陳 幫，李志威，胡旭躍，游宇馳，田世民

(1. 長沙理工大學水利與環(huán)境工程學院，湖南 長沙 410114；2. 武漢大學水資源工程與調度全國重點實驗室，湖北 武漢 430072；3. 黃河水利科學研究院，河南 鄭州 450003)

彎曲河流在不同沖積環(huán)境中發(fā)育各種蜿蜒的平面形態(tài)，并在洪泛平原上持續(xù)橫向遷移，河岸沉積和河道遷移之間的相互作用控制河流的演變。國內外研究者通過崩岸機理、平面形態(tài)、泥沙輸移等方面著重研究彎曲河流演變，目前已取得較多成果[1-3]。但彎曲河流平面形態(tài)特征與橫向遷移速率的相互關系，以及高曲率彎道形態(tài)特征時空變化規(guī)律認識尚不深入，仍是一個值得研究的問題。

黃河源區(qū)有64%的沖積河流屬于彎曲河流，具有彎曲度高、形態(tài)復雜和動態(tài)遷移的特點，其中黑河干流和主要支流屬于典型的彎曲河流。通過橫向遷移增加彎曲河流的彎曲度，自然裁彎可減小形態(tài)復雜度[4]。橫向遷移是凹岸侵蝕與凸岸淤積協(xié)同作用的結果，彎道河寬在多年尺度上基本保持穩(wěn)定，即凹岸-凸岸沖淤達到動態(tài)平衡[5]。彎曲河流橫向遷移的速率取決于侵蝕力與侵蝕抵抗力的比值，抵抗力的影響因素包括彎曲河道的幾何形狀、河岸高度、河岸物質組成和濱河植被[6]。河道寬度與遷移率密切相關，相關學者認為遷移率基本受到河床物質組成與推移質輸移速率的限制，另外學者則更重視上游懸移質輸移與河岸植被覆蓋的影響。

彎曲河流橫向遷移的研究方法有多種，其中，水槽試驗與數(shù)值模擬的方法可運用于彎曲河流形態(tài)演變與橫向遷移的研究[7]，但試驗和建模的結果通常由現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)和特定彎曲河流的平面形態(tài)支持，導致較大的局限性，而且研究結果難以真實還原野外實際情況。采用無人機實測與遙感影像相結合的方法，對彎曲河流在不同時空下的形態(tài)特征與演變過程研究已有開展，即通過提取河道中心線可在長時間尺度上分析彎道橫向遷移過程，該方法能適用不同河寬尺度的精度要求[8]。利用遙感影像提取各種時空范圍內的彎曲形態(tài)，通過分析彎曲平面形態(tài)與橫向遷移之間的相互聯(lián)系，可進一步探究彎曲河流平面形態(tài)演變規(guī)律[9]。

本研究使用無人機航測低空影像數(shù)據(jù)與高分辨率、長時間序列的遙感影像數(shù)據(jù)(高分二號、資源三號)，利用軟件Meander Statistics Toolbox (MStaT)中彎曲形態(tài)測量模塊的拐點法(Inflection Point Method，IPM)與平均中心線法(Mean Centerline Method，MCM)，得到黑河干流和主要支流(麥曲、熱曲、哈曲、格曲和德訥合曲)典型連續(xù)彎道的形態(tài)特征參數(shù)(波長、振幅、彎曲度和曲率半徑)，根據(jù)遷移模塊計算彎道橫向遷移速率，對揭示黃河源彎曲河流的形態(tài)特征與遷移規(guī)律具有重要的科學意義。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)域

黃河源區(qū)位于青藏高原東北部，流域面積為13.2萬km2。黃河源流域的彎曲河流主要分布在若爾蓋盆地，以泥炭和草甸型彎曲河流為主[10]。黑河發(fā)源于岷山山脈，北、西、南三面被高山環(huán)繞，途經(jīng)四川省若爾蓋縣，于甘肅省瑪曲縣匯入黃河主流。黑河流域面積為7 608 km2，平均海拔為3 551 m，全長約522 km，河道比降為0.04%。流域內主要分布5條支流，從下游至上游分別為德訥合曲、熱曲、格曲、哈曲與麥曲(圖1)。黑河干流河段經(jīng)過若爾蓋縣達扎寺鎮(zhèn)，常住人口總量約1萬，研究河段僅受放牧的人類活動影響，基本保持天然狀態(tài)。

圖1 研究區(qū)域位置Fig.1 Location of the study area

2016—2022年連續(xù)7 a對黑河流域進行全方位的野外考察，在黑河干流典型河段進行長時間原型觀測。2022年研究范圍擴展至5條支流，利用無人機(UVA)對支流典型連續(xù)彎道進行低空航測，無人機航測分布如圖1(c)所示。本研究對象主要包括1條干流(圖中深藍色標識)與5條支流(圖中淺藍色標識)，并選取干支流典型連續(xù)彎道進行分析。

統(tǒng)計研究河道的長度、平均河寬、河流上下游高差與河流縱比降等詳細的河道特征(表1)。黑河干流總長、平均寬度分別為345 km和62 m，2個基本信息指標均高于其他支流，但上下游海拔高差最小(27 m)，河流縱比降僅為0.008%。5條支流中熱曲的河長最長(220 km)，且上下游海拔高差最大(388 m)，而格曲的河長最短(87 km)。5條支流的平均河寬均不超過20 m，其中德訥合曲平均河寬僅有14 m。2022年7月無人機航測的數(shù)據(jù)信息匯總見表1，實際共考察16個航測區(qū)域，每條支流至少有1個航測區(qū)域進行Real Time Kinematic(RTK-GPS)測量。

表1 黑河干支流的基本信息與無人機航測數(shù)據(jù)Table 1 Basic information of the mainstream and tributaries of the Black River and UAV aerial survey

1.2 彎道識別和形態(tài)分析

在分析彎曲河流的平面形態(tài)時，通常會確定2條中心線：河道中心線(River Centerline，RC)和河谷中心線(Valley Centerline，VC)。河道中心線可在短期時間尺度上(幾十年內)描述河道平面形態(tài)，與彎曲河流橫向遷移有關。河谷是指彎曲河流可自由流動的區(qū)域，河谷中心線通常被歸為地質尺度，代表長期尺度。Gutierrez等[11]提出了一個新的指標，稱為平均中心線，它近似于彎曲帶的中心線，受裁彎事件的強烈影響，而不是河道的橫向遷移。因此，平均中心線(Mean Centerline)代表中期尺度，使其在分析彎曲河流平面形態(tài)時更具代表性。拐點是曲率為0的點，是一個彎道連接下一個彎道的分界點，最大曲率點一般分布在彎頂附近，振幅是兩拐點之間的連線到彎頂?shù)拇怪本嚯x。

將河流曲線距離除以直線的距離來定義彎曲度，以此定義為基本形式，通過定義沿程彎曲度(Svr)與河灣彎曲度(Srλ)來計算河流在河段尺度與河灣尺度下的彎曲程度(圖2)。沿程彎曲度計算公式如下：

圖2 彎道形態(tài)特征參數(shù)定義示意Fig.2 Schematic diagram and the definition of bend morphological feature parameters

(1)

式中：Lr為在河段尺度下河道中心線長度(圖2(a)中C—D的長度)，m；Lv為河谷長度(圖2(a)中A—B的長度)，m。

河灣彎曲度計算公式如下：

(2)

利用Google Earth測量計算河段尺度下黑河干流與支流的沿程彎曲度。在黑河干流取直線距離Lv=5 km，測量5 km內河道中心線的長度Lr，Lr除以直線長度5 km得到沿程彎曲度。在干流處每直線距離5 km內均勻取5個河段，測量河寬(w)取平均后得到每段的平均河寬，測量河寬時盡可能選擇順直段，避免有沙洲河段。黑河支流取直線距離為2.5 km，按同樣的方法計算支流的Svr與w。通過MStaT軟件可提取計算河灣尺度下黑河干流與支流的河灣彎曲度。

1.3 數(shù)據(jù)采集與誤差分析

黑河干流選取1985年和2013年高分遙感影像，格曲、哈曲與麥曲選取2010年高分遙感影像，熱曲與德訥合曲選取2012年高分遙感影像。另外，所有支流選取2022年空間分辨率為0.5 m的無人機航測低空影像數(shù)據(jù)。遙感數(shù)據(jù)的時段盡可能選取在夏季且云量少的時候，此時水位更高，可以更加清晰地識別彎曲河道。將遙感影像進行數(shù)字化，河道中心線根據(jù)劃分的河道邊界進行二次提取。無人機影像導入Google Earth中可提取kml文件格式的河道中心線。

無人機影像數(shù)據(jù)的獲取存在2個主要誤差：① 無人機在不同飛行高度下空間分辨率造成的誤差。通過以上描述計算可知，在航行高度為160 m時，影像的空間分辨率最低(46 mm)，小于研究河段平均河寬的1%。② 2期影像的地理配準誤差對無人機影像進行地理配準，系統(tǒng)計算的地理配準標準誤差最大不超過0.3 m。遷移距離小于0.3 m的彎道，均按遷移距離為0處理，可以有效描述黑河干支流的彎道橫向遷移特征。

1.4 參數(shù)提取與分析方法

MStaT是一個基于小波分析的開源軟件，用于提供彎曲河流形態(tài)動力學的詳細特征[12]。利用MStaT集成的彎曲形態(tài)測量模塊與遷移模塊，可獲取弧波長周期的空間分布、遷移率等定量信息，分析彎曲河流形態(tài)的多尺度時空變化與橫向遷移速率。在彎曲形態(tài)測量模塊中選取黑河干流與支流連續(xù)彎道的河道中心線(kml文件格式)。河道中心線以河道平均寬度的等間距離散化，采樣間距過大會導致河道中心線失真，而采樣間距過小會增加計算成本和噪聲輸出，因此選擇輸入平均河道寬度。此模塊提供2種彎曲檢測方法，拐點法和平均中心線法。拐點法將彎曲段定義為2個零曲率連續(xù)點之間的河段；平均中心線法將彎曲段定義為平均中心線和河道中心線之間的2個連續(xù)交叉點之間的河段。

彎曲形態(tài)測量模塊提供彎曲幾何和小波分析2種工具，2種工具以互補的方式使用，它們結合離散分析、研究信號分段和整體框架分析(小波分析)。彎曲幾何工具通過經(jīng)典方法分析得到黑河河道中心線的幾何參數(shù)，如中心線彎曲度、彎曲長度、波長和振幅；小波分析工具執(zhí)行連續(xù)小波變換分析，使用曲率波動信號確定量綱一化弧波長的空間分布和周期性。MStaT合并的背景圖像以GeoTIFF格式提供進行地理參考。

遷移模塊量化橫向河流遷移率及其空間模式，可檢測2個不同時間內河流是否發(fā)生裁彎事件。計算黑河干流與支流連續(xù)彎道的橫向遷移，干流選取1985年和2013年遙感影像，支流選取2010年(格曲、哈曲、麥曲)、2012年(熱曲、德訥合曲)的遙感影像和2022年河道中心線的無人機航測低空影像。遷移模塊首先通過2條河道中心線的交點定義遷移區(qū)域；然后，繪制從初始時間到結束時間的正交河道中心線，定義為準時遷移；通過將準時遷移距離除以2條河道中心線之間的變化時間來計算橫向遷移率。

2 結果及分析

2.1 河段尺度下黑河干支流沿程彎曲度分析

統(tǒng)計河段尺度下黑河干支流的沿程彎曲度(圖3)，各子圖中橫軸顯示為沿程距離，其中0表示下游測量起始點，測量方向是下游至上游。黑河干流(圖3(a))共計28段每直線段距離為5 km，測量得到的最大沿程彎曲度Svr，max=3.54，最小沿程彎曲度Svr，min=1.44，平均沿程彎曲度Svr，m=2.47。干流上游河寬為33 m，下游匯入黃河處的河寬達到101 m，干流上下游河段河寬變化較大。

熱曲是5條支流中長度最長、河流縱比降最大的支流，共計44段每直線段距離為2.5 km，計算得到熱曲的平均彎曲度在5條支流中相對最小，為2.00。格曲的河流長度相對其他支流最短，上游至下游的平均河寬差異較小，從上游的13 m增加到18 m；但是格曲的平均彎曲度對比其他支流相對較高，達到3.18，Svr，max=4.36、Svr，min=2.66。河段尺度下黑河干支流的平均沿程彎曲度均高于2.00，均屬于高彎曲度的彎曲河流。分析熱曲沿程地形可知，其上下游海拔高差大且受河谷的影響較大，熱曲的橫向遷移范圍受到較大的限制，導致其彎曲度相對較小。

分析黑河干支流沿程彎曲度與長寬比的相對關系(圖4)，其中，圖4(a)縱坐標的長寬比為干支流各分段的河道中心線長度與各分段的平均河寬的比值，橫坐標為沿程彎曲度的分布情況。干流與支流的長寬比平均數(shù)分別為225.1和409.4，干流長寬比值均低于支流。分段時干流采用5 km，支流為2.5 km，但干流與支流的平均河寬分別為62 m和16.4 m，河寬差距是影響干流與支流長寬比相差較大的主要原因。干支流長寬比主要分布在100～600之間，其中子河段長寬比為200～400的占54.0%。干流與支流的平均沿程彎曲度分別為2.47和2.45，沿程彎曲度主要分布在1.5～3.5之間，此區(qū)間占據(jù)總數(shù)的89.3%。

圖4 黑河干支流沿程彎曲度與長寬比Fig.4 Sinuosity change along the mainstream and tributaries of the Black River and aspect ratio

2.2 基于平均中心線法的彎道特征分析：以德訥合曲為例

利用MStaT的彎曲形態(tài)測量模塊計算2012年德訥合曲典型連續(xù)彎曲河道的特征參數(shù)(圖5)。圖5(a)河段以2012年的資源三號遙感影像為數(shù)據(jù)源，選擇平均中心線法計算得到13個彎道的河灣彎曲度、波長與振幅(5(c))。該連續(xù)彎道的平均河灣彎曲度Srλ，m=2.05，2號彎道的河灣彎曲度相對最大，為4.12。振幅是另一個能夠在一定程度上表征彎曲河道的彎曲程度的參數(shù)，各彎道的彎曲度與振幅的變化具有一致性。

圖5 基于平均中心線法的德訥合曲彎道特征分析Fig.5 Morphological characteristics analysis of Denahequ River based on MCM

平均中心線受自然裁彎事件的強烈影響，2012年4號彎道經(jīng)過頸口裁彎后導致平均中心線較大變化，直接影響下游彎道的選定。圖5(b)以2022年分辨率為0.5 m的無人機航測影像為數(shù)據(jù)源，利用平均中心線法計算得到15個彎道的河灣彎曲度、波長與振幅。2022年彎道選定明顯不同于2012年，導致3個特征參數(shù)數(shù)值較2012年有增大的趨勢(圖5(d))。2022年連續(xù)彎道的Srλ，m=1.90，對比2012年的2.05，裁彎事件降低了平均河灣彎曲度。各彎道的河灣彎曲度與振幅的起伏變化具有一致性。2012—2022年，德訥合曲典型連續(xù)彎曲河道經(jīng)頸口裁彎后，導致平均中心線選定出現(xiàn)變化，平均河灣彎曲度同期降低。

2012年彎曲河流曲率信號沿研究河段沒有發(fā)生顯著變化，圖5(e)中S*為由河段平均河寬量綱一化的下游距離，C*為由河段平均河寬量綱一化的曲率，該連續(xù)河段測量平均河寬為12 m。S*為62和268時，即第2個彎道與第12個彎道時C*相對較大，分別為1.1和1.2。分析檢測到弧波長的突變，這在連續(xù)小波變換(CWT)光譜上得到了突出顯示(圖5(f)，λ*為由河段與平均河寬量綱一化的弧波長，黑線代表影響錐，圖5(h)同)。S*間距接近在50～100(對應在第4個彎道處)與200～300(對應于第11—12個彎道)的弧波長是空間上離散的重要區(qū)域，弧波長最高為32。2022年的小波分析結果表明，檢測到了弧波長的突變，這在連續(xù)小波變換光譜上得到了突出顯示(圖5(g))。彎曲河流曲率信號沿研究河段沒有發(fā)生顯著變化(圖5(h))。

基于平均中心線法統(tǒng)計近期黑河干支流典型連續(xù)彎道特征(表2)。干流連續(xù)彎道長為25.9 km，平均河寬為W=80 m，以平均中心線法選定的彎道數(shù)量只有16個，但平均波長(λm)與平均振幅(Am)分別為684.47 m和418.25 m，遠高于其他支流；熱曲選定的彎道數(shù)量最少，但平均河灣彎曲度、平均波長與平均振幅均高于其他4條支流；哈曲選定的彎道數(shù)量最大，但平均波長與平均振幅等形態(tài)特征值均低于其他4條支流。

表2 基于平均中心線法的黑河干支流典型連續(xù)彎道特征分析Table 2 Characteristic analysis of typical continuous bends in the Black River based on the MCM

2.3 基于拐點法的彎道特征分析：以熱曲為例

拐點法在彎道的自動選定上不同于平均中心線法，拐點法在經(jīng)過裁彎事件之后，只影響裁彎彎道附近的彎道選定，不同年份之間的彎道有較好的對比性。拐點法與平均中心線法不影響量綱一化的曲率與量綱一化的弧波長。以2012年、2022年熱曲典型連續(xù)彎曲河道為例(圖6)。圖6(a)、圖6(b)分別以2012年分辨率為3.4 m的資源三號遙感影像、2022年分辨率為0.5 m的UAV高空影像為數(shù)據(jù)，不同年份的河道中心線通過選擇拐點法計算得到9個彎道的河灣彎曲度、波長與振幅(圖6(c)、圖6(d))。

圖6 基于拐點法的熱曲彎道特征分析Fig.6 Morphological characteristics analysis of Requ River based on IPM

2012年與2022年該連續(xù)彎道的平均河灣彎曲度分別為2.28和2.13。2012—2022年，8號彎道經(jīng)歷過1次斜槽裁彎，改變了相關特征參數(shù)：2012年，8號彎道的河灣彎曲度、波長與振幅分別為3.53、128.37和94.26 m；2022年，8號彎道的Srλ=3.11、λ=153.74 m、A=82.68 m。2012—2022年，平均波長由161.94 m增加到172.78 m，平均振幅由96.94 m減小至85.83 m，斜槽裁彎降低了河灣彎曲度與振幅。

2012—2022年，S*為60～90時平均河寬(該連續(xù)河段測量平均河寬為30 m)量綱一化的曲率有相應變化(圖6(e)、圖6(g))，S*為60～90時對應在6號彎道與7號彎道處。具體變化情況為：S*=62時，2012年C*=-1.1，2022年C*=-0.7；S*=82.9時，2012年C*=0，2022年C*=-1.8。2022年檢測到弧波長的突變(圖6(h))，S*間距接近在87.1(對應在第8個彎道處)的弧波長是空間上離散的重要區(qū)域。

基于拐點法統(tǒng)計黑河干支流典型連續(xù)彎道特征(表3)。干流連續(xù)彎道以平均中心線法選定的彎道數(shù)量只有16個，同一連續(xù)彎道以拐點法選定的彎道數(shù)量為21個；支流以平均中心線法選定的彎道數(shù)量均低于拐點法選定的彎道數(shù)量，其中格曲由8個(中心線法)增長至21個(拐點法)。以平均中心線法得到的Srλ，m均高于拐點法，例如，麥曲與哈曲以平均中心線法得到的Srλ，m分別為2.72和2.31，而拐點法得到的Srλ，m分別降至1.96和1.88，減幅分別為27.9%和18.6%。除哈曲以拐點法得到的平均波長大于平均中心線法所得之外，其他支流的平均波長與平均振幅均低于平均中心線法。對比拐點法與平均中心線法，同一河段拐點法在彎道數(shù)量的選定大于平均中心線法，因此，同河段彎道數(shù)量的增多同比降低平均河灣彎曲度、平均波長與平均振幅等形態(tài)特征參數(shù)值。

表3 基于拐點法的黑河干支流彎道特征分析Table 3 Characteristic analysis of typical continuous bends in the Black River based on the IPM

2.4 彎道橫向遷移分析

2.4.1哈曲彎道橫向遷移分析

分析哈曲(河長為2.5 km，平均河寬W=17 m)典型連續(xù)彎道的橫向遷移。圖7(a)顯示哈曲2 a的河道中心線。標識的黃色河段顯示在12 a間發(fā)生1次頸口裁彎。圖7(b)顯示各河段的偏移信號，即河道橫向遷移的空間分布。該連續(xù)河段年均遷移速率為0.25 m/a，在1.6 km的河段中有一處高遷移率，此處在12 a內遷移量達到13.63 m，平均每年遷移速率為1.14 m/a。哈曲河段的偏移信號中檢測到該連續(xù)彎道一個裁彎點，上游(2.0～2.3 km)河段為裁彎段。圖7(c)顯示所研究河段95%置信區(qū)間處遷移信號的連續(xù)小波變換分析。

圖7 哈曲橫向遷移圖Fig.7 Lateral migration of Haqu River

2.4.2干支流橫向遷移速率分析

利用遷移模塊計算黑河干支流橫向遷移速率(圖8)。圖8(a)為2012—2022年德訥合曲(平均河寬W=12 m)的橫向遷移速率，在4 km連續(xù)彎道中檢測到一個裁彎點，上游(1～1.8 km)河段為裁彎段。該河段中最高遷移速率達到1.2 m/a。2012—2022年，在熱曲典型連續(xù)彎道(平均河寬W=30 m，河長為3.3 km)中發(fā)生一次斜槽裁彎，裁彎河段為2.3～2.5 km。熱曲最大遷移量在1.74 km處，達到29.47 m，此處年均遷移速率為2.95 m/a。2012—2022年，熱曲典型連續(xù)彎道年均遷移速率為0.64 m/a，德訥合曲的年均遷移速率為0.34 m/a。

圖8 黑河干支流橫向遷移速率Fig.8 Lateral migration rate of the mainstream and tributaries of the Black River

統(tǒng)計2010—2022年麥曲典型連續(xù)彎道(河長為3.3 km，平均河寬W=17 m)的橫向遷移速率(圖8(c))，河長在2.8～3.2 km處共計0.4 km的連續(xù)彎道中發(fā)生裁彎，經(jīng)2022年現(xiàn)場考察發(fā)現(xiàn)這是1次人為實施的裁彎。12 a間麥曲典型連續(xù)彎道年均遷移速率為0.52 m/a。圖8(d)為2010—2022年格曲典型連續(xù)彎道(河長為1.3 km，平均河寬W=10 m)的橫向遷移速率。格曲最大遷移量在0.76 km處，達到11.67 m，此處年均遷移速率為0.97 m/a。2010—2022年，格曲典型連續(xù)彎道年均遷移速率為0.19 m/a，最小年均遷移速率為0.05 m/a。干流(河長為25.9 km，平均河寬W=80 m)的最大遷移量在20.8 km處，達到40.13 m，此處年均遷移速率為1.48 m/a。1985—2013年，干流典型連續(xù)彎道年均遷移速率為0.42 m/a，最小年均遷移速率為0.06 m/a。

2.5 不同彎曲河段形態(tài)特征與遷移速率對比

選取干支流典型彎曲河段，計算各河段形態(tài)特征參數(shù)與橫向遷移速率(表4)。融合拐點法與平均中心線法取平均值，得到各河段的平均河灣彎曲度(支流與干流分別采用2022年、2013年河道中心線數(shù)據(jù))。表4中沿程彎曲度計算的河段與計算平均河灣彎曲度的干支流河段相同。干流的沿程彎曲度與平均河灣彎曲度分別為2.96和2.14，2種計算方法相差0.82。除熱曲外其他支流計算得到的沿程彎曲度數(shù)值均大于平均河灣彎曲度，德訥合曲的2種彎曲度差距最大，達到1.47。

表4 黑河干支流不同彎曲河段形態(tài)特征與遷移速率對比Table 4 Comparison of morphological characteristics and migration rates in different sinuous sections of the Black River

1985—2013年，干流彎曲河段的平均遷移速率為0.42 m/a，最大遷移距離為40.13 m，平均每年最大遷移速率為1.43 m/a。德訥合曲與哈曲均發(fā)生頸口裁彎事件，但平均遷移速率分別只有0.34和0.25 m/a，最大遷移距離也只有11.37和13.63 m。格曲河段在2010—2022年未發(fā)生裁彎事件，平均遷移速率與最大遷移距離分別為0.19 m/a和11.67 m。麥曲與熱曲選取河段的平均遷移速率分別為0.52和0.64 m/a，平均每年最大遷移速率分別為2.66和2.95 m/a，均大于干流最大遷移速率。麥曲在12 a間最大遷移距離大于平均河寬(17 m)，原因在于頸口裁彎干預了其正常的演變規(guī)律，熱曲在河段內發(fā)生的斜槽裁彎也導致最大遷移距離接近平均河寬。

黃河源彎曲河群地表覆蓋的主要是高寒草甸、濕地與草原，流域內河流的來沙量較少，主要來自坡面侵蝕過程和崩岸入河的泥沙。彎曲河流形成的影響因素有水沙條件、床沙粒徑、河床比降、濱河植被等，但對于黑河流域的高曲率彎道特征形成，最主要的邊界條件是濱河植被作用下的河岸二元結構物質組成[13]。

研究段為典型的泥炭型彎曲河流，泥炭型河岸表層覆蓋草本植被，上層為較厚泥炭層(泥炭層厚度為0.5～3.0 m)，下層為粉砂夾雜粗沙或卵石。泥炭型崩岸形式為懸臂式張拉破壞，河岸濱河草甸層與泥炭層形成緊密的纖維網(wǎng)狀結構，具有較強的抗沖刷和抗剪切能力。下層粉砂層抗沖刷能力弱，被水流沖刷外移后，上部根土復合體完全懸空，在自重的作用下達到根土復合體的臨界狀況，最后發(fā)生張拉破壞。泥炭崩塌塊在一定時間內對河岸具有保護作用，可減緩水流沖刷以及降低河道橫向遷移速率。這種特殊的邊界條件是導致黃河源高彎曲度彎曲河流形態(tài)特征的重要原因之一。

3 結 論

利用無人機低空航測數(shù)據(jù)和高分辨率長時間序列的遙感影像數(shù)據(jù)，提取黃河源黑河干支流典型連續(xù)彎道的河道中心線，利用彎曲形態(tài)測量模塊的拐點法與平均中心線法得到各連續(xù)彎道的形態(tài)特征參數(shù)，對比分析平均河灣彎曲度與沿程彎曲度，最后利用遷移模塊計算彎道橫向遷移速率。主要結論如下：

(1) 平均中心線法與拐點法在快速識別彎曲河流形態(tài)特征上具有優(yōu)勢性。對比平均中心線法，彎曲度越大的連續(xù)河段拐點法選定的彎道數(shù)量更多。

(2) 定義河段尺度與河灣尺度下的彎曲度，除熱曲之外，黑河其他4個支流計算得到的沿程彎曲度均大于平均河灣彎曲度，德訥合曲的2種彎曲度差異最大，達到1.47。

(3) 麥曲與熱曲選取河段的平均遷移速率分別為0.52和0.64 m/a，均高于干流的平均遷移速率0.42 m/a，頸口裁彎事件對德訥合曲與哈曲的平均遷移速率影響不明顯。濱河植被作用下的河岸二元結構物質組成是影響黑河干支流遷移速率的重要原因之一。