竇 明，喬若輝，鄭 釗，李 濤，霍光杰，李桂秋

（1. 鄭州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450001； 2. 鄭州大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450001；3. 河南黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450000； 4. 河南省自然資源監(jiān)測(cè)和國(guó)土整治院，河南 鄭州 450016）

0 引 言

黃河水少沙多，中游水土流失引發(fā)大量泥沙向下游堆積給下游造成嚴(yán)重威脅，尤其下游河南段以游蕩型河段為主，沖刷淤積力度大，主槽擺動(dòng)頻繁，“二級(jí)懸河”發(fā)育顯著［1］。隨著20世紀(jì)50 年代以來(lái)，黃土高原地區(qū)開(kāi)展各項(xiàng)水土保持工作，有效阻控了泥沙進(jìn)入黃河也使得黃河下游來(lái)水來(lái)沙狀況發(fā)生了顯著的變化［2］，如花園口水文站年均徑流量由20 世紀(jì)70 年代的449.81 億m3，減少至本世紀(jì)的267.55 億m3，減少幅度達(dá)到40.6%，而同期年均輸沙量由11.95 億t 減至0.98 億t，減少幅度高達(dá)91.2%。由于水沙變化對(duì)河道沖淤、河床變形等具有強(qiáng)烈影響，因此許多學(xué)者對(duì)黃河下游河道演變從諸多方面進(jìn)行了研究，夏軍強(qiáng)等［3］提出利用遙感影像、實(shí)測(cè)斷面資料等方法來(lái)定量計(jì)算黃河下游河床橫向擺動(dòng)寬度及強(qiáng)度；閆超德等［4］基于衛(wèi)星影像提取鄭州段多時(shí)相水體信息，對(duì)河流水面面積及長(zhǎng)度變化、河流擺動(dòng)以及河流重疊度變化等進(jìn)行了分析；王彥君等［5］基于黃河下游水沙和沿程實(shí)測(cè)大斷面數(shù)據(jù)等資料，統(tǒng)計(jì)分析了小浪底水庫(kù)運(yùn)行前后下游主槽斷面形態(tài)參數(shù)的調(diào)整過(guò)程。以上學(xué)者的研究集中于對(duì)游蕩段整體擺動(dòng)情況參數(shù)的分析或僅對(duì)游蕩段其中一小部分進(jìn)行分析，對(duì)根據(jù)游蕩段各區(qū)域不同特點(diǎn)進(jìn)行分區(qū)域系統(tǒng)詳細(xì)研究較少?；诖?，本文采用Landsat衛(wèi)星影像，并基于MNDVI水體指數(shù)對(duì)黃河游蕩段30 a水體的河道邊界信息進(jìn)行提取，通過(guò)劃分不同河段和區(qū)域計(jì)算不同時(shí)期河道主槽形態(tài)參數(shù)、河道擺動(dòng)面積、擺動(dòng)方向、遷移距離等指標(biāo)，分析游蕩段河道擺動(dòng)的變化特征。

1 研究方法

黃河下游游蕩型河段位于黃河河南段孟津小浪底水文站至高村，處于半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，地勢(shì)自西向東，海拔逐漸降低，分為山地、丘陵、平原等三大類型。該河段長(zhǎng)約300 km，兩岸堤距約為5～15 km，最寬處約20 km，河槽寬約為1～3.5 km。其中小浪底水文站至京廣鐵橋段河長(zhǎng)約100 km，左右岸分別有沁河伊洛河匯入，水流多有高岸峽谷約束。京廣鐵橋至東壩頭河段河長(zhǎng)130 km，兩岸大堤密布河槽寬淺，河勢(shì)散亂是下游河流擺動(dòng)以及防洪的重點(diǎn)河段。東壩頭至高村河段河長(zhǎng)約70 km，該河段兩岸灘唇高，河床抬高是“二級(jí)懸河”典型發(fā)育河段。

1.1 數(shù)據(jù)獲取

通過(guò)中國(guó)科學(xué)院“地理空間數(shù)據(jù)云”（www.gscloud.cn）獲得美國(guó)陸地資源衛(wèi)星Landsat 5 TM（1986，1989，1992，1995，1998，2001，2004，2006，2010 年）和Landsat 8 OLI（2013，2017，2019年）12 期多光譜遙感影像為數(shù)據(jù)源，空間分辨率為30 m（見(jiàn)表1）。河道影像為當(dāng)年汛期結(jié)束后10-12 月的影像，此時(shí)河流形態(tài)較穩(wěn)定便于識(shí)別主河道，要求云量均小于30%，確保了研究結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時(shí)根據(jù)1986-2019 年小浪底、花園口、高村3個(gè)水文站日徑流量、輸沙量的連續(xù)時(shí)間序列數(shù)據(jù)，計(jì)算游蕩段徑流量和輸沙量。

表1 黃河游蕩段遙感影像參數(shù)Tab.1 Remote sensing image parameters of wandering section of the Yellow River

表2 游蕩段各區(qū)域河段主槽擺動(dòng)面積 km2Tab.2 Characteristics of runoff and sediment transport in the Henan reaches of the Yellow River

原始的遙感影像拍攝時(shí)會(huì)受到大氣、水汽、輻射等各種影響，為消減影響首先通過(guò)ENVI 5.3 對(duì)遙感影像進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理工作，其步驟依次為幾何校正，輻射校正，大氣校正。由于游蕩河段位于不同圖幅，因此預(yù)處理過(guò)后的遙感影像還需進(jìn)行裁剪及拼接得到完整的游蕩型河段。

利用波段運(yùn)算的水體提取方法基本可以分為單波段閾值法、多波段譜間關(guān)系法、水體指數(shù)法，其中水體指數(shù)法由于能夠減弱遙感影像中的非水體信息并對(duì)水體進(jìn)行提亮。水體指數(shù)法中常用的有NDVI、NDWI、MNDVI 等，通過(guò)對(duì)比MNDVI 在提取河道時(shí)效果最佳。MNDVI指數(shù)計(jì)算公式為:

式中:Green為綠光波段；SWIR為短紅外波段，對(duì)應(yīng)Landsat 5 TM的2、5波段，以及 Landsat 8 OLI的3、6波段。

1.2 河道主槽斷面處理

將結(jié)合游蕩段河道地形特征及水文站所處位置，將研究區(qū)劃分為4個(gè)區(qū)域:R1（小浪底—京廣鐵路）、R2（京廣鐵路—黑崗口）、R3（黑崗口—東壩頭）、R4（東壩頭—高村）。其中，R1區(qū)域由于緊靠小浪底下游，兩岸多有高崖進(jìn)行約束，水流在前半段經(jīng)峽谷流動(dòng)較為湍急，后半段出峽谷后水流變緩，河勢(shì)散亂；R2區(qū)域兩岸均有黃河大堤進(jìn)行約束，河床寬淺，是下游防洪的重點(diǎn)河段；R3 區(qū)域河床寬淺，主流擺動(dòng)頻繁，槽高、灘低是護(hù)岸工程發(fā)揮作用的重點(diǎn)河段；R4 區(qū)域低灘多，是由1855 年銅瓦廂決口后由西向東北改道形成的河道，是二級(jí)懸河發(fā)育的重點(diǎn)河段。同時(shí)為更加細(xì)致顯著研究每個(gè)區(qū)域的變化，將游蕩段河道主槽等距離劃分為S1～S20共20個(gè)河段（見(jiàn)圖1）。

圖1 黃河下游游蕩段斷面示意圖Fig.1 Section diagram of Yellow River wandering section

1.3 河道主槽參數(shù)計(jì)算

河道主槽擺動(dòng)面積為主槽橫向移動(dòng)變化的面積，將提取的河道水體導(dǎo)入ArcGIS 10.6 中，僅保留通過(guò)MNDVI 提取水體的主槽區(qū)域，提取河道主槽邊界，等距離進(jìn)行主槽劃分，進(jìn)行計(jì)算操 作 得 到1986-1989，1989-1992，1992-1995，1995-1998，1998-2001，2001-2003，2003-2006，2006-2010，2010-2013，2013-2017，2017-2019，1986-2019各河段河道主槽的擺動(dòng)面積Si，以及各個(gè)區(qū)域的平均主槽擺動(dòng)面積和最大主槽擺動(dòng)面積（其中由于2009 年和2016 年數(shù)據(jù)缺少，采用相鄰年份2010 年和2017年進(jìn)行代替，下同），具體公式如下所示［6］:

式中:Si為各河段河道主槽的擺動(dòng)面積為各個(gè)區(qū)域的平均主槽擺動(dòng)面積；Smax為各個(gè)區(qū)域的最大主槽擺動(dòng)面積。

河道主槽擺動(dòng)方向是通過(guò)計(jì)算各區(qū)域主槽向左岸擺動(dòng)面積SL和向右岸擺動(dòng)面積SR。河道主槽遷移距離是利用ArcGIS將1986 年和2019 年各河段轉(zhuǎn)化為質(zhì)點(diǎn)，將質(zhì)心點(diǎn)之間的方向和距離即為河道主槽遷移的方向距離，質(zhì)心點(diǎn)向左岸遷移為正，向右岸遷移為負(fù)，具體公式如下所示:

式中:Sil為各河段質(zhì)心點(diǎn)向左岸遷移的距離；Sir為各河段質(zhì)心點(diǎn)向右岸遷移的距離為各個(gè)區(qū)域的質(zhì)心點(diǎn)向左岸遷移的平均距離為各個(gè)區(qū)域的質(zhì)心點(diǎn)向左岸遷移的平均距離。

河道彎曲系數(shù)是指河段的實(shí)際距離與直線距離的比值。用河道彎曲系數(shù)能表示河流整體的彎曲狀態(tài)，同時(shí)也是河彎變化的重要指標(biāo)［7］，具體公式如下所示:

式中:Ka為河段彎曲系數(shù)，該系數(shù)值越大，河道越彎曲。河道彎曲系數(shù)一般以1.3 為分界線，在小于1.3 時(shí)，該河流通常是游蕩型河流；L為河段的實(shí)際長(zhǎng)度；I為河段的直線長(zhǎng)度。

2 結(jié)果分析

2.1 河道主槽水面形態(tài)參數(shù)的時(shí)空變化特征

游蕩型河段水域面積是其幾何形態(tài)重要的表現(xiàn)之一，根據(jù)遙感影像提取1986-2019 年各區(qū)域水面面積變化圖如圖2 所示。整段來(lái)看，游蕩段主槽水域面積呈現(xiàn)明顯的減少趨勢(shì)，從1989年最高的347 km2下降到2001年最低的107 km2，之后震蕩呈一定的上升趨勢(shì)，整個(gè)時(shí)間段減少了7.73%。4 個(gè)河段水域面積的變化趨勢(shì)與整體變化趨勢(shì)基本一致，均在1989 年達(dá)到峰值。

圖2 黃河游蕩段水域面積變化圖Fig.2 Variation of water area in the wandering section of the Yellow River

具體分析不同時(shí)期水面面積的變化情況，將其變化劃分為兩個(gè)階段:①在1986-2001年階段，游蕩段主槽水面面積先增大后減少，增加的原因是下游徑流1986 年徑流量?jī)H為291.9 億m3處于枯水年，而1989 年徑流量為425.6 億m3處于豐水年，使得主槽水域增加并在在1989年達(dá)到峰值，通過(guò)該段時(shí)間遙感影像可知，1986-1989 時(shí)期R1 和R2 出現(xiàn)大量河心洲的消失，導(dǎo)致水域面積增加，從圖2 中也可以明顯看出R1 和R2 水域面積增加最為顯著，從55 km2和36 km2增長(zhǎng)到120 km2和108 km2。隨著90 年代以來(lái)，上游來(lái)沙量增大，導(dǎo)致河道淤積，主槽逐漸萎縮，使得水域在2001 年達(dá)到波谷。同時(shí)在1989-2001 時(shí)間段內(nèi)R1和R2 均有大量江心洲出現(xiàn)并且伴隨著主槽嚴(yán)重萎縮，R3 和R4則主要是主河槽萎縮。②在2001-2019 年階段，隨著小浪底水庫(kù)的建成攔蓄泥沙以及調(diào)水調(diào)沙的進(jìn)行，沖刷下游主河槽，使得水域面積逐漸增加，其中水域面積變化最為顯著的是R1，大量江心洲消失，水域面積從38 km2增長(zhǎng)到56 km2，增長(zhǎng)了73.7%，遠(yuǎn)超整個(gè)游蕩段主槽面積44.9%的增加。

同樣，通過(guò)遙感影像提取1986-2019 年游蕩段及各區(qū)域彎曲度變化如圖3 所示。由圖3 中可見(jiàn)，游蕩段整體彎曲度呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，從1986 年1.35 下降到1989 年的1.31，隨之上升在2001 達(dá)到峰值1.49，并在此之后呈現(xiàn)震蕩趨勢(shì)，整個(gè)時(shí)間段增長(zhǎng)了11.03%。4個(gè)河段彎曲度的變化中R1和R4趨勢(shì)與整體變化趨勢(shì)基本一致，在2001 年達(dá)到峰值后開(kāi)始在一定范圍內(nèi)震蕩，而R2 和R3 在2006 年前與其他段變化保持一致，而在之后震蕩上升分別在2017年和2019年達(dá)到峰值。

圖3 黃河游蕩段彎曲度變化圖Fig.3 Curves of the wandering section of the Yellow River

具體分析不同時(shí)期彎曲度的變化情況，將其變化劃分為1986-2001 和2001-2019 兩個(gè)階段:①在1986-2001 年階段，游蕩段主槽彎曲度先減少后增大，與水面面積的變化呈現(xiàn)出相反的特性，減少的原因是水域增加時(shí)，河道變得順著，其彎曲度也隨之減少。隨著90年代以來(lái)，上游來(lái)水量減少，大流量降低，根據(jù)河灣半徑大小與流量大小呈正比的關(guān)系［8］可知，當(dāng)流量減少時(shí)河灣半徑減少，從而致使河道彎曲度增加。從彎曲度的變化可知，該時(shí)間段內(nèi)大部分區(qū)域的彎曲度均大于1.3，表明了隨著流量減少，游蕩河段向彎曲河段演變。②在2001-2019年階段，隨著調(diào)水調(diào)沙的進(jìn)行，水流沖刷下游主河槽，流量增加，使得R1和R4 彎曲逐漸下降后震蕩，而R2 彎曲度緩慢上升，R3 以及整個(gè)河段彎曲度則持續(xù)震蕩。從彎曲度的變化可以看出，雖然流量有所增加，但對(duì)于整個(gè)河段主槽彎曲度的影響較為有限。

2.2 河道主槽擺動(dòng)的時(shí)空變化特征

通過(guò)遙感影像提取1986-2019年游蕩段及各區(qū)域最大擺動(dòng)面積及平均擺動(dòng)面積，其年際變化如圖4 所示。由圖4 可以看出，主槽最大擺動(dòng)面積和平均擺動(dòng)面積趨勢(shì)基本相同，均呈現(xiàn)先下降再震蕩的趨勢(shì)；與1986-1989 年相比，2017-2019 年R1～R4 區(qū)域主槽最大擺動(dòng)面積分別下降65.5%，73.84%，75.56%，79.44%，主槽平均擺動(dòng)面積分別下降53.37%，70.21%，70.93%，64.59%。

圖4 游蕩段各區(qū)域主槽不同時(shí)期最大擺動(dòng)面積及平均擺動(dòng)面積變化圖Fig.4 Variation of the maximum and average swing area of the main trough in different periods in each region of the wandering section

從各區(qū)域?qū)Ρ葋?lái)看，各區(qū)域的最大擺動(dòng)面積能反映該區(qū)域擺動(dòng)極值，在最大擺動(dòng)面積的11 個(gè)時(shí)間段中R2 區(qū)域是最大擺動(dòng)面積的次數(shù)出現(xiàn)了7 次，占據(jù)首位，其余R1、R3、R4 區(qū)域是最大擺動(dòng)面積的次數(shù)分別出現(xiàn)了2 次、1 次、0 次。各區(qū)域的平均擺動(dòng)面積能反映該區(qū)域整體擺動(dòng)狀態(tài)，在平均擺動(dòng)面積的11個(gè)時(shí)間段中R2 是平均擺動(dòng)面積最大的次數(shù)出現(xiàn)了8 次，占據(jù)首位，其余R1、R3、R4 是最大擺動(dòng)面積的次數(shù)分別出現(xiàn)了1 次、1次、0 次。區(qū)域的最大擺動(dòng)面積與平均擺動(dòng)面積具有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，基本其最大擺動(dòng)面積大的區(qū)域其平均擺動(dòng)面積也大。

具體分析一些時(shí)間段區(qū)域的擺動(dòng)變化，在1986-1992 年的時(shí)段中，由上文可知1989 年水面面積最大，因此在1986-1989年時(shí)間段R1、R2、R4 的變化基本就是在1986 年原有河道面積基礎(chǔ)上擴(kuò)展，河道擺動(dòng)根據(jù)遙感影像圖發(fā)現(xiàn)其只在R3 區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)較為明顯的改道，而同樣的在1989-1992 時(shí)段中R3、R4 段的變化大部分是在1989 年原有河道主槽面積基礎(chǔ)上縮窄，在R1、R2 出現(xiàn)較為明顯的改道跡象；在1998-2001 年的時(shí)段處于小浪底建設(shè)期間，1997 年年底開(kāi)始截流，到2001 年底建設(shè)完成，因此相比于1998 年，2001 年R1、R2 區(qū)域出現(xiàn)了極度的河道主槽萎縮同時(shí)伴隨著大量河心洲的出現(xiàn)致使河道主槽擺動(dòng)面積的變化十分微弱，而R3、R4區(qū)域在河道向北變道處出現(xiàn)明顯的改道，致使其擺動(dòng)面積加劇。在2001-2019年時(shí)間段中，2002年小浪底水庫(kù)開(kāi)始進(jìn)行調(diào)水調(diào)沙，沖刷下游主河槽，水流的沖刷致使R1、R2、R3區(qū)域內(nèi)主槽面積擺動(dòng)增大，而R4區(qū)域的擺動(dòng)較微弱。

游蕩型河段1986-2019年各區(qū)域整體向左岸和右岸擺動(dòng)的總面積見(jiàn)表1。向左岸擺動(dòng)的總面積為59.9 km2，向右岸擺動(dòng)的總面積為53.3 km2，可以看出，R1 和R4 段向左岸右岸擺動(dòng)的面積大致相等，而R2 段主要向左岸擺動(dòng)，R3 段主要向右岸擺動(dòng)，游蕩段整體有略微向左岸擺動(dòng)的趨勢(shì)。

圖5 顯示了各河段遷移的距離，河段主槽遷移距離與主槽擺動(dòng)方向面積具有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，其中正值代表向左岸遷移，即在R1、R2、R3 區(qū)域代表向北遷移，在R4 區(qū)域代表向西遷移；負(fù)值代表向右岸遷移，即在R1、R2、R3 區(qū)域代表向南遷移，在R4 區(qū)域代表向東遷移。具體分析不同區(qū)域的遷移方向與距離得到:R1 區(qū)域3 個(gè)河段向北遷移，3 個(gè)河段向南遷移，向北平均遷移距離784 m，向南平均遷移距離823 m，整體略微向南遷移；R2 區(qū)域7 個(gè)河段均向北遷移，整體向北遷移顯著；R3 區(qū)域2 個(gè)河段向北遷移，3 個(gè)河段向南遷移，整體向南遷移；R4 區(qū)域2 個(gè)河段向西遷移，2個(gè)河段向東遷移，向西平均遷移距離456 m，向東平均遷移距離446 m，整體略微向西遷移［9］。R1、R3 和R4 區(qū)域之所以南北遷移距離變化不大，是由于其河道兩岸大部分地區(qū)為平原耕地，對(duì)水流遷移的限制不大，而R2 區(qū)域之所以向北遷移，是由于該河段南靠邙山山脈，由于地形影響，該區(qū)域主槽往南基本不偏移，水流主要向北方遷移。

圖5 1986-2019年黃河游蕩段主槽遷移距離Fig.5 Migration distance of the main channel in the wandering section of the Yellow River from 1986 to 2019

2.3 河道主槽擺動(dòng)的沿程分布特征

根據(jù)遙感影像圖近30 年游蕩段各區(qū)域沿程河道擺動(dòng)面積變化特征見(jiàn)圖6，1986-2019 年河段擺動(dòng)主要集中在R1、R2、R3區(qū)域，R4區(qū)域整體擺動(dòng)幅度較小。在R1中，擺動(dòng)最為明顯的是S3 和S6 河段，出現(xiàn)明顯的河道遷移改道，而在其余河段出現(xiàn)了略微河道遷移，同時(shí)河道分叉減弱，河心洲基本消失；R2 中，該區(qū)域河道整體擺動(dòng)顯著，S9 和S12 河道整體向北遷移，同時(shí)伴隨著河道彎曲增大，河心洲消失與前文R2 彎曲度的變化相一致；R3中，該區(qū)域河道整體彎曲變化顯著，河道整體出現(xiàn)了明顯的向南遷移，1986 年河道較為順直，而2019 年S12 和S13 以1986 年為中線向南北擺動(dòng)，區(qū)域后半段S14、S15 和S16 前半段的大部分區(qū)域向南遷移，河道出現(xiàn)明顯改道；R4中，位于中間河段的S18、S19 以及S16 后半段變化不明顯，而S17 和S20 變化則較為劇烈，河段由于原先的順著轉(zhuǎn)為彎曲。因此根據(jù)1986-2019 遙感影像圖可知，在游蕩段河道的劇烈擺動(dòng)主要發(fā)生在R1區(qū)域的S3、S6、R2區(qū)域后半段S9、S10、S11河段、R3整個(gè)區(qū)域以及R4的S17河段，也是河道穩(wěn)定護(hù)岸工程發(fā)揮作用的重點(diǎn)地區(qū)，同時(shí)隨著時(shí)間變化河道分叉減弱，河心洲基本消失，河道由順直向彎曲轉(zhuǎn)變。

圖6 1986-2019年黃河游蕩段河道遙感影像圖Fig.6 Remote sensing images of the wandering section of the Yellow River from 1986 to 2019

1999年后小浪底水庫(kù)建成，根據(jù)遙感影像圖河道的擺動(dòng)呈現(xiàn)向穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)展，在此僅分析2017-2019 年河道擺動(dòng)情況。根據(jù)圖7 可知，與前文1986-2019 整體遙感圖相比，2017-2019年河道擺動(dòng)明顯小很多；在R1 中，河道整體擺動(dòng)變化不大，每段僅有部分區(qū)域發(fā)生了擺動(dòng)；R2 中，該區(qū)域擺動(dòng)較為顯著的是后半?yún)^(qū)域，S11 和S12 前半段河道整體向右遷移；R3 中，該區(qū)域河道整體變化也很微弱，僅S15 河段整體出現(xiàn)了微弱的向北遷移，其余河段幾乎無(wú)變化；R4 區(qū)域整體幾乎無(wú)變化。因此說(shuō)明目前游蕩段河道整體目前保持著較為穩(wěn)定的狀態(tài)，僅S11 和S12 前半段河道出現(xiàn)較為明顯的遷移。因此自從1999 年后小浪底水庫(kù)建成，伴隨著人類活動(dòng)對(duì)河道擺動(dòng)的控制，游蕩段河道擺動(dòng)已逐步向穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)展，最接近現(xiàn)在的2017-2019 年游蕩段的河道擺動(dòng)已經(jīng)處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)，也可以預(yù)測(cè)到未來(lái)游蕩段的河道擺動(dòng)將持續(xù)處于較穩(wěn)定的狀態(tài)。

圖7 2017-2019年黃河游蕩段河道遙感影像圖Fig.7 Remote sensing images of the wandering section of the Yellow River from 2017 to 2019

3 討 論

河道主槽演變是通過(guò)含沙水流與河床直接接觸相互作用，在這個(gè)過(guò)程中來(lái)水來(lái)沙和河床構(gòu)成以及控導(dǎo)工程對(duì)主槽擺動(dòng)起著主要作用。

根據(jù)1986-2019 年小浪底水文站日徑流量、輸沙量的連續(xù)時(shí)間序列數(shù)據(jù)，計(jì)算小浪底運(yùn)行前后游蕩段徑流量和輸沙量變化［10］。圖8 為1986-2019 年小浪底水沙的逐年變化，也是進(jìn)入游蕩段的來(lái)水來(lái)沙。從圖8 可知，1999 年小浪底水庫(kù)運(yùn)用后，進(jìn)入游蕩段水量與水庫(kù)運(yùn)用前相比變化幾乎可以忽略不計(jì)，多年平均來(lái)水量為250 億m3/a，其中汛期水量占全年總水量的52%。從來(lái)沙量來(lái)看小浪底水庫(kù)運(yùn)用后，進(jìn)入游蕩段的沙量大幅減小，該時(shí)期多年平均來(lái)沙量?jī)H為1.02 億t，相比小浪底水庫(kù)運(yùn)用前減小約86%并且還是由于2018開(kāi)始加大了輸沙了力度，這一時(shí)期汛期來(lái)沙量占全年的99.8%，游蕩段泥沙主要集中在汛期輸送。

圖8 1986-2019年黃河小浪底站水沙變化Fig.8 Variation of water and sediment at Xiaolangdi Station of the Yellow River from 1986 to 2019

汛期水流屬于相對(duì)較高含沙水流，其對(duì)河道的灘槽沖淤量和強(qiáng)度影響較大，根據(jù)上文計(jì)算得到了黃河游蕩段河道擺動(dòng)面積與同年的汛期平均流量關(guān)系探究擺動(dòng)面積與來(lái)水的關(guān)系，如圖9。由圖9 中可見(jiàn)，徑流量與擺動(dòng)面積無(wú)明顯直接的關(guān)系，除1989 年擺動(dòng)面積達(dá)229 km2，其余年份隨著徑流量增加，游蕩段擺動(dòng)面積變化不明顯。輸沙量自1999年小浪底建成后，處于一個(gè)極低水平，與擺動(dòng)面積的關(guān)系更小。游蕩段的灘岸是通過(guò)河道擺動(dòng)、大水漫灘淤積后形成的，基本屬于黏性土體，但其灘岸物質(zhì)組成較粗，黏性顆粒的含量比較少，因此缺乏抗沖性，也是導(dǎo)致該河段的穩(wěn)定性較差的原因。在小浪底水庫(kù)開(kāi)始進(jìn)行蓄水?dāng)r沙運(yùn)用階段的6年間，游蕩段沖刷泥沙約6 億m3，而其中有近一半來(lái)自灘岸崩塌。因此黃河下游游蕩段河道主槽變化與水流對(duì)灘岸土體的沖刷和洪水后的崩坍有關(guān)［11］。

圖9 黃河游蕩段河道擺動(dòng)面積與汛期平均流量關(guān)系Fig.9 Relationship between channel swing area of the wandering section of the Yellow River and average discharge in flood season

此外，為了防止黃河水患，過(guò)去幾十年間在下游游蕩型河段修建了許多控導(dǎo)工程，目的是在防洪、控制主流、控制主槽河勢(shì)變化、保護(hù)灘區(qū)村落等發(fā)揮重要作用［12］，同樣這些控導(dǎo)工程正在分批建設(shè)，這里僅根據(jù)2019年資料分析河道整治工程對(duì)擺動(dòng)的一個(gè)影響作用。從前文可知2017-2019年間河道擺動(dòng)面積變化不大，僅部分河段出現(xiàn)擺動(dòng)。根據(jù)其分布位置，控導(dǎo)工程多出現(xiàn)在河道的凹凸處或村莊周圍，對(duì)河流的約束作用明顯。2017-2019 年間在控導(dǎo)工程主要分布在R1、R2、R4 區(qū)域，河流流向得到了很好的控制，而在其缺乏控導(dǎo)工程的R3 區(qū)域中的部分河段S11、S12，河道主槽擺動(dòng)劇烈。

4 結(jié) 論

本文利用1986-2019 年期間共12 期Landsat 衛(wèi)星影像，并基于mndvi 水體指數(shù)對(duì)黃河游蕩段30a 水體的河道邊界信息進(jìn)行提取，通過(guò)計(jì)算不同時(shí)期河道主槽形態(tài)參數(shù)、河道擺動(dòng)面積、最大擺動(dòng)面積、擺動(dòng)方向、遷移距離等指標(biāo)，分析河道擺動(dòng)的變化特征。得出以下結(jié)論:

（1）河道主槽形態(tài)參數(shù)中游蕩段在2001年前主槽水域面積呈現(xiàn)明顯的減少趨勢(shì)、彎曲度呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，2001 年后主槽水域面積和彎曲度呈震蕩態(tài)勢(shì)，河流向彎曲河流轉(zhuǎn)變。

（2）R2區(qū)域在同一時(shí)間段是出現(xiàn)擺動(dòng)面積及平均擺動(dòng)面積最大的區(qū)域次數(shù)，分別達(dá)到7 次和8 次。游蕩段區(qū)域的最大擺動(dòng)面積與平均擺動(dòng)面積具有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，基本其最大擺動(dòng)面積大的區(qū)域其平均擺動(dòng)面積也大。

（3）1986-2019 年左岸擺動(dòng)的總面積為59.9 km2，向右岸擺動(dòng)的總面積為53.3 km2，R1和R4段向左岸右岸擺動(dòng)的面積大致相等，而R2 段主要向左岸擺動(dòng)，R3 段主要向右岸擺動(dòng)，游蕩段整體有略微向左岸擺動(dòng)的趨勢(shì)。

（4）1986-2019 年R1 區(qū)域整體略微向南遷移；R2 區(qū)域整體向北遷移顯著；R3 區(qū)域整體向南遷移；R4 區(qū)域整體略微向西遷移。