汊道演变的水沙过程影响分析——以监利河段为例

发布时间：2019-07-13 10:27

【摘要】：长江中下游许多汊道河段主支汊易位频繁,但对产生这一现象的主要驱动机理与影响因素一直争议不休。研究采用距平分析法、Mann-Kendall分析与基于分形理论的极差分析法相结合的方式,详细分析了监利河段1951年-2009年间流量和输沙率时间序列年尺度的变化过程。结果表明,流量及输沙率的Hurst数分别为0.943 0和0.923 9,均十分接近1.0,具有很强的持续性。Mann-Kendall分析发现,输沙率序列无明显突变,流量序列仅在1967年出现突变,主要由上游实施裁弯工程所致。系统分析来水来沙的匹配关系发现,该河段主支汊易位时间与水沙序列匹配状态有明显的相关关系,在"水多沙少"时期,监利右汊为主汊;而在"沙多水少"时期,监利左汊为主汊。
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图１监利河段位置及平面形态示意图Ｆｉｇ．１ＰｌａｎｆｏｒｍａｎｄｌｏｃａｔｉｏｎｏｆＪｉａｎｌｉｒｅａｃｈ

图片说明：析法、Ｍａｎｎ－Ｋｅｎｄａｌｌ突变分析与基于分形理论的极差分析法相结合的方式，研究１９５１年－２００９年间流量和输沙率序列的持续性、突变性以及来水来沙之间的匹配关系，试图揭示上述水沙特征对于分汊河道中主汊位置轮换可能产生的影响。１研究区概况和数据来源１．１河段概况监利河段位于长江中游下荆江的中段，上起塔市驿，下至天字一号，全长约２７ｋｍ，由监利河弯和裁弯后的上车湾新河段组成。该河段为典型的弯曲分汊河型，曲率为１．７２，乌龟洲将河弯水流分为左、右两汊（图１）。该河段的上下游在１９６７年和１９６９年先后实施了中洲子和上车湾人工裁弯。１９７２年７月，在该河段上游约３５ｋｍ处的沙滩子发生了自然裁弯。河段内设有监利（姚圻脑）水文站，，多年平均径流为３５４３亿ｍ３，５月－１０月径流量占年径流量的７４％。河道泥沙主要来源于干流，多年平均输沙量为３．１７４亿ｔ。输沙量较径流更加集中，５月－１０月输沙量占全年总输沙量的９０％以上。图１监利河段位置及平面形态示意图Ｆｉｇ．１ＰｌａｎｆｏｒｍａｎｄｌｏｃａｔｉｏｎｏｆＪｉａｎｌｉｒｅａｃｈ１．２主支汊易位的历史过程据文献记载［６－７，２０－２２］，如图２所示，１９３１年特大洪水使得监利右岸边滩被主流切割成江心洲，监利河段自此成为分汊河道，主流走右汊；到１９３４年，深泓移至右汊，左汊逐渐淤积衰退。随着江心洲右缘的崩退和右岸（凸岸）边滩的淤涨，到１９４５年前后，深泓摆动至左汊；１９５５年－１９６９年间，左汊稳定发展为主汊，右汊有萎缩的趋势；１９７１年汛后
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图２监利河段历史演变Ｆｉｇ．２ＭａｉｎｃｈａｎｎｅｌｓｗｉｔｃｈｅｓｉｎＪｉａｎｌｉｒｅａｃｈ

图片说明：水文水资源北争流的局面。一直到１９９３年，左汊不断淤积缩窄，右汊则冲深展宽，两汊的分流比在５０％左右摆动。到了１９９４年汛后，右汊迅速发展起来，右汊的分流比已经超过７０％，开始逐渐成为主汊。图２监利河段历史演变Ｆｉｇ．２ＭａｉｎｃｈａｎｎｅｌｓｗｉｔｃｈｅｓｉｎＪｉａｎｌｉｒｅａｃｈ１．３数据来源本文以长江中游监利（姚圻脑）水文站１９５１年－２００９年历年月均流量及月均含沙量为基础资料（数据来自长江流域水文年鉴），月均输沙率由月均流量与月均含沙量的乘积求得，再将月均流量及月均输沙率各自累加取平均值得到年均的流量及输沙率。由于该水文站１９６０年７月至１９６６年３月期间停测，１９７０年－１９７４年期间向下游迁至洪山。为了保证整个水沙序列的连续性，前者采用上游新厂站月均流量与藕池河月均分流量的差值估算，后者则采用下迁的洪山站资料来代替。监利、新厂、藕池口、洪山水文站的位置见图１。２研究方法２．１Ｒ／Ｓ分析法Ｒ／Ｓ法最初由英国水文学家Ｈｕｒｓｔ在研究尼罗河水坝工程时提出，后来Ｍａｎｄｅｌｂｒｏｔ等［２３］从理论上对这一方法进行了补充和完善，常用来分析时间序列的分形特征和长期记忆过程。一个时间序列｛ξ（ｉ）｝，ｉ＝１，２，…，对于任意正整数τ≥１，定义其均值序列＜ξ＞τ、累计离差系列Ｘ（ｉ，τ）、极差系列Ｒ（τ）以及标准差系列Ｓ（τ）分别为：＜ξ＞τ＝１τ∑τｉ＝１ξ（ｉ），τ＝１，２，…Ｘ（ｉ，τ）＝∑ｉｕ＝１（ξ（ｕ
【作者单位】：中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金(41601006;41330751)~~
【分类号】：TV147

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