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1、黄 河 龙 门 三 门 峡 段 河 漫 滩组 成 物 质 的 粒 度 特 征 3陈志清中 国 科 学 院( 地 理 研 究 所 , 北 京 100101)国 家 计 划 委 员 会提 要 本文分析了河漫滩组成物质的粒度组成特征 , 并与河床质粒径级配与悬移质粒径级配进行了比较 , 研究了河漫滩宽度及物质组成对河槽几何形态的影响 。 结果表明 : 使黄河产 生游荡的首要条件是河道的强烈堆积以及要有能够满足其大幅度游荡的宽广的河漫滩 , 如果河漫滩组成物质中细颗粒物质含量低 , 抗冲性能小, 则更能进一步促使河道变得宽浅 ,加剧 。游荡程度关键词 黄河 龙门三门峡 河漫滩组成物质 粒度特征1 河
2、漫 滩 的 分 布 特 点黄河出龙门峡谷进入小北干流后 , 河谷突然放宽 , 泥沙大量沉积, 形成大片的新老滩地 ,黄 河 则 游 荡 于 自 身 所 造 成 的 河 漫 滩 冲 积 平 原 上 。 三门峡水库的修建及不同运用方式对本河段河漫滩的分布 、 高程及物质组成 影 响 很 大 ,目 前 该 段 夹 马 口 以 下 的 河 漫 滩 大 部 分 是 在 三 门峡水库蓄水以后淤积的 。 由于黄河的河槽左 右摆动极其频繁, 两岸滩地也随之不断此冲彼淤, 变 化 很 大 。 但 由 于 受 大 的 构 造 格 局 控 制, 在不同的构造单元土质抗冲能力不同, 河谷宽 窄不一 , 河漫滩的宽度也
3、不一样 (图 1 )。龙 门潼 关 段 在 大 地 构 造 上 属 于 山 西 台 背斜 中 的 汾 渭 地 堑 1 , 并 大 致 可 以 分 为 三 段 :位 于 禹 门 口庙 前 的 小 北 干 流 上 段 在 构 造 上图 1 黄河中游河漫滩分布图F ig11 D ist r ibu t io n o f f loo d p la in s in m idd le reach e s o f th e Ye llow R ive r属于河津断凹, 断凹宽达 16 km 27 km , 两岸组成物质疏松, 河漫滩宽 3 km 5 km , 中段庙前夹马口在构造上属孤山断凸, 河谷束3 国
4、 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 。来 稿 日 期 : 1996203; 收 到 修 改 稿 日 期 : 1996205。4 期 陈志清 : 黄河龙门三门峡段河漫滩组成物质的粒度特征 309窄, 河漫滩宽仅 1 km 3 km , 下段夹马口潼关处于渭河断凹和涑水断凹之间, 自始新世以来一直持续沉降 , 河谷宽阔 , 河道摆动频繁, 河漫滩宽达 5 km 15 km 。潼关以下的黄河为峡谷型河流 , 两岸的河漫滩分布较窄, 总的趋势是从潼关至三门峡河漫滩宽度逐渐缩小 。 其中灵宝以上宽度较大, 灵宝以下宽度减小 。 因此, 本河段河漫滩 的平面分布特点是潼关以上的宽度大于潼关以下,
5、 其中小北干流呈两头宽 、 中间窄的藕节状, 潼关以下的河漫滩宽度较小, 且向下游减小 。表 1 黄河中游河漫滩高程沿程变化表Tab11 A lon gr iver e leva t ion chan ge s of the f lood p la in a t the m iddlerea che s of the Y e l low R iver 河道断面形态一方面受河床物质组成影响 , 更主要地还受河岸物质组成及抗冲性能的影响 。 小北干流 宽窄相间的河道形态除了地质构造控制了大的地貌 格局外 , 近年来两岸修建的控导工程对稳定现有河势也起到重要作用 。 本河段的河漫滩从高程上看大致可分
6、两级 , 其海 拔高程沿河向下游逐渐减小 (表 1)。 高河漫滩上 一般种有各种农作物 , 在一般洪水情况下不上水, 但 在大洪水时仍要被淹没 ; 低河漫滩通常是荒滩 , 仅长芦苇 、 杂草, 在一般洪水下都要被淹 没 。 沿河各 地水位的高低及滩地是否被淹没 , 潼关以上河段主 要取决于上游洪峰流量的大小 , 潼关以下河段除了河 漫 滩 海 拔 高 程 (m )地 点高 河 漫 滩 低 河 漫 滩苍芝 朝头川 邑378360 362332 333329324320376 377358331327322318七 里 村雷 家 营 灵 宝 老 城和上游流量大小有关外, 还和水库的运用方式以及每年
7、 1 1 5 月的春灌水位的高低有很大关系 。2 河 漫 滩 组 成 物 质 的 粒 度 特 征以往对小北干流的河床演变 、 沉积结构及治理方略曾经有过不少研究 2 4 , 但对河漫滩的物质组成及其对河槽几何形态的影响还没有进行过系统研究, 我们从龙门三门峡的不 同 河段中选择了 6 个断面作为代表, 其中小北干流 3 个断面 (苍头 、 东王 、 老永济 ) , 潼关三门峡段 3 个断面 (高柏 、老灵宝 、陕县南关 ) , 对这些断面的河漫滩不同部位剖面进行 了 研究 (图 2) , 采集了剖面中不同层次的样品进行粒径级配分析 。 结果表明, 本河段的河 漫 滩组成物质以砂和粉砂为主 ,
8、其中砂粒含量占 5210% , 粉粒含量占 3113% , 粘粒含量占(表 2) 。1617% , 中值粒径为 01068 45 mm河漫滩组成物质的沿河纵向分布具有上游粗下游细的特点 。 小北干流上段以细砂为主 ,夹有粗粉砂层, 有的剖面下部有中砂层 ; 小北干流的中段滩地大多是极细砂与粉砂 、 粗粉 砂交替分布, 粉砂比例比上段明显提高, 小北干流的下段滩地组成则以粉砂和粗粉砂为主, 有的剖面下部有极细砂 。潼关以下至三门峡黄河滩地的组成物质比小北干流明显要细, 大致太安以上的滩地由 粉砂和粉砂亚粘土组成, 太安以下的滩地以粉砂为主, 但往往有一至数层厚度不一的粘土夹层, 从各河段物质组成
9、中砂粒 、 粉粒和粘粒的百分比含量看, 从上游向下游变化明显, 即 样 品 的 粒 度 分 析 由 中 国 科 学 院 地 理 研 究 所 中 心 分 析 室 的 蔡 珠 兰 同 志 完 成 。310 地 理 学 报 52 卷图 2 黄河中游河漫滩剖面组成物质图F ig12 Sub stance com po sit io n in re levan t p ro f ile s o f f loo d p la in s in m idd le reach e s o f th e Ye llow R ive r表 2 黄河中游不同河段河漫滩组成物质各种颗粒含量百分比表Tab12 Perce
10、n tage of con ten ts of vary in g par t ic le s in f lood p la in substan ce s a t d if f eren t sec t ion s a t the m iddle reache s of the Y e llow R iver距 三 门 峡 水 库大 坝 距 离 km中 值 粒 径 mm粘 粒 含 量( % )粉 粒 含 量( % )砂 粒 含 量( % )地 点苍东头王23918414701128 1501086 4401065 3501093 3151212121310101112122610271221
11、188216611859186811老 永 济小 北 干 流 平 均01066 4701039 6501024 6401043 59131922173315231339114017421540184710361624103519高 柏老 灵 宝 陕 县 南 关 潼 关 三 门 峡 平 均85512501068 45 1617 3113 5210全 河 段 平 均4 期 陈志清 : 黄河龙门三门峡段河漫滩组成物质的粒度特征 311砂粒含量逐渐减少 , 粉粒和粘粒含量相应不断增长 。 尤其在靠近三门峡水库大坝不远的滩地组成物质中有相当比重的粘粒存在, 形成几十厘米厚的粘土夹层 。 如在陕县南关附近
12、的 滩 地后缘的一个剖面中, 整个剖面在 2 m 左右的可见范围内 , 砂粒含量仅 1510% , 粉粒含量 3911% , 粘粒含量高达 4519% , 中值粒径 01024 64 mm 。 剖面中有一层 42 cm 厚的粘土层,强 。平均中值粒径仅 0 1001 70 mm 。 由于这些粘土夹层的存在 , 使河岸的抗冲性能大大增从河漫滩组成物质的横向变化看 , 本河段不管是上部还是下部, 从滩地的前缘到后缘 ,组 成 物 质 由 粗 变 细 。 如 位 于 小 北 干 流 中 段 的 东 王 乡 附 近 , 在 滩 地 的 前 缘 , 砂 粒 含 量 达 到7417% , 粉粒及粘粒含量仅
13、占 1519% 及 914% 。 而在滩地的后缘, 砂粒含量减至 4819% , 粉 粒 和粘粒含量则分别增至 3610% 及 1511% 。 在距大坝不远的陕县南关附近的黄河右岸 , 滩地 组成物质也同样反映前缘粗 、 后缘细的特点 , 该处滩地前缘的物质组成砂粒占 3219% , 粉 粒占 4610% , 粘粒占 2111% , 而滩地后缘的物质组成砂粒仅占 1510% , 粉粒和粘粒含量则 分别达到 3911% 和 5 19% 。河漫滩组成物质粒径大小的这种纵向和横向变化是和水流动力条件密切相关的 。 一般 认为, 根据不同样品的粒径概率累积曲线细截点的位置可以大致区分出悬移质与推移质
14、、 跃移质之间的粒径界线 , 从本河段的河漫滩样品的情况看 , 这样的界线在沿河上下也有一些变化规律 , 从上到下依次为 : 苍 头 01040 mm , 东 王 01034 mm , 老 永 济 01014 mm , 高 柏01020 mm , 老灵宝 01022 mm , 陕县南关 01011 mm , 即小于上述粒径的泥沙分别在以上不 同地区的漫滩水流中为悬移质 , 大于该粒径的泥沙在漫滩水流中为推移质或跃移质 。 上述位于苍头附近的漫滩水流可以浮起 0104 mm 以下的泥沙,情 况说明 , 而位于陕县南关附近的漫滩水流只能浮起粒径小于 0 1011 mm 的泥沙 , 由此可以反映出不
15、同 河 段 漫 滩 水 流 流 速的大小差别是很大的 。同样, 在同一河段的滩地不同部位, 悬移质和推移质 、 跃移质的粒径界线也不一样, 如 以 高柏附近的滩地为例, 在滩地后缘沉积物粒径概率累积曲线中的细截点为 01009 mm , 在滩 地中部为 01016 mm 01017 mm , 在靠近主槽的滩地前缘为 01062 mm , 反映漫滩水流流 速大小在滩地的不同部位差别也是很大的 。3 河 漫 滩 与 河 床 质 粒 径 级 配 比 较本河段有关河床质粒径级配的资料较少, 只有干流龙门站有较为系统的测量, 根据龙门站 1 958 年 1984 年 1 7 年中 2 23 个测次的资料, 可以看 出 , 河床质主要由砂组成 , 砂粒 含 量占河床质总量的 9518% , 其它 4 12% 主要 为 粉 粒, 几 乎 不 含 粘 粒 , 中 值 粒 径 为 01230mm , 平均粒径为 01261 mm , 这样的粒径级配显然要比河漫滩组成物质粗得多 。 本河段河 漫滩中平均颗粒最粗的是小北干流上段, 但其滩地物质平均中值粒径还不到河床质中值粒径的一半 , 滩地组成物质中尽管以细砂为主 , 但仍有相当比重的粉粒和一定数量的粘粒存 在 。 至于其他河段的河漫滩组成物质中
