Page 87 - 2025年第56卷第8期

表 1 研究数据资料基本情况
数据类型 年限 用途
沙市与监利日均流量、悬移质输沙率 1992—2020 年 建立上、下荆江 Q-Q 关系
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沙市、新厂、监利以及城陵矶日均水位 1992—2020 年 计算沿程不同流量级下水面线
沙市-城陵矶区间固定断面地形 2002、2017 年 确定沿程河道几何形态
沙市与监利历年悬移质泥沙级配 1992—2017 年 分析沿程悬沙组成变化
沙市与监利历年床沙级配 2002—2017 年 分析沿程河床组成变化
沙市与监利月均悬移质泥沙级配 2010—2017 年 计算悬浮指标

3 研究思路与方法

3.1 总体研究思路 根据以往研究 ［9，19-20］ ，大型冲积河流的 Q 与 Q 之间往往并不呈单一幂函数关系，
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而是会在平滩流量附近出现转折，该特点与复式断面内的水沙输移特点有关（图 2）。一是随着流量增
大和水流漫滩，过水断面发生横向扩展，由于主槽与滩地流速差异引起动量交换，进而导致漫滩前后
水动力条件突变。二是滩、槽区域水动力条件差异导致不同部位泥沙输移状态不同。主槽区水动力
强，泥沙以推移、悬移等各种状态运动，但其中只有较少比例作为床沙质参与河槽塑造，大量细颗粒
以冲泻质状态输移而不参与床面交换。对于主槽两侧的滩地，主槽区水流上层的冲泻质泥沙可通过横
向输移而进入该区域，由于滩地水动力较弱，细颗粒泥沙运动状态将从“冲泻质”向“床沙质”转
变，从而参与滩面的塑造。以上特点已被国内外众多大型河流滩槽部位水动力、含沙量、床沙级配等
方面观测资料所证实 ［21-23］ 。因此，从泥沙输移物理图景来看，漫滩前后水动力条件和泥沙输移状态突
变是导致 Q-Q 关系在大流量级时出现转折的两个主要原因。
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注：A、B 分别为漫滩后的过水面积与河宽；A 、B 分别为满槽时的断面过水面积与河宽。
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图 2 河道复式断面形态概化示意

研究河段的主槽两侧或内部发育有大片河漫滩或江心洲滩，是典型的复式断面河道。基于复式断
面水沙输移特点，本文按照以下思路开展分析工作：（1）分别统计建库前后 Q-Q 关系，检验平滩前后
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是否存在差异；（2）计算平滩前后河道几何形态，并估算滩、槽不同部位水动力条件；（3）确定三峡建
库前后滩、槽不同部位泥沙输移状态。
3.2 流量−输沙率关系统计分析 受水沙输移过程的滞后性、季节性等因素影响，日均 Q-Q 的散点分
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布会表现出一定随机性。为从多年平均意义上反映水沙搭配关系，本文采用划分流量级的方式统计平
均 Q-Q 关系。借鉴以往研究经验 ［15，24］ ，考虑到大小流量区间的样本不均匀性，最终选取了 30 组对数
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等间隔区间进行流量级划分。在此基础上，采用常见的幂型函数 Q =kQ 对输沙率曲线进行拟合。如果
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Q-Q 关系与幂函数发生偏离，将采用以下办法识别明显偏离幂律的拐点位置：（1）将 Q-Q 数据散点绘
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制在双对数坐标系下，初步目测判断输沙率曲线发生转折的位置，进而将 Q-Q 数据点分为两组，将
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数据组较多部分称为主体部分；（2）分别针对两组数据进行幂函数拟合，得到拟合决定系数（R 值）；
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（3）在转折点附近逐步筛选尝试，使得对应于主体部分的 R 值最大，从而实现输沙率曲线拐点位置的
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