河流沉积物是河床底质在一定水动力条件下长期作用而形成的，通过研究沉积物粒度特征可以识别不同的沉积环境类型，进而间接掌握气候变化和人类活动对流域环境变化的影响[1-3]. 研究表明，沉积物的粒度特征空间分布规律受泥沙供给、物源特征、水动力条件、介质运移机制等诸多因素影响，同时这些因素又受人类活动的干扰[4-6]. 流域水库大坝的修建，尤其是梯级水库联合运用阻断了天然河流水沙迁移变化，进而会改变河流沉积物的组成及分布[7]；水库长期蓄水会减少对下游区域水沙输入，造成河床侵蚀，导致河流沉积物粒度粗化[8]. 此外，河流沉积物是水体化学物质如营养盐和污染物的重要载体，泥沙粒度的改变将使化学物质迁移行为发生变化[9-10]. 因此，开展河流沉积物粒度特征空间分布规律和河流水沙变迁关系研究，对流域生态修复和水库合理调度具有重要意义.

黑河流域作为我国第二大内陆河流域，是河西走廊绿洲赖以生存和经济社会持续发展的重要水资源基地[11]. 近年来，上游干流的水电梯级开发极大地改变了河流的水沙变化[12]，这会对中下游河道演变、河流生态系统变化乃至河西走廊农业发展带来一系列影响[13-16]. 本文以黑河干流为研究区域，研究干流河道中泥沙粒度参数的空间分布规律，分析水电梯级建设对泥沙粒度的影响，为黑河流域生态修复方案制定和科学合理利用水资源提供科学依据和技术支持.

1 黑河流域水文泥沙及水电开发概况

黑河发源于祁连山北麓，流域范围介于37°45′～42°40′N，96°42′～102°04′E之间，流经青海、甘肃、内蒙古三省区，干流全长821 km，流域总面积14.3×104km2. 黑河以莺落峡、正义峡为界划分上中下游，其中上游分为东、西两岔. 东岔为八宝河，长约75 km，祁连站是其控制性水文站;西岔又名野牛沟河，长约175 km，札马什克站是其控制性水文站. 这两股干流在青海省祁连县黄藏寺汇合后形成黑河干流流入甘肃境内，干流向北穿行于高山峡谷中，约95 km流程至莺落峡进入中游河西走廊，经张掖市甘州区、临泽县、高台县，从正义峡穿过北山，流出河西走廊进入下游额济纳，最终汇入东、西居延海.

黑河上游海拔为2600～4300 m，寒冷阴湿，多年平均气温-5～4℃，年降水量在200 mm以上，局部高山带年降水量可达600～700 mm，年均融水量约4.0×108m3. 中游平原区年降水量不足200 mm，下游平原区年降水量少于50 mm. 黑河干流的径流补给来源有大气降水、冰雪融水和地下水等，但大气降水是径流的主要补给来源，约占90%[17]. 黑河上游多年平均输沙量为1.88×106t，河床多为砾质和沙质河床，其泥沙主要来自出山口至上游地区，是由降水和降水形成的坡面径流冲刷流域内表层土壤形成，而中游河道泥沙大部分为上游挟带，另有部分是大洪水期间水流冲刷河床和河岸形成，还有少部分为中游灌溉水下渗后回归至河道的水量挟带所致，干流各测站的泥沙含量见表1，河道特征见表2.

表1 黑河干流主要水文泥沙特征*Tab.1 Characteristics of river hydrology and sediment along the mainstream of the Heihe River站名含沙量/(kg/m3)输沙率/(kg/s)年输沙量/(×104 t)侵蚀模数/(t/km2)札马什克站1.4937...41祁连站.51黄藏寺-莺落峡1.3064...81莺落峡-正义峡1.4442...00

表2 黑河河道特征Tab.2 Channel characteristics of the Heihe River河段河长/km河床高程/km落差/m河道比降/‰河谷宽/m河谷深/m野牛沟～.550～400-八宝河～.350～400-黄藏寺-莺落峡～.120～1004～30莺落峡-正义峡～.03400～8002～2.5

黑河水能丰富，上游干流水能资源蕴藏量为106.88×104kW，可开发量为52.8×104kW，年发电量为38.48×108kW·h. 上游干流共计规划了黄藏寺等8座梯级水电站，从上之下分别为黄藏寺、宝瓶河、三道湾、二龙山、大孤山、小孤山、龙首二级(西流水)和龙首一级，其中以大孤山和宝瓶河两大水电站为核心. 此外，在两条支流交汇处的上游支流野牛沟河末端建有地盘子电站. 截至所有样品采集完成时干支流已建成的水电站有8座(表3).

表3 黑河上游水电站开发情况Tab.3 Hydropower development on the mainstream of the upper Heihe River电站名称装机容量/(×104 kW)总库容/(×108 m3)年平均发电量/(×108 kW·h)全部机组投产时间地盘子电站年9月宝瓶河电站年7月三道湾电站年5月二龙山电站年9月大孤山电站年7月小孤山电站年7月龙首二级电站年8月龙首一级电站年4月

2 材料与方法

2.1 样品采集

水库蓄水运行后，库区受回水影响，水面比降和流速等水力因素减弱，水流挟沙能力降低，泥沙在库区发生淤积. 由于下游侵蚀基准面变化的不同，泥沙在水库淤积表现为库区淤积和变动回水区淤积，二者的冲淤特性有一定差异. 库区泥沙呈现出显著的累积性淤积特点，而变动回水区是指最高与最低库水位的两个回水末端范围内的库段，由于其蓄水期为库区河道而汛期为天然河道的双重特性，泥沙淤积具有河道和库区的双重性质[18]. 此外，库区淤积使下泄水流变清，引起下游河床冲刷变形，会导致河流沉积物粒度粗化. 为分析水电开发对黑河干流泥沙的冲淤特性，采样区域分别设为自然河段、水库回水区、大坝下游河段和库区4类区域.