GIS支持下长江镇扬河段河床演变分析_张增发
基于GIS佛山市河道数字水下地形管理系统的设计与实现
基于GIS佛山市河道数字水下地形管理系统的设计与实现李远青【摘要】为了更好地管理和使用佛山市属河道地形资料,全面提升河道管理水平,研制了佛山市河道数字水下地形管理系统.该管理系统基于java与SQL Server组件的方式构件,既实现了GIS的基本功能,又实现了地图数字化管理功能,大大提高了工作效率,并将河床变化定性描述进一步提高到定量表达的水平,为河道管理决策、规划、治理提供了有力的技术支撑,具有一定的实践意义和推广价值.【期刊名称】《广东水利水电》【年(卷),期】2017(000)007【总页数】4页(P61-64)【关键词】GIS;河道数字化;水下地形;管理系统;设计与实现【作者】李远青【作者单位】广东省水文局佛山水文分局,广东佛山 528000【正文语种】中文【中图分类】P208.2;TV8佛山市位于珠江三角洲网河区腹地，河流众多，多年来，投入了大量的人力物力对市管河堤险段进行了综合整治，积累了大量的河道治理经验和多年的河道水下地形基础数据成果，但由于各种河道测量成果坐标系统不统一，且未能较好的形成数字化统一管理成果，为更好地管理和使用佛山市属河道地形资料，为防灾减灾提供重要的基础信息。
开展基于GIS佛山市河道地形数字管理研究，利用地理信息系统软件强大的数据管理和空间数据分析功能，将河道地形数字化并建立专业的数据库，实现网络远程管理，并通过数据对比和挖掘，使用多元查询方式，分析河道平面、断面变化、河槽容积变化，并可得到河床冲淤变化图，直观地显示河道冲刷淤积部位，从而分析河道演变规律和演变趋势。
目前国内开展此方面研究的主要是集中在长江河段，如河道数字地形信息系统与长江镇扬河段GIS研制[1]，且部分研究主要内容是针对河道地形数字管理[2]、河床断面演变变化以及冲淤时空等宏观面上的分析[3-5]，如本项目综合研究河道数字一体化[6]并深入挖掘针对水行政主管部门水安全管理需求开展险工险段、边坡局部重点以及实现河道3D模拟分析比较的并不多见，因此，本项目的研制对于加强河道地形数字化和应用具有重要的现实意义。
长江武穴河段近期河床演变分析
长江武穴河段近期河床演变分析摘要：近几年来，长江武穴河段受河道采砂和航道整治的影响，以及新洲头即鸭儿洲修筑顺水坝分流等人为因素的影响，该河段近期河床演变发生微妙的变化。
本文中该河段的河床演变分析结论仅供参考。
关键词：武穴河段、水沙、深泓、汊道、河床演变、分析1河道基本情况武穴河段也叫龙坪河段，位于长江中游上起鲤鱼洲，下至大树下，全长约35km。
见图1。
河段左岸为湖北武穴市和黄梅县，右岸属江西瑞昌县。
河段上段有边滩式江心洲鲤鱼洲，下段有鸭儿洲、龙坪新洲，洲体将河道分成两汊，右汊为主汊，汊道微弯，左汊为支汊，汊道向下游大拐弯，水流在新洲洲尾汇合，该段弯曲系数2.03，属鹅头型分汊河段。
本河段左岸有黄广大堤、右岸有梁公堤、赤心堤。
两岸堤防、低山和矶头组成的河床边界，控制着河道的横向发展，河道特有的地质地貌条件造就了河段沿程宽窄相间。
本河段发育在扬子准地台区，其中武穴市以上属淮阳地盾南缘，南临江南古陆，处于大冶褶皱束，鄂东修水褶皱束和望江凹陷三个次一级大地构造单元的接触带，自武穴市起向东北延伸，由一系列断裂组成。
由于构造断裂的影响，自全新世期以来，构造运动的差异和水流长期作用，而形成了两岸不同的地质、地貌。
武穴河段由于河道主流长期右摆，左岸已逐渐发育成为广阔的冲积平原，形成具有二元结构特征的疏松沉积物。
上层主要为粘砂土，局部为砂壤土和粉细砂；下层主要为细砂，中砂，局部有砾石。
龙坪弯道李英一带的岸坡主要为粉细砂、细砂组成，岸坡抗冲力较差，为重点崩岸险工段。
河道右岸已紧逼山丘、矶头或阶地。
这些山丘、矶头由页岩、砂岩和石灰岩构成。
阶地多为棕红色的粘土和棕黄色的砂壤土，河岸抗冲性较好。
2河段水沙特征武穴河段的水沙主要来源于上游长江干流。
上游汉口水文站水沙资料能够反映河段内长江干流的水沙特点。
汉口水文站1865～2008年，多年平均水位为17.07m，历年最高、最低水位分别为1954年27.62m和1865年7.98m；1952～2008年，多年平均流量为22500m3/s，历年最大、最小流量分别为1954年76100 m3/s和1963年4830 m3/s；多年平均输沙量为3.68亿t，历年最大、最小输沙量分别为1964年5.79和2006年0.576亿t。
第四章河床演变学
崇明东滩等高线迁移变化（1983年－2001年）
上海古海岸线图
南汇海岸的淤涨速率（以海塘为标志）
海塘
旧瀚海塘 (老护塘) 1052
钦公塘 (外瀚海塘) 1733 2.0 2.4 532 3.8 4.5
彭公塘
李公塘
人民塘
胜利塘
九五塘
修筑年代（公元） 海塘间距离 (km) 平均 最大
1884 6.7 12 151 44.0 79.5
黄河口
1、概况 •
黄河发源于青海巴颜喀拉山北侧，干流长5460km。 黄河三角洲以宁海为扇形顶点，有6000km2的扇形面积。 黄河三角洲资源非常丰富，石油储量80亿t。已建原油生 产能力3350万吨和天然气生产能力14亿m3的我国第二大 油气田－胜利油田。有发展盐田的滩涂面积12万km2，建 成年产600万吨原盐的生产能力，有天然草场8万多公顷。 • 黄河三角洲的开发已经得到国家重视。1992年山东省 把黄河三角洲开发列为全省两大跨世纪工程之一。1993年 国务院确定东营市为沿海开放城市。1995年中央农村工作 会议确定为国家的新粮仓。
现在演变特点
沙体移动 ● 落潮槽发展 ● 涨潮槽衰退 ● 拦门沙发育，河口外移 ● 河道主次更替 ● 人为控制逐步加强
●
一
1916~2009年拦门沙滩预水深
5-6m，百年来向海移动30km
南、北港分流口
崇 明 浅 滩 | | 横 沙 东 滩 | | 九 段 沙 形 势 图
6. 河口发育模式在河口治理中的意义 （1）南港北槽方案 （2）七丫口－东风沙断面建立人工节点的方案 （3）围垦明沙，稳定阴沙，减少活动沙 （4）北支缩窄或堵塞 （5）围垦重点在南岸边滩
5. 河槽加深 不同河段情况不同，拦门沙6.0m左右， 分汊河段水深10～15m，单一河槽，江面 束狭，水深较大，江阴14m、13.4m。
河床演变的基本规律
第三节河床演变的基本规律在河流动力学中，河床演变的研究对象，一般系针对近代冲积平原河流而言。
平原河流的河型，按其平面形式可分为四种基本类型：顺直型，蜿蜒型，分汊型及游荡型。
不同类型的河段，其形态特点与演变规律不同。
一、顺直型河段这种河型的特点是：河身较顺直；犬牙交错状边滩分布于河道两侧，并在洪水期向下游缓缓移动；深槽与边滩相对；上、下深槽之间存在沙脊，在通航河段称之为浅滩，浅滩洪水淤积，枯水冲刷，深槽则相反，洪水冲刷，枯水淤积（图5-15）。
图5-15 顺直型河道（第聶伯河）二、蜿蜒型河段蜿蜒型河段是冲积平原河流中最常见的一种河型，在我国分布甚广，如“九曲回肠”的长江下荆江河段(图5-16)、渭河下游(图5-17)和汉江下游河段等，都是典型的蜿蜒型河段。
图5-16 下荆江蜿蜒型河段图5-17 渭河下游蜿蜒型河段蜿蜒型河段的平面形态，由一系列正反相间的弯道和介乎其间的过渡段连接而成。
图5-18为一弯曲河段示意图。
图中弯曲部分称为弯道段，上下两弯道段间的连接段称为过渡段。
岸线凹进一侧的河岸称为凹岸，凸出一侧的河岸称为凸岸。
弯道段靠凹岸一侧为深槽，凸出一侧为边滩。
过渡段中部河床隆起，在通航河道常因碍航而被称为浅滩。
蜿蜒型河段的河床纵剖面形态呈上下起伏状态，深槽处水深最大，浅滩处水深最小。
蜿蜒型河段的横向变形，主要表现为凹岸冲刷崩退和凸岸淤积增长。
由图5-19可见，凹岸迎流顶冲，河岸因冲刷而崩坍后退，凸岸边滩则因淤积而不断淤高长大。
天然实测资料表明，蜿蜒型河段在横向变化过程中，不仅横断面形态相似，而且冲淤的横断面面积也接近相等，如图5-20 所示。
图5-18 蜿蜒型河段的平面及剖面形态图5-19 蜿蜒型河段凹岸冲刷和凸岸淤长现象图5-20 下荆江来家铺弯顶断面冲淤变化图蜿蜒型河段的纵向变形，弯道段洪水期冲刷，枯水期淤积；过渡段则相反，洪水期淤积，枯水期冲刷。
但在一个水文年内，冲淤变化基本平衡。
蜿蜒型河段从整体看处在不断演变之中。
长江沙市河段近期河道演变分析
长江沙市河段近期河道演变分析1. 引言1.1 背景介绍长江沙市河段是长江流域的一个重要支流，河道演变受到多种因素的影响，近年来发生了较为明显的变化。
随着城市化进程加快和人类活动的增加，长江沙市河段的河道演变已成为一个备受关注的问题。
针对这一问题，进行系统的研究和分析，对于有效管理和保护河道具有重要意义。
背景介绍部分主要探讨长江沙市河段的地理位置、流域特征以及河道演变的背景情况。
长江沙市河段地处长江中游，是一个典型的冲积河段，受到来自上游河流的泥沙输送影响较大。
在城市化和工业化进程加快的背景下，长江沙市河段的水资源利用和生态环境保护面临着严峻挑战。
深入研究长江沙市河段的河道演变特征和影响因素，对于有效保护和管理这一重要水系具有重要的现实意义。
1.2 研究目的研究目的：本文旨在深入分析长江沙市河段近期河道演变情况，探讨河道演变的特征和影响因素，通过案例分析及预测模型构建，为未来河道演变趋势预测提供科学依据。
具体研究目的包括：1.探究长江沙市河段的河道演变特征，包括河道形态变化、河床沉积情况等；2.分析长江沙市河段河道演变的影响因素，包括人类活动、气候变化、水文变化等方面；3.通过具体案例分析，揭示长江沙市河段河道演变的规律和趋势；4.构建河道演变预测模型，为未来河道演变趋势提供科学预测依据；5.总结长江沙市河段河道演变的规律，并提出相关管理建议，为区域河道生态环境保护和治理提供科学参考。
通过以上研究目的的实现，可以更好地了解长江沙市河段近期河道演变的情况，为河道管理和环境保护提供科学依据和决策建议。
1.3 研究方法研究方法主要包括实地调查、遥感影像分析和数值模拟三个方面。
通过实地调查，我们将深入长江沙市河段进行实地勘察，获得河道的实际情况，包括水文地貌、植被覆盖、河床沉积等信息。
实地调查是获取真实数据的基础，可以为后续分析提供准确可靠的数据支持。
遥感影像分析是通过获取高分辨率的遥感影像，结合专业软件进行图像处理和解译，提取河道演变特征信息。
关于长江口近期河床演变的若干问题
收稿日期:2008-01-21作者简介:余文畴,男,长江水利委员会长江科学院河流所原所长,教授级高级工程师。
文章编号:1001-4179(2008)08-0086-04关于长江口近期河床演变的若干问题余文畴1 张志林2(1.长江水利委员会长江科学院,湖北武汉430010; 2.长江口水文水资源勘测局,江苏太仓215431)摘要:长江水利委员会科学技术委员会组织的长江口河道查勘和综合治理调研活动。
根据调查的情况,结合以往收集的资料,概要分析了长江口徐六泾节点附近、扁担沙束窄段、南北港分流口、南港与北港、南槽与北槽、横沙通道以及北支近期河床冲淤变化,认为稳定南北港分流是长江口整治的关键,提出徐六泾与扁担沙节点控制作用和各汊中滩与槽相互关系方面存在的问题,对长江口河床演变的某些趋势阐述了作者的初步看法。
关 键 词:节点控制;汊道分流;河势变化;演变趋势;河口整治;长江口中图分类号:T V147 文献标识码:A 最近笔者有幸参加了长江水利委员会科学技术委员会组织的长江口河道查勘和综合治理调研活动。
根据调查的情况,结合以往收集的资料,对长江口近期河床演变的若干方面提出一些粗浅的认识。
1 徐六泾节点附近的河势变化徐六泾节点对河势的控制作用历来为各家所重视。
在《长江口综合整治开发规划要点报告》(以下简称《规划》)中,强调了徐六泾节点控制作用还不够充分,结合岸线利用,通过对新通海沙和白茆小沙的整治进一步束窄河宽,以加强对下游白茆沙汊道河势的控制,稳定其南、北水道的分流态势。
近几年来,徐六泾上游通州沙东水道中狼山沙继续受到冲刷,其深泓线仍不断右移,沙体东侧不断后退(图1)[1]。
有关研究还表明,自徐六泾至白茆河球标一段河床中的-20m 深槽南偏,-20m 深槽尾端朝东南方向移动了550～1400m [2]。
这种水流总体右移的动力作用是金泾塘夹槽(即白茆小沙夹槽)近期冲深发展和白茆小沙遭受冲刷的原因,也是白茆沙汊道洲头后退、南水道继续发展、洲头南侧小沙受剧烈冲刷(图2)的水流动力因素。
基于PLUS模型的长江流域土地利用变化模拟与多情景预测
基于PLUS模型的长江流域土地利用变化模拟与多情景预测一、概述随着全球化和城市化进程的加速，土地利用变化已成为影响区域乃至全球环境、经济和社会发展的重要因素。
作为中国最重要的水系和农业经济区，其土地利用变化尤为引人关注。
为了科学合理地调控土地利用变化，实现生态与经济的协调发展，本研究基于PLUS模型（Patchbased Land Use Simulation，基于斑块的土地利用模拟模型）对长江流域的土地利用变化进行了深入模拟与多情景预测。
PLUS模型作为一种新兴的土地利用变化模拟工具，能够综合考虑自然和人为因素，通过空间显式的方式模拟土地利用变化过程。
本研究利用PLUS模型，对长江流域的土地利用现状进行了详细的分析，并基于斑块生成土地利用变化模拟方法，选取了一系列驱动因子，深入剖析了1985年至2020年间长江流域土地利用时空变化格局及其驱动力。
在此基础上，本研究设定了多种土地利用变化情景，包括惯性发展、耕地保护和生态优先等，以满足流域不同发展目标导向下的国土空间优化配置需求。
通过PLUS模型对这些情景进行模拟分析，本研究不仅预测了未来土地利用变化的趋势和特征，还深入探讨了不同情景下土地利用变化可能产生的环境影响。
本研究结果将为长江流域的土地利用规划、生态保护和可持续发展提供重要的科学依据和决策支持。
本研究的方法和结果也将为其他地区的土地利用变化模拟和预测提供有益的参考和借鉴。
通过对长江流域土地利用变化的深入研究和多情景预测，我们有望为区域的可持续发展和生态文明建设贡献智慧和力量。
1. 长江流域土地利用变化的背景与意义作为中国最大的水系和重要的农业经济区，其土地利用状况一直备受关注。
随着经济的快速发展和人口的不断增长，长江流域的土地利用格局发生了显著的变化。
这种变化不仅反映了区域经济社会发展的步伐，也对生态环境产生了深远的影响。
准确模拟和预测长江流域的土地利用变化，对于制定科学的区域发展规划、实现可持续发展具有重要的理论和实践意义。
和畅洲左汊口门控制工程运行中的病险及加固措施
（） ３ 与坝基下 沉也 有一 定的关系 。以上诸 多不利 因素均可能
作 者 简 介 ：刘 凯 贤 （ ９ ６ ） ，男 ，江 苏 省 镇 江 市 工 程 勘 测 设 计 研 究 院工 程 师 ，主 要 从 事水 利 工 程 设 计 工 作 。 １７ 一 尹云 飞 （ ９ ４ ） ，男 ，江 苏 省 镇 江 市 工 程 勘 测 设 计 研 究 院高 级 工 程 师 ，主 要 从 事 水 利 、港 航 工 程 设 计 工 作 。 １７ 一
一
、
工 程 概 况
２ ０ 年 和 畅洲 左 汉 口 门控 制 工 程 建 成 后 ，左 汉 分 流 比 ０３ 从 ７ ．％ 回落 至 ７１８ ，至 今 仍 稳 定 在 ７ ％ ～ ３ ５５ ．％ ２ ７ ％之 间 ， 已经 初 步 达 到 预 期 效 果 ， 有效 抑 制 了左 汉 分 流 比进 一 步 增 大 的态 势 ，为 两 汊 江 岸 的进 一 步 开 发 利 用 和 镇 扬 河 段 的 进 一 步 治 理 奠 定基 础 。
二 、工 程 运 行 过 程 中 出现 的病 险情 况
１ 坝 体 断 面 缩 小 、坝 顶 高程 有 所 下 降
和 畅 洲 左 汉 口门 （ 体 见 图 １ ， 自 １ ５ 年 以来 ，左 汊 经 历 了发 展 一 具 ） ９ ２ 衰 退一 发展 的 过 程 。 近 一 轮 的 发展 自 １ ７ 最 ９ ４年 一 直 延 续至 今 ， １ ７ － ０ ２左 汊 分 流 比 从 ３ ．％增 加 至 ７ ．％ ， 畅 洲 右 ９ ４２０ ４９ ５５ 和 汉 作 为 长 江 航 运 黄 金 水 道 的航 运 条 件 日益 恶 化 ，右 汊 南 岸 一
长江宜昌_大通河段河道GIS在长江防洪规划中的意义
长江宜昌—大通河段河道G IS 在长江防洪规划中的意义薛重生 董玉森 李利平(中国地质大学地球科学学院,武汉,430074) 长江中下游宜昌至大通河段是长江防洪的重点河段。
为满足长江防洪规划工作的需要,由中国地质大学(武汉)和长江水利委员会水文局合作,对1998年测量的最新水道地形资料(1∶1万),经计算机扫描、等高线矢量化处理、A rc info G IS图形编辑空间拓扑和面积计算、Foxp ro数据库开发及槽蓄量统计汇总打印、校准核对五道工序完成。
本次河道量算成果,已经长委会水文局验收,认为该成果反映了长江1998年大洪水后最新的河道特点,为当前的防洪规划工作提供了详实、可靠的河道槽蓄量资料。
经用1996年、1998年洪水资料调洪演算验证,表明数字成果精度高,质量好,且在一个月内完成了近400幅水道地形图的处理和量算工作,为长江防洪规划做出了重要的贡献。
对长江河道水下地形进行高分辨率数字化处理,不仅提高了河道槽蓄量量算的准确度和工作速度,而且也为建立河道地理信息系统、中下游河型分类、江岸稳定性评价、河流断面形态的定量研究和河道行洪能力的数值模拟、江湖防洪系统水流模拟研究和复杂系统水流演算开辟了全新的研究途径,即从二维到三维、从静态数值模拟到动态数值模拟的研究方法。
1 河道G IS的基本功能在对宜昌至大通河段1∶1万水道地形图(约400幅)数字化的基础上,在A rc info软件的支持下,运用WM L二次开发工具,通过ED IT图形编辑模块建立长程河道地理信息系统。
该系统可以提供以下基本图形操作和计算功能。
111 高精度槽蓄量计算功能该系统可以快速提供河段或河流节点之间的详细槽蓄量量算统计表,一般为自河床底部到主干堤以1m间隔计算各层的槽蓄量,并累加该河段或两节点河道的槽蓄总量。
其数据的准确度及量算精度主要取决于对河道水下地形的测量描绘质量和等高线的矢量化精度。
本次数值量算经求积仪核算,两者之间的误差值均小于1%,与以往的量算成果比较,其数据成果合理,可靠,可以满足当前防洪工作的急需,为长江防洪规划工作打下了坚实的基础。
基于GIS的航道测绘成果管理系统 张建喜1
基于GIS的航道测绘成果管理系统张建喜1摘要：当前，地理信息系统、网络、以及空间数据库等技术的高速发展为长江电子航道图的推广应用提供了技术基础。
航道测绘作为长江航道维护的重要组成部分，为航道养护提供第一手资料。
长江航道测绘成果数据同时为长江航道的规划、建设和保护提供重要资料。
如何管理航道测绘成果资料，使得各相关单位部门能够高效地使用测量成果，从而进一步提升航道服务的效能，已成为一个急需解决的问题。
关键词：测绘成果；GIS；数据库随着长江黄金水道建设的加快，以及长江航运的日益繁荣与航道整治建设的快速发展，对长江航道测量和航道信息化服务提出了更高的要求，建立“数字航道”已成为当前的热点问题。
由于，长江航道测量数据管理的工作量大，涉及面广，连续性和时效性强，信息量和数据量非常大，在原有的数据管理方式和体制下，尽管构建了长江航道测绘成果资料管理系统，但难以充分发挥航道测量数据的效果。
因此，在航道测绘成果数据库建立的基础上，基于GIS技术开发一套完善的长江航道测绘成果管理与应用系统，是长江航道测量面向社会提供现代化服务的迫切需要，也是实现长江“数字航道”的基础工作之一。
一、航道管理系统1、航标遥测遥控系统。
在部分区域局部署了该系统，但采用的航道基本数据较陈旧且长时间未更新，已出现图上信息与实际信息不符情况，系统未实现水位信息实时、自动更新显示；遥测数据未在电子航道图上显示。
2、航道电子地图管理系统。
在省级和地区局建立了电子地图数据库及管理信息系统，但目前航道电子地图系统在所调研局并未广泛使用。
3、航道业务管理系统。
系统实现了航道行政审批管理，如日常安全教育及检查，航道巡查、测量航标管理等，目前仅部分航道局在运行航道信息管理系统，可与其所辖航标与测绘所实现表格自动统计上报，业务档案管理等功能。
4、船闸管理信息系统。
船闸管理信息系统处于试用阶段，只有部分水位信息能自动采集，有些水位信息还要手工输入，系统数据目前并未在航道电子地图系统中应用。
长江仪征水道河床演变及航道条件变化分析
未进 行 系统研 究 。通 过 对近 年 来仪 征 水道 航 道 演 变特 点 及 主 要 影 响 因素 的分 析 ， 点探 讨 了水 沙 条件 变化 与 重 航 道 条件 的 对 应 关 系， 明 三峡 水 库 的 蓄 水 影 响 范 围 已经 到 达 下 游 河 口段 ， 示 了 来 沙 量 逐 步 减 少 对航 道 条 表 揭 件 影 响 的 复 杂 性 。指 出在 三峡 水库 蓄 水 的持 续 影 响 下 ， 河 口段 重 点 河 段 洲 滩 进 行 守护 ， 持 良好 的 滩 槽 型 对 维 态 ， 维持 航 道 条 件 的 稳 定 具 有 重 要 作 用 。 对
的分 流和 分沙 比一般 均在 １４ ４左右 ；０年代 中期 至 ：． ７ ９ ０年代 初 期 ， 汉分 流 比开始 缓慢 的增 加 ；９ ５年后 左 １９
连续 大洪水 作用 期 间 ， 左汊 分流 比增加 速度 明显 加大 ； ２０ ０ ０以后增 长 幅度 相 对 １ ９ ９ ８年 大 洪 水 前 大 ，０ ２～ ２０ ２１ ０ ０年年均 增大 约 ０ ４ ， ２ １ ． ％ 至 ０ ０年左 汊 分流 比已经
（） ｂ
图 １ 世 业 洲 汉 道 １ ． ｍ 等深 线年 际 变 化 ２５
件演 变经 历 了 ３个典 型时 期 ，９ ６—１９ １８ ９ ８年航 道 条 件 良好 ，２ ５ ｍ航槽 贯通 ， １ ． 仅局 部河段 航道 宽度 不足 ５ ０ ０
ｍ；９ ８— ０ ３年航 道条 件极 度恶化 ， 数年 份 主航 槽 １９ ２ ０ 多
世 业洲 汉道 分 流 比变 化 见 图 ２ ０年 代 以前 ， 右汊 。７ 左
业洲汉 道 的主支 汊格 局 产 生 较 为显 著 的 影 响 ， 道 的 航
GIS支持的长江安徽段干流河道演变的遥感分析
ａｔ ｎ ｉ ｎ ｔ ｏ ｎ ｙ ｙ ａ ｓ Ｔｈ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔａ ｄ ｕ ｉ ｚ ｔ ｎ ｏ ｈ ｒ ｌ ｅ ｒ ｓ ｕ ｃ ｓ ｔ ｅ ｒ ｇ ｍｅ ｃ ａ ｇ ｎ ｌ ｓｓａ ｄ ｔ ｔ ｏ ｆ ｒｍａ ｅ ｒ． ｅ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｎ ｔｌ ａ ｉ ｆ ｏ ｅｉ ｅ ｏ ｒ ｅ ， ｈ ｅ ｉ ｈ ｅ ｏ ｉ ｏ ｓ ｎ ｎ ｅ ａ ａｙ ｉ ｎ
测 绘 第 ３ 卷 第 ｌ ２ １ 年 ２月 ４ 期 ０１
Ｇ 持 的长 江 安 徽段 干 流 河道 演 变 Ｉ Ｓ支 的遥 感 分 析
殷 鹏 莲
戴仕 宝 余 学祥
（ ．安徽理 工大学地球与环境 学院，安徽 淮南 ０ １ ２ 滁 州 学 院 国土 信 息工 程 系 ，安 徽 滁 州 ２ ９ １ ） １ ２２０； ． ３ ３０ ２
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GIS技术在水文水资源管理中的应用
| 工程管理 | Engineering Management ·132·2020年第23期GIS 技术在水文水资源管理中的应用李 星1，黄镇中2（1.上饶市水利电力勘测设计院，江西 上饶 334000；2.江西省武大扬帆科技有限公司，江西 南昌 330006）摘 要：水是人类生存的根本，在社会可持续发展进程中发挥着重要作用，在众多自然资源中占据关键地位。
现今，随着人类社会的迅速发展，水文水资源发展中的问题逐渐暴露出来，包括水资源分布不均、自然灾害频发、水资源污染等，因此相关部门必须高度重视水文水资源的管理工作。
经研究，将先进的GIS 技术引入其中，能确保水文水资源的良好发展，促进水资源的可持续利用。
关键词：水文水资源管理；GIS 技术；可持续利用中图分类号：P208；P33 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2020）23-0132-02作者简介：李星，女，硕士，研究方向为水文学及水资源。
随着社会经济的迅猛发展，人类的社会活动越来越频繁，这给全球生态环境造成了极大的影响，引发了水资源紧缺、生态失衡等问题，很大程度上制约了社会的发展，因此我国相关部门必须加强对各种自然资源的监测管理。
GIS 技术是一项探索地球地理信息的关键技术手段，立足计算机技术和软件技术，能实现对各种地理空间信息数据的描述、分析、采集和存储，被广泛应用于我国自然资源领域，且取得了显著成效[1]。
基于此，有关部门将GIS 技术有效应用到水文水资源管理中，以此提升水文水资源管理的科学性与可靠性，从而更好地推动我国水文水资源的可持续发展。
1 GIS 技术概述随着地球地理信息专业的进一步发展，衍生出了一种新技术——GIS 技术，该技术的构成部分主要包括空间数据处理与空间数据管理，一般利用GPS 和遥感技术来得到各种信息数据。
GIS 技术的特点有以下几方面：（1）空间可视化。
①轮廓特点。
GIS 系统的核心是现实世界中的空间结构式，因此在应用GIS 系统时，必须对空间范围内所有事物的框架与三维特点进行全面掌握，以便相关人员更加形象地认识和感受空间范围内的每一项事物。
江汉盆地新生代早期河流演化研究
第42卷 第6期2023年 11月 地质科技通报B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g yV o l .42 N o .6N o v . 2023张洋,陈孝康,林旭,等.江汉盆地新生代早期河流演化研究:来自地表河流和盆地钻孔碎屑锆石U -P b 年龄的约束[J ].地质科技通报,2023,42(6):106-117.Z h a n g Y a n g ,C h e n X i a o k a n g ,L i n X u ,e t a l .E a r l y C e n o z o i c d r a i n a g e e v o l u t i o n i n t h e J i a n gh a n B a s i n :C o n s t r a i n t s f r o m d e t r i t a l z i r c o n U -P b a g e s o f s u r f a c e r i v e r s a n d c o r e s i n t h e b a s i n [J ].B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ,2023,42(6):106-117.江汉盆地新生代早期河流演化研究:基金项目:国家自然科学基金项目(41972212);湖北省楚天学者人才计划(8210403)作者简介:张 洋(1987 ),男,讲师,主要从事建筑与土木工程相关研究工作㊂E -m a i l :33702577@c u g.e d u .c n 通信作者:林 旭(1984 ),男,副教授,主要从事青藏高原隆升和中国大河起源的教学和科研工作㊂E -m a i l :h a n w u j i -l i f e @163.c o m©E d i t o r i a l O f f i c e o f B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y .T h i s i s a n o pe n a c c e s s a r t i c l e u n d e r t h e C C B Y -N C -N D l i c e n s e .来自地表河流和盆地钻孔碎屑锆石U -P b 年龄的约束张 洋1a,陈孝康1a,林 旭1a ,1b,李长安2,刘海金3,刘 杰1a(1.三峡大学a .土木与建筑学院;b .三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心,湖北宜昌443002;2.中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院,武汉430078;3.东华理工大学地球科学学院,南昌330013)摘 要:大型河流的演化是构造-气候相互作用的结果,对其开展演化历史研究是揭示地球深部动力过程对地表过程影响的关键切入点㊂保存于江汉盆地的新生代地层详细记录了汉江㊁长江等大型河流的演化信息㊂通过对汉江流域进行系统的碎屑锆石U -P b 年龄分析(n =690),结合前人在江汉盆地主要汇入河流发表的锆石U -P b 年龄数据,将其与江汉盆地内早始新世沉积钻孔的锆石U -P b 年龄数据进行了对比㊂结果表明,汉江下游的碎屑锆石U -P b 年龄物质组成混合了秦岭西部㊁大巴山和秦岭东部的河流碎屑物质信号,采用其下游干流样品的锆石U -P b 年龄组成进行物源对比更具有代表性;江汉盆地早始新世的碎屑物质主要来自秦岭和大别山,这主要归结为江汉盆地内部断陷与这些造山带的隆升形成显著的地势差异,为大型河流发育奠定基础;发源于武陵山和黄陵背斜的河流此时并不是江汉盆地中部㊁东部和南部凹陷的物质供给河流;黄陵背斜以西的长江在早始新世未进入江汉盆地㊂总体而言,江汉盆地在新生代早期的沉积物源以近源造山带为主,是对盆地周缘造山带隆升和类季风气候的沉积响应㊂关键词:江汉盆地;锆石;U -P b 年龄;河流演化2022-04-08收稿;2022-04-20修回;2022-05-09接受中图分类号:P 534.6;P 343.1 文章编号:2096-8523(2023)06-106-12d o i :10.19509/j .c n k i .d z k q.t b 20220154 开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):E a r l y C e n o z o i c d r a i n a g e e v o l u t i o n i n t h e J i a n gh a n B a s i n :C o n s t r a i n t s f r o m d e t r i t a l z i r c o n U -P b a ge s of s u r f a c e r i v e r s a n d c o r e s i n t h e b a s i nZ h a n g Y a n g 1a ,C h e n X i a o k a n g 1a ,L i n X u 1a ,1b ,L i C h a n g 'a n 2,L i u H a i ji n 3,L i u J i e 1a(1a .S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g an d A r c h i t e c t u r e ;1b .C o l l a b o r a t i v e I n n o v a t i o n C e n t e r f o r G e o -H a z a r d s a n d E c o -E n v i r o n m e n t i n T h r e e G o r g e s A r e a ,C h i n a T h r e e G o r g e s U n i v e r s i t y,Y i c h a n g H u b e i 443002,C h i n a ;2.S c h o o l o f G e o g r a p h y a n d I n f o r m a t i o n E n g i n e e r i n g,C h i n a U n i v e r s i t y of G e o s c i e n c e s (W u h a n ),W u h a n 430078,C h i n a ;3.S c h o o l o f E a r t h S c i e n c e s ,E a s t C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l og y ,N a n ch a n g 330013,C h i n a )A b s t r a c t :[O b je c t i v e ]T h e e v o l u t i o n of l a rg e r i v e r s i s c l o s e l y l i n k e d t o th ei n t e r a c t i o n s b e t w e e n t e c t o n i c a n d第6期张洋等:江汉盆地新生代早期河流演化研究:来自地表河流和盆地钻孔碎屑锆石U-P b年龄的约束c l i m a t i c p r o c e s s e s.U nde r s t a n d i n g t h e e v o l u t i o n a r y h i s t o r y of t h e s e r i v e r s i s c r u c i a l f o r u n c o v e r i ng th ei n-f l u e n c e o f d e e p d y n a m i c p r o c e s s e s o n t h e E a r t h's s u r f a c e.I n t h e J i a n g h a n B a s i n,t h e p r e s e r v e d C e n o z o i c s t r a t a p r o v i d e v a l u a b l e i n s i g h t s i n t o t h e e v o l u t i o n a r y h i s t o r y o f t h e H a n a n d Y a n g t z e R i v e r s.[M e t h o d s]B y c o n d u c t i n g a s y s t e m a t i c a n a l y s i s o f d e t r i t a l z i r c o n U-P b a g e s(n=690)i n t h e H a nj i a n g R i v e r B a s i n,t h e s e d i m e n t s i n t h e l o w e r r e a c h e s o f t h e H a n j i a n g R i v e r c o n t a i n a m i x t u r e o f f l u v i a l d e t r i t a l s i g n a l s f r o m t h e Q i n l i n g a n d D a b i e m o u n t a i n s.T h e d e t r i t a l z i r c o n U-P b a g e s o f t h e s e s a m p l e s f r o m t h e l o w e r r e a c h e s o f t h e H a n j i a n g R i v e r a r e m o r e r e p r e s e n t a t i v e f o r d e t e r m i n i n g t h e i r p r o v e n a n c e.W e h a v e c o m p a r e d t h e s e n e w d a t a w i t h p r e v i o u s l y p u b l i s h e d f l u v i a l s e d i m e n t a r y z i r c o n U-P b a g e s f r o m t h e J i a n g h a n B a s i n,a s w e l l a s d e t r i t a l z i r c o n U-P b a g e s f r o m d r i l l i n g c o r e s o b t a i n e d f r o m E a r l y E o c e n e s t r a t a i n t h e b a s i n.[R e s u l t s] P r o v e n a n c e a n a l y s i s r e v e a l s t h a t t h e d e t r i t a l m a t e r i a l i n t h e J i a n g h a n B a s i n d u r i n g t h e E a r l y E o c e n e w a s p r i m a r i l y d e r i v e d f r o m t h e Q i n l i n g-D a b i e M o u n t a i n s.T h i s c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e i n e l e v a t i o n b e t w e e n t h e d e p r e s s i o n w i t h i n t h e J i a n g h a n B a s i n a n d t h e s u r r o u n d i n g u p l i f t e d o r o g e n i c b e l t s, w h i c h p r o v i d e d t h e n e c e s s a r y c o n d i t i o n s f o r t h e d e v e l o p m e n t o f l a r g e r i v e r s.I t i s i m p o r t a n t t o n o t e t h a t t h e W u l i n g M o u n t a i n a n d H u a n g l i n g A n t i c l i n e r i v e r s d i d n o t s e r v e a s t h e m a i n s o u r c e s o f s e d i m e n t s u p p l y f o r t h e c e n t r a l,e a s t e r n,a n d s o u t h e r n d e p r e s s i o n s o f t h e J i a n g h a n B a s i n d u r i n g t h i s t i m e p e r i o d.A d d i t i o n-a l l y,t h e Y a n g t z e R i v e r,l o c a t e d w e s t o f t h e H u a n g l i n g A n t i c l i n e,d i d n o t f l o w i n t o t h e J i a n g h a n B a s i n i n t h e E a r l y E o c e n e.[C o n c l u s i o n]O v e r a l l,t h e s e d i m e n t s i n t h e J i a n g h a n B a s i n w e r e p r e d o m i n a n t l y p r o x i m a l d e p o s i t s s o u r c e d f r o m t h e a d j a c e n t o r o g e n i c b e l t,w h i c h c a n b e a t t r i b u t e d t o t h e e x h u m a t i o n o f t h e o r o g e n i c b e l t a n d a m o n s o o n-l ik e cl im a t e in t h e e a r l y C e no z o i c e r a.K e y w o r d s:J i a n g h a n B a s i n;z i r c o n;U-P b a g e s;r i v e r e v o l u t i o nR e c e i v e d:2022-04-08;R e v i s e d:2022-04-20;A c c e p t e d:2022-05-09宏观地貌格局演化是地球深部动力作用在浅表的响应和直观表现,对理解构造变形和地表侵蚀作用之间的联系具有广泛意义[1],大型河流的演化是构造-气候相互作用的结果,也是构造地貌演化最直观的表现形式㊂因而通过研究或重建大型河流的古流向,进而追索过去大陆尺度的地貌格局演化,作为综合系统地球科学的一个研究方向越来越受到学界关注[2-4]㊂江汉盆地夹持于秦岭-大别山与江南造山带之间(图1),沉积了巨厚的新生代地层,详细记录了周缘造山带的隆升信息[8-9]㊂而河流是将造山带隆升㊁剥蚀产生的碎屑物质搬运进入盆地的主要途径㊂江汉盆地是典型的向心状汇水盆地,吸纳了长江㊁汉江㊁沅江和湘江等大型河流,而这些大型河流何时出现在江汉盆地,一直存有争议㊂例如:L e e等[10]认为黄陵背斜在侏罗纪发生强烈褶皱,发源于其东㊁西两翼的河流分别流入江汉盆地和四川盆地,在晚古近纪随着地势发生改变,四川盆地内的河流向东流入江汉盆地㊂李承三[11]持有 原始的长江在始新世已穿过黄陵背斜核心,切入其西翼夺川北盆地之水东流 的观点㊂L e e[12]和沈玉昌[13]认为白垩纪末或早古近纪四川盆地与东部的江汉盆地通过长江连通㊂杨达源[14]则认为黄陵背斜以东在古近纪存在东流入海的大型河流㊂基于黄陵花岗岩低温热年代学数据,R i c h a r d s o n等[15]认为45~40M a的(U-T h)/H e年龄代表一次突然冷却事件,并与四川盆地广泛存在的剥蚀相结合,认为长江在中始新世切穿三峡东流入海㊂而W a n g等[16]和J i a o等[17]的研究结果表明这一时间出现在新近纪早期㊂但江汉盆地西部地表和钻孔的沉积记录揭示长江穿过三峡东流的时间集中在1.2~0.7 M a[18-19]㊂此外,沈玉昌[20]在汉中和安康盆地进行地貌观察后,发现宽阔的古近纪河谷,认为汉江的雏形在新生代早期已出现㊂王明明[21]根据汉中盆地北部秦岭和南部米仓山的磷灰石低温热年代学结果,指出汉中盆地的雏形自50M a开始形成,推断汉江在此之后出现㊂任美锷等[22]对湘江流域进行地貌考察后,发现红色古近纪地层中出现古河道,认为湘江水系在古近纪已开始发育㊂长江下游砾石层[4]㊁河口三角洲[23]和东海陆架钻孔[24-25]的碎屑锆石U-P b年龄物源示踪结果表明,贯通的长江在新近纪(23~3.5M a)出现在中国东部大陆㊂上述研究结果最主要的争议体现在长江上游物质是否在古近纪进入江汉盆地,以及江汉盆地周缘大型河流在新生代何时出现缺乏江汉盆地内部相关研究结果的印证㊂因而,限定江汉盆地始新世时地层的物质来源,不仅对限定流入江汉盆地的大型河流的起源时间极其重要,而且对认识造山带隆升剥蚀与江汉盆地沉积之间的耦合关系具有重要地质意义,同时可以为长江全流域演化提供关键的对比数据㊂701h t t p s ://d z k j q b .c u g.e d u .c n 地质科技通报2023年图中数字分别代表前人采样点(1[5],2[6],3[7])㊂1为长江㊁汉江和湘江的采样点,分别位于宜昌㊁钟祥和长沙;2为汉江的采样点,靠近武汉;3的采样点主要位于长江各主要支流汇入其干流前几千米处图1 江汉盆地位置图F i g .1 L o c a t i o n o f t h e J i a n gh a n B a s i n 目前,研究者开展大型河流演化研究时广泛采用从源到汇的物源示踪方法[26],这其中锆石U -P b年龄谱对比最为常用[7,27]㊂通过分析沉积汇区(盆地地层㊁河流下游)的碎屑锆石U -P b 年龄,将其与潜在源区的锆石U -P b 年龄进行对比从而判定二者之间是否具有物源关联[5,28]㊂对于长度超过1000k m 以上的大型河流,将其作为潜在物源区进行锆石U -P b 年龄对比时,选择合适的河流位置极其关键[5]㊂前人对长江开展了系统的碎屑锆石U -P b 年龄分析[29],而目前汉江的碎屑锆石U -P b 年龄结果还没有系统报道㊂因而,笔者拟对汉江开展系统的碎屑锆石U -P b 年龄分析,详细查看其整个流域的碎屑锆石U -P b 年龄组成,同时结合长江㊁大别山㊁幕府山㊁武陵山已报道的河流碎屑锆石U -P b 年龄分析结果,通过与江汉盆地新生代早期钻孔的锆石U -P b 年龄结果进行对比,约束这些大型河流进入江汉盆地的时间,从而增进对华南板块宏观地貌演变过程,长江水系演化等问题的认识㊂1 区域地质背景白垩纪以来,由于俯冲的太平洋板片发生回撤,中国东部陆壳进入强烈的伸展构造发展阶段[30]㊂在这种构造背景下,江汉盆地开始裂陷,到古近纪时形成枝江㊁河溶㊁荆门㊁汉水㊁潜江㊁云梦㊁沔阳㊁陈沱口和江陵等多个坳陷(图2-a ),以及龙赛湖等凸起[31,33]㊂古近纪裂陷层由沙市组(E 1s ),新沟咀组(E 2x ),荆沙组(E 2j s ),潜江组(E 2-3q )和荆河镇组(E 3j h )组成(图2-b )㊂新近纪-第四纪坳陷层由广化寺组(N 1g )和平原组(Q p )组成㊂沙市组年龄为65~56M a (图2-b),岩性为棕红色泥岩㊁粉砂岩,厚度为200~1900m[31-32,34-36]㊂新沟咀组年龄为56~50M a ,在江汉盆地内广泛分布,岩性以紫红色泥岩㊁砂岩㊁泥膏岩为主,全组厚度在600~2000m ,与下伏沙市组呈整合接触㊂荆沙组年龄为50~45M a,岩性主要为棕红色㊁紫红色泥岩夹少量灰绿色泥岩及粉砂岩,厚度为600~1900m ㊂潜江组年龄为45~32M a ,厚度为100~4700m ,主要以深灰色泥岩㊁泥膏岩㊁芒硝㊁页岩与岩盐夹砂岩为主(图2-c),与下伏荆沙组呈整合或假整合接触㊂荆河镇组年龄为32~26M a,岩性为绿灰色㊁灰色泥岩与粉砂岩互层,夹泥灰岩及泥膏岩,厚度为0~1000m ,与下伏潜江组为整合接触㊂广化寺组在盆地内广泛分布,岩性为杂色黏土岩㊁砂岩和砂砾岩互层㊂厚度为300~900m ,与下伏荆河镇组为不整合接触(图2-b)㊂中生代为江南造山带的定型期[37]㊂黄陵背斜位于江汉盆地西侧(图3-a),是形成于加里东期或更早的古隆起,中生代黄陵背斜区域整体抬升,沉积相从海相转化为陆相[38]㊂进入新生代,秦岭㊁大别山㊁江南造山带和黄陵背斜均发生多期次构造隆升,并801第6期 张 洋等:江汉盆地新生代早期河流演化研究:来自地表河流和盆地钻孔碎屑锆石U -P b年龄的约束a .江汉盆地构造单元划分(据文献[31]修改),c -c '代表图2-c 中的剖面位置;b .江汉盆地沉积地层柱状图(据文献[31]修改);c .江汉盆地剖面c -c '古近纪时沉积相复原图(据文献[32]修改)图2 江汉盆地地层构造划分和地层柱状图F i g .2 S t r a t i g r a p h i c s t r u c t u r e d i v i s i o n a n d c o l u m n c h a r t o f t h e J i a n gh a n B a s in a .江汉盆地地质图(据文献[36]修改);b .钻孔采样图(据文献[36])图3 江汉盆地钻孔位置图F i g .3 B o r e h o l e l o c a t i o n s i n t h e J i a n gh a n B a s i n 901h t t p s ://d z k j q b .c u g.e d u .c n 地质科技通报2023年最终形成了与江汉盆地的盆山分布格局[8]㊂宜昌以上的长江和汉江是流入江汉盆地最大的2条河流(图3-a)㊂汉江发源于秦岭南麓,流经秦岭和大巴山,在武汉汇入长江,河长1577k m ,丹江口以上为上游,河谷狭窄,长约925k m ;丹江口至钟祥为中游,河谷较宽,沙滩多,长约270k m ;钟祥至汉口为下游,长约382k m (图4)㊂此外发源于武陵山的清江㊁澧水和沅江构成了江汉盆地西南部的主要输入水系㊂沮漳河是发源于黄陵背斜的最大河流㊂澴河㊁倒水㊁举水和巴水是大别山的代表性河流㊂陆水㊁汨罗江是发源于幕府山流入江汉盆地东南部的主要河流㊂资江和湘江是自南而北流入江汉盆地南部的主要河流㊂图中数字代表前人采样点(1[5]㊁2[29]㊁3[6]),1和2采样点靠近襄阳,3采样点靠近武汉图4 野外样品采集点分布图F i g .4 D i s t r i b u t i o n o f s a m p l i n gl o c a t i o n s w i t h t h e n u m -b e r f o r p r e v i o u s s a m p l i n g po i n t s 2 样品采集与分析方法本研究对汉江流域上游㊁中游和下游干支流采集7件样品㊂采样点集中于河漫滩和枯水季河床(图4)㊂在每个采样点采样时刮开新鲜表面,避免后期人为或风沙沉积的混染,每件样品采集3~5k g㊂样品M X -1采自汉江上游,发源于秦岭的堰河汇入汉江干流前几千米处㊂样品M X -3采自发源于大巴山的漾家河下游㊂在这2条支流汇入汉江后下游采集样品M L -1㊂X Y H -1采自发源于秦岭的旬河㊂X Y -1采自旬阳县附近的汉江干流㊂D Y -1采自发源于大巴山的堵河下游干流㊂X F -1采自襄阳市汉江干流㊂具体采样信息见表1㊂同时搜集了研究区内前人发表的15件现代河流(表1)和7件沉积钻孔(图3-b )碎屑锆石U -P b 年龄数据㊂将野外采集的河流碎屑样品经重砂分析㊁磁性分选等一系列过程,分离出锆石颗粒,并在双目显微表1 样品采集信息T a b l e 1 C o l l e c t e d s a m p l i n gi n f o r m a t i o n 河流/钻孔(样品)采样点经度(E )纬度(N )数据来源堰河(M X -1)勉县106ʎ43'1ᵡ33ʎ08'51ᵡ本研究漾家河(M X -3)勉县106ʎ44'15ᵡ33ʎ07'38ᵡ本研究汉江(M L -1)勉县106ʎ44'43ᵡ33ʎ08'34ᵡ本研究旬河(X Y H -1)旬阳109ʎ20'07ᵡ32ʎ49'18ᵡ本研究汉江(X Y -1)旬阳109ʎ21'29ᵡ32ʎ46'08ᵡ本研究堵河(D Y -1)黄龙110ʎ33'43ᵡ32ʎ41'10ᵡ本研究汉江(X F -1)襄阳111ʎ58'18ᵡ32ʎ05'43ᵡ本研究汉江武汉114ʎ12'02ᵡ30ʎ35'12ᵡ文献[6]唐白河襄阳112ʎ18'36ᵡ32ʎ07'45ᵡ文献[5]长江宜昌111ʎ18'43ᵡ30ʎ39'49ᵡ文献[29]沮漳河当阳111ʎ44'56ᵡ30ʎ53'59ᵡ文献[5]澴河孝昌113ʎ57'47ᵡ31ʎ14'58ᵡ文献[5]倒水李集114ʎ40'08ᵡ30ʎ52'59ᵡ文献[5]举水新洲114ʎ45'42ᵡ30ʎ55'47ᵡ文献[5]巴河竹瓦115ʎ06'11ᵡ30ʎ38'33ᵡ文献[5]陆水赤壁113ʎ51'34ᵡ29ʎ44'56ᵡ文献[5]汨罗江汨罗113ʎ08'54ᵡ28ʎ47'30ᵡ文献[5]湘江衡阳112ʎ56'55ᵡ28ʎ08'21ᵡ文献[29]资江桃江112ʎ11'49ᵡ28ʎ36'09ᵡ文献[5]沅江武陵111ʎ38'27ᵡ28ʎ59'38ᵡ文献[5]澧水澧县111ʎ49'55ᵡ29ʎ37'23ᵡ文献[5]清江宜都107ʎ29'06ᵡ29ʎ32'55ᵡ文献[5]钻孔(M 96)文献[36]钻孔(Y x 2)文献[36]钻孔(Y x 1)文献[36]钻孔(Y 1-1)文献[36]钻孔(J x 9)文献[36]钻孔(C c 1)文献[36]钻孔(H 12)文献[36]镜下进行人工挑选提纯㊂每个样品随机挑选300颗锆石制成环氧树脂靶㊂用#1200㊁#2400㊁#4000粒度的砂纸对锆石进行研磨,然后抛光至颗粒表面的1/4μm [39]㊂在巴西C h r o n u s C a m p R e s e a r c h 实验室采用激光消融微探针(N e w W a v e R e s e a r c h213)与四极杆I C P -M S (A gi l e n t 7800)耦合测定锆石颗粒的铀浓度和U -P b 年龄㊂选择206P b /238U (年龄<1000M a )与207P b /206P b (年龄>1000M a)谐和度在100ʃ10%以内的结果㊂锆石样品的U -P b年龄计算采用I s o p l o t /E x _v e r 3完成㊂为了区别多个碎屑锆石样品的相似(差异)性度量,基于K -S 检验的D 值或K u i pe r 检验的V 值计算[40-41],将分析结果以点的形式投射在多维空间(二维或三维)中,表示多个样本之间的相对差异㊂根据参考文献[40]给出的代码,运用MA T L A B (R 2016a )软件处理碎屑锆石U -P b 年龄和年龄误差数据结果[40-41],将分析结果在三维空间中(M D S )展示,从而提升碎屑锆011第6期 张 洋等:江汉盆地新生代早期河流演化研究:来自地表河流和盆地钻孔碎屑锆石U -P b 年龄的约束石样品量化分析结果的可视化效果㊂3 数据结果本次分析的大多数锆石颗粒的T h /U 结果多数介于0.1~10之间,只有6颗锆石的T h /U 比值小于0.1(图5),表明这些锆石大部分为岩浆锆石[29],与研究区内已报道的河流[5-6,29]和钻孔锆石数据一致[36],汉江上游支流M X -1样品的锆石U -P b 年龄由早中生代峰值(202M a )组成(图6-a)㊂汉江上游支流MX -3样品出现2个峰值年龄:226M a 和813M a (图6-b )㊂汉江上游干流M L -1样品的峰值年龄由中生代(222M a )和新元古代(831M a )组成(图6-c )㊂汉江上游支流X Y H -1样品出现单一的早中生代峰值年龄(221M a ,图6-d )㊂汉江上游干流X Y -1样品的峰值年龄包含:214M a 和749M a (图6-e )㊂汉江上游支流D Y -1样品的峰值年龄以早中生代(216M a )㊁早古生代(452M a)和新元古代(710M a )峰值年龄为主(图6-f)㊂汉江中游干流X F -1样品出现4个峰值:145,221,458,749M a (图6-g )㊂唐白河样品的峰值年龄以中生代(147,217M a )㊁古生代(442M a )和新元古代(784M a )为主[5](图6-h ),这与汉江下游的峰值年龄相近[6]:148,214,444,741M a (图6-i)㊂ 发源于秦岭的堰河(图4,图6-a )和旬河(图6-d )的锆石U -P b 峰值年龄组成单一,主要包含早中生代峰值(202,221M a),而发源于大巴山的漾家河(图6-b )和堵河(图6-f )同时具有新元古代(813,710M a )峰值年龄㊂因而,汉江上游干流(图6-c)的锆石U -P b 年龄特征混合了来自秦岭和大巴山的河流物质信号㊂位于襄阳附近(图6-g )的汉江中游锆石U -P b 峰值年龄比汉江上游多出了中生代峰值年龄(145M a)㊂而这一中生代峰值年龄又出现在发源于秦岭东部的唐白河(147M a ,图6-h )和汉江下游(148M a ,图6-i)的样品中㊂图5 锆石T h /U 结果散点图F i g.5 S c a t t e r p l o t o f t h e r a t i o o f T h /U f o r d e t r i t a l z i r c o n gr a i ns a ~g .汉江上游和中游(本次研究);h .唐白河(据文献[26]);i .汉江下游(据文献[40])图6 江汉及唐白河锆石U -P b 年龄频率分布图F i g .6 F r e q u e n c y d i s t r i b u t i o n o f d e t r i t a l z i r c o n U -P b a g e s i n t h e H a n j i a g r i v e r a n d T a n gb a i r i v e r 111h t t p s ://d z k j q b .c u g.e d u .c n 地质科技通报2023年4 讨 论4.1江汉盆地河流碎屑锆石U -P b 年龄物源示踪原则对于流入江汉盆地的长江和汉江,其长度都超过1000k m 以上,流经的地质单元复杂,流域内的碎屑锆石U -P b 年龄谱组成复杂,记录的物源信息多样㊂因而,如何选取其代表性的物源信息显得尤为重要㊂通过对比不难看出,汉江进入襄阳后的物质组成混合了秦岭西部㊁大巴山和秦岭东部的河流碎屑物质信号㊂这与长江的情形相似,宜昌段长江干流碎屑锆石U -P b 年龄综合了嘉陵江㊁乌江和长江干流涪陵段的物源信息[5,29]㊂因而,如果采用汉江或长江的某一条支流的碎屑锆石U -P b 年龄与江汉盆地沉积地层进行对比,本质上在已经混合的沉积汇区中很难识别出长江或汉江这样的大型河流的上游单一支流或干流的物源信息㊂所以,将汉江和长江的碎屑锆石U -P b 年龄与江汉盆地钻孔的进行对比时,采用其下游干流流入江汉盆地前的样品更具有代表性㊂4.2江汉盆地新生代早期钻孔碎屑锆石U -P b 年龄物源示踪江汉盆地北部潜江坳陷内钻孔M 96新沟咀组的锆石U -P b 峰值年龄(图7-a )主要由中生代(145M a )和古生代(435M a)组成[34],其与宜昌段长江进行对比后(图7-f),可以发现后者中生代年龄集中在202M a ,同时具有显著的新元古代(838M a)㊁古元古代(1826M a )和新太古代(2408M a)峰值,因此二者不具有物源联系㊂同样的情形也可以在钻孔Y x 2+Y x 1+Y 1-1(由于钻孔位置相近,采样的地层属于同一时代,将其年龄整合在一个样品中,图7-b )㊁J x 9(图7-c )㊁C c 1(图7-d )和H 12(图7-e)与宜昌段长江的对比结果中发现(图7-f )㊂在三维M D S 判断图中(图8-a ),也可清晰看到长江碎屑锆石U -P b 年龄组成与江汉盆地上述钻孔物源不相似,说明此时长江并未成为江汉盆地的物质供给河流㊂此外,四川盆地内晚白垩系-下始新统地层的物源示踪结果表明[42-43],发源于秦岭㊁大巴山和黄陵背斜西部的河流,此时向南西方向流动进入楚雄盆地(图1)㊂另外,长江上游的物源示踪结果表明,金沙江水系脱离红河水系向东流的时间不早于36M a[44-47],因而长江在早始新世未进入江汉盆地,这与早期L e e等[10]的野外观察结果吻合㊂这说明长江三峡地区在该阶段没有发育贯通四川盆地和江汉盆地自西向东流动的大型河流㊂a ~e .钻孔数据(据文献[36]);f .长江(据文献[29]);g.汉江(据文献[6]);h ~l .沮漳河㊁湘江㊁清江+澧水+沅江㊁汨罗江+陆水㊁澴水+举水+巴水(据文献[5])图7 汉江盆地锆石U -P b 年龄频率分布图F i g .7 U -P b a g e f r e q u e n c y d i s t r i b u t i o n o f z i r c o n s i n t h e J i a n gh a n B a s i n 211第6期 张 洋等:江汉盆地新生代早期河流演化研究:来自地表河流和盆地钻孔碎屑锆石U -P b 年龄的约束通过和潜在源区对比发现,钻孔M 96的峰值组成与大别山的河流相似(图7-l)㊂沉积相分析[48]和重矿物㊁碎屑岩组分[9,49-50]物源示踪结果表明,此时潜江坳陷内发育水下三角洲,受来自北东方向大别山的物源供给㊂在M D S 判断结果中,钻孔M 96的距离和举水等发源于大别山的河流相近,说明大别山此时成为江汉盆地东部的主要物源区㊂钻孔J x 9的碎屑锆石U -P b 峰值年龄组成与汉江相似(图7-g),同时钻孔J x 9的分布 距离 与汉江相近(图8-b )㊂钻孔Y x 2的碎屑锆石U -P b 峰值年龄组成与汉江相似(图7-g),但分布 距离 却与湘江较近(图8-c ),这很有可能因为Y x 2钻孔的位置较之钻孔J x 9更靠南,偶尔受到湘江物质的影响㊂重矿物物源示踪结果表明,江陵坳陷古新世-早始新世时主要受江汉盆地北部秦岭和大别山的物质供给[9,36]㊂全岩稀土元素物源示踪结果表明[51],位于江陵坳陷(图2-a )的钻孔J x 9和Y x 2的沙市组和新沟咀组物质主要来自秦岭和大别山㊂因而,江汉盆地中部江陵坳陷在早古近纪的碎屑物质主要来自盆地北部的秦岭和大别山㊂钻孔C c 1位于江汉盆地江陵坳陷南部,从碎屑锆石U -P b 年龄峰值组成来看,其与湘江更接近(图7-i )㊂在M D S 判断图中其与湘江分布 距离 较近以外(图8-d ),还与陆水㊁汨罗江的 距离 较近㊂重矿物物源示踪结果表明江陵坳陷南部的物质主要来自江南造山带[9,31,50]㊂因而,由于远离秦岭和大别山,江汉盆地南部的物质受近源江南造山带的影响较大㊂钻孔H 12位于江汉盆地东南部的沔阳坳陷(图2-a ),其碎屑锆石U -P b 年龄组成与发源于大别山的澴河㊁倒水㊁举水和巴水相似(图7-l );在M D S 判断图中(图8-e ),钻孔H 12的分布距离 与这些河流较近㊂沔阳坳陷新沟咀组的重矿物物源示踪结表明,其物源区和潜江坳陷同期地层的一致,均受到大别山的影响[9,50]㊂因而,钻孔H 12的物质主要由发源于大别山的河流供给㊂总体来看,江汉盆地早始新世的碎屑物质主要来自秦岭㊁大别山和江南造山带;发源于武陵山的清江㊁澧水和沅江(图7-j ),以及发源于黄陵背斜的沮漳河(图7-h )并不是江汉盆地中部㊁东部和南部同期地层的物质供给河流㊂但古流向测试[33]和碎屑锆石U -P b 年龄物源示踪[34,51]结果表明,江汉盆地西部枝江坳陷钻孔和地表的新生代早期物质来源于黄陵背斜和武陵山㊂因而,江汉盆地在新生代早期的沉积物以近源造山带物质为主㊂4.3江汉盆地河流演化对江汉盆地新生代早期构造和气候变化的响应自晚白垩纪开始,整个华南大陆受太平洋板块俯冲的影响进入大规模伸展拉张环境[30,52-53],江汉盆地由此进入拉张-断陷发展阶段[31,36]㊂低温热年图8 江汉盆地锆石U -P b 年龄三维M D S 图F i g .8 T h r e e d i m e n s i o n a l s c a l i n g m a p o f t h e d e t r i t a l z i r c o n U -P b a g e s i n t h e J i a n gh a n B a s i n 311h t t p s ://d z k j q b .c u g.e d u .c n 地质科技通报2023年代学结果表明,秦岭在57~40M a 处于快速隆升中[54-56];桐柏-大别山在70~45M a 发生整体抬升[57-59];幕府山在55M a 出现快速隆升过程[60];武陵山和雪峰山在60~40M a 发生快速隆升[53];黄陵背斜在60~45M a 时处于快速隆升阶段[15,61]㊂所以,江汉盆地的断陷与秦岭㊁大别山㊁幕府山㊁江南造山带㊁武陵山㊁黄陵背斜的隆升产生的地势差异,为大型河流的发育与发展奠定了地势基础(图9-a)㊂同时,早始新世(56~47M a)江汉盆地以类季风气候为主[62],此时的气候相对湿润,增加的降水量有利于河流规模的扩大和搬运能力的提高,这为江汉盆地大型河流的发展提供了气候条件(图9-b )㊂因而,在构造和气候的双重影响下,始新世早期连通秦岭-大别山㊁江南造山带㊁武陵山㊁黄陵背斜的古汉江㊁古举水㊁古湘江㊁古沅江等河流已经出现,在盆地内广泛堆积洪积平原和浅水湖泊沉积物㊂a .早始新世华南板块河流分布图;b .早古近纪华南板块构造与气候特征图(据文献[52,62]修改)图9 古地理重建图F i g .9 P a l e o g e o g r a ph i c r e c o n s t r u c t i o n 5 结 论(1)汉江下游的碎屑锆石U -P b 年龄物质组成混合了秦岭西部㊁大巴山和秦岭东部的河流碎屑物质信号,采用其下游干流样品的锆石U -P b 年龄组成进行物源对比更具有代表性;(2)江汉盆地早始新世的碎屑物质主要来自秦岭和大别山;发源于武陵山和黄陵背斜的河流此时并不是江汉盆地中部㊁东部和南部坳陷的物质供给河流;(3)长江在早始新世未进入江汉盆地㊂江汉盆地在新生代早期的沉积物以近源造山带为主,是对盆地周缘造山带和类季风气候的响应㊂(所有作者声明不存在利益冲突)参考文献:[1] W i l l e t t S D ,S l i n g e r l a n d R ,H o v i u s N.U p l i f t ,s h o r t e n i n g,a n d s t e a d y s t a t e t o p o g r a p h yi n a c t i v e m o u n t a i n b e l t s [J ].A m e r i c a n J o u r n a l o f S c i e n c e ,2001,301(4/5):455-485.[2] Z h a n g Y ,W a n g Q ,C h e n L ,e t a l .M a gn e t i s m p a r a m e t e r s c h a r -a c t e r i s t i c s o f d r i l l i n g d e p o s i t s i n J i a n gh a n P l a i n a n d i n d i c a t i o n f o r f o r m i n g o f t h e Y a n g t z e R i v e r T h r e e G o r ge s [J ].C h i n e s e S c i e n c e B u l l e t i n ,2008,53(4):584-590.[3] Y a n g S ,W a n g Z ,G u o Y ,e t a l .H e a v y m i n e r a l c o m po s i t i o n s o f t h e C h a n g j i a n g (Y a n gt z e R i v e r )s e d i m e n t s a n d t h 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长江下游牧鹅洲水道河床演变特征及航道条件分析
长江下游牧鹅洲水道河床演变特征及航道条件分析冯敏;游强强;岳克栋;徐果【摘要】随着三峡水库持续运行,下游河段造床规律较以往有所变化,河床进行冲淤调整.基于牧鹅洲洲水道三峡蓄水后2003—2016年原型观测资料,分析蓄水后该水道河床的冲淤变化情况.结果表明,该水道呈中高滩冲刷、低滩淤积、河槽有冲有淤的态势,这可能给本水道自身较好的航道边界条件带来不利影响,同时极可能影响下游湖广水道进流条件.在此基础上,对本水道航道条件变化趋势进行预测,认为目前比较优良的航道条件在自然作用下可能向不利方向发展,为本水道航道治理思路的形成和工程设计提供参考.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2018(000)007【总页数】6页(P109-113,154)【关键词】牧鹅洲水道;河床演变;牧鹅洲边滩;航道条件【作者】冯敏;游强强;岳克栋;徐果【作者单位】长江勘测规划设计研究有限责任公司, 湖北武汉430011;长江航道规划设计研究院, 湖北武汉430011;长江勘测规划设计研究有限责任公司, 湖北武汉430011;长江勘测规划设计研究有限责任公司, 湖北武汉430011【正文语种】中文【中图分类】U612牧鹅洲水道位于长江中游湖北省黄冈市境内，距上游汉口水文站约38 km。
上游紧邻阳逻水道，该水道属单一微弯河段，长期以来，主流偏靠左岸侧而下，滩槽形态较稳定，对牧鹅洲水道的影响相对较小，下接湖广水道，该水道河床演变特点受上游牧鹅洲水道影响较大。
从已有研究成果[1-3]和大量观测资料来看，牧鹅洲水道河势及航道条件均相对稳定，但随着三峡水库蓄水清水下泄作用，牧鹅洲边滩呈中高滩冲刷、低滩淤积现象，一方面影响本水道自身航道条件，另一方面改变下游湖广水道进流条件，从而可能影响其航道条件。
本文在大量实测资料及前人研究成果[4-5]的基础上，重点分析近几年以来牧鹅洲水道的演变特征及航道条件的变化，以便为本水道航道治理思路的形成提供参考。
1990s长江下游干流径流量演变趋势
第15卷增刊湖泊科学V ol. 15, Suppl 2003年12月Dec. , 20031990s长江下游干流径流量演变趋势*秦年秀1, 2姜彤1 原峰1，2（1:中国科学院南京地理与湖泊研究所，南京 210008;2:中国科学院研究生院，北京 100039 ）提要利用M-K相关分析方法和大通站1950-2000年逐月径流资料，研究了长江下游干流径流的趋势变化.研究结果表明：1950s以来长江下游径流量呈增加趋势，1990s平均径流量(30415.3m3/s)比所有其他年代平均径流都大，为近50a以来的最大值；就季节和月份而言，秋季径流明显减少；夏、冬两季径流量，增加的趋势明显，尤以冬季枯水季节径流增加最为突出.洪水、枯水季节径流增加明显，但以枯水季节径流增加占优势.冬季枯水径流的增加，可能在一定程度上能够缓解长江口生态环境的巨大压力.1990s径流量的增加与全球变暖、水循环加快、长江流域降水量增加密切相关.关键词1990s 长江下游干流径流趋势分析大通站分类号P332.4长江下游干流，是指江西湖口县至长江口河段，长约930km，控制流域面积为12×105km2.大通水文站为长江下游干流的控制站，相对而言，下游流域面积较小且无大河汇入，故通过大通站的流量可代表进入河口区的流量.该站位于安徽省贵池县梅埂镇，至东海入口642km，控制流域面积为170.54×104km2 ,该站以下为长江感潮河段，是长江冬季大潮的潮区界，全年水位受东海潮汐影响呈波动状态，东海潮汐对该站中、高水位和流量基本无影响，但在枯季时感潮影响很显著[1].在特枯季节，长江河口海水入侵非常严重.长江口的生态环境综合治理工程已成为继三峡和南水北调工程之后的第三个亮点工程.国内外专家对长江口海水入侵和生态环境破坏有诸多研究[2-4]，研究指出在影响河口区生态环境和盐度变化的诸多因素中，上游来水量是其中最直接和最主要的因素；长江口的海水入侵和生态环境破坏在天然情况下已比较严重，南水北调尤其是东线工程（引水点在江都，分期设计流量约为500、700和1000m3/s）实施后若不采取相应措施将更严重；也有专家对长江流域枯季入海径流以及长江口水沙输移特性进性了分析研究[5-8]，指出长江下游径流量与输沙量具有明显的季节变化，枯季时两者具有很好的相关性，且枯季入海径流不断减少，导致海水入侵加剧.但目前对长江下游干流径流趋势的分析还缺乏专门的研究，故加强长江下游干流径流趋势的分析，对长江流域的生态和环境治理无疑具有重要的理论和现实意义.当前在气候变化方面一项重要的研究是依据对仪器观测记录的气候数据进行分析，分析仪器记录时期的气候变化和未来的气候变化趋势[9].本文的重点是对大通水文站1950-2000年的月径流实测资料进行分析, 考虑到1990s以来全球变暖对长江流域的降水可能产生重大影响，本文*中国科学院知识创新工程重要方向项目（长江中下游洪水孕灾环境变化、致灾机理与减灾对策，KZCX3-SW-331）和国家自然科学基金项目（历史时期长江中下游平原旱涝序列时空格局与风险评价,40271112）联合资助.2003-07-10收稿；2003-12-10收修改稿.秦年秀，女，1976年生，硕士研究生，email :gxqnx@.增刊 秦年秀等：1990s 长江下游干流径流演变趋势 139 的重点是研究1990s 以来的径流变化特点及其演变趋势，可为长江下游生态保护和资源开发提供科学决策依据.1 资料与分析方法本文采用大通水文站1922-2000年的月径流资料，考虑资料的连贯性，本文只对1950-2000年的逐月径流资料进行了全面分析. 研究采用非参数Mann-Kendall （以下简称M-K 法）趋势分析检验法[10]、线性趋势分析法以及累积距平法和10a 波动法来分析径流的趋势变化及其特征.M-K 法是用来评估气候要素时间序列趋势的常用检验方法之一，以适用范围广、人为性少、定量化程度高而著称，其检验统计量公式是s =∑=∑-=-n i i j x x j i 211)sign(其中，sign()为符号函数.当x i -x j 小于、等于或大于零时sign(x i -x j )分别为-1、0或1；M-K 统计量公式分别在s 大于、等于、小于零时为zz 为正值表示增加趋势，负值表示减少趋势. z 值在大于等于 ∣1.28∣、∣1.64∣、 ∣2.32∣时分别表示通过了90%、95%、99%置信度显著性检验.2 径流趋势分析2.1 年径流分析长江大通站多年平均径流量为28859m 3/s （1950-2000年）.表1 给出了1950-2000年不同时间段大通站径流均值以及1990s 径流均值与其他年代径流的比较.突出的特征表现在1990s 径流均值与其他年代径流均值的比较都为正值，说明1990s 大通站平均径流比1950s ，1960s ，1970s 和1980s 平均径流都大，增大的比率分别为：4.88%、6.76%、8.7%、7.89%.另外从表中还可看出，自1950s 至1970s 长江下游干流径流呈下降的趋势，从1950s 的28999m 3/s 下降到1970s 的27980m 3/s ，下降3.5%,随后径流又呈现轻微上升的趋势，以1990s 上升趋势最为迅速，1990s 径流比1970s 增加8.7 %.而且1990s 径流距平也呈现显著的增加（图1）.从大通站近50a 来的径流距平可以看出，大通站径流年际波动较大，但总体表现为微弱增加的趋势，1990s 平均径流30415.3m 3/s ，为1950s 以来的最大值.影响径流的因素很多，其中大气降水是影响径流最重要的因素.受东南季风和西南季风影响，长江流域降水变率很大，因而导致径流的变率大(图1).而长江下游径流主要靠流域大气降水及上游不同区段的来水补给.根据预测[11-12], 21世纪长江流域地区的增温可能达到2.7 o C, 显著升温的结果, 导致水循环加快，年平均降水量可能增加10%[12].长江流域降水的增加，导致长江下游在未来一段时间内，径流增加的趋势可能会继续.而长江下游径流的增s ＞0 s ＝0 s ＜0⎝⎛+-++--=18/)52)(1(/)1(018/)52)(1(/)1(n n n s n n n s z140 湖 泊 科 学 15卷 加可能在一定程度上能够缓解河口区生态环境面临的巨大压力.表1 1950-2000年大通站多年平均径流量比较Tab.1 The difference between the average value in 1990s 、1950s 、1960s 、1970s and 1980s时 间1951-1960 1961-1970 1971-1980 1981-1990 1950-2000 1991-2000 平均值（m³/s）28999 28490 27980 28190 28859 30415.31990s 与其他年代的比较（%） 4.88 6.76 8.7 7.89 5.39图2 大通站1950-2000年月径流量的分布Fig. 2 Monthly distribution of mean runoff between 1950 and 20002.2 月径流的分析月径流的分析在长江流域径流分析中显得尤为重要，因为大部分洪涝灾害主要集中在洪峰流量大的夏季7、8月份.长江下游流域月径流的变化主要受东南夏季风降水的影响，月径流变率大.这从图2中可明显看出,7月份径流为一年中的最大值,这也很好的表明了带来大量降水的夏季风开始于6月份.2.2.1 1990s 月平均径流与1950-1980s 月平均径流的比较 图3给出1990s月平均径流与增刊 秦年秀等：1990s 长江下游干流径流演变趋势 141 1950s 、1960s 、1970s 和1980s 月平均径流的比较.从图中明显可以看出，1990s 以径流增加的月份占绝对优势，1990s 平均径流比所有其他年代平均径流都增加的有1、2、3、4、7月和8月，其中1、2、3月增加尤为明显，增幅达30%-40%；7月、8月的增幅在25%左右，12月份1990s 平均径流比大部分其他年代平均都大；而1990s 平均径流比所有其他年代平均径流都减少的只有10月和11月份，且减少量都不大，约为10%左右；而6月和9月份平均径流变化比较复杂，这些月份径流既有增加也有减少的趋势，这可能与长江下游径流组成的复杂性有很大关系.由分析可知长江下游流域月平均径流变化很大，表现为12月-4月增加，5月减少，7-8月增加，10-11月再次减少.这与一些学者分析的长江流域月降水趋势基本一致[13-14].图3 1990s 月平均径流与1950s 、1960s 、1970s 和80s 月平均径流的比较Fig.3 Comparison of the monthly mean runoff between 1990s, 1950s, 1960s, 1970s and 1980s图4 1950-2000年和1970-2000年月平均径流M-K 趋势分析(横坐标以上和以下的线分别代表趋势检测置信度90%、95%、99%)Fig. 4 M-K trend test for the monthly mean runoff variability from 1950 to 2000 and from 1970-2000(the lines show the confidence level of the trends test in 90%, 95%,99% respectively)2.2.2 月径流趋势分析 使用M-K 法分1950-2000年和1970-2000年两时间序列，对长江下游干流月径流趋势进行分析，结果如图4所示：1950-2000年M-K 趋势分析中，1-4月、7-8月和12月表现为正趋势变化，其余月份表现为负趋势变化，但只有少数月份通过显著性检验，其中1月和7月表现出很强的正趋势变化，通过95%显著性检验，7月份甚至通过置信度99%的显著性检验，而2月份只通过90%显著性检验，增加趋势不太明显；径流减少月份中只有5142 湖泊科学15卷月份通过95%显著性检验，其余月份径流减少趋势没有通过显著性检验.与1950-2000年相比，1970-2000年M-K趋势分析中，通过显著性检验且表现为正趋势的月份显著增多，如1-3月和7-9月，其中1、7月都通过99%显著性检验，径流增加趋势非常明显，2、8月都通过95%显著性检验，增加趋势也非常显著，而3、9月只通过90%显著性检验.这一时期比较突出的是没有一个月份径流减少趋势通过显著性检验.说明自1970s以来月平均径流增加非常迅速，尤其是冬季和夏季月份.2.3 径流的季节变化长江流域尤其是下游地区，径流主要靠季风性降水补给.因此这一地区河流径流的季节性，强烈地受到来自太平洋上的东南季风的影响，季节性变化很大，按平均值而言，春（3、4、5月）、夏（6、7、8月）、秋（9、10、11月）、冬（12、1、2月）四季分别占总径流的21%、40%、28%和11%（1950-2000年）.2.3.1 1990s每个季度的径流与前4个年代相应值的比较图5给出了1990s每个季度的平均径流与1950-1980s每个季度的平均径流比较，明显看出，季节性径流变化比较明显，以径流增加的季节占优势.表现在1990s春、夏、冬三季平均径流比所有其他年代同期平均径流都大，夏、冬季增幅达20%左右；但在秋季中，只有1970s的平均径流少于1990s，其他年代都比1990s多，也就是说1990s秋季径流表现为减少趋势，但减幅只在5%左右.对于季节性径流而言，可以说1990s季节性平均径流在春、夏、冬三季是增加的，但春季增加不太明显，以夏、冬两季增加明显，冬季尤甚；只有秋季径流在减少.图 5 1990s季节性平均径流与1950s、1960s、1970s和1980s季节性平均径流的比较Fig. 5 Seasonal variations of runoff in 1990s and1950s、1960s、1970s and 1980s2.3.2 季节性径流趋势分析图6给出了四季径流M-K趋势分析结果.1950-2000年M-K趋势分析中,夏、冬两季径流表现为正相关趋势变化，秋季表现为微弱的负趋势变化，但只有冬季月份径流通过90%显著性检验，表现出轻微显著增加的趋势.总体上表明1950-2000年长江下游径流趋势变化不明显.而1970-2000年M-K趋势分析显示，夏、秋、冬三季径流都表现出正相关趋势变化，其中夏季通过90%置信度检验，冬季通过了置信度99%的显著性检验，增加趋势非常明显.说明自1970s以来长江下游地区夏、冬两季径流都表现出较明显增加趋势，以冬季增加最为显著.增刊秦年秀等：1990s长江下游干流径流演变趋势 143图 6 1950-2000年和1970-2000年季节性平均径流M-K趋势分析(横坐标以上三条线分别代表趋势检测信度90%、95%、99%)Fig. 6 M-K trend test for the seasonal mean runoff variations from 1950 to 2000 and from 1970-2000 (The lines show the confidence levels of the trend tests in 90%, 95%, 99%, respectively)2.4 洪水季节、枯水季节径流的分析图7 1990s洪、枯季节平均径流与1950s-1980s同时期平均径流的比较Fig.7 Comparison of the averaged runoff of the flood seasons and dry seasons in 1990s, 1950s, 1960s, 1970s and1980s2.4.1 1990s洪水季节、枯水季节径流与1950-1980s相应值比较图7给出1990s洪水季节（5-9月）径流、枯水季节（10-4月）径流与1950-1980s的洪水季节径流、枯水季节径流的比较.可见90年代无论洪水季节、枯水季节径流都比所以所有起它年代同期径流大，说明1990s与以前年代相比，无论在洪水季节、枯水季节径流都是增加的.1990s洪季径流比1970-1980s同期径流增加12%以上，比1960s增加8%左右，而比1950s增加只有4%左右；枯季径流除1970s比1990s减少达10%以上外，其他年代与1990s相比减少都在5%左右或以下.说明1990s洪季径流增加的比重普遍大于枯季径流. 这可能是导致1990s洪水加剧的原因之一.2.4.2洪水季节、枯水季节径流趋势分析同样采用M-K法分析长江下游径流洪枯季节径流的趋势变化，结果如图8所示，1950-2000年M-K 趋势分析中,无论洪枯季节径流都表现为正趋势变化，但增加趋势都没有通过显著性检验；而1970-2000年M-K 趋势分析中,洪水季节144 湖泊科学15卷和枯水季节的径流都表现出明显的正相关趋势，且都通过90%置信度检验.说明自1970s以来洪水季节、枯水季节的径流都在明显增加，这与陈指出，冬季枯水季节径流减少不一致[7].现在看来这一结论不够准确，可能是采用的资料只到1980s(1950-1985年)的缘故.因为20世纪80年代以来的全球变暖,长江中下游表现为升温的趋势，水循环加快，降水增加[15]，必然导致径流量的变化.图8 1950-2000年和1970-2000年季节性平均径流M-K趋势分析(横坐标以上的虚线代表信度90%趋势检验线)Fig. 8 M-K trend test for mean runoff variability of the flood season and dry flood season from 1950 to 2000 and from 1970-2000 (The lines show the confidence levels of the trend tests in 90%)3结语通过对长江下游干流大通水文站1950-2000年的逐月径流资料进行分析，初步得到以下结论：(1)总体看来，1950s以来长江下游年径流呈轻微增加趋势，1990s径流增加最为明显，径流平均值达近50a来的最大值，为30415.3m3/s.(2)长江下游季节性径流增加明显.夏季月份和冬季月份径流都表现出增加趋势，以冬季枯水季节径流增加为最，1970-2000年M-K趋势分析中冬季径流通过了信度99%的显著性检验.而秋季径流整体上呈现出减少的趋势，春季径流趋势变化不明显.(3)1970s以来长江下游洪水季节径流、枯水季节径流都呈增加的趋势，但以冬季枯水季节径流增加更为明显.(4)长江下游干流径流的组成的复杂性，径流趋势的变化与大气降水、下垫面，以及大通以上长江上游来水量的变化等有关.关于气候变化、城市化及其长江下游干流径流影响物理机制分析，有助于了解长江流域径流发展规律.此外1950s以来长江下游径流总体上呈现微弱增加的趋势,1990s以来增加更为显著，又以冬季枯水季节径流增加尤其突出.冬季枯水季节径流的增加预示冬季入长江口的径流也有可能增加，枯季径流的增加可能会在一定程度上削弱南水北调以及海水入侵造成的对河口区生态环境的影响，从而缓解海水入侵带来的消极影响.增刊秦年秀等：1990s长江下游干流径流演变趋势 145致谢：本文水文资料由南京水利局提供，谨此致谢.参考文献1长江水利委员会水文局. 1998年长江洪水及水文监测预报.北京：中国水利水电出版社.20002沈焕庭，茅志昌，顾玉亮.东线南水北调工程对长江口咸水入侵的影响与对策. 长江流域资源与环境, 2002, 11（2）3杨世伦，陈沈良，王兴放.长江口未来环境演变的若干影响因素及减灾对策. 自然灾害学报, 1997,6（4）4宋志尧，茅丽华.长江口盐水入侵研究.水资源保护,2002,(3)5李香萍,杨吉山,陈中原.长江流域水沙输移特性.华东师范大学学报（自然科学版）,20016Chen XiQing, Zong YongQiang, Zhang Erf eng. Human impacts on the Changjiang river basin, china, with special reference to the impacts on the dry season water discharge into the sea. Geomorphology, 2001, (4): 1111-1237Chen Zhongyuan, Jiuf a Li, Shen Huanting, et al. River of China:Historical analysis of discharge vari ability and sediment f lux.Geomorphology.2001, (41): 77-918沈焕庭,张超,茅志昌.长江入河口水沙通量变化规律.海洋与湖沼,2000,31（3）9Peter Molnar, Jokge A Ramirez. Recent trends in precipitation and stream flow in the Rio Pureco Basin. Journal of Climate, 2001, (5)10Claudia Libiseller．Multivariate and partial Mann-Kendall test. 200211Arnell N W. Climate Change and Global Water Resources. Global Environmental Change, 1999, (9): 531-54912Gao X J，Zhao Z C，Ding Y H, et al. Climate Change Due To Green house Effects in China As Simulated by a Regional Climate Model. Advances in Atmospheric Science, 2001,18(6): 1224-123013任国玉,吴虹,陈正洪.我国降水变化趋势的空间特征.应用气象学报，2000, (3)14陈辉,施能,王永波.长江中下游气候的长期变化及基本特征.气象科学,2001,21（1）15姜彤，施雅风.全球变暖、长江洪水与可能损失.地球科学进展,2003,(2)146 湖泊科学15卷Trend Analysis on the Streamflow in the Lower Reaches of theYangtze RiverQIN Nianxiu 1, 2, JIANG Tong 1, Yuan Feng1, 2(1:Nanjing Institute of Geography and Limnology, CAS, Nanjing 210008,P.R.China;2:The Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039,P.R.China;)AbstractBased on the average monthly runoff records from 1950 to 2000 at Datong station of the Y angtze River, the Mann-Kendall trends test has been applied to examine the runoff trends in the lower reaches of the Y angtze River. The results show the average discharge in the 1990s was the highest, in comparison to other decades for Datong station, and there is a slight increasing of runoff in the lower reaches of the Y angtze River from 1950s, the trend will be continued due to the effect of global warming. As to seasonal and / or monthly variation, a distinct de-creasing trend has been detected for autumn, and there is significant increasing trend in summer and winter, es-pecially in winter. In some sense, the increasing of runoff for winter may mitigate the pressure of the environ-ments at the delta of Y angtze River. Significant positive trend has been observed for flood seasons and dry sea-sons, which is more obvious in dry seasons. The increasing of runoff in 1990s is very closely linked with the global warming, quicker water circulations and the increasing of precipitation in the Y angtze River catchments.Keywords:1990s, the lower reaches of the Y angtze River basin, runoff trend analysis, Datong station。
近30年长江北支口门附近的冲淤演变及其对人类活动的响应
近30年长江北支口门附近的冲淤演变及其对人类活动的响应王如生;杨世伦;罗向欣;陆叶峰;苗丽敏【摘要】根据1981—2012年长江北支口门附近的海图以及遥感数据，利用ArcGIS 技术进行计算分析，以了解近30年该区域的冲淤演变特点和规律，从而丰富海岸带陆海相互作用的研究案例．结果表明：1981—1997年潮间带围垦面积为13 km2，水域平均淤积速率为1．4 cm／a；1997—2012年，潮间带围垦面积为163 km2，水域平均冲刷速率为－7．1 cm／a．31年间，口门内、外水域的淤积速率分别为0．77 cm／a 和－1．97 cm／a．结论包括：近30年研究区的冲淤演变受到北支衰亡趋势、口内滩涂促淤围垦和长江流域建坝等引起的入海泥沙通量下降的影响，其中人类活动是近15年研究区冲淤演变的控制性因子．%In order to enrich the knowledge of land-ocean interaction,this paper examined the recent accretion and erosion at the mouth area of the North Branch,the Yangtze Estuary,based on bathymetric and remote sensing data and using ArcGIS techniques.The results show that:(1)from 1981 to 1997,13 km2 of intertidal area was reclaimed;an average accretion rate of 1 .4 cm/yr was observed in the subtidal area.(2)from 1997 to 2012,163 km2 of intertidal zone was embanked,and an average erosion rate of -7.1 cm/a was found in the subtidal area.(3)Be-tween 1981 and 2012,an average accretion rate of 0.77 cm/a was found in the inner portion,and an average erosion rate of - 1 .97 cm/a occurred in the outer portion.We concluded that the morphological evolution in the study area was controlled by three factors—the silting trend of the North Branch,the intertidal accretion-promoting projects,and dam constructionwithin the Yan-gtze watersheds.During the recent 15 years,human activities were the dominant factor.【期刊名称】《华东师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】8页(P34-41)【关键词】河口;地貌;冲淤演变;长江口北支;人类活动影响【作者】王如生;杨世伦;罗向欣;陆叶峰;苗丽敏【作者单位】华东师范大学河口海岸学国家重点实验室，上海 200062;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室，上海 200062;中山大学海洋学院河口海岸研究所，广州 510006;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室，上海 200062;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室，上海 200062【正文语种】中文【中图分类】K903人类活动对河口海岸地貌的影响正日益加剧，已成为河口海岸学的重要研究内容.河口是河流泥沙的“汇”，三角洲前缘的地貌演变对流域入海泥沙通量的变化响应十分敏感[1,2].近几十年来，受流域筑坝和调水等的影响,入海泥沙通量急剧下降，国内外许多三角洲由淤涨转变为蚀退[3-9]，这成为当前地球科学尤其是国际地圈—生物圈计划之海岸带陆海相互作用(IGBP-LOICZ)研究的热点之一.长江是世界级大河，其长度居世界第三，径流量和输沙率居世界第四[10]；长江三角洲是世界上最大的经济区之一.长江口的冲淤变化一直受到学术界的高度重视.大量研究表明，近期流域高强度人类活动(特别是2003年三峡工程的运行)已导致长江入海泥沙通量急剧下降[11-13]，对长江三角洲的冲淤演变产生了重要影响[2,14-16]. 但是，以往的长江三角洲对流域来沙减少响应的研究都集中在南支及其所属的三个入海口(北港、北槽和南槽)外的水下岸坡[2,14-17]，北支口门附近(因资料较少)几乎是研究空白.因此，北支口门外的水下三角洲是否像南支口外的水下三角洲那样已经出现从淤涨向蚀退的转变，这一直是个谜.本文根据有限的资料，揭示近30年北支口门地区的冲淤演变及其原因，特别是探讨冲淤演变对流域来沙减少是否有敏感响应.现代长江口呈“三级分汊、四口入海”之势；南、北支属一级分汊(见图1).18世纪中叶前北支是长江主流入海通道.后来，随着河势的自然演变，长江主流改走南支，北支逐渐衰亡.到20世纪50年代时，北支的分流比已不到5%[11].本文研究区位于北支下段和口门外约10 m等深线范围内，主体河段为复式河槽，口门发育一个数十平方千米的潮间带沙洲——顾园沙(见图2).研究区底床沉积物主要由粉砂、粘土质粉砂和砂质粉砂组成[18]；含水量较高(40%～80%)，临界侵蚀剪切应力较低(0.08～0.12 N/m2)；多年平均潮差为3.07 m (三条港站)，涨落潮平均流速约为1 m/s[20].收集了海军航保部1986年、2002年和2013年出版的的海图(测量时间分别为1981年、1997年和2012年)，海图比例尺分别是1∶120 000、1∶250 000和1∶15 000，3幅图均为墨卡托投影和理论深度基准面.将海图资料扫描入计算机，进行图像校正，运用ArcGIS软件对水下地形图进行数字化和水深数据的录入、编辑和订正，采用Kriging差值的网格化方法，对数据进行加密，使间断的、离散的数据连续化，生成规则网格的数字高程模型(DEM)(见图2)，利用Spatial Analyst 模块中对各年份的DEM进行空间叠置分析计算，包括冲淤量、冲淤厚度、冲淤速率和剖面水深等[21].由于海图上的水深数据均分布在0 m线以下区域，且各年份海图上的0 m线有所变化，基于DEM的冲淤计算是针对前、后两个年份0 m以下水域的公共部分，因为只有在这个公共区域才同时具备两个年份的数据，也才能进行冲淤计算.尽管0 m线以上没有高程数据，但0 m线的迁移反映潮间带的面积变化：0 m线向海迁移反映潮间带淤涨扩大，相反，0 m线向陆迁移反映潮间带蚀退缩小.本文利用ArcGIS软件对0 m线包围的面积(江心沙洲)和0 m线与海堤之间的面积(边滩)进行计算.本文还收集了相关年份的遥感数据(landsat TM数据，分辨率30 m), 用以提取海岸线和水边线并进行潮间带面积计算[22],结果与基于海图资料的计算总体上一致.3.1 潮间带滩涂的变化在1981—1997年的16年中，潮间带滩涂淤涨扩大11 km2，围垦13 km2，实际面积减少2 km2；而在1997—2012年的15年中，潮间带滩涂淤涨扩大152 km2，围垦163 km2，实际面积减少11 km2(见表1).两个时段顾园沙等江心沙洲潮间带滩涂的面积变化不大(见图2).例如，1981、1997和2012年顾园沙的面积分别为66、68和72 km2.因此，潮间带滩涂的变化主要发生在两岸边滩，尤其是南岸.从图2中的地形高程模型以及图3中断面A的变化可以发现，研究区西部(即口内上游段)原来贴近南岸的一条泓沟在1997—2012年间消失，其间南岸的0 m 线向江心推进了2～3 km(见图3断面A和B).如此巨大的变化与人类在该区域实施的堵汊促淤工程密切相关.3.2 潮下带水域的冲淤变化3.2.1 前后两个时段的对比1981—1997年时段研究区以淤积为主，52%的面积经受淤积，全区平均淤积厚度0.16 m，平均淤积速率为1.0 cm/a.相比之下，1997—2012年时段研究区以冲刷为主，69%的面积经受冲刷，全区平均冲刷深度-1.19 m，平均冲刷速率为-7.9 cm/a(见表2).3.2.2 口内、外两个区域的对比1981—2012年的31年中，口内外两个分区分别呈净淤积和净冲刷态势.口内区平均淤积厚度0.13 m，平均淤积速率0.42 cm/a；口外区平均冲刷厚度-1.25 m，平均冲刷速率-4.0 cm/a.前、后两个时段口内、外区域出现相反的态势：前一时段口内区平均冲刷速率-0.56 cm/a，口外平均淤积1.87 cm/a; 后一时段口内区平均淤积速率1.47 cm/a，口外平均冲刷速率-10.4 cm/a(见表2).3.3 冲淤的时空差异研究区冲淤的细节远较上述“平均”值复杂.例如，前一时段最大淤积厚度和冲刷深度分别达到2.1 m和-2.8 m，后一时段最大淤积厚度和冲刷深度分别达到4.6m和-6.3 m (见表2).无论是前、后两个时段还是口内、外两个区域，冲淤速率都有明显的空间差异(图4).后一时段的强烈冲刷主要出现在研究区的最东侧(向海一侧)(见图3E和图4b).4.1 北支的衰亡趋势及主要泥沙来源距今6 000—7 000年前，冰后期海平面上升到目前或略高于目前的位置[23].当时的长江口是一个巨型喇叭口，其北岸在扬州—泰州—海安沿线，南岸在镇江—江阴—太仓—马桥—漕泾沿线，口门宽约300 km[18].几千年来，在科氏力作用下，河口主槽逐渐南移，导致北侧河槽衰亡，一个个沙洲向北并岸[24].北支正是在这样的自然背景下走向衰亡.自20世纪50年代以来，北支的分流比就降为5%以下[11]，1988年以来只有1%～4% [25].实际上，由于北支涨潮含沙量远高于落潮含沙量，经常出现北支泥沙倒灌南支的现象[26].因此，可以得出结论：北支淤积的泥沙主要来自口外.史立人等也认为，长江泥沙从南支入海后，一部分向北绕过崇明岛东滩进入北支，为北支的淤塞提供泥沙来源[27].根据张长清和曹华的资料计算发现[28]，1907—1991年间，北支0 m以下水域平均泥沙淤积率为0.18×108 m3/a，水域面积缩小(反映潮间带滩涂的淤涨扩大)速率3.7 km2/a.4.2 滩涂促淤围垦工程对水下地形冲淤的影响如表2所示，1981—1997年和1997—2012年时段滩涂淤涨面积分别为11km2(0.7 km2/a)和152 km2(10 km2/a).这些滩涂的变化基本上限于口内(见图1—3)，研究区的口内部分仅是北支的一部分.与上述1907—1991年间全北支滩涂的淤涨扩大速率3.7 km2/a相比较，可以认为，1981—1997年的本研究区0.7 km2/a为滩涂自然淤涨速率.换言之，1997—2012年研究区的152 km2的滩涂淤涨扩大中可能有约140 km2是因促淤围垦工程所致.长江口的潮间带滩涂位于0—4 m高程之间，平均高程约2 m.粗略估计，由潮下带变成潮间带滩涂约需4 m左右的泥沙淤积厚度.因此，1997—2012年的潮间带促淤围垦大约吸纳了泥沙5.6×108 m3，占同期研究区水域冲刷量的60%(见表2)，相当于冲刷速率-4.7 cm/a.4.3 流域入海泥沙减少对北支口外水下地形冲淤的影响在东亚季风的驱动下，黄、东海近岸发育一股强劲的向南余流[29].这股沿岸流每年携带约2×108 t 泥沙进入浙江海岸[30,31]，成为浙江港湾淤泥质海岸和内陆架泥质区[32]形成的主要泥沙来源.此外，衰亡中的北支以及崇明东滩、横沙东滩、九段沙、南汇东滩等地的沼泽湿地或促淤工程也吸纳了大量泥沙.当上述两种去向的泥沙量超过长江入海泥沙通量时，水下三角洲前缘就发生冲刷.Yang等的研究表明[2]，长江南支口门外的水下三角洲前缘(与本研究区相邻，约5～20 m水深范围)在1977—2000年和2000—2007年时段的冲淤速率分别为3.2 和-2.3cm/a(两时段相应的大通输沙率分别为3.9×108和2.1×108 t/a)，淤蚀转变的临界入海泥沙通量大约为2.7×108 t/a.在本研究中1981—1997年和1997—2012年的大通输沙率分别为3.9×108和2.1×108 t/a(见表2)，恰好与Yang等的1977—2000年和2000—2007年时段的大通输沙率相等.本研究前一时段的北支口门外淤积速率(1.87 cm/a)也与 Yang等的1977—2000年的淤积速率相近.本研究后一时段的北支口门外冲刷速率(-10.3 cm/a)远高于相应时段的南支口外水下三角洲前缘，其主要原因可能是北支口内的滩涂促淤工程吸纳了大量泥沙，这些泥沙无疑来自口门外的侵蚀.因此，北支口外水下三角洲前缘像南支口外一样对流域入海泥沙的减少响应十分敏感.前、后两个时段研究区的平均潮差、平均波高和平均风速(同时影响波高和沿岸流强度)分别下降0.4%、上升2%、上升2%(见表2)，说明水动力强度有一定变化，但变化不大.这在一定程度上反映前、后两个时段研究区出现强烈冲淤变化的主要原因可能是人类活动.但另一方面，沿岸流输运泥沙的能力与流速的关系可能不是线性的，因此利用平均风速推断平均沿岸流速进而估算泥沙的沿岸输送存在局限性.例如，冬季苏北沿岸流是向南的，但夏季苏北浅滩的绿藻可以北流到山东沿海[22] .近30年长江北支口门附近的冲淤演变尽管在细节上呈现复杂化，但前后两个时段平均以及口门内、外两个分区的平均都显示出一定的规律：即在时间上从净淤积转变为净冲刷，在空间上为口内净淤积(水域和潮间带冲淤之和)而口外净冲刷.对于长江口而言，这些变化是强烈的.上述冲淤变化主要受三种因素支配：北支的衰亡趋势、口内的滩涂促淤围垦工程以及流域建坝引起的入海泥沙减少.流域建坝等引起的入海泥沙通量下降所引起的调整涉及苏浙沿岸流与长江水下三角洲(包括本文研究区中北支口外部分)的大尺度冲淤响应，北支衰亡趋势所造成的调整是北支河口湾尺度的口门外冲刷和口门内淤积，口内滩涂促淤围垦所造成的调整是“滩”淤“槽”冲的调整.这三种不同尺度的调整在空间上相互叠加，在机制上相互影响，使冲淤过程复杂化，目前难以区分出它们的定量贡献.【相关文献】[1] SYVITSKI J P M, KETTNER A J, OVEREEM I, et al. 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收稿日期:2000-10-17作者简介:张增发,男,江苏省镇江市长江河道管理处主任,工程师。
文章编号:1001-4179(2001)09-0039-02GIS 支持下长江镇扬河段河床演变分析张增发 李启顺 丁贤荣(江苏省镇江市长江河道管理处,江苏镇江212006)摘要:应用先进的地理信息系统工具软件,对长江镇扬河段1983、1987、1990、1994和1998年5次1/10000水下地形图进行了信息化处理。
通过对原始测点三角网插值,产生不规则三角网模型(TIN ),继而转化成栅格数据模型(GRID ),使之具有数字高程模型(DE M )的特性。
在DE M 的基础上,生成等高线、河道2D 、3D 模型和任意断面的形态图,GRID 运算后产生任意时段、任意区域的冲淤图、冲淤等值线和冲淤3D 形态图等。
据此,对长江镇扬河段河床演变作了系统的分析,较直观地显示了河道的冲淤分布与岸线的变化。
关 键 词:地理信息系统;数字高程模型;三角网模型;河床演变;江苏;长江下游中图分类号:TV147 文献标识码:A1 概述长江镇扬河段位于江苏省中部,上起泗源沟与南京河段相连,下迄五峰山与扬中河段相接,全长56km ,南岸为镇江市,北岸为扬州市。
本河段为江心洲河型,由汊道和弯道组成,自上而下包括仪征水道,世业洲汊道、六圩弯道、和畅洲汊道和大港水道。
本河段是长江中下游河势变化最为剧烈的河段之一。
河势的剧烈变化既使长江岸线的利用受到极大制约,又对防洪和沿江港口、码头、航运、给排水工程等重要经济设施运行构成严重威胁。
整治长江,成为镇江市以港兴市发展战略的重要基础工作。
本文采用地理信息系统(GIS )工具ArcView 、Mapinfo 对实际资料进行处理分析,为河道整治提供基础资料和依据。
从19世纪中叶,已初步形成了现今的世业洲汊道与和畅洲汊道之间由一弯道连接的雏形。
至20世纪30年代,世业洲兼并其右汊内的青沙洲后基本定型,两汊汇流后顶冲瓜洲至六圩形成左凹的六圩弯道,其时镇江市西部的征润洲迅速淤长,下游的和畅洲仍包含众多沙洲与支汊。
20世纪50年代,世业洲稳定,但其两汊汇流后强烈冲刷瓜洲以下致使六圩弯道全线坍退,而征润洲则迅速淤长下伸。
和畅洲并洲在50年代初基本完成。
20世纪70年代世业洲汊道及仪征水道相对稳定,六圩弯道已开始人工护岸,和畅洲两汊1970～1976年相对稳定,而本河段内出现的最大变化是和畅洲北汊内扇子圩弯顶鹅头于1977年被切割,使该汊道内流程大大缩短,水流阻力大大减小,比降增大而使北汊进入快速发展期。
2 近期演变分析利用地理信息系统工具,分析对比1983、1987、1990、1994和1998共5a 的1/10000地形资料,对该河段15a 来的演变情况进行系统的分析研究。
2.1 GIS 技术GIS 是地理信息系统英文的缩写,通过对原始测点三角网插值,产生不规则三角网模型(TIN ),继而转化成栅格数据模型(GRID ),使之具有数字高程模型(DE M )的特性。
在DEM 的基础上,生成等高线,河道2D 、3D 模型,河道任意断面形态图,GRID 运算产生任意时间段冲淤图,冲淤等值线,冲淤3D 分布图等,都能直观形象地显示河道的冲淤演变过程。
2.2 仪征水道仪征水道微弯,是长江镇扬河段的进口水道,多年稳定少变,自1983年以来,上段岸线基本稳定,下段岸线仅局部微冲,且多年来冲淤交替,如图1(彩图见封底)。
蓝色表示冲刷,红色表示淤积,颜色的深浅反映冲淤的严重程度。
仪征水道右岸在15a 间河底高程基本不变,左岸微冲,右半河道基本不冲不淤,左半河道冲刷,致使仪征水道呈现微冲状态,冲刷最深处在左岸的水流扩张处,由于水流的顶冲,冲刷严重,最大冲深超过12.5m 。
整个仪征水道15a 来淤积最大高度8.26m ,冲刷最深达28.0m ,平均冲刷深度0.63m ,平均冲刷速率0.04m /a 。
2.3 世业洲汊道主汊在南,支汊在北,洲头冲刷,洲尾淤积,北汊分流比自1983年以来逐年上升。
北汊是稳定的顺直汊道,走向正东,进出口及中部最窄,横断面呈“U ”、“V ”型相间,断面平均宽1140m ,最大1370m ,最小780m ,最深20.7m 。
南汊弯曲系数在1.24左右,属弯曲汊道,向右凹进,河宽平均在1800m ,最宽2232m ,最窄1455m ,最深39.0m 。
图2和表1是世业洲北汊某一断面的形态变化图和冲淤特征值。
可见,世业洲北汊15a 来有冲有淤,在遭遇1998年大洪水后,河底平均冲深1.0m 以上。
从岸线的平面变化看,洲尾淤长第32卷第9期人 民 长 江Vol .32,No .92001年9月Yangtze River Sep ., 2001达300m ,洲头崩退达200m ,而洲边变化不大。
南汊淤积,分流比逐年减小。
15a 间南汊最大淤高24.0m ,而北汊只有两处微淤,其余为冲,最大冲深达30.0m ,河道正以这种趋势继续发展。
总体而言,南淤北冲,但冲淤平衡量较小,15a 间的冲淤等值线如图3所示(彩图见封底)。
图2 世业洲1号断面演变表1 世业洲北汊某断面冲淤特征值时间(年)世业北汊1号断面宽(m )河底高程(m )平均高程(m )冲刷面积(m 2)淤积面积(m 2)198319901998872.03872.03872.03-20.67-19.56-23.01-4.59-5.09-6.121065.881366.82536.77287.222.4 六圩弯道六圩弯道由于水流动力作用形成了明显的凹凸岸,河床逐年左冲右淤,入口处由于世业洲的分流比变化,水流流线方向向右岸靠拢,左岸岸线平均淤宽近200m ,淤积长度约500m ;在入口处右岸岸线崩退,在其下游河漫滩地段,岸线向左淤进。
岸线平面变化如图4所示(彩图见封底)。
六圩弯道断面多呈“V ”型,主流和深泓线靠左,深槽纵向分布范围较长,目前存在超过-50.0m 水深测点。
1983年,深槽主要集中在河道中部水流顶冲点,随着入口处被冲刷,产生超过-40m 的深槽,到1998年,入口处-40m 深槽扩展到长1800m ,宽300m ,说明遇大洪水将向纵横向发展,下游-40m 深槽纵横向也有发展。
目前深槽宽达200m ,横向发展较小且慢。
六圩弯道冲淤较强烈,15a 间最大冲深达31.0m ,最大淤高达25.0m ,冲淤主要集中在入口处,随上游汇流点的上提右移,使六圩入口右冲左淤,河道入口深槽和流线右移,其中深槽右移近300m ,并随着世业洲左汊分流缓慢增大,左岸继续淤积,右岸继续冲刷,河道向右发展;下游主要是河漫滩淤积,深槽冲刷,河道下切。
六圩弯道冲刷面积占河道总面积的50%,而淤积面积占总面积的35%,相对不冲不淤面积占总面积的15%,冲淤等值线如图5(彩图见封底)。
据统计平均冲刷深度0.5m ,冲刷最深深度31.6m ,平均冲刷速率0.04m /a 。
2.5 和畅洲汊道北汊是典型的鹅头型支汊,汊道演变历经百年,已面目全非。
近期该汊道从分流处开始,右岸冲刷严重,自1983年以来,右岸岸线不断崩退,河床冲深,仅1994年到1998年之间,有的断面冲刷深度超过15m 。
而左岸为河漫滩形态,在1994年以前,基本无大的变化,只是由于1998年的大洪水,在北汊入口处,刷槽刷滩淤滩唇,在向下游直到东北角,左岸河漫滩无大变化。
东北角以下(称北汊下段),在1983年前后变化巨大。
1986年以前,处于自然状态,经河道整治后,逐渐转入人工控制状态。
1986年与1983年相比,北汊下段明显崩退后移,1986年以后,河岸逐步受到防护,目前崩退受到遏制。
南汊处于淤积状态,在接近分流处,变化最大。
右岸淤积逐年扩大,1983年到1998年的15a 间,平均淤进了1000多米,仅1998年就比1994年前进了近500m 。
而南汊下段,岸线基本保持稳定,在南岸下段汇流处,和畅洲洲尾淤积,1983年到1998年,洲尾淤长近250m ,岸线变化如图6(彩图见封底)。
和畅洲汊道不仅洲体冲淤变化,而且随北汊分流比的逐年增大,呈北汊逐年冲刷,南汊逐年淤积趋势,最大冲深达50m ,最大淤高达32m 。
在1986年河道整治后,河道横向发展受到人工控制,北汊河道下切,深槽不断扩展,到1998年,和畅洲汊道-40m 深槽均处在北汊,南汊无超过-40m 的测点,这种趋势将继续维持,如图7所示(彩图见封底)。
和畅洲43%的面积冲刷,42%的面积淤积,相对不冲不淤占15%,平均冲刷深度1.06m ,平均冲刷速率0.07m /a 。
2.6 大港水道大港水道与岸线相对稳定,冲淤基本平衡,主要是南岸呈现淤积状态,最大淤积高度22.9m ,最大冲深仅15.0m ,相对和畅洲而言要小得多,平均冲刷深度0.47m ,平均冲刷速率0.03m /a 。
3 结语本文为采用地理信息系统对长江河段河床演变进行分析的尝试。
分析结果表明:(1)长江镇扬河段15a 间总体呈现冲刷状态。
总冲刷量约3.9亿m 3,总淤积量约2.9亿m 3,净冲刷量约1亿m 3。
(2)仪征水道岸线稳定,冲淤基本平衡,深槽在横向纵向都有发展。
(3)世业洲汊道洲头冲刷,洲尾淤积,南汊总体淤积,北汊总体冲刷,河道主汊仍在南汊,但分流比不断减小,北汊分流比逐渐增大,岸线基本稳定,整个汊道冲淤量较小。
(4)六圩弯道右岸岸线变化较剧烈,河床北冲南淤。
(5)和畅洲北汊不稳定,南汊相对比北汊稳定。
汊道北冲南淤,使主、支汊易位,通过整治逐步由自然状态转入人工控制状态。
(6)大港水道与岸线稳定,冲淤基本平衡。
致谢本文承长江科学院余文畴教授指导,在此谨表感谢。
参考文献:[1] 尹学良.河床演变河道整治论文集.北京:中国建材工业出版社,1996.[2] 谢鉴衡,丁君松,王运辉.河床演变及整治.北京:水利电力出版社,1987.(编辑:刘毅)40 人 民 长 江2001年。