1 黄河河道形态、几何学样式
1.1 黄河河道近直角或钝角状拐弯
黄河在漫长的演化进程中,受复杂地质构造带间的相互作用,形成了复杂的河段样式,大大小小的河道拐弯不计其数。现以起点与终点之间的河段总体近直线型、长度>250 km 为标准,根据黄河干流上的八大拐点,将黄河分为九大河段(见图1)。各拐点上、下游近直线河段的夹角总体呈近直角或钝角状(见表1)。
图1 黄河流域断裂构造与河道分布
表1 黄河九大河段相关参数统计
1.2 黄河河道的3 种延伸类型
黄河河道的延伸总体呈几何学样式,而非随意弯曲而曲流,显著有别于构造稳定区在缺少线性构造影响尤其是没有断裂构造影响与改造时表现出的曲流形态。
图2 黄河河道延伸样式及河段编号
表2 黄河不同延伸类型河段相关参数及所处构造带特征
1.4 黄河流域控河构造动力学机制
黄河发源于松潘-甘孜构造带,并经过东昆仑、秦岭-大别、苦海-赛什塘、祁连、阿拉善、贺兰山、阴山、吕梁、中条山、泰安-济南、安阳-秦皇岛等巨型构造带。这些构造带历经多阶段、多期次和复杂的构造演化,对黄河河道形成了重要的控制作用。
图3 黄河流域第四纪以来构造应力场
青藏高原NE 向推挤、推覆隆升过程中,阿拉善和鄂尔多斯两地块正向联合阻挡,形成了NWW 向复合与叠加造山带,地貌上表现为隆起与凹陷相间,河流主流向总体与主构造带展布方向平行。受到华南地块、秦岭构造带、鄂尔多斯地块联合构成的斜向(NNE 向)基底阻挡后,产生了NE 向张性走滑断裂,导致河流短折线NE 向拐弯,这些共同作用形成了反Z 形河道形态。
青藏高原的持续挤入作用,分离、调整了贺兰山地块与鄂尔多斯地块,形成了近S-N 向构造带和银川凹陷带。这些构造带与鄂尔多斯地块间的碰撞等作用加速了鄂尔多斯地块整体的抬升与逆时针旋转,并加速了地块与周缘构造带间断裂活动。更新世以来太平洋板块对华北板块的斜向挤入,促进了鄂尔多斯地块与东邻构造带的碰撞、挤压、旋扭等构造作用,加速了地块的抬升,复合吕梁山西缘等近S-N 向大断裂的新活动,新生了次级断裂、小断层、裂缝带、密集节理带等,综合约束形成了“几”字形河道形态(见图3)。
华北平原NNW-SSE 向的主应力场是青藏高原NE 向挤压的远程效应[14] ,各构造带邻近平原一侧均表现为向盆内陡倾的正断层。四大构造带围限而成的华北平原,平面上呈不规则六边形,两个长边分别平行于太行山构造带和泰安-济南构造带,控制约束了黄河第八大拐点以下的河道,形成宽V 形河道形态。
1.5 黄河河道的主控因素分析
巨型构造带主控全流域几何学组合样式。
大型构造带主控全流域河道的长线型延伸。
中小型构造带-断裂带主控河道的短折线拐弯和锯齿状摆动。
2 黄河3 个组合样式河段的衍生地质问题与开发治理建议
2.1 反Z 形河段的水资源开发
该区域地形地貌复杂,地质条件多变,新构造活跃,可能会诱发一系列地质灾害问题。水库蓄水一方面改变了高山峡谷段地下水位和地表水系的分布,导致地下水位上升、地表水系变化,另一方面加剧了库岸边坡岩土体的水岩相互作用,从而可能诱发山体崩塌滑坡等地质灾害。同时,水电站和水库的建设对河道进行了人工改造,破坏了原有的区域构造应力场、河道形态和生态环境,加剧了河流侵蚀和河岸崩塌等地质灾害的发生。此外,水库蓄水增加了库区范围地壳荷载,改变了周围岩土体的应力状态,加之反Z 形河段新构造运动强烈,极易诱发地震灾害。
2.2 “几”字形河段的水土流失治理
黄河“几”字形河段因其密集的节理组加剧了岩石的碎裂化,各构造带的相互作用抬升河岸地貌,加速了河谷下切,并且在干旱、强风等多因素作用下加速了风化、剥蚀与搬运作用,形成了水土流失的重灾区,其中黄土高原地区的水土流失面积占整个黄河流域的89. 2%,凸显了水土保持工作的重要性。
2.3 宽V 形河段的河道改道与治理
在黄河宽V 形河段,受流域内气候、地形地貌、区域性断裂带等多种因素的影响,历史上黄河多次改道也衍生出了一系列地质灾害问题,主要包括:1)地面沉降与地裂缝。黄河改道后,原有的河道被废弃,地下水位下降,导致地面沉降及地裂缝出现。2)滑坡和泥石流。黄河改道过程中,河岸两侧的山体受到冲刷和侵蚀,容易形成滑坡和泥石流。3)河道淤积。黄河改道后,新的河道往往比原河道更加平缓,水流速度减缓,导致泥沙大量沉积。4)洪水灾害。黄河改道后,新的河道可能没有足够的防洪能力,加之流域内的降雨分布不均,容易形成洪水灾害。
3 结论
黄河河道总体呈现长线型延伸、短折线拐弯、锯齿状摆动3 种延伸样式,河道的形态、产出位置等受河岸地质构造带的控制。
区域大地构造演化、断裂构造作用等内动力地质作用是黄河河道形成与演化的主控因素,青藏高原、鄂尔多斯地块周缘和华北平原,是区域大地构造演化所形成的3 个独特构造-地貌单元,流域构造分别造就了反Z 形、“几”字形和宽V 形3 种几何学形态迥异的河道组合样式。
3种组合样式河段在其形成与演化中,衍生出各自特有的地质、工程、开发与保护等方面的问题,应进一步开展相关研究,为今后黄河流域开发、保护和高质量发展等研究提供科学支撑。
