淮河中上游段干支流河道走向特征分析

李宗盟，霍兵兵，朱文敏，邢 伟，张辰光，刘芬良

(1. 信阳师范学院 地理科学学院/豫南岩矿宝玉石鉴定及加工中心，河南 信阳 464000；2. 湖北大学 资源环境学院，湖北 武汉 430062；3. 湖南城市学院 市政与测绘工程学院，湖南 益阳 413000)

0 引言

河流是构造、气候等因素共同作用的产物[1]，其形态特征可以指示区域自然环境因子的影响及其变化过程[2]。其中，河道的走向往往受区域地形、局地构造和岩性等的控制。因此，河道走向特征常常被应用到区域地貌发育的研究中。

早在20世纪初，叶良辅和谢家荣在对长江流域的考察中，就曾提出长江是由顺向河发展而来的观点[3]。谢广林等[4]基于郯庐断裂南段的大别山山前河流走向，认为该段断裂存在右旋错动。然而，早期针对河道走向的研究大多是与区域地形或构造的简单对比，缺乏对河道走向的定量分析[3-6]。近几十年来，随着计算机、遥感等技术的发展，有关河道走向特征的研究逐渐走向定量化[7-8]。如王梅力等[7]利用遥感影像和实测河道数据测算了长江上游干支流河道的交汇角。而何保等[8]则综述了河流交汇口处河床地貌的演变。

淮河是中国七大江河之一，其干流南北两侧发育了众多的支流，这些支流的流向大致相同，且与区域地形表现出良好的相关性。基于对淮河中游水系和地形的考察，徐近之[6]认为淮河北侧支流为幼年末期的平行顺向河。其后，河南省地质矿产厅曾定量描述了淮河两侧部分支流与干流的交汇角，并认为交汇角的大小与流域地势相关[9]。然而，已有的研究并未对淮河中上游干支流河道走向进行系统的定量统计分析。基于此，本文拟以淮河中上游干流及其一级支流为研究对象，通过对河道走向及干支流夹角的计算，探讨淮河流域中上游段河道干支流的整体走向特征及其影响因素。

1 研究区概况

淮河为我国七大江河之一，地处中国东部南北过渡带(图1)。淮河发源于桐柏山太白顶，大致沿桐柏-大别造山带北缘自西向东流动，干流全长约1000 km。淮河流域西部为豫西山地，南部以桐柏-大别山与长江流域相隔。淮河流域构造地貌主要受黄淮平原及桐柏-大别造山带的影响。晚新生代以来，黄淮平原的相对沉降和桐柏-大别造山带的相对隆升为淮河流域水系的发展提供了构造背景。受区域地形和构造的影响，淮河北岸支流主要为平原区河流，河道比降较小，大多呈南东走向；而南岸支流大多流程较短，比降较大，具有山区河道特征，大致呈北东向流动[10]。

图1 淮河中上游主要支流概况图Fig. 1 Map of main tributaries in the upper and middle Huaihe river

2 研究方法

淮河干流南北两侧支流众多，本文选择了12条一级支流，其中，淮河干流北侧5条支流自西向东分别为洪河、颍河、西淝河、涡河和沱河；南侧的7条支流自西向东分别为浉河、竹竿河、潢河、白露河、史河、淠河和东淝河。各支流矢量数据源自国家基础地理信息中心1∶400万矢量河流数据库。基于ArcGIS 10.2平台和Origin 8.0，通过线性模拟计算各支流及淮河干流的走向数据，并统计各支流与干流走向的交汇角。

由于自然界河流大多曲折多弯，因此其走向的获得需要首先对自然河道进行“顺直拟合”，即通过模拟得出一条能大致反映原河道总体走向的顺直河道。为此，本文首先通过ArcGIS和矢量河流数据，导出淮河干流和选取支流的经纬度数据，在此基础上基于Origin 8.0，对各河流的散点数据进行线性拟合，以拟合所得的曲线作为能够反映原始河流走向的河道。

在进行走向和交汇角计算时，首先将拟合河道数据加载至ArcGIS 10.2平台，然后利用ArcGIS工具进行点集转线。所得直线基本反映了淮河中上游段干流及各主要支流的走向趋势，其结果见图2。在此基础上，利用ArcGIS平台计算得出各拟合河道的走向、交汇角等数据，各拟合河道的走向数据见表1。

图2 淮河干流和主要支流走向拟合河道Fig. 2 Simulated channels of the tributaries and main stream of the Huaihe river

3 研究结果

基于选取的矢量河道数据计算发现，淮河中上游段干流的整体走向为北东东向78°，并且淮河中上游段两侧支流河道的走向呈现出较明显的规律性特征(表1)。其中，淮河中上游段北侧各支流的走向总体为南东向，其走向在109°～133°之间，平均走向为120°；淮河干流南侧各支流的总体走向趋势为北东向，走向在8°～50°之间，平均走向为28°。

表1 淮河中上游段支流河道走向数据Fig. 1 Channel direction of the tributaries in Upper and Middle Huaihe river

通过遥感影像的目视对比和走向数据的分析可以发现，淮河中上游段南北两侧支流与干流的交汇角分别呈现出一定的相似性。如淮河北侧支流与干流的走向交汇角为31°～55°，平均为42°。而淮河南侧支流与干流走向的交汇角为28°～70°，平均值为59°。其中，史河与东淝河的走向明显偏离了河淮南侧支流的总体走向，其干支流交汇角也明显较大。

4 讨论

通过对比区域地形和淮河中上游段干支流的走向数据发现，淮河中上游段支流的走向与研究区地形呈现出较好的一致性，即淮河两侧支流大致沿区域地形的走势流动，为较典型的顺向河。

淮河北侧为黄淮平原，区内除东北部有局部的低山残丘外，其余为地势低平的平原区。黄淮平原区地势由西北向东南逐渐倾斜，海拔多在15～46 m之间[11-12]，这也导致了淮河北侧支流总体的走向为南东向，其走向为109°～133°。而淮河南侧为桐柏-大别造山带，山前为低山丘陵，其地势总体为由南向北倾斜。这与淮河南侧支流的总体走向(北东向8°～50°)相一致。

从各支流的平均走向数据来看，研究区淮河北侧各支流的平均走向为120°；淮河南侧各支流的平均走向为28°。两侧支流的走向与纬线方向的夹角相近，分别为30°和28°。从水系的平面展布上呈现出沿纬线方向的对称分布，这种分布特征可能与水系自身的调节有关。而从干支流的交汇角来看，淮河北侧干支流的走向交汇角为31°～55°，平均为42°，淮河南侧干支流的走向交汇角为28°～70°，平均值为59°，即淮河南侧干支流的交汇角大于北侧。然而可以发现，史河与东淝河的走向和交汇角明显偏离了南侧其余支流的总体趋势。当剔除这两条河流时，淮河南侧干支流的平均走向交汇角为42.4°，即淮河两侧的干支流交汇角几乎一致。这些现象表明，河网水系在发育过程中，可以通过自身的调节带来内部的自相似性[13-14]。

此外，由于淮河北侧黄淮平原地势相对低平、起伏较小，因而北侧支流具有典型的平原区河道特征，即河长较大、比降较小；而淮河干流南侧则分布有多条断裂带，如桐柏大别山断裂带、商麻断裂带和肥西-六安深断裂带，这些断裂断面倾角较大，地形破碎。受断裂带的影响，淮河西南部为淮南低山区，东南部则是淮南丘陵区，广泛分布着低山丘陵等各种地形[15]。故淮河南侧支流具有较明显的山地河流特征，即河长较短、河道比降较大。

一般而言，自然界河流的走向趋势主要是由流经区域的地形所决定的。淮河干流北侧支流的河道走向离散度较低，最大走向角度差为24°，且河道在平面上大致平行，为沿着地形走势发育的顺向河；而相对于北侧支流而言，位于淮河南侧的支流走向相对离散，最大角度差达到42°。其总体走向趋势仍然表现出较显著的区域地形控制。

值得注意的是，淮河干流南侧的史河和东淝河，两条支流的走向角度分别为8°和9°，明显偏离了其余南侧支流的走向趋势。史河、东淝河与淮河干流走向的交汇角分别为70°和69°，与淮河干流河道近乎垂直。而这种异于其余支流的异常现象可能是区域断裂活动所导致的。史河位于商麻断裂和肥西-六安断裂之间，断裂导致地形极为破碎，地貌类型十分复杂，导致河流沿大别山曲折发育[16]；而东淝河发源于肥西县大潜山北麓，中下游河道淤塞，水流不畅，由于河流较为短小，因而交汇处的局地地形对其整体的流向产生了干扰[17]。受交汇处地形的影响，东淝河在合肥附近转变为北西向流动，与淮河干流近似垂直交汇。

5 结论

本文基于对淮河中上游段干流和两侧主要支流的分析，获得了淮河干流和各支流的走向数据，以及干支流的交汇角，探讨了该区河道的走向与区域地形之间的关系。结果表明， 区域地形是控制淮河两侧支流走向的主要因素，淮河两侧支流为较典型的顺向河。受黄淮平原较低平的地势影响，淮河北侧支流的走向角度差较小。而淮河南侧支流的走向角度差较大，主要是南侧低山丘陵区较复杂的地形导致的。淮河南侧的史河和东淝河的走向与其他河流偏离较大，可能是局地断裂活动控制所导致的。在平面地形上，淮河两侧支流表现出以纬线为轴的南北对称；除史河和东淝河外，淮河两侧支流与干流的平均走向交汇角几乎一致。这些现象表明，水系内部河网可通过自身的调整，使其内部支流之间达到某种自相似性。