1988-2018年黃河內(nèi)蒙古段河道邊界演變特征及影響因素

冀鴻蘭, 樊 宇, 翟涌光, 羅紅春, 張寶森, 牟獻(xiàn)友

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院, 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018; 2.黃河水利科學(xué)研究院, 河南 鄭州 450000)

黃河是中國第二大長河，以含沙量高、水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)、洪澇災(zāi)害頻繁等特點而備受學(xué)者們的關(guān)注[1-2]。黃河內(nèi)蒙古段河道地形復(fù)雜，河床物質(zhì)松散，泥沙含量大，在一定的水力條件下，內(nèi)蒙古河段河道較上下游更頻繁[3]。河道擺動造成的河岸侵蝕嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，威脅著兩岸居民和基礎(chǔ)設(shè)施安全，制約了當(dāng)?shù)氐纳鐣?jīng)濟(jì)發(fā)展[4]。因此，研究黃河內(nèi)蒙古段的河道演變特征意義重大。

國內(nèi)外眾多學(xué)者采用野外實測數(shù)據(jù)研究黃河內(nèi)蒙古段的河道演變特征，積累了大量的成果。申冠卿等[5]對寧蒙河段上游水庫運(yùn)行前后的河道水沙條件變化及河道沖淤演變進(jìn)行了分析，得出水庫運(yùn)行增加了寧蒙河道干支流交匯處淤堵的幾率和淤堵程度。李秋艷等[6]對寧蒙河段的河道演變過程及影響因素進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)風(fēng)成沙直接入黃使河道泥沙粗化，影響了河床的沖淤狀態(tài)。王隨繼等[7]運(yùn)用輸沙平衡方法對寧蒙河段6個水文站1952—2003年的懸沙沖淤量時空變化規(guī)律進(jìn)行了分析，得出寧蒙河段處于構(gòu)造沉降區(qū)，淤積是總的趨勢。除此之外，對河道演變的研究工作主要針對河道的平面形態(tài)變化[8-9]、不同河段沖淤量的時空變化[10-11]、洪水過程中河道斷面的響應(yīng)變化[12]及河道演變的影響因素等[13-14]。但是，由于黃河內(nèi)蒙古段較長，河段、河型之間的差異較大，僅利用幾個水文站的測量數(shù)據(jù)很難把握整個河流的變化[15]。隨著遙感技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，眾多學(xué)者將目光轉(zhuǎn)向利用遙感影像監(jiān)測河道長時間序列的演變特性。趙水霞等[16]基于3S技術(shù)揭示了黃河內(nèi)蒙古段河道形態(tài)大尺度、長序列的演變規(guī)律，得出河床地質(zhì)條件及來水來沙條件是影響河道演變的主要因素。Yao等[17]利用衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)對寧蒙河段1958—2008年的河道變化信息進(jìn)行了提取，估算了河岸區(qū)沖淤面積，發(fā)現(xiàn)黃河寧蒙段侵蝕面積自1958年起呈現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢。但是，有關(guān)黃河內(nèi)蒙古段河道演變的時空變化特征及其沿程分布特征的研究報道仍然較少。

本文利用1988—2018年7期Landsat衛(wèi)星影像資料，基于MNDWI水體指數(shù)提取黃河內(nèi)蒙古段的河道邊界信息，在分析近30 a河道擺動年際變化趨勢的基礎(chǔ)上，對演變范圍較大，河槽擺動較嚴(yán)重的河段進(jìn)行了重點分析。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

黃河內(nèi)蒙古段地處黃河的中上游，從寧夏石嘴山入內(nèi)蒙古境，流經(jīng)河套平原，以及庫布其、烏蘭布和毛烏素沙漠之間，到河口鎮(zhèn)出境，全長823 km。其中烏海至巴彥高勒站河長為55 km，河道發(fā)育，寬窄相間，平均河寬約360 m，河床由砂礫質(zhì)組成，河道右岸穩(wěn)定，左岸常發(fā)生沖淤現(xiàn)象，斷面形態(tài)相對穩(wěn)定。巴彥高勒站至三湖河口站河長為221 km，該斷面的河寬為700～760 m，屬于游蕩型河段，河岸由砂質(zhì)組成，左岸筑有堤壩和砌石護(hù)岸，右側(cè)主要是砂質(zhì)灘地，常年發(fā)生橫向擺動。三湖河口站至頭道拐站之間河長為300 km，其中，三湖河口為彎曲型河段，彎曲系數(shù)為1.33，河寬約360 m，河岸以泥質(zhì)砂質(zhì)二元結(jié)構(gòu)為主；頭道拐斷面為順直型河段，平均河寬為280 m，河岸以泥質(zhì)為主。本研究水文地質(zhì)資料來源于水利部黃河水利委員會實測資料。

1.2 研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)源 選取美國陸地資源衛(wèi)星Landsat 5 TM(1988，1993，1998，2003，2008年)和Landsat 8 OLI(2013，2018年)7期多光譜遙感影像為數(shù)據(jù)源(https:∥www.usgs.gov/)。影像數(shù)據(jù)覆蓋范圍為83°S到83°N之間的陸地區(qū)域，空間分辨率為30 m(見表1)。河道邊界影像為當(dāng)年汛期結(jié)束后10，11月的影像，便于識別主河道，且要求色調(diào)均勻、反差適中，云量均小于10%，確保了研究結(jié)果的準(zhǔn)確性。

表1 黃河內(nèi)蒙古段遙感影像參數(shù)

1.2.2 河道邊界提取方法 提取水體區(qū)域再進(jìn)行邊界轉(zhuǎn)化是現(xiàn)階段水體邊界提取的主流方法，而其中水體指數(shù)法最為有效[18]。常用遙感影像指數(shù)有NDWI，MNDWI，EWI等，為避免部分河段陡峻河岸影像陰影可能造成的影響，選取修正的歸一化水指數(shù)MNDWI[19]為指數(shù)。MNDWI的計算公式如下：

MNDWI=(Green-SWIR)/(Green+SWIR)

(1)

式中：Green為綠波段；SWIR為短紅外波段,分別對應(yīng)TM數(shù)據(jù)的2波段和5波段,以及OLI數(shù)據(jù)的3波段和6波段。

基于MNDWI水體指數(shù)提取進(jìn)行河道邊界提取的詳細(xì)步驟如下所示： ①利用ENVI5.5軟件對遙感影像進(jìn)行預(yù)處理(包括波段合成、輻射定標(biāo)、大氣校正及圖像裁剪等預(yù)處理)。②運(yùn)用波段運(yùn)算生成MNDWI圖像。③本文運(yùn)用直方圖雙峰法確定閾值，進(jìn)行河道邊界提取?；舅枷胧?當(dāng)直方圖具有較為典型的雙峰特性時(見圖1)，選取兩峰之間的谷底對應(yīng)的MNDWI值作為影像分割即水體提取閾值[20]。在本研究中1988，1993，1998，2003，2008，2013，2018年所選取的閾值依次為0.26，0.259，0.284，0.289，0.389，0.385，0.242。④本文研究區(qū)部分河段河岸寬淺，河道邊界受水位變化影響較大，以水域邊界作為河道邊界會產(chǎn)生較大誤差。Tiegs等[21]“以植被邊界來定義河道邊界”的方法也是一種有效的方法。因此將利用MNDWI水體指數(shù)提取出的河道邊界導(dǎo)入ArcGIS 10.4軟件中，將受水位影響較大的河段的水域邊界修正為植被邊界。并將一些漏提、誤提的河道邊界進(jìn)行人工修正。⑤最后，分別在河道內(nèi)和河道兩岸每期各隨機(jī)選取150個訓(xùn)練樣本點，并通過Google Earth和地形圖等輔助資料對提取出的河道邊界進(jìn)行精度評價。

圖1 黃河內(nèi)蒙古段MNDWI圖像

1.2.3 河道擺動面積的計算方法 該研究結(jié)合黃河內(nèi)蒙古段河道地形、水文站位置及河道擺動特性，將研究區(qū)劃分為了5個區(qū)域，分別為：R1(石嘴山—巴彥高勒)、R2(巴彥高勒—三湖河口)R3(三湖河口—昭君墳)、R4(昭君墳—頭道拐)、R5(頭道拐—河口鎮(zhèn))，為保證研究結(jié)果精度，明確河道沿程擺動特征，對各區(qū)域進(jìn)行加密處理，每隔5 km設(shè)置一個斷面，等距離共分割了s1—100共100段(見圖2)。

注：圖中R表示不同的區(qū)域。R1為石嘴山—巴彥高勒；R2為巴彥高勒—三湖河口；R3為三湖河口—昭君墳；R4為昭君墳—頭道拐；R5為頭道拐—河口鎮(zhèn)。s1—100表示不同斷面。下同。

(2)

Smax=maxSi(i=1,2,…,n)

(3)

1.2.4 河道擺動方向 統(tǒng)計河段的河道擺動方向，基于公式(4)和(5)計算5個區(qū)域向左岸的擺動面積Si及向右岸的擺動面積SR。為了進(jìn)一步確認(rèn)河道側(cè)向遷移的距離和方向，分別計算1988年和2018年各河段的質(zhì)心 ，并通過質(zhì)心點之間的距離對河道側(cè)向遷移的距離進(jìn)行估算。其中R1區(qū)域以南北走向為主，R2，R3和R4區(qū)域以東西走向為主，因此1988—2018年間河道側(cè)向移動的距離dx和dy分別利用公式(6)和(7)計算得出。

(4)

(5)

dx=x2018i-x1988i

(6)

dy=y2018i-y1988i

(7)

2 結(jié)果與分析

2.1 河道邊界提取結(jié)果

對黃河內(nèi)蒙古段1988,1993,1998,2003,2008,2013,2018年的河道邊界提取結(jié)果進(jìn)行分析，其對應(yīng)的精度分別為90.38%，93.81%，93.88%，94.53%，94.94%，94.26%，可以滿足該研究的需要。R1區(qū)域河道形態(tài)比較穩(wěn)定，擺動幅度較??；R2區(qū)域河道1988年時順直但心灘較多；2018年時河道向彎曲發(fā)展，心灘數(shù)量減少，主槽單一；30 a間河道擺動頻繁且幅度較大；R3，R4區(qū)域河曲發(fā)育，河灣逐漸增多，河道擺動劇烈；R5區(qū)域河道順直，河道形態(tài)并未發(fā)生明顯變化，擺動幅度微弱。

2.2 河道擺動的時空變化特征

2.2.1 河道擺動的年際變化 黃河內(nèi)蒙古段5區(qū)域1988—2018年河道最大擺動面積及平均擺動面積見圖3。由圖3可以看出，河道最大擺動面積整體呈下降趨勢；與1988—1993年相比，2013—2018年R1—R5區(qū)域的最大擺動面積分別下降了18.85%，27.79%，36.36%，47.51%，100%。平均擺動面積變化情況是：R1區(qū)域1988—2008年的平均擺動面積變化幅度并不是很大，2008年后的平均擺動面積開始下降，兩個時段分別下降了23.61%，38.18%；R2，R3，R4區(qū)域平均擺動面積在30 a間整體呈現(xiàn)先減后增再減的趨勢；1988—2003年河道平均擺動面積大幅下降，與1988—1993年相比，1998—2003年R2—R4區(qū)域的平均擺動面積分別下降了37.23%，30.48%，58.76%。各區(qū)域河道擺動范圍變小，河道趨于穩(wěn)定；2003—2013年，各區(qū)域的河道平均擺動面積開始上升，河道擺動范圍變大；2013年后各區(qū)域河道擺動范圍變小，河道重新趨于穩(wěn)定，相比前一時段2013—2018年R2—R4區(qū)域平均擺動面積分別降低了47.73%，30.48%，58.76%。R5區(qū)域平均擺動面積呈下降趨勢，1998年后幾乎不再發(fā)生擺動。綜上所述，受上游來水來沙的影響，河道的平均擺動面積在30 a間變化較為劇烈；而受兩岸堤防影響，河道最大擺動面積會限制在一定范圍內(nèi)，因此相較于平均擺動面積河道的最大擺動面積變化幅度較小。

圖3 各區(qū)域不同時期最大擺動面積以及平均擺動面積變化情況

2.2.2 河道擺動的空間變化 黃河內(nèi)蒙古段1988—2018年各區(qū)域向左岸以及向右岸擺動的總面積見表2。向左岸擺動的總面積為386.83 km2，而向右岸擺動的總面積為466.68 km2，R5區(qū)域由于變化微小，不予考慮?？梢钥闯?，黃河內(nèi)蒙古段整體有向右岸遷移的趨勢。圖4表現(xiàn)了各區(qū)域側(cè)向遷移的距離，R1區(qū)域河道總體為南北走向，遷移距離為正值的表示河道向東遷移(右岸)，遷移距離為負(fù)值的表示河道向西遷移(左岸)；而R2，R3，和R4區(qū)域河道總體為東西走向，遷移距離為正值的表示河道向北(左岸)遷移，遷移距離為負(fù)值的表示河道向南(右岸)遷移。分析不同區(qū)域的遷移距離和遷移方向得出：R1區(qū)域6處向西遷移，11處向東遷移，河道整體向東遷移；R2區(qū)域21處向南遷移，10處向北遷移，河道整體向南遷移；R4區(qū)域13處向南遷移，7處向北遷移，河道整體向南遷移；R3區(qū)域向北以及向南遷移的河段數(shù)都為9處但遷移距離相差較大，向北遷移的平均距離為563.33 m；向南遷移的平均距離196.56 m，整體表現(xiàn)為向北遷移的趨勢。這主要是由于R3區(qū)域河段受十大孔兌偶發(fā)性洪水沖瀉的泥沙堆積與黃河主河道的影響，河道被擠壓向北遷移[15]。

表2 黃河內(nèi)蒙古段各區(qū)域的擺動距離 km2

2.3 河道擺動沿程分布特征

黃河內(nèi)蒙古段1988—2018年各區(qū)域沿程河道擺動變化特征見圖5。由圖5可以看出，擺動幅度較大河段主要集中在R2區(qū)域，R3區(qū)域擺幅次之，R1，R4區(qū)域整體擺動幅度較小，部分?jǐn)嗝嬖?013—2018年期間不再發(fā)生擺動。R5區(qū)域擺動幅度最小，1998年后幾乎不再發(fā)生擺動。

圖4 1988-2018年黃河內(nèi)蒙古段河道側(cè)向遷移距離

以2008—2013年為例看河道擺動的沿程分布特征(見表3)。R1區(qū)域88.24%河段擺動面積小于1 km2，最大面積(3.46 km2)；R2區(qū)域70.97%河段擺動面積大于3 km2，最大面積為5.85 km2；R3區(qū)域16.66%河段擺動面積大于3 km2，最大面積為5.02 km2；R4區(qū)域60%河段擺動面積小于1 km2，最大面積為3.88 km2；R5區(qū)域河段進(jìn)入1998年后幾乎不再發(fā)生擺動。

綜上所述，黃河內(nèi)蒙古段R2區(qū)域擺動面積大于3 km2的河段，在2008—2013年占全研究河段的78.57%。R3河段彎曲度較大的斷面主要集中在曲率較大的河段，研究時段內(nèi)會發(fā)生較大幅度的擺動。

圖5 黃河內(nèi)蒙古段河道擺動沿程變化特征

由上述分析可知，黃河內(nèi)蒙古河段中巴彥高勒—三湖河口全段和三湖河口—包頭曲率較大的河段河道橫向擺動較為嚴(yán)重，堤岸防護(hù)的重點應(yīng)放在巴彥高勒—三湖河口全段和三湖河口—包頭曲率較大的河段。

3 討 論

河道受自然因素或人工建構(gòu)筑物的影響發(fā)生變化。河道演變是含沙水流與河床在相互作用中產(chǎn)生的累積形變，在這個過程中水力條件是主動力因素，河岸物質(zhì)構(gòu)成是響應(yīng)水動力的從屬因素。因此，水力條件與河岸物質(zhì)構(gòu)成是影響河道擺動的主要因素。除此之外，各種水利設(shè)施的修建、引水工程及水土保持工程等人類活動也會對河道演變造成一定的影響。

表3 黃河內(nèi)蒙古段2008-2013年河道擺動沿程分布情況

3.1 水動力因素

流量是影響河道擺動的主要水動力因素，黃河內(nèi)蒙古段上游劉家峽水庫(1968年)以及龍羊峽水庫(1986年)聯(lián)合運(yùn)行以來，下游汛期平均流量發(fā)生了較大的變化。圖6為黃河內(nèi)蒙古段巴彥高勒水文站1980—2013年汛期(7—10月)流量變化，在1988—2003年日均最大流量整體呈現(xiàn)下降的趨勢。

圖6 巴彥高勒站汛期平均流量

1988—1993年巴彥高勒站汛期平均流量為643.38 m3/s，1998—2003年巴彥高勒站汛期平均流量為431.61 m3/s，下降了32.92%，流量的變化是引起該水文站下游河段總擺動面積由1988—1993年的162.99 km2降低到了1998—2003年的102.49 km2的主要原因。在2003—2013年日均最大流量開始上升，其中2012年洪水是內(nèi)蒙古河段1989年以來歷時最長、洪峰流量最大的洪水過程[22]。汛期平均流量的上升引起該水文站下游河段總擺動面積由1998—2003年的102.49 km2上升到了2008—2013年的166.17 km2。對1988—2013年各時期巴彥高勒汛期的平均流量與該站下游河段的平均擺動面積進(jìn)行相關(guān)分析后得出(見圖7)：河道擺動面積隨汛期平均流量的增大而增大。(R2=0.862，p<0.05)。

圖7 黃河內(nèi)蒙古段河道擺動面積與汛期平均流量關(guān)系

3.2 河岸地質(zhì)因素

黃河內(nèi)蒙古段不同區(qū)域的河岸物質(zhì)組成是造成河道演變空間差異的主要原因。R1區(qū)域河段主要由基巖組成，抗沖刷能力強(qiáng)，河道邊界較為穩(wěn)定，從而導(dǎo)致該區(qū)域順直河段的發(fā)育。在30 a間該區(qū)域河段主要以縱向沖淤為主，橫向擺動幅度相對較小。R2區(qū)域的河岸組成主要以砂質(zhì)為主，受河流水動力條件的影響最不穩(wěn)定[23]，因此其單個河道的擺動、展寬較為迅速，當(dāng)河道寬度達(dá)到一定條件后，河道中就會形成心灘，而當(dāng)心灘擴(kuò)展到一定程度后會使得河道分化為兩個河道，其單個河道的頻繁變化造就了游蕩型河段，易蝕的河道邊界也使得該區(qū)域河段成為黃河內(nèi)蒙古段橫向擺動幅度最大的區(qū)域河段；R3，R4區(qū)域河段河岸物質(zhì)主要由泥沙質(zhì)和粉砂質(zhì)組成，其中上層的泥質(zhì)層較薄，下層的沙質(zhì)層較厚，泥質(zhì)層難以有效阻止河流的侵蝕作用，這是該彎曲河段得以形成的主要原因，同時由于一岸侵蝕下來的泥沙會由于彎道環(huán)流帶往對岸，使得河岸一邊遭受侵蝕后退時另一邊則堆積前進(jìn)，從而使得該河段河道單一，不會分化為多條河道[8]。由于該區(qū)域河岸的物質(zhì)組成相較于R2區(qū)域河段抗沖刷能力強(qiáng)，導(dǎo)致該區(qū)域河道整體擺動幅度小于R2區(qū)域河段，但部分彎曲度大的斷面也發(fā)生了較大幅度的擺動；R5區(qū)域河段河岸的細(xì)粒泥質(zhì)沉積層遠(yuǎn)厚于上游的彎曲河段，抗沖刷能力強(qiáng)，并且該河段河道比降大致為0.27‰，水流動力條件較弱，從而導(dǎo)致該區(qū)域順直河段的發(fā)育。該區(qū)域河段平均彎曲度為1.05，加之該河段河岸較強(qiáng)的抗沖刷能力，使得該區(qū)域在30 a間河道橫向擺動微弱，近年來該區(qū)域河段幾乎不再發(fā)生橫向擺動。R1區(qū)域河段主要由基巖組成，抗沖刷能力強(qiáng)，河道邊界較為穩(wěn)定，從而導(dǎo)致該區(qū)域順直河段的發(fā)育。在30 a間該區(qū)域河段主要以縱向沖淤為主，橫向擺動幅度相對較小。

3.3 板塊構(gòu)造運(yùn)動

內(nèi)蒙地區(qū)板塊構(gòu)造運(yùn)動是影響黃河內(nèi)蒙古段遷移方向的重要因素之一[16]。賀蘭山和大青山有較強(qiáng)烈隆升;其平均活動速率為0.2～0.3 mm/a[24-25]。隨著賀蘭山和大青山的繼續(xù)隆升，黃河河道在寧夏段逐漸向東移動，黃河河道在內(nèi)蒙古段逐漸向南移動[26-27]。本文研究結(jié)果支持這一結(jié)論，其中南北走向的R1區(qū)域河段整體向東遷移，東西走向的R2，R4區(qū)域河段有整體向南遷移的趨勢。

3.4 水土流失影響因素

黃河流域多是開放的復(fù)雜環(huán)境系統(tǒng)。就地貌學(xué)的角度而言, 該系統(tǒng)是由以坡面為主的能量聚集區(qū)子系統(tǒng)和以河道為主的能量及物質(zhì)輸移通道子系統(tǒng)構(gòu)成的。相關(guān)研究認(rèn)為，不同時期不同河段上擺動速率的差異取決于徑流量，同一時期不同河段上的差異則取決于河床物質(zhì)。黃河內(nèi)蒙古段雖然經(jīng)歷了建國以來幾次大規(guī)模水土流失治理，水土流失得到了極大地遏制，但內(nèi)蒙古段作為黃河上游泥沙淤積的主要來源，對不同時期河道的演變及侵蝕堆積影響依然很大。相關(guān)資料表明，近30年來，內(nèi)蒙古段河道岸線、深泓線、深槽、沖淤等方面變化均變化劇烈，因此, 從全面提升黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展角度而言, 水土流失對河床演變影響的問題應(yīng)當(dāng)引起高度重視。

3.5 氣候因素

(1) 氣溫。黃河內(nèi)蒙段屬于溫帶半干旱氣候，近幾年隨著全球氣溫變暖的趨勢，黃河內(nèi)蒙古段流域的氣候也發(fā)生了變化。20世紀(jì)80年代以來，該流域氣溫有了明顯的升高，氣溫是反應(yīng)氣候變化的一個重要指標(biāo)，它同樣與流域水體的蒸發(fā)、降雨量有著密切的聯(lián)系，從而影響著河道的徑流量，進(jìn)一步改變著所處河道的演變。

(2) 降雨、蒸發(fā)。河流主要靠降水來補(bǔ)給，因此，降水是影響徑流量一個重要因素。黃河內(nèi)蒙古段降水主要是集中在 6—9 月，從而導(dǎo)致該河段的汛期一般發(fā)生在7—10月。如圖8所示，1973—2017 年，各站多年平均降水量分別為 173.62，145.52， 302.51，402.34 mm；石嘴山和巴彥高勒站年降水量小，三湖河口和頭道拐站年降水量相對較大；多年來各站降水量波動較為劇烈，但并未發(fā)生明顯的上升或者下降趨勢。除此之外，該研究區(qū)域日照充足，年均蒸發(fā)量較大。蒸發(fā)量與降水量對徑流量有很大的影響，而徑流量的變化勢必會對河道演變造成影響。

圖8 1973-2017年黃河內(nèi)蒙古段各站降水量變化

(3) 風(fēng)。內(nèi)蒙古是全國大風(fēng)、沙塵暴較多的地區(qū)之一。一年之中，春冬季節(jié)風(fēng)速最大。在黃河內(nèi)蒙段周圍包括：庫布齊沙漠、烏蘭布和沙漠、騰格里沙漠、毛烏素沙漠在內(nèi)的眾多沙漠。年均大風(fēng)日數(shù)10～32 d，沙塵暴日數(shù)19～22 d。風(fēng)沙活動對于黃河泥沙有明顯影響。在風(fēng)的直接或間接作用下，風(fēng)成沙進(jìn)入黃河有以下幾種方式： ①在沙塵暴作用下直接進(jìn)入黃河； ②河岸上沙堆慢慢向河道移動進(jìn)入黃河； ③隨著河道的擺動，河岸發(fā)生坍塌進(jìn)入黃河； ④冬春風(fēng)季，風(fēng)成沙進(jìn)入黃河支流十大孔兌進(jìn)行堆積，汛期洪水將十大孔兌內(nèi)的沙帶入黃河。風(fēng)成沙占入黃沙量很大一部分，故不可忽略。尤其在巴彥高勒—頭道拐這段表現(xiàn)的尤為明顯。

3.6 人類活動因素

人類活動也是影響河道演變的重要因素。堤防工程和水庫工程的建設(shè)對河道擺動起著重要作用，其中，護(hù)岸結(jié)構(gòu)會影響河道形態(tài)和水流流態(tài)；堤防的修建加強(qiáng)了河岸的抗沖刷能力及河道的穩(wěn)定性。黃河內(nèi)蒙古段河道左岸的城市、鐵路、公路和大面積的農(nóng)田等較為集中，因此，左岸的堤防設(shè)施建設(shè)較右岸多(左岸524 km，右岸458 km)[28]，這也是影響河段向右岸侵蝕的原因之一。有“黃河百害，唯富一套”之稱的河套灌區(qū)是內(nèi)蒙古自治區(qū)有名的“塞外糧倉”。它位于內(nèi)蒙古后套平原，正因為大面積灌區(qū)的存在，使得人們大量引用黃河河道內(nèi)的水進(jìn)行農(nóng)作物的灌概，使得灌區(qū)內(nèi)干流的水量減少，泥沙大量游積在河道，有利于游蕩河型的形成。1986年龍羊峽水庫和劉家峽水庫聯(lián)合調(diào)度后，黃河內(nèi)蒙古段的徑流量發(fā)生了極大的變化。通過多年來石嘴山站徑流量的距平值以及累積距平曲線可以看出(見圖9)，該站在1986年以前徑流量的距平值以正值為主，累積距平曲線呈上升趨勢，而在1986年之后徑流量的距平值以負(fù)值為主，累積距平曲線呈下降趨勢。由此可以得出在水庫運(yùn)行后，石嘴山站的徑流量發(fā)生了突變，徑流量大幅度下降。因此，水庫的調(diào)節(jié)調(diào)度極大的改變了黃河內(nèi)蒙古段的徑流過程，從而進(jìn)一步影響著該河段的河道演變過程。

圖9 石嘴山站徑流量距平變化

4 結(jié) 論

本文利用1988—2018年期間共7期Landsat衛(wèi)星影像，基于MNDWI水體指數(shù)對黃河內(nèi)蒙古段近30 a的河道邊界信息進(jìn)行提取，計算不同時期河道擺動面積、最大擺動面積、擺動方向等指標(biāo)，分析河道擺動的變化特征。得出以下結(jié)論：

(1) 河岸擺動面積在時序上的變化主要受制于汛期流量的變化情況，河道擺動面積隨汛期平均流量的增大而增大。

(2) 河岸物質(zhì)特征是影響河道擺動的重要因素，R2區(qū)域(巴彥高勒—三湖河口)河段受砂質(zhì)河岸的影響，擺動幅度較大；R1區(qū)域河段為基巖河岸，強(qiáng)抗沖刷性使得河道擺動變化相對平緩。

(3) 黃河內(nèi)蒙古段河道1988—2018年總體向右岸侵蝕，R2區(qū)域河道擺動范圍最大，R3區(qū)域河段由于彎道較多，河道擺動變化多端，整體呈現(xiàn)向左岸遷移的趨勢，且擺動范圍主要集中在曲率較大的270～315 km處。由于中巴彥高勒-三湖河口全段(R2)和三湖河口—包頭(R3)曲率較大的河段河道橫向擺動較為嚴(yán)重，所以應(yīng)將黃河內(nèi)蒙古河段堤岸防護(hù)的重點定位在(R2，R3)河段。

(4) 水力條件與河岸物質(zhì)構(gòu)成是影響河道擺動的主要因素，擺動過程中水力條件是動力因素，河岸物質(zhì)構(gòu)成是響應(yīng)水動力的從屬因素。另外，各種水利設(shè)施的修建、引水工程、水土保持工程等人類活動也會對河道演變造成一定的影響。