王延貴，陳 康，陳 吟

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100048；2.國(guó)際泥沙研究培訓(xùn)中心，北京 100048；3.山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250013）

1 研究背景

水系連通性是指流域水系單元間（干流、支流、溪澗和湖庫(kù)）互相連接的暢通程度，是河流系統(tǒng)完整和健康運(yùn)行的必要條件和河流功能正常發(fā)揮的基礎(chǔ)，對(duì)河流的生態(tài)環(huán)境、物質(zhì)輸送和能量循環(huán)具有重要作用［1-2］。但是，由于流域內(nèi)開展了水土保持、水利樞紐、引水灌溉、河道整治等人類活動(dòng)，導(dǎo)致了水系連通性的變化；同時(shí)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展導(dǎo)致我國(guó)部分地區(qū)水資源過度開發(fā)，使得河流系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境用水量大幅度減少，海河、黃河和遼河流域的水資源利用率分別達(dá)到了106%、82%和76%［3］。工程建設(shè)與水資源過度開發(fā)引起我國(guó)許多北方河流時(shí)常斷流，湖泊濕地萎縮，河道萎縮與阻塞等嚴(yán)重的水系連通問題［4］，受到社會(huì)的廣泛關(guān)注。一些學(xué)者在河流健康、河流生態(tài)功能發(fā)揮、典型河流系統(tǒng)等方面對(duì)河流連通性進(jìn)行了分析［4-7］，也有一些學(xué)者從水系連通性的內(nèi)涵、機(jī)理、評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行了研究［8-19］，取得了一定的研究成果。作者從邊界、水流、泥沙和生態(tài)4個(gè)方面詳細(xì)闡述了水系連通性的內(nèi)涵，河道連通性的內(nèi)涵包括邊界的流暢性和穩(wěn)定性、水流的連續(xù)性和流動(dòng)性、泥沙的輸移性和交換性、生物的生長(zhǎng)繁衍與多樣性等［13-15］；結(jié)合水系連通類型和特點(diǎn)，提出了主流連通模式、分-匯連通模式和灘槽連通模式等，進(jìn)而提出了水系連通的指標(biāo)體系。

河槽沖淤演變、灘槽水沙交換、河道分匯流等都是河床演變的傳統(tǒng)內(nèi)容，已有很多成熟的系統(tǒng)研究成果［20-25］。水系連通性實(shí)際上是指連通通道在縱橫向連通以及水系結(jié)構(gòu)形態(tài)上的連通，目前關(guān)于水系連通機(jī)理的提法與專門研究還不多見。結(jié)合作者關(guān)于水系連通模式的分類［14-15，26］，水系連通機(jī)理應(yīng)該包括連通通道的縱向連通、灘槽橫向連通、水系結(jié)構(gòu)（分匯）側(cè)向連通等方面的機(jī)理。無論是河道縱向連通、灘槽橫向連通、水系結(jié)構(gòu)（分匯）側(cè)向連通，其內(nèi)涵仍然包括邊界、水流、泥沙、生態(tài)等方面的連通，各方面具有重要的協(xié)調(diào)關(guān)系。因此，結(jié)合水系連通模式和連通指標(biāo)，利用泥沙運(yùn)動(dòng)、河床演變等方面的理論深入研究連通通道的連通機(jī)理，進(jìn)而探討水系連通的主要影響因素。

2 分析方法

2.1 水系連通基本參數(shù) 基于連通性的內(nèi)涵以及河流的基本功能，作者給出了河道連通的邊界、水流、泥沙、生態(tài)等方面的主要指標(biāo)［15，27］，如表1所示。在這些指標(biāo)表達(dá)式中，河道斷面面積、縱剖面流暢指標(biāo)、來流量等是衡量水系連通的重要指標(biāo)，能直接反映連通通道的連通性；而河寬、水深、流量、比降、分流比等是推求連通指標(biāo)的基本變量。顯然，河道縱橫向形態(tài)是反映河道連通性的重要指標(biāo)，而來水來沙條件又對(duì)河道縱橫斷面形態(tài)塑造具有重要作用，因此開展河道水力幾何關(guān)系的分析對(duì)研究水系連通性的機(jī)理是非常重要的。

表1 河道連通性指標(biāo)

2.2 河道水力幾何關(guān)系 河流通道的連通與穩(wěn)定是河流功能正常發(fā)揮的基礎(chǔ)，其斷面形態(tài)及尺度大小直接反映河道縱向連通性的變化。一般情況下，連通通道形態(tài)的調(diào)整過程滯后于來水來沙條件的變化，且二者相互適應(yīng)需要一定的時(shí)間。在連通通道形態(tài)的調(diào)整過程中，河流的縱向連通性也會(huì)發(fā)生變化。實(shí)際河流中可能存在引水分流或支流匯入的情況，若上游來水流量和含沙量分別為Q0和S0，進(jìn)入下游的流量和輸沙率分別為Q和Qs，河道的分（匯）流流量和輸沙率分別為ΔQ和ΔQs，結(jié)合作者對(duì)分流問題的分析［25，28-29］，長(zhǎng)久分匯流后河道水沙連續(xù)和運(yùn)動(dòng)方程如下：

水流連續(xù)方程

水流運(yùn)動(dòng)方程

泥沙運(yùn)動(dòng)方程

泥沙質(zhì)量守恒（連續(xù)）方程

河相關(guān)系式

聯(lián)合求解式（1）—式（5）方程組，可以得到長(zhǎng)期分（匯）流后下游河道達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的邊界條件與上游來流量、含沙量、分（匯）流比、分（匯）沙比等參數(shù)的關(guān)系：

從式（6）可以看出，當(dāng)河段發(fā)生分（匯）流以后，下游河道的河寬、水深、面積、比降等邊界形態(tài)要素和流速都與來水流量、含沙量（來沙系數(shù)）、分（匯）流比和分（匯）沙比有重要關(guān)系。當(dāng)河道來水來沙條件一定時(shí)，河道分（匯）流比的增大，進(jìn)入下游通道的流量減?。ㄔ龃螅沟煤訉?、水深、過水面積減小（增大），比降和流速增大（減?。?，河道縱向連通性減弱（增強(qiáng)）。

3 連通機(jī)理分析

結(jié)合水系連通性的內(nèi)涵，考慮到水系流域格局和不同連通對(duì)象的特點(diǎn)，水系連通分為河道連通、河流系統(tǒng)連通和流域間水系連通三個(gè)層次［5，13］，其中河道連通包括主槽縱向連通和灘槽橫向連通，河流系統(tǒng)連通包括干支流連通以及河流與湖泊的連通，流域間水系連通主要是通過修建人工調(diào)水工程來實(shí)現(xiàn)的。顯然，水系連通性類型較多，開展連通性機(jī)理研究與評(píng)價(jià)都比較復(fù)雜，通過分析流域及流域間的水系連通類型和特征及連通機(jī)理，水系連通都可以歸結(jié)縱向河道連通、分-匯側(cè)向連通以及灘槽橫向連通三種模式［13］，這3種連通模式基本上涵蓋各類的水系連通問題。

3.1 縱向河道連通性 縱向河道連通性是指河道沿河流方向的連通。對(duì)于河道的縱向連通性而言，若河段內(nèi)不存在分流或匯流的情況，即ηQ=0，ηs=0。式（6）可以簡(jiǎn)化為：

無分（匯）流情況下的河流連通通道的斷面尺度（寬度B0、水深H0、面積A0）以及縱向比降J0等邊界條件能夠定性地反映縱向河道連通性狀況，式（7）可以反映來水來沙條件對(duì)河道邊界連通性的影響機(jī)制。

（1）在來水含沙量不變的情況下，當(dāng)上游來流流量增加時(shí)，河道的流速增加，河道輸沙能力增加，河道淤積減輕或河床沖刷，河道比降減小，河道水深、寬度和過水?dāng)嗝婷娣e增加，河道邊界的連通性提高；反之，當(dāng)上游的來水流量減少時(shí)，河道沖刷減輕或河床淤積加重，河道水深、寬度和斷面面積減小，河道縱向連通性減弱。

（2）在來水流量變化不大的情況下，當(dāng)上游來水含沙量增大時(shí)，河道淤積增加或沖刷減少，河道縱比降將會(huì)增加，以提高河道輸沙能力，同時(shí)使得水深減小，河寬縮窄，過水?dāng)嗝婷娣e減小，相應(yīng)的河道連通性減弱，特別是當(dāng)來水含沙量大于輸沙能力時(shí)，河道將會(huì)出現(xiàn)泥沙淤積，河道萎縮，連通性將會(huì)變差。反之，當(dāng)來水含沙量減小時(shí)，河道淤積減少或沖刷增加，河道水深增加，河寬拓寬，過水?dāng)嗝婷娣e增加，相應(yīng)的河道連通性將會(huì)提高。

（3）在河道來水來沙處于不協(xié)調(diào)狀態(tài)下，當(dāng)來水流量減小和含沙量增加時(shí)，河道淤積嚴(yán)重，使得水深減小，河寬縮窄，過水?dāng)嗝婷娣e快速減小，河槽嚴(yán)重萎縮，河道連通性快速衰退，如黃河下游1980—1990年的水沙條件就是如此，河槽嚴(yán)重萎縮，河道斷流，連通性嚴(yán)重惡化。當(dāng)來水流量增加和含沙量減小時(shí)，河道沖刷嚴(yán)重，使得河槽水深增加，河寬拓寬，過水?dāng)嗝婷娣e快速增加，河槽過流能力增加，河道連通性快速恢復(fù)，比如，小浪底水庫(kù)蓄水運(yùn)用后，進(jìn)入下游的水量不斷恢復(fù)，同時(shí)進(jìn)入下游的沙量大幅度減小，造成下游河道沖刷嚴(yán)重，河槽過水?dāng)嗝娲蠓黾樱綖┝髁看蠓然謴?fù)，其連通性增加。

3.2 分（匯）側(cè)向連通性

3.2.1 分流河段 在河道兩岸修建引水工程后，造成河道邊界不連續(xù)，使得河道內(nèi)的水流泥沙通過引水口流向兩岸，滿足人類需求，使得原來的縱向連通變?yōu)榭v向連通和側(cè)向連通并存的連通形式，水系連通性有所變化。

（1）分流區(qū)內(nèi)水流流態(tài)和沖淤形態(tài)對(duì)引水分沙特性有重要影響。羅福安等［24］將分流區(qū)附近的水流流態(tài)分為8個(gè)區(qū)（圖1），即加速區(qū)、穩(wěn)速區(qū)、擴(kuò)散減速區(qū)、分離減速區(qū)、潛流加速區(qū)、潛流減速區(qū)、滯流區(qū)、回流區(qū)。其中，加速區(qū)和潛流加速區(qū)的水流結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，水流流速有增加趨勢(shì)，且伴有彎曲橫向環(huán)流，此區(qū)域泥沙淤積減輕或可能沖刷；擴(kuò)散減速區(qū)、分離減速區(qū)、潛流減速區(qū)等流速有所減小，回流區(qū)和滯流區(qū)的流速皆較小，這些區(qū)域會(huì)出現(xiàn)泥沙淤積，為增淤區(qū)域；穩(wěn)速區(qū)受分流的影響較小，基本保持原有的流態(tài)與沖淤特性。分流區(qū)的泥沙淤積率ΔWs可由分流區(qū)的泥沙淤積比公式（4）獲得，即

圖1 分流河道附近的水流流態(tài)

（2）河道引水分沙是側(cè)向連通的重要標(biāo)志，取決于引水分流工程和兩岸用水需求，一般用閘門控制引水流量，用分流比衡量；而河道分沙量不僅取決于引水量，而且還與引水閘平面布置、引水閘底板高程、大河含沙量等因素有關(guān)，文獻(xiàn)［31］結(jié)合引水分流和含沙量垂線分布特性，探討了引水含沙量與大河含沙量的關(guān)系，指出引沙比與引水比的關(guān)系一般用ηs=KηQ表示。

（3）引水分流對(duì)下游河道沖淤演變和連通性有重要的影響。用式（6）與式（7）相比，同時(shí)忽略分匯流前后河道糙率系數(shù)與來沙組成的變化，可得引水分流對(duì)下游河道形態(tài)的影響公式：

文獻(xiàn)［28］根據(jù)上述思路，深入分析河道分流對(duì)下游河道因子的影響，指出河道引水分流后，下游河道一般處于增淤或者沖刷減輕狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的河道水深、河寬、過水面積減小，縱剖面比降增加，相應(yīng)的連通性減弱。文獻(xiàn)［32］以輸沙率公式（Qs=QαSβ u）為基礎(chǔ)分析了分流后下游河道的沖淤特點(diǎn)，給出了河道淤積比的表達(dá)式和分流對(duì)河道沖淤的臨界條件。

3.2.2 匯流河段 與分流河段不同，支流在河岸一側(cè)匯入河道，使得兩股水流匯成一股，水系連通性發(fā)生變化。匯流河段的連通性取決于河道支流匯流條件、匯流區(qū)的水流流態(tài)和泥沙輸移。隨著匯流角或匯流比的增大，支流的水動(dòng)力作用增大，對(duì)整個(gè)匯流區(qū)的水流結(jié)構(gòu)和泥沙輸移的影響也增強(qiáng)。反之，隨著匯流角或匯流比的減小，支流對(duì)匯流區(qū)的影響也減弱。有關(guān)成果表明［33-34］，匯流區(qū)河段水流流態(tài)可分為6個(gè)區(qū)域：滯流區(qū)、流速偏向區(qū)、分離區(qū)、最大流速區(qū)、水流恢復(fù)區(qū)和剪切層區(qū)，如圖2所示。

圖2 匯流河段的水流特性

當(dāng)支流匯入主流時(shí)，其水流流態(tài)和輸沙特性主要受制于支流來水來沙條件和主流頂托的影響，當(dāng)來沙較多和匯流比較小時(shí)，受主流頂托的影響，支流匯合口區(qū)流速較小，泥沙在滯流區(qū)甚至整個(gè)河寬（偏向區(qū)）上產(chǎn)生淤積。當(dāng)支流匯流比較大時(shí)，匯合口上游的干流將受到支流水流頂托，流速減小，干流滯流區(qū)甚至整個(gè)河寬（剪切層及上部）區(qū)域可能會(huì)發(fā)生淤積。支流匯入后，分離區(qū)的流速較小，泥沙可能會(huì)淤積；而最大流速區(qū)由于流速增加，河槽發(fā)生沖刷。即匯流區(qū)河床沖淤主要是受到水流流態(tài)的影響，匯流區(qū)河道可能會(huì)形成如下的床面形態(tài)［34］：河中間的沖刷深槽、分離區(qū)的淤積體、支流匯合口的沙壟、匯合后河道中間的沙壟、靠近上游匯流角處的細(xì)沙堆積區(qū)域。

根據(jù)水沙連續(xù)原理，匯流區(qū)河段的沖淤量等于干支流來沙量減去出口斷面的輸沙量，仍然可用式（8）表達(dá)，但公式中支流匯入的流量和輸沙量為負(fù)值，匯流比和匯沙比也為負(fù)值。文獻(xiàn)［29］結(jié)合重慶河段輸沙特點(diǎn)，導(dǎo)出了重慶河段泥沙淤積比的公式，論證了重慶河段淤積比與嘉陵江匯流比和寸灘站流量之間的重要關(guān)系。

3.2.3 河湖連通 通江湖泊作為水系的重要組成單元，具有顯著的調(diào)蓄功能，河湖連通對(duì)其調(diào)蓄功能發(fā)揮重要作用。通江湖泊可分為河道灘地湖泊和河道外湖泊，前者視為灘槽橫向連通型，后者視為河湖側(cè)向連通型。根據(jù)河湖連通通道，湖泊可分為單連湖泊和多連湖泊。其中，單連湖泊在汛期漲水階段處于大河水流分入湖泊的分流狀態(tài)，在汛后降水階段處于湖泊水流倒灌流入河流的匯流狀態(tài)，如鄱陽(yáng)湖的江湖關(guān)系就是如此；多連湖泊有進(jìn)水口和排水口，湖泊進(jìn)水口即為江河的分流口，排水口則為江河的匯流口，如洞庭湖的江湖關(guān)系就是如此。無論是單連湖泊，還是多連湖泊，河湖連通都可歸結(jié)為河道分（匯）流河段的連通性進(jìn)行分析［14-15，26］，其差異主要由于湖泊具有攔沙作用及進(jìn)水口無控制閘，相應(yīng)的分流比和匯沙比將會(huì)有一定的差異。

3.3 灘槽橫向連通性 河道一般由河槽、灘地與河岸組成，在洪水脈沖作用下，主流橫向擺動(dòng)和洪水漫灘后的泥沙沉積作用形成的河流-灘地系統(tǒng)，灘地通常在洪水期被水流淹沒，中水或枯水時(shí)露出。河槽與河漫灘之間的連通性實(shí)際上是洪水周期性的漲落和灘槽水沙交換的過程，也是灘槽塑造的過程。

在洪水初中期的上漲過程中，水流隨著洪水水位的抬升從主槽逐漸向?yàn)┑芈?，在灘槽交界面附近流速梯度大，?huì)形成復(fù)雜的次生流和螺旋流，灘槽之間的水流進(jìn)行了大量的質(zhì)量和動(dòng)量交換［22，35-36］，使得灘地流速增加，主槽流速減小，但是，由于灘地寬闊和水深較淺，對(duì)應(yīng)的灘地流速仍遠(yuǎn)小于主槽流速，其過流能力僅占全斷面的小部分，如黃河下游花園口站、高村站和孫口站等斷面的灘地過流能力占全斷面的比例分別為12%～21%、7%～38%和22%～40%。同時(shí)，在洪水漫灘過程中，水流將攜帶大量懸浮物（包括泥沙、有機(jī)物、水生物等）進(jìn)入灘地，且吸附有機(jī)微生物的泥沙沉積在流速較小的灘地上，有利于灘區(qū)植被和水生物的生長(zhǎng)和繁衍，而且致使灘地水流含沙量大幅度減小，如圖3所示。在洪水后期的退水過程中，洪水位不斷回落，灘地落淤后的低含沙水流或清水帶著水生物逐漸回歸流向主槽，引起主槽沖刷，完成了灘槽水流懸浮物（泥沙）交換、水生物傳播的過程，即洪水期漲水漫灘階段灘地泥沙淤積，為灘地水生物提供養(yǎng)分和生存環(huán)境；退水歸槽階段河槽沖刷，為水生物遷移傳播提供機(jī)會(huì)。

圖3 灘槽連通模式

灘槽的水流連通性可以用洪水的漫灘程度來反映，即洪峰流量與平灘流量的比值［15，37］：

式中，Qmax為洪峰流量，m3/s；Qp為平灘流量，m3/s。該參數(shù)將來水洪峰流量與河槽的過流能力聯(lián)系起來，反映了洪水過程中水流的漫灘程度，當(dāng)η＞1時(shí)，洪水漫灘，當(dāng)η≤1時(shí)，洪峰流量不大于平灘流量，洪水在河槽內(nèi)流動(dòng)。

綜上所述，河道縱向連通性取決于河道來水來沙條件和邊界形態(tài)，是通過來水來沙變化改變和塑造河道邊界尺度來實(shí)現(xiàn)的；側(cè)向連通性是以水系存在分流或匯流為主要特征，取決于分（匯）流比例及其與分（匯）流區(qū)的水流流態(tài)和沖淤形態(tài)之間的響應(yīng)關(guān)系，對(duì)下游河道縱向連通性也具有一定的影響；橫向連通性是以河道灘槽并存為主要標(biāo)志，其機(jī)理是通過洪水上漲漫灘和降落歸槽過程中的水沙和水生植物的交換與傳播，來完成河道灘槽的塑造和水生植物的生長(zhǎng)繁殖和遷移傳播。

4 水系連通性的主要影響因素

從水系連通機(jī)理的分析過程中可以看出，影響水系連通的主要因素包括河道的來水來沙條件、分匯流狀況、邊界變化等，而這些因素又受到氣候變化和人類活動(dòng)的影響，具體包括降雨變化、水庫(kù)樞紐建設(shè)、河道整治與防護(hù)工程、引水分流工程等。

4.1 降雨變化 影響流域產(chǎn)流產(chǎn)沙量的關(guān)鍵因素是降雨量和降雨強(qiáng)度，反過來流域產(chǎn)流產(chǎn)沙又會(huì)直接影響河道水流和泥沙的連通性。流域氣候變化引起的降雨變化可能會(huì)導(dǎo)致流域產(chǎn)流產(chǎn)沙量的增加或減少，進(jìn)而引起河道徑流量（或流量Q）和輸沙量（或含沙量S）的變化，甚至洪水暴發(fā)，造成河道連通性的變化。河口鎮(zhèn)至龍門河段是黃河中游的重要產(chǎn)沙區(qū)，張勝利就該區(qū)間降雨變化影響的分析結(jié)果顯示［38］，若以1956—1969年作為基準(zhǔn)期，1990年代和2000—2005年在降雨分別減少15%和9.9%的情況下，年徑流量分別減少43%和60.4%，年輸沙量分別減少54.5%和81.0%，如表2所示；表明流域降雨減少造成河道徑流量和輸沙量的大幅度減少，也是造成黃河下游河道萎縮、河道斷流等連通性衰退問題的原因之一。此外，氣候變化也可能引起極端洪水自然災(zāi)害，導(dǎo)致水系連通性的突變。據(jù)研究［39］，1860年和1870年長(zhǎng)江的兩次特大洪水，導(dǎo)致荊江藕池、松滋先后決口，形成了荊江四口分流入洞庭湖的局面，引起了河湖關(guān)系的調(diào)整。

表2 黃河中游河龍區(qū)間各年代降雨、徑流、泥沙變化情況

4.2 河道整治與堤岸工程 河道整治與堤岸工程是遵循河道演變的規(guī)律，采用一定工程措施穩(wěn)定主流位置，以滿足河道防洪、航運(yùn)、供水等功能，主要包括河道裁彎取直、堤岸建設(shè)、護(hù)岸穩(wěn)槽工程等。河道整治與堤岸工程在控制水流流動(dòng)、泥沙輸移和調(diào)整河床沖淤的同時(shí)，也會(huì)對(duì)水系連通性產(chǎn)生影響，特別是河岸堤防建設(shè)和蜿蜒性河道裁彎取直。

為了河道防洪、控制穩(wěn)定河勢(shì)的需要，許多河道修建了大量堤防工程，使得河道由寬淺變?yōu)檎睿é茰p小），河槽輸水輸沙能力增大，河勢(shì)穩(wěn)定性加強(qiáng)，相應(yīng)的縱向連通性增強(qiáng)，但是河道堤岸工程也阻礙和限制了河槽主流和河漫灘之間的水流、泥沙和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)充分交換，削弱了河道與洪泛灘地之間水生植物、養(yǎng)分、物種等的繁殖和傳播［40］，河槽與灘地、堤外區(qū)域間的橫向連通性減弱。

裁彎取直是蜿蜒性河段常見的河道整治措施，裁彎取直后，水流流程縮短，河道阻力減小，河道輸水輸沙能力增加，河道沖刷，降低行洪水位，改善了河道縱向連通性，但可能會(huì)改變干支流（河湖）的側(cè)向連通關(guān)系。例如：1966年以來下荊江經(jīng)歷了三次裁彎取直，荊江三口分流比和分沙比從裁彎前的29.67%和36.25%分別將至裁彎后的18.12%和21.09%（表3），同時(shí)裁彎后進(jìn)入洞庭湖的水量和沙量減少，減輕了洞庭湖的淤積，湖區(qū)淤積量從裁彎前的約1.7億t/a減至裁彎后1981—1988年的1.1億t/a。顯然，下荊江裁彎對(duì)長(zhǎng)江與洞庭湖的江湖關(guān)系產(chǎn)生了重要影響。

表3 荊江河段裁彎前后三口分流分沙變化

4.3 水庫(kù)樞紐建設(shè) 在水（能）資源的開發(fā)過程中，在河流上共修建水庫(kù)9.8萬余座。水庫(kù)樞紐修建后，阻斷了河流邊界的連續(xù)性，改變了下游河道的水流過程，攔截了水流中的懸浮物（泥沙、水生物等），使得河道縱向連通性發(fā)生很大的變化。

阻斷了河流邊界的連續(xù)性。沖積河流一般是一條由水沙運(yùn)動(dòng)形成的連續(xù)通道，而水壩修建使得河道高程及河道寬度都發(fā)生了變化，特別是河床高程突變，水庫(kù)運(yùn)行多年后，庫(kù)區(qū)泥沙淤積，使得河床由天然的連續(xù)狀態(tài)變成為凸起的階梯狀，縱向河床邊界連通受到破壞，使得河道縱剖面流暢指標(biāo)大幅度減小。

改變了河道的水流過程。為了實(shí)現(xiàn)水庫(kù)防洪、發(fā)電、灌溉等目標(biāo)，修建大壩阻斷了水流的連續(xù)性，抬高了庫(kù)區(qū)水位，增加了庫(kù)區(qū)水面寬度和水深，提高了庫(kù)區(qū)調(diào)蓄水能力，通過降落和抬高庫(kù)區(qū)水位，調(diào)控水庫(kù)泄流流量，特別是洪水期的削峰和枯水期的加大泄流，使得流量變率減小，改變了來水過程的時(shí)空分布和自然流動(dòng)規(guī)律，形成了一種人為的水流過程，使得下游河道洪水漫灘機(jī)會(huì)減少，河槽與灘地間的水流、泥沙、生物的交換與連通均受到限制。此外，水庫(kù)限制最小下泄流量，使下游河道能夠更好地滿足最小生態(tài)流量的需求，在一定程度上又增加了河道的連通性。

攔截泥沙，阻斷生物連通性。水庫(kù)修建運(yùn)用后，抬高了庫(kù)區(qū)水位，降低了庫(kù)區(qū)水流的流速，大量泥沙淤積在庫(kù)區(qū)，形成新的庫(kù)區(qū)河床；庫(kù)區(qū)泥沙淤積使得進(jìn)入下游的泥沙量大幅度減少，下游河道發(fā)生沖刷，崩岸不斷發(fā)生，河道過水?dāng)嗝婧瓦^水能力增加，下游河段連通性增加。但是，水庫(kù)大壩修建不僅阻斷了水庫(kù)上下游邊界和水流泥沙的連續(xù)性，而且也阻斷了水庫(kù)上下游水生物的自由運(yùn)動(dòng)與遷移［41］，生物連通性遭到破壞。據(jù)水庫(kù)研究成果表明［42］，三峽水庫(kù)蓄水運(yùn)行攔截了其來沙總量的88%，僅有12%的泥沙進(jìn)入長(zhǎng)江中下游，造成2003—2015年長(zhǎng)江中游河道年均沖刷量為1.22億m3。同樣，黃河小浪底水庫(kù)2000年底蓄水運(yùn)用以來（圖4（a）），花園口站的輸沙量急劇減小，2016年輸沙量?jī)H有0.06億t，下游河道大幅度沖刷，河槽平灘流量大幅度恢復(fù)。

4.4 引水分流 為了實(shí)現(xiàn)河道供水和灌溉等功能，在河道兩岸修建了許多引水工程，圖4（b）為黃河下游近幾十年以來引水引沙量的變化過程［42-43］，其中1970—2017年（1962—1965年停灌）河道年均引水量和引沙量分別為85.5×108m3和0.116×108t，引水引沙量占花園口水文站年徑流量和輸沙量的比例分別為29.6%和31.1%。河道大量引水對(duì)兩岸工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)揮重要的作用，增加水系側(cè)向連通性的服務(wù)功能，但工程建設(shè)破壞了河道邊界的連續(xù)性，同時(shí)引水分流對(duì)下游河道徑流量、輸沙量、沖淤量等產(chǎn)生影響，進(jìn)而改變了下游河道的縱向連通性，在河道分流機(jī)理中進(jìn)行了分析。

圖4 黃河下游河道來水來沙量和引水引沙量的變化過程

5 結(jié)論

（1）結(jié)合水系連通的內(nèi)涵與連通參數(shù)，通過推導(dǎo)分（匯）流河道在輸沙平衡以后的邊界條件（河寬、水深、過水面積、比降）與來水來沙因子（流量、含沙量）的水力幾何關(guān)系，為建立水系基本連通指標(biāo)與來水來沙（含分（匯）流）因子之間的響應(yīng)關(guān)系提供了理論基礎(chǔ)，也是分析河道縱向連通性和側(cè)向連通性機(jī)理的關(guān)鍵。

（2）河道縱向連通性取決于河道來水來沙條件與河道邊界形態(tài)，通過來水來沙變化改變和塑造河道邊界尺度及河道形態(tài)來實(shí)現(xiàn)的；側(cè)向連通性取決于分（匯）流比例及其與分（匯）流區(qū)的水流流態(tài)和沖淤形態(tài)之間的響應(yīng)關(guān)系，對(duì)下游河道縱向連通性也具有一定的影響；橫向連通性是通過洪水上漲漫灘和降落歸槽過程中的水沙和水生植物的交換與傳播，來完成河道灘槽的塑造和水生植物的生長(zhǎng)繁殖和遷移傳播。

（3）結(jié)合水系連通機(jī)理和實(shí)際工程建設(shè)，分析了流域降水變化、河道整治與堤岸工程、水庫(kù)樞紐建設(shè)和引水分流工程等因素對(duì)河道連通性的影響機(jī)理。指出流域降水是通過改變河道來水來沙條件實(shí)現(xiàn)對(duì)河道連通性的影響，河道整治與堤岸工程是通過改善河道邊界形態(tài)來影響河道的側(cè)橫向連通性，水庫(kù)樞紐建設(shè)則是通過阻隔河道邊界、水流、泥沙、水生物等來削弱河道的縱向連通性，引水分流是通過河岸工程建設(shè)直接改變水系的側(cè)向連通性。