长江中下游干流悬沙级配变化研究
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摘要
长江中下游干流是整个长江流域水沙入海的重要通道，其输移的泥沙九成以上是悬沙，研究这些悬沙的级配特性，对于探讨沙源、反映流域物质组成等特性、反射水动力条件、揭示泥沙的冲、输、淤行为以及预测入海悬沙通量都具有十分重要的意义。本文即确定长江中下游干流为研究区域，着重研究该区域悬沙级配的分布及变化特性。
本研究所依托的数据库：六个水文站(宜昌、新厂、洪山、螺山、汉口、大通)同步的月(年)均悬沙级配资料、流量资料和含沙量资料(1956～1983年不等)；三个典型河段(荆江、汉口、大通—江阴)72个断面的历史级配资料(1957～1979年不等)；还有重庆—江阴段86个表层等距悬沙样品的级配数据(2002年5-6月)。对历史悬沙级配资料首先进行校正，然后用线性插值程序求出小于0.025mm、0.025mm-0.05mm之间、大于0.05mm三组分的百分含量及中值粒径(D50)作为级配特性的表征；对野外样品用激光粒度仪(LQ-100Q)进行粒度分析，同样提取出上述四个级配参数，并以它们为抓手进行中下游干流悬沙级配特性研究。
利用水文学、泥沙运动力学和数理统计学的方法，详细分析了中下游干流悬沙级配的分布特征及其随流量、含沙量年内变化关系，并在Microsoft Excel、CorelDRAW9.0、AdobeIllustrator8.0等软件的技术支持下，得到了大量反映研究区域悬沙级配分布及变化特性的图表；同时借助SPSS统计软件，采用多元回归分析方法计算了上、中游来沙级配及分组沙来量对入海悬沙通量的影响关系，建立了一系列可信的经验模型。结果表明：
长江中下游干流悬沙级配年内变化剧烈，主要体现在冲泻质和床沙质百分比此消彼长的剧烈运动上，受它们的牵制，中值粒径的年内起伏也很大，而过渡质百分比年内变化平平，月际差异甚微：春季悬沙最粗、夏季悬沙最细。
由于河流沙量集中于汛期，各测站悬沙年均级配与汛期平均级配十分接近，而与枯季平均级配相差较大；荆江段枯季悬沙粗于洪季，与枯季河床冲刷有密切关系；汉口段在丹江口建坝前，洪、枯季悬沙级配十分接近，建坝后，枯季悬沙粗于洪季的年份增多；大通站洪季悬沙粗于枯季，表明水动力对悬沙级配控制作用明显；大通—马鞍山间的感潮河段枯季悬沙明显粗于洪季，而马鞍山—江阴间的感潮河段则是洪季悬沙粗于枯季。
近中泓悬沙粗、近两岸悬沙细是长江中下游干流各断面悬沙级配横向分布的基本特征，反映出中泓流速大于两边，多数河段近北岸悬沙粗于近南岸，说明近北岸水动力比近南岸强；
长门二中.下游干匀七洲氏常卜月氏.已交下匕庵开，七
由于受泥沙颗粒自身重力作用，悬沙由表及底由细变粗成为中下游干流各断面悬沙级配竖向
分布较为显著的特点。
研究区悬沙级配沿程分布洪、枯季有别:洪季，各测站悬沙粒径相差很小(宜昌站最大)，
反映出洪季整个中下游悬沙主要来自上游;宜昌一新厂一洪山一螺山段悬沙逐步细化，反映
出洪季该段悬沙除了分流，还以淤积为主;螺山一汉口一大通段悬沙渐渐变粗，汉口较螺山
粗与汉江来沙粗关系密切，而大通粗于汉口则说明湖口一大通间河床极可能冲刷。枯季，各
测站悬沙级配相差很大(新厂最粗、洪山其次，二者均比宜昌粗得多)，说明枯季上荆江河
段河床冲刷强烈，因而成为重要沙源区;新厂一洪山一螺山一汉口一大通段悬沙逐级明显细
化，反映此区段悬沙沿程逐渐淤积。重庆一江阴段表层悬沙(2002年5月底6月初)从上
至下呈现“三级阶梯”逐级粗化的分布特点揭示:在一定意义上，悬沙粒径分布是雨区及降
雨强度移动、变化的函数:上游主要产沙区作为中下游“沙源”的意义是季节性的，即只有
在其发大水时，大量流域面上及淤积在河道内的泥沙才会被冲入中下游河道。
在没有支流入口的河道内部，悬沙级配与流量及含沙量的关系密切;而在支流汇入的当
口，因影响因素复杂而相关性差;中下游干流悬沙级配随流量、含水量的年内变化存在明显
的区域差异:宜昌、新厂、螺山三站悬沙级配主要随流量、含沙量增加而变细;大通站则是
随之增加而变粗;汉口站各年悬沙级配随流量、含水量变化较复杂，就多年平均而言，在丹
江口建坝前，悬沙级配随流量、含沙量年内变化趋势不明显;建坝后，则随之增加而明显细
化。
上、中游来沙级配对入海悬沙通量的影响虽不及径流来量及来沙量所造成的影响大，但
也是十分明显的，入海悬沙通量随上、中游来沙粗化而减少;冲泻质是上游可入海悬沙的主
体，由于受水流长途搬运条件的限制，上游过渡质和床沙质都消耗于分流和河道淤积而不能
直接入海;中游可入海悬沙以冲泻质占绝对优势，其入海比例比上游的大得多，床沙质在中
游入海悬沙中占第二位，唯有过渡质对入海悬沙通量造成负面影响，其来源及输移机制有待
于深入研究。
The main stream of the middle and lower Yangtze reaches has served as a link between the huge Yangtze drainage basin and the East China Sea. More than 90% of sediment transported by it is suspended sediment. The grain-size distribution of suspended sediment is one of the important properties of fluvial sediment It can reveal sediment source, reflect the composition of land surface materials in the drainage basin,vand 'tell" sedimentary processes of erosion, transportation and deposition in both drainage basin and river channel. The changes of suspended sediment grain-size distribution in the area are studied in this paper.
The historical hydrological records and the recently observed data were collected to examine the properties of suspended sediment grain-size distribution in the study area.
Methods of hydrology, sediment transportation and statistics are used to analyze the temporal and spatial variability of suspended sediment grain-size distribution and the relations among suspended sediment grain-size, discharge and suspended sediment concentration(SSC). Multiple regression analysis is applied to calculate quantitative relationships between grain-size distribution of suspended sediment and suspended sediment flux to the Sea. The results show:
suspended sediment grain-size distribution in the middle and lower Yangtze stream fluctuates dramatically in different months, because %<0.025 and %>.05 in suspended sediment change strongly but reversely. The maximum of suspended sediment grain-size appears in spring, while the minimum occurs in summer.
Mean yearly grain-size distribution of suspended sediment is close to the average of wet season, but far from that of dry season, primarily due to the main transportation of discharge and sediment occurring in flood-period. The relatively clear flow may scour the coarse bed materials in dry season, so the suspended sediment is much coarser than in wet season in Jingjiang section, which is the reverse of mat at Datong hydrological station. Before the construction of Danjiangkou dam, the suspended sediment grain-size distribution in wet season nearly equals to that in dry season in Hankou, while coarse sediment sufficiently increases in most dry seasons after finishing the dam.
suspended sediment is coarser in the middle river than near bank, which indicates a more strong flow in the middle of river. With water depth increasing, suspended sediment grain-size
increases, whichis the general law for all the transects in the study area.
The spatial variations in suspended sediment grain-size from Yichang downstream in wet season markedly differs from that of dry season: in the wet season, The suspended sediment grain-size fluctuates slightly along the trunk channel, with the maximum occurring at Yichang and the minimum appearing at Luoshan, which shows the same sand source from the upper Yangtze, siltation between Yichang and Luoshan, and probably scouring bed materials between Hukou and Datong in the very season. In the dry season, The suspended sediment grain-size changes strongly, increasing from Yichang to Xinchang, while decreasing from Xinchang to Datong, which indicates the strong suspending bed sand in Jingjiang section, and the siltation from Luoshan to Datong. The fact that the surficial suspended sediment in middle and lower Yangtze is far coarser than that in the upper Yangtze (2002.5-6.) indicates that only in the flood-period that the upper Yangtze becomes the main sand source for the middle and lower Yangtze.
A strong correlation exists among grain-size, discharge, and SSC in the interior channel such as Xinchang station, a poor correlation occurs at the very place where a main tributary debouches, like Hankou Station. The trend of suspended sediment grain-size with discharge and SSC increasing is different spatially: the grain-size decreases with discharge and SSC increasing at Yichang, Xinchang, and Luoshan hydrological stations, which is a trend opposite to that displayed at Datong station. At Hankou station, generally speaking, there is not perceptible
本研究所依托的数据库：六个水文站(宜昌、新厂、洪山、螺山、汉口、大通)同步的月(年)均悬沙级配资料、流量资料和含沙量资料(1956～1983年不等)；三个典型河段(荆江、汉口、大通—江阴)72个断面的历史级配资料(1957～1979年不等)；还有重庆—江阴段86个表层等距悬沙样品的级配数据(2002年5-6月)。对历史悬沙级配资料首先进行校正，然后用线性插值程序求出小于0.025mm、0.025mm-0.05mm之间、大于0.05mm三组分的百分含量及中值粒径(D50)作为级配特性的表征；对野外样品用激光粒度仪(LQ-100Q)进行粒度分析，同样提取出上述四个级配参数，并以它们为抓手进行中下游干流悬沙级配特性研究。
利用水文学、泥沙运动力学和数理统计学的方法，详细分析了中下游干流悬沙级配的分布特征及其随流量、含沙量年内变化关系，并在Microsoft Excel、CorelDRAW9.0、AdobeIllustrator8.0等软件的技术支持下，得到了大量反映研究区域悬沙级配分布及变化特性的图表；同时借助SPSS统计软件，采用多元回归分析方法计算了上、中游来沙级配及分组沙来量对入海悬沙通量的影响关系，建立了一系列可信的经验模型。结果表明：
长江中下游干流悬沙级配年内变化剧烈，主要体现在冲泻质和床沙质百分比此消彼长的剧烈运动上，受它们的牵制，中值粒径的年内起伏也很大，而过渡质百分比年内变化平平，月际差异甚微：春季悬沙最粗、夏季悬沙最细。
由于河流沙量集中于汛期，各测站悬沙年均级配与汛期平均级配十分接近，而与枯季平均级配相差较大；荆江段枯季悬沙粗于洪季，与枯季河床冲刷有密切关系；汉口段在丹江口建坝前，洪、枯季悬沙级配十分接近，建坝后，枯季悬沙粗于洪季的年份增多；大通站洪季悬沙粗于枯季，表明水动力对悬沙级配控制作用明显；大通—马鞍山间的感潮河段枯季悬沙明显粗于洪季，而马鞍山—江阴间的感潮河段则是洪季悬沙粗于枯季。
近中泓悬沙粗、近两岸悬沙细是长江中下游干流各断面悬沙级配横向分布的基本特征，反映出中泓流速大于两边，多数河段近北岸悬沙粗于近南岸，说明近北岸水动力比近南岸强；
长门二中.下游干匀七洲氏常卜月氏.已交下匕庵开，七
由于受泥沙颗粒自身重力作用，悬沙由表及底由细变粗成为中下游干流各断面悬沙级配竖向
分布较为显著的特点。
研究区悬沙级配沿程分布洪、枯季有别:洪季，各测站悬沙粒径相差很小(宜昌站最大)，
反映出洪季整个中下游悬沙主要来自上游;宜昌一新厂一洪山一螺山段悬沙逐步细化，反映
出洪季该段悬沙除了分流，还以淤积为主;螺山一汉口一大通段悬沙渐渐变粗，汉口较螺山
粗与汉江来沙粗关系密切，而大通粗于汉口则说明湖口一大通间河床极可能冲刷。枯季，各
测站悬沙级配相差很大(新厂最粗、洪山其次，二者均比宜昌粗得多)，说明枯季上荆江河
段河床冲刷强烈，因而成为重要沙源区;新厂一洪山一螺山一汉口一大通段悬沙逐级明显细
化，反映此区段悬沙沿程逐渐淤积。重庆一江阴段表层悬沙(2002年5月底6月初)从上
至下呈现“三级阶梯”逐级粗化的分布特点揭示:在一定意义上，悬沙粒径分布是雨区及降
雨强度移动、变化的函数:上游主要产沙区作为中下游“沙源”的意义是季节性的，即只有
在其发大水时，大量流域面上及淤积在河道内的泥沙才会被冲入中下游河道。
在没有支流入口的河道内部，悬沙级配与流量及含沙量的关系密切;而在支流汇入的当
口，因影响因素复杂而相关性差;中下游干流悬沙级配随流量、含水量的年内变化存在明显
的区域差异:宜昌、新厂、螺山三站悬沙级配主要随流量、含沙量增加而变细;大通站则是
随之增加而变粗;汉口站各年悬沙级配随流量、含水量变化较复杂，就多年平均而言，在丹
江口建坝前，悬沙级配随流量、含沙量年内变化趋势不明显;建坝后，则随之增加而明显细
化。
上、中游来沙级配对入海悬沙通量的影响虽不及径流来量及来沙量所造成的影响大，但
也是十分明显的，入海悬沙通量随上、中游来沙粗化而减少;冲泻质是上游可入海悬沙的主
体，由于受水流长途搬运条件的限制，上游过渡质和床沙质都消耗于分流和河道淤积而不能
直接入海;中游可入海悬沙以冲泻质占绝对优势，其入海比例比上游的大得多，床沙质在中
游入海悬沙中占第二位，唯有过渡质对入海悬沙通量造成负面影响，其来源及输移机制有待
于深入研究。
The main stream of the middle and lower Yangtze reaches has served as a link between the huge Yangtze drainage basin and the East China Sea. More than 90% of sediment transported by it is suspended sediment. The grain-size distribution of suspended sediment is one of the important properties of fluvial sediment It can reveal sediment source, reflect the composition of land surface materials in the drainage basin,vand 'tell" sedimentary processes of erosion, transportation and deposition in both drainage basin and river channel. The changes of suspended sediment grain-size distribution in the area are studied in this paper.
The historical hydrological records and the recently observed data were collected to examine the properties of suspended sediment grain-size distribution in the study area.
Methods of hydrology, sediment transportation and statistics are used to analyze the temporal and spatial variability of suspended sediment grain-size distribution and the relations among suspended sediment grain-size, discharge and suspended sediment concentration(SSC). Multiple regression analysis is applied to calculate quantitative relationships between grain-size distribution of suspended sediment and suspended sediment flux to the Sea. The results show:
suspended sediment grain-size distribution in the middle and lower Yangtze stream fluctuates dramatically in different months, because %<0.025 and %>.05 in suspended sediment change strongly but reversely. The maximum of suspended sediment grain-size appears in spring, while the minimum occurs in summer.
Mean yearly grain-size distribution of suspended sediment is close to the average of wet season, but far from that of dry season, primarily due to the main transportation of discharge and sediment occurring in flood-period. The relatively clear flow may scour the coarse bed materials in dry season, so the suspended sediment is much coarser than in wet season in Jingjiang section, which is the reverse of mat at Datong hydrological station. Before the construction of Danjiangkou dam, the suspended sediment grain-size distribution in wet season nearly equals to that in dry season in Hankou, while coarse sediment sufficiently increases in most dry seasons after finishing the dam.
suspended sediment is coarser in the middle river than near bank, which indicates a more strong flow in the middle of river. With water depth increasing, suspended sediment grain-size
increases, whichis the general law for all the transects in the study area.
The spatial variations in suspended sediment grain-size from Yichang downstream in wet season markedly differs from that of dry season: in the wet season, The suspended sediment grain-size fluctuates slightly along the trunk channel, with the maximum occurring at Yichang and the minimum appearing at Luoshan, which shows the same sand source from the upper Yangtze, siltation between Yichang and Luoshan, and probably scouring bed materials between Hukou and Datong in the very season. In the dry season, The suspended sediment grain-size changes strongly, increasing from Yichang to Xinchang, while decreasing from Xinchang to Datong, which indicates the strong suspending bed sand in Jingjiang section, and the siltation from Luoshan to Datong. The fact that the surficial suspended sediment in middle and lower Yangtze is far coarser than that in the upper Yangtze (2002.5-6.) indicates that only in the flood-period that the upper Yangtze becomes the main sand source for the middle and lower Yangtze.
A strong correlation exists among grain-size, discharge, and SSC in the interior channel such as Xinchang station, a poor correlation occurs at the very place where a main tributary debouches, like Hankou Station. The trend of suspended sediment grain-size with discharge and SSC increasing is different spatially: the grain-size decreases with discharge and SSC increasing at Yichang, Xinchang, and Luoshan hydrological stations, which is a trend opposite to that displayed at Datong station. At Hankou station, generally speaking, there is not perceptible
引文
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