只有一岸有依托，…称作二级节点。”

(4) 笔者河流分段节点特性分析[4]：基于10大江河分段实践，可以将河流分段控制节点划分为2类——河势控制节点(流域特性、河道特性等发生质变的地貌临界点)与汇流控制节点(重要支流、湖泊的分、汇流点)，由此将河流分段方法区分为“河势节点分段”、“汇流节点分段”与“混合节点分段”(包含河势与汇流控制节点)3类。

2.3 河流5区分段法

基于Schumm河流分区理论和笔者“最大5河段分段法”，本文优化提出了“河流5区分段法”，其分段思想为：以流域分区为主导(“体”)，以干流河道分段为目标(“用”)，先按照河源、上游、中游、下游和河口5区进行流域分区，后选取河势和(或)汇流控制节点进行干流河道分段，综合确定合适的河流分段数。“河流5区分段法”的优化与改进主要体现在如下3个方面。

2.3.1 分段思想

以“体用论”为指导思想，辨识并强化了流域分区的主导作用(“体”)和干流河道分段的目标功能(“用”)，强调先分区、后分段；弱化了河势和(或)汇流控制节点的分段作用，控制节点分段是必要条件而非充分条件。

图3 《易经》乾卦Fig.3 Ideas of space andtime in line statements ofhexagram Qian in Yijing,the Book of Changes

2.3.2 分段数量

只限制流域分区数，不限制河道分段数，允许流域分区数与河道分段数不一致。主张合适的河流分段数，避免以分段数评判河流分段方法优劣，纠正“分段数越多越科学”的片面认识；为河流分段方法的指导性与灵活性预留了更多空间。

2.3.3 方法命名

借用《易经》中乾卦爻辞中“初九”(凸显时间)与“上九”(凸显空间)命名思想(图3)，以“5区”凸显流域分区的主导作用、以“分段”表征干流河道的分段目标，融入了“易经”思想[9]。

3 10大江河分段检验

笔者曾采用10大江河常见分段方法检验了“最大5河段分段法”的适用性与有效性[4]。为比较方便，本文仍采用10大江河进行“河流5区分段法”检验。所选10大江河涵盖世界各大洲，按英文字母排序分别为：亚马孙河、长江、刚果河、多瑙河、恒河、密西西比河、墨累河、尼罗河、莱茵河、伏尔加河。10大江河的常见分段方法主要以《世界江河与大坝》[10]、“长江流域综合规划(2012—2030年)”[11]等为依据。

表1 10大江河常见分段方法与河流5区分段法检验

表1和图4给出了10大江河常见分段方法、分段节点及分段特性，并与“河流5区分段法”进行了比较，本文初步检验与分析结论如下：

(1) 分段特性方面。10大江河常见分段方法涉及2段至5段划分，其中3段划分最为常见；分段节点均可归入河势与汇流控制节点2类，分段方法可相应地归入“河势节点分段”、“汇流节点分段”和“混合节点分段”3类，且2类节点与3类分段的采用频率大致相当；10大江河常见分段方法中流域分区与河流分段之间存在“1区1段”、“多区1段”、“1区多段”对应关系，其中“1区多段”最少采用。

(2) 检验分析结果。基于Schumm河流分区理论的3区3段方法显然无法涵盖10大江河的常见分段方法，而笔者以往提出的“最大5河段分段法”和本文推荐的“河流5区分段法”均适用和有效；其中，“河流5区分段法”的优点表现为：先分区(主导)、后分段(目标)，允许分区数与分段数不一致，不以分段数评判分段方法优劣，更具“普适”指导意义等。

图4 10大江河常见分段方法特性分析Fig.4 Characteristics of segmentation often big rivers

4 长江干流分段实践

长江流域水系示意图与干流河道剖面图见图5和图6，本文长江干流分段实践采用的是“广义”河流分段定义。笔者首先将长江干流目前采用的各种分段方法归纳为兼顾流域与河道特性、流域特性主导和河道特性主导3类，并以此对长江干流河道的各类与各种分段方法与实践进行了初步总结。

图6 长江干流河道剖面图Fig.6 Profile of mainstream Changjiang River

4.1 流域河道兼顾分段法

流域河道特性兼顾的河流分段法包括以流域分区主导、以河道分段为目标的“河流5区分段法”和流域特性与河道特性“混合”的河流名称分段法等。

4.1.1 河流5区分段法

基于本文推荐的“河流5区分段法”，可以将长江干流河道区分为5段、3段与2段3类划分方法。本文推荐的长江干流5段划分为“长江源—直门达/巴塘河口—宜昌—湖口—徐六泾—长江口”，与笔者基于“最大5河段分段法”的划分方法一致[4]。其中，分段节点直门达/巴塘河口、湖口为汇流控制节点，宜昌、徐六泾为河势控制节点，该方法凸显了长江源河段(某些河段具有“游荡河型”特性[3])与长江口河段(径流与潮流双重作用)的特殊性与重要性。

推荐的长江干流3段划分为“长江源—宜昌—湖口—长江口”分段方法，这是目前最普遍接受的长江干流分段方法，且为长江流域综合规划所采用[11]。长江中下游分段及选择“湖口”而非“武汉”节点的理由包括：长江中下游重要支流最后汇入点是湖口而非武汉，长江复杂江湖关系(洞庭湖、鄱阳湖)止于湖口；宜昌—湖口河段以弯曲、双分汊、一级节点控制为主，湖口以下河段以多分汊、二级节点南岸控制为主；中游河槽历史摆动南北交替、下游自北向南，摆幅自中游向下游逐渐增大等[3]。

推荐的长江干流2段划分为“长江源—宜昌—长江口”。从长江干流剖面(图6)可以十分明显地看出干流河道高程在宜昌上下存在“质的变化”，这也佐证了流域分区的重要性与合理性。

最后需要强调指出的是，本文推荐的长江干流5段、3段和2段划分方法是互相依存与相互和谐的。

4.1.2 河流名称分段法

该方法依照长江干流河段的历史或习惯称谓进行河流分段，具体划分为：沱沱河(长江源—当曲河口)，通天河(当曲河口—巴塘河口)，金沙江(巴塘河口—宜宾)，川江(宜宾—宜昌)，荆江(枝城—城陵矶)，扬子江(扬州以下—长江口，也可称长江)。该方法结合了流域特性主导分段(如沱沱河、金沙江等)与河道特性主导分段(如川江、荆江等)；该方法存在分段不连续(如川江、荆江与扬子江之间)、干流河道整体性认知不强等问题，同时有悖于作者倡导的“分段河道不分级，分级河道不分段”原则等。

4.2 流域特性主导分段法

长江干流很多分段方法可以归并为以流域水系的自然或(和)社会特性主导的分段方法，主要包括水系划分和行政区界等分段法。

4.2.1 水系划分分段法

以主要支流或湖泊水系的干流河道入汇点为分段依据，如：笔者曾将长江水系推荐划分为干流水系与雅砻江、岷江、嘉陵江、乌江、洞庭湖、汉江、鄱阳湖、太湖等8个支流水系[5]，依此可将长江干流分段为长江源—雅砻江河口—岷江河口—嘉陵江河口—乌江河口—洞庭湖汇口—汉江河口—鄱阳湖汇口—太湖虞望河口—长江口。这一分段方法依赖于水系划分方法且实际分段数偏多。

4.2.2 行政区界分段法

以行政的省界或城市为分段依据，如四川段、重庆段、湖北段、湖南段、江西段、安徽段、江苏段和上海段等省界河段，重庆市江段、武汉市江段、南京市江段、上海市江段等重要城市江段。这类方法完全没有考虑河道特性，虽然可能有利于河流管理，但明显不利于河流研究。

4.3 河道特性主导分段法

基于河道特性进行长江干流分段的实践方法也很多，既可采用河势、水质、水功能等河流指标分段方法，也可采用水利、航道、环保、农业等专业管理分段方法，本文分别列举了河势和航道分段实例。

4.3.1 河流指标分段法(以河势分段为例)

河流指标分段法是基于干流河道形态、河床演变与控制节点等河势指标的分段方法，如长河段分段实例：长江流域综合规划将长江中下游干流河道划分为宜枝、上荆江、下荆江、岳阳、陆溪口、嘉鱼、簰洲湾、武汉、叶家洲、团风、鄂黄、韦源口、田家镇、龙坪、九江、马垱、东流、安庆、太子矶、贵池、大通、铜陵、黑沙洲、芜裕、马鞍山、南京、镇扬、扬中、澄通、长江口30个河段[11]。又如次河段分段实例：长江三峡河段(奉节—南津关)划分为瞿塘峡(奉节—大宁河口)、巫峡(大宁河口—香溪河口)和西陵峡(香溪河口—南津关)。

4.3.2 专业管理分段法(以航道分段为例)

专业管理分段法之一,是基于干流河道的通航条件与航道整治等而采用的航道分段方法，如长江航道部门将长江干流武汉(阳逻)—安庆(皖河口)航道划分为阳逻、牧鹅洲、湖广、罗湖洲、沙洲、巴河、戴家洲、黄石、牯牛沙、蕲春、搁排洲、鲤鱼山、武穴、新洲、九江、九江大桥、张家洲、湖口、东北、马垱南、马垱阻、东流直、东流、官洲24个水道[12]。

最后，本文将长江干流各类和各种分段方法与实践汇总成表2，以供读者参考。

表2 长江干流分段方法与实践

5 结 论

“狭义”河流分段具有流域分区与干流河道分段双重功能，本文河流分段方法研究采用“狭义”定义；“广义”河流分段包括所有的基于流域特性、河道特性和兼顾两者的河流分段方法，本文长江干流分段实践采用“广义”定义。河流分段研究流域应具有封闭性与独立性；研究河道应为河流Horton分级数最高的干流河道，笔者倡导“分段河道不分级，分级河道不分段”。

基于Schumm河流分区理论和笔者“最大5河段分段法”，本文优化提出了“河流5区分段法”，其分段思想为：以流域分区为主导(“体”)，以干流河道分段为目标(“用”)，先按照河源、上游、中游、下游和河口5区进行流域分区，后选取河势和(或)汇流控制节点进行干流河道分段，综合确定合适的河流分段数。“河流5区分段法”在分段思想、分段数量和方法命名等3个方面对“最大5河段分段法”进行了优化与改进，融入了“易经”、“体用论”思想。

以亚马孙河、长江、刚果河、多瑙河、恒河、密西西比河、墨累河、尼罗河、莱茵河、伏尔加河世界10大江河为例，对本文推荐的“河流5区分段法”进行了检验。结果表明：10大江河常见分段方法涉及2段至5段划分，其中3段划分最为常见；流域分区与河流分段之间存在“1区1段”、“多区1段”、“1区多段”对应关系，其中“1区多段”最少采用；“最大5河段分段法”和“河流5区分段法”均适用和有效，其中“河流5区分段法”具有先分区(主导)、后分段(目标)，允许分区数与分段数不一致，不以分段数评判分段方法优劣，更具“普适”指导意义等优点。

将长江干流分段方法归纳为兼顾流域与河道特性、流域特性主导和河道特性主导3类；基于“河流5区分段法”，长江干流推荐划分为5段(长江源—直门达/巴塘河口—宜昌—湖口—徐六泾—长江口)、3段(长江源—宜昌—湖口—长江口)与2段(长江源—宜昌—长江口)，3种分段方法互相依存且相互和谐。长江干流的其它分段方法包括：基于流域特性与河道特性“混合”的河流名称分段法，基于流域特性主导的水系划分分段法和行政区界分段法，基于河道特性主导的河流指标分段法和专业管理分段法等。

最后需要指出的是：①应用“河流5区分段法”进行河流分段时，最为关键的是需要对具体河流的流域与河道特性有充分的认识与研究；②由于天然河流既有大江大河与中小河流之分、“沿程冲刷”(陆地侵蚀)河流与“朔源冲刷”(海侵海退)河流之分，又存在放射状或环状等特殊水系形态河流，再加上拦河大坝、跨流域调水等重大人类活动干扰等，因此“河流5区分段法”是否普遍适用，还有待进一步的检验；③目前河床演变分析方法主要基于河型(如：顺直、弯曲、分汊和游荡等)，河道治理规划研究主要基于河流分段，今后应加强两者之间的交叉与融合。

[1] HORTON R E. Erosional Development of Stream and Their Drainage Basin: Hydrophysical Approach to Quantitative Morphology[J]. Bulletin of the Geological Society of America, 1945,56(3): 275-370.

[2] SCHUMM S A. The Fluvial System[M]. USA: The Blackburn Press，1977.

[3] 钱 宁,张 仁,周志德. 河床演变学[M]. 北京：科学出版社，1987.

[4] 董耀华,汪秀丽. 大江大河河流分段方法探讨[J]. 人民长江，2015, 46(4):10-15.

[5] 董耀华,汪秀丽. 长江流域水系划分与河流分级初步研究[J]. 长江科学院院报，2013, 30(10): 1-5.

[6] 董耀华,惠晓晓,蔺秋生. 长江干流河道水沙特性与变化趋势初步分析[J]. 长江科学院院报，2008, 25(2): 16-20.

[7] 董耀华,徐海涛,周银军. 韩国京仁阿拉航道泥沙技术咨询[J]. 中国水利，2012, (15):55-58.

[8] 张瑞瑾. 张瑞瑾论文集[M]. 北京：中国水利水电出版社, 1996.

[9] 郑 玄.白话易经[M]. 北京：华龄出版社,2012.

[10]赵纯厚,朱振宏,周端庄. 世界江河与大坝[M]. 北京：中国水利水电出版社，2000.[11]长江水利委员会. 长江流域综合规划(2012—2030年)[R]. 武汉：长江水利委员会，2012.[12]长江科学院.长江宜昌至安庆段提高航道标准对河势与防洪影响研究报告[R].武汉：长江科学院，2015.

(编辑：赵卫兵)

Method of River Segmentation with Five Subzones andIts Application to the Changjiang River Segmentation

DONG Yao-hua1, WANG Xiu-li2

(1.Key Laboratory of River Regulation and Flood Control of Ministry of Water Resources,Yangtze River Scientific Research Institute, Wuhan 430010, China; 2.Library of Wuhan University, Wuhan 430072, China)

On the basis of Schumm’s theory of river subsections and the method of river segmentation with a maximum of five reaches proposed by the author earlier, we present an optimized method of river segmentation with five subzones. Subzoning of watershed is regarded as essence and segmentation of main channel as objective. Watershed is partitioned into five subzones in line with river source, upstream, middle stream, downstream and estuary. Subsequently, the main channel is segmented according to selected knickpoints of river regime and/or tributary confluence, hence the proper number of river segments can be determined. The present method is verified through comparison with the segmentation practices of ten large rivers worldwide, among which the methods for the Changjiang River segmentation can be classified as watershed-and-channel dominated, watershed-feature dominated, and channel-feature dominated. Furthermore, by using the present method, we recommend to divide the Changjiang River into five segments as river source-Zhimenda/Batang river estuary-Yichang-Hukou-Xuliujing-Changjiang River estuary; or three segments as river source-Yichang-Hukou-Changjiang River estuary; or two segments as river source-Yichang-Changjiang River estuary. We also summarized other methods for the segmentation of mainstream Changjiang River, which are based on conventional river names for reaches, confluences of sub-basins divisions, administration zones, river index and professional management etc.

river segmentation; watershed subzoning; method of river segmentation with five subzones; Schumm’s theory on river subsections; method of river segmentation with a maximum of five reaches; mainstream Changjiang River

2016-03-18；

2016-04-08

中央级公益性科研院所基本科研业务费项目(CKSF2017069+YB2)

董耀华(1966-)，男，湖北蕲春人，教授级高级工程师，硕士，从事水力学及河流动力学研究，(电话)027-82820010(电子信箱)DONG_YH04@hotmail.com。

10.11988/ckyyb.20160252

2017,34(6):1-6

TV854

A

1001-5485(2017)06-0001-06