基于冲积河流平衡理论的黄河源区江心洲形态演变规律的研究

River islands come under the category of fluvial morphology and are important component of anabranching river system. It is very significant for the fluvial mechanism and processes of anabranching river system to study on the evolution and mechanism of river island morphology. Remote sensing images, DEM and field observation are used to study the temporal and spatial evolutions of river island morphology in the Yellow River source zone. The influences of the landform, the boundary characteristics, flow discharge, sediment discharge and the proportions of water and sediment are evaluated, and the critical factors are identified. The thresholds of the indexes for river island morphology in different landforms are determined. Based on the equilibrium theory and the variational analysis, the basic flow relations (continuity, resistance, sediment transport ) and energy conservation relations of anabranching river are used to reveal the quantitative relationship between the river island morphology and river water and sediment regime. This study can provide a theoretical support for understanding the fluvial morphology and processes of both river island and anabranching river system, and is helpful to the river regulation of anabranching river and the sustainable development of river island.

江心洲属于典型的流水地貌形态，是分汊河道的重要组成部分，研究其形态演变规律对于深入理解分汊河道演变机理与过程具有重要意义。本课题通过DEM构建、遥感影像解译、野外观测深入研究黄河源区江心洲形态时空演变特征，评估地貌边界特性、河道水沙以及汊道的水沙分配等因素对江心洲形态塑造的影响，准确识别影响黄河源区江心洲形态发育的关键因素，确定不同地貌边界条件下江心洲形态参数的阈值范围。在此基础上，利用河流运动的三大基本方程（水流连续方程、运动方程、输沙方程）以及分汊河道的能量守恒方程，基于冲积河流平衡理论及其变分分析方法，揭示不同边界条件控制下的江心洲形态与河道水沙条件之间的定量关系。本研究不仅可以丰富和完善江心洲形态演变理论，深化对分汊河型演变机理与过程的认识，也可以为江心洲的可持续开发利用以及分汊河段的综合治理提供理论依据。

江心洲属于典型的流水地貌形态，是分汊河道的重要组成部分，其稳定发育是分汊河型形成的根本原因。长期以来，由于缺乏理论基础，对江心洲形成及其形态演变规律的研究一直以经验分析为主，冲积河流平衡理论的提出为研究江心洲形态演变规律提供了理论方法。黄河源区干流集中分布了形态各异的稳定或半稳定的江心洲，江心洲自由发育，形态多样，为研究江心洲形态发育提供了合适的研究区。项目通过DEM数据分析、野外踏勘、野外观测以及数理分析等多种手段相结合的方式，分析了黄河源不同河段的河谷地貌和河岸边界组成情况，对影响黄河源区江心洲形态发育的关键因素进行了识别，并揭示出了江心洲形成的水文临界条件以及地貌临界条件，通过理论分析的方式确定出两岸抗冲性不同时江心洲与河道水少条件之间的定量关系。本项目得到的主要研究成果包括：.1.通过黄河源区不同河型发育的河谷地貌条件，揭示出河谷宽度以及河岸抗冲性是江心洲河型以及江心洲形态发育的关键边界条件，江心洲河型发育的河谷宽度介于单一河道与游荡河型之间，植被对于增加河道阻力、降低流速、抑制冲刷、促进分汊河型及江心洲的稳定发育起到重要作用。.2.在不同的时间尺度下，江心洲形态以及分汊河道的演变具有不同的自动调整方式。受到短期（年内）来水来沙条件的影响，河道主、支汊糙率的比值在汛期时增加，两汊道通过调整水沙分配比例来适应江心洲形态，维持江心洲形态的稳定。在多年水文周期性变化的影响下，随着来沙系数的调整，汊道可能发生主支汊易位，江心洲形态以及位置发生相应的调整。.3.利用冲积河流运动的三大基本方程以及分汊河道的总流能量方程，引入断面宽深比以及江心洲长宽比两个量化参数，采用变分分析方法以及冲积河道的平衡理论，推求出两河岸抗冲性不对称的江心洲形态与河道水沙条件之间的定量关系。 .本研究不仅可以丰富和完善江心洲形态演变理论，深化对分汊河型演变机理与过程的认识，也可以为江心洲的可持续开发利用以及分汊河段的综合治理提供理论依据。