全球主要沙漠的形成无不与江河湖海相关^［1］，作为干旱区常见的地貌现象和重要的地表过程，风水交互作用（aeolian-fluvial interaction）或风水复合侵蚀（complex erosion by wind and water）共同塑造了干旱区独特的水-沙关系和沙漠与河流镶嵌分布的基本格局^［2］。在干旱区，一方面，河流通过提供物源和场所来控制沙丘分布的格局^［3-5］，可以看作是沙漠形成演化的动脉和骨架^［6］；另一方面，沙漠分布与风沙活动又影响河道发育和泥沙输移，沙丘前移可能阻塞河道，造成河流改道和水系变迁。再者，沙漠作为“蓄水池”通过调节河流的径流和泥沙，也可能成为干旱区河流的重要水源^［7］，塑造了干旱区河流独特的水文和地貌特征^［8］。

无定河流域处于干旱区向湿润区转变的气候过渡带，是黄河中游典型的风水复合侵蚀区^［3］，更是黄河中游多沙粗沙区的代表性支流^［9］。因此，无定河流域是黄土高原水土保持工程实施的重点区域。有学者提出淤地坝建设、小流域综合治理、退耕还林（草）工程等一系列的水土流失治理措施^［10］。这确实减少了流域的侵蚀产沙量，但同时也在一定程度上使得河流年径流量有所下降^［11］。这可能是因为过度植树造林、发展灌溉农业，引起地下水的大量锐减，造成河湖系统与沙地之间的水量平衡被打破^［12］。基于此，本文利用1990—2020年Landsat系列遥感影像数据，分析了无定河上游河段河道与河岸沙丘的地貌格局及动态变化，揭示风沙与流水交互作用下河道和沙丘地貌格局演化规律，为风水复合侵蚀区的生态环境保护和防沙治沙提供科学依据。

无定河是黄河中游的一级支流，发源于陕西省榆林市白于山北麓，由西北向东南注入黄河（图1A），干流全长491 km，流域面积30 621 km²。气候属温带大陆性季风气候，流域多年平均气温约为8.9 ℃，降水量平均为369.9 mm，年内季节分配不均，集中在7—9月，且由东南向西北逐渐减少^［13］。河流主要以雨水补给，夏季多暴雨，以致河道流量和深浅不定，因此得名无定河。流域受冬季风的影响，冬春平均风速较大，且大风日数多，风向以NW为主，其次为WNW，合成输沙方向与其一致（图2）。无定河流域地貌类型以上游榆林市-鱼河镇-雷龙湾镇-芦河为一条风沙-黄土分界线^［3］，西侧大部分地区被沙丘覆盖，地表物质组成以风沙为主，地形较为平坦。西侧降水少，蒸发旺盛，以风蚀为主，不利于河流的形成，河流稀少、短小，主要支流有北岸的纳林河、海流兔河、榆溪河。东侧为黄土丘陵沟壑区，受夏季风影响，降水相对较多，河网发育，支流众多，有芦河、大理河、淮宁河等^［9］。

无定河上游榆林市横山区雷龙湾镇至波罗镇河段，处于沙漠向黄土丘陵的过渡区。无定河主河道的西北岸以流动沙丘、固定半固定沙丘为主，南岸靠近主河道区有部分覆沙区，再向东南为黄土丘陵区。河道大致东西走向，与主风向西北风之间夹角偏小，风沙受河道阻挡主要堆积在迎风岸。据此，选择风沙与流水交替作用较典型的河段，如图1B所示，河段a区（无定河支流海流兔河）、b区（海流兔河与芦河间的干河道）分别代表了迎风岸流动沙丘逼近河道和顺直微弯河道穿越流沙区，典型河段c区（无定河支流芦河）则代表了河道穿越黄土丘陵区。

遥感影像数据来自地理空间数据云（http：//www.gscloud.cn/）。无定河流域1990—2020年4期遥感影像数据来源于Landsat4-5 TM和Landsat 8 OLI_TIRS卫星，分辨率均为30 m，均采用7月的遥感影像（表1）。

基于ENVI平台进行遥感影像解译。沙丘一般在遥感影像上表现为浅色调，背风坡会形成阴影区。其次根据地表形态特征和植被覆盖情况可以区分出流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘。流动沙丘一般在遥感影像上为浅色调，风脊线尖锐、清晰，平面形状比较规则，一般呈波浪状；固定半固定沙丘则生长有植物，色调较暗，封顶浑圆，平面形态比较紊乱。以2000年研究区Landsat TM遥感影像为例，利用4、3、2波段的标准假彩色合成进行解译。如图1B所示，流动沙丘为亮白色，灰白色是半固定沙丘，深灰色是固定沙丘，树枝状的褐色为丘陵沟壑区，绿色植被显示红色，深蓝色是河道水体，人为景观呈浅蓝色。在此基础上结合Google Earth的实时影像、地物波谱特征以及野外考察定点照片（图3）等对影像进行目视解译。地貌解译类型包括河道、流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘、绿色植被区、黄土丘陵区和人为景观7种景观类型，在固定1∶4 000的比例尺下进行解译，利用ENVI、ArcMap统计主要景观类型要素的面积、河道长度等信息。根据统计的参数，进行景观空间动态变化的定量分析。

风水交互作用在地貌格局上最显著地表现在沙漠河流廊道^{［2，4，7］}，河流流经沙丘丘间地，沙丘断续镶嵌河流两岸。无定河支流海流兔河与芦河间河段，处于沙漠向黄土丘陵的狭窄过渡区^［3］。地表物质组成由风沙向黄土转变，中间是一个狭窄的薄沙覆盖的过渡带，过渡带的东侧和南侧边界为河道，因此，河道是这个突变发生的关键。

从图4可以看出，在1990年，片状流动沙丘分布于河流西岸，但2000年之后片状流动沙丘面积减少，尤其在2020年流动沙丘分布很少，呈斑块状零星分布。紧邻流动沙丘分布的半固定沙丘面积在1990—2020年也呈现减少趋势，但固定沙丘面积增加。从河道面积变化来看，在1990—2020年，该流域内河道面积趋于减小，表明河流水量也明显减少，尤其2010年以后芦河水量明显下降。

从景观转移变化来看，1990—2020年流域景观类型主要呈现为流动沙丘向半固定沙丘转化，半固定沙丘向固定沙丘转化，流动沙丘由1990年69.89 km²减少到2020年的12.71 km²，绿色植被在1990—2020年从25.36 km²增加到55.78 km²，且由原来的主要分布在河道两岸，逐渐扩大到流域边界附近。流域中沙丘面积的变化以主河道两侧的变化较大，支流稍弱，流域边界最小（表2~4）。

从不同景观类型的面积变化来看，流动沙丘、半固定沙丘面积变小了，固定沙丘、绿色植被和人为景观面积则增加。这表明无定河流域沙漠化程度得到有效的治理，但人工种植植被、灌溉农田等使得用水量剧增，河流水量锐减（图5）。

选择典型河段a区（无定河支流海流兔河）、b区（海流兔河与芦河间的干河道）、c区（无定河支流芦河），分析不同河流流向与风向交角，以及不同下伏地貌的河道与河岸沙丘地貌格局动态变化规律。

主导风向与河道夹角不同，引起风水交互作用的方式和强度也不同，进而河岸沙丘地貌形态的形成与发育也不相同。当风向与河道垂直或近乎垂直时，风沙会在风力作用下向河道移动，形成的风沙流和流水将对河流底部掏蚀，对河岸侧蚀，导致两岸坡度较陡的沙丘发生坍塌，滑入河道，沙丘形态发生变化，其中更多的是随着雨季或者汛期中河岸侵蚀的发展而塌入河道，成为流水搬运的产物。当风向与河道平行或交角很小时，河道的“狭管效应”使河道上空风力加速，局部气流上升，导致流沙向两岸进一步蔓延，加剧沙物质向四周的扩散^［15］，在沿岸形成盾形或雏形新月形沙丘^［16］。

从河流与河岸沙丘分布格局来看，典型河段a区代表了迎风岸沙丘逼近河道，河道的流向与风向大体垂直，在河流迎风岸分布着大片流动沙丘，河流背风岸则以固定半固定沙丘为主，少量流动沙丘呈现斑块状镶嵌分布。从河道两侧各类沙丘的面积变化来看（图6），河段a区以流动沙丘面积最大，其次为固定半固定沙丘，另外还有少量绿色植被区。在1990—2000年与2010—2020年，河道的弯曲系数均减小（表5），可能与支流海流兔河河道水量的增加有关。在1990—2020年，流动沙丘的面积一直递减，而固定沙丘呈增加趋势，半固定沙丘面积总体比较稳定。

典型河段b区位于干流，代表了顺直微弯型河道穿越流沙区。河道的流向与风向夹角很小，几乎平行，流动沙丘主要分布于河道的北岸，南岸为固定半固定沙丘，远离河道为黄土丘陵分布区。从河道两侧沙丘的面积变化来看，在1990—2020年，流动沙丘面积呈递减趋势，河流水量锐减，河流弯曲系数变化较小（表5），由1.06减小到1.05（图7）。

总之，在1990—2020年，b区（干河道）的沙丘固化作用程度较强，但河道水量明显减少。一方面，两岸沙丘固化多为利用地表水源（河流）或地下水进行人工植树造林，因而导致河流水量锐减。尤其是2010年后建成王圪堵水库^［17］，水库上游，即芦河汇入无定河河口以上河段，水库建设改变了河道径流和输沙的时空分布。同时水库截断下游河段水流，也引起河道水量减少。河流水量减少，可能会引起两岸原有固定沙丘的活化。另一方面，在1990—2010年，流动沙丘基本分布在河道的北岸，南岸多为固定半固定沙丘和植被的分布，形成两岸截然不同的地貌景观，这与主河道的常流水在一定程度上阻断了沙丘向下风向的移动，使大部分沙丘移动到河流的北岸而停止有关。由于河道流向与主风向西北风之间夹角很小，几乎呈平行状态，以致风沙跨越河道时搬运的距离更长，跨越河道难度加大，大部分被挡在了河道北岸。但在枯水季节，河流水量减少，河谷局地气流会加剧沙粒的蔓延，跨越干河道；相对于b区，a区支流水量较小，且河道为南北走向，与西北风近乎垂直，加上河道较窄，风沙较容易跨越河道向东岸前进蔓延。从遥感影像上也可以明显看出，a区风沙跨越河道向河流东岸前进受到的阻碍较小。

毛乌素沙地的风沙以就地起沙为主，在主导风向西北风作用下，风沙向东南方向延伸，由于运移距离有限，加之受地表条件差异的影响，形成了较为稳定的风沙地貌格局^［18-19］。但在小范围的局地尺度上，河流下伏地貌也会影响风水交互作用的程度与方式，引起风力、水力侵蚀对流域产沙贡献率存在时空上的差异。如在无定河上游河段风水侵蚀交错带，风沙区的风蚀产沙贡献率大于黄土丘陵区^［20］。典型河段a区代表了河道穿越风沙区，典型河段c区代表了河道穿越黄土丘陵区，从河道两侧沙丘的面积变化来看（图6、8），c区流动沙丘远远小于a区，以黄土丘陵为主，流动沙丘发育较少，地表主要为薄层沙粒分布。因而a区受风沙和流水的复合侵蚀影响，c区以流水侵蚀为主，前者风沙入河的量远远大于后者。

由于人为活动的强度加大， a区和c区的河流水量均减少，尤以c区人为景观面积增加更为明显（图6、8），引起c区河流水量和河流弯曲系数相对a区来说变化比较剧烈。在2000—2020年，干河道水量减少，导致下游支流河道水量减少，河流弯曲系数变大，由2000年的1.18变为2020年的1.35（表5）。

风水交互作用作为干旱区常见的地貌现象和地表过程，其形成的复合地貌区别于单一风力或水力形成的地貌，探究风力与水力的交互作用有助于对干旱区多营力地貌过程的理解。干旱区沙漠与河流过渡地带的风水交互作用较为典型，表现为在时间上相互交替，在空间上交错分布^［20］。因此，河岸沙丘地貌形态的演变过程也是对风水交互作用过程和动力环境变化的地貌反映。河岸沙丘形成发育一般与河谷走向、区域风况以及沙源等因素密切相关^［21］，且规模和类型因地而异^［22］。本文通过分析无定河流域上游河段河岸沙丘地貌格局及其变化，以及选取3条典型河段，探讨河道与河岸沙丘地貌格局变化及其动力机制问题。

从无定河两岸沙丘分布格局来看，无定河上游河道的北岸以流动、半流动沙丘为主，河道南岸靠近河道区域有部分覆沙区，再向河道的东南方向为沙黄土和黄土为主的丘陵区。河道两侧的景观差异明显，河道成为流动沙丘的天然屏障^［23］。在1990—2020年，流动沙丘面积显著减少，固定半固定沙丘面积和人工用地面积增加，尤其在2010年后，景观类型更替变化最为明显。这可能与毛乌素沙地进行了近50 a的生态修复，建立了大量的人工防护林和农田生态系统，还有工业园大量进入毛乌素沙地^［24］有关。河道水域面积变化表现为大量减少，表明水量锐减，这与气候、地形、植被等自然因素有着一定的关系，从1990—2020年的气温和降水来看，气温和降水总体均呈现增加趋势（图9）。因而，大规模的植被恢复^［25］、农田的规模扩大^［26］是引起该地区地表和地下水资源短缺的重要原因。

沙区关键生态过程有两个：一个是风沙过程，另一个是生态水文过程^［27］。这两个关键过程与山、水、林、田、湖、草、沙各要素的关系，决定着植被过程、土壤过程、沙尘过程等重要自然过程。从景观和区域尺度上看，流动沙丘也具有明显的两面性，一方面造成风沙灾害，另一方面能蓄调水分，涵养水源^［7，28］，尤其在枯水季节沙丘和河流之间的“互补”关系，能保持流域水量平衡和两岸沙丘稳定性。但人为活动如过度利用地表水和地下水会破坏河流系统和河岸沙丘系统之间的动态水源补给平衡，可能会引起河岸沙化程度加大以及河流水文状况的恶化。

对于典型河段来说，风向与河道夹角影响河岸沙丘发育。从河道与不同风向交角来看，当河流流向与风向垂直时，河道形态及两岸流动面积变化明显。如支流河段a区1990—2010年期间受人类活动影响较小，河流水量较大，沙丘主要分布在河道两岸，迎风岸西岸相对成片分布，可能与河流阻挡部分粗颗粒沙尘越过河流有关。在2010—2020年，两岸沙丘的面积变化较为显著，流动沙丘面积锐减，水域面积变小，虽然植被在一定程度上固定了流沙，减少流沙蔓延，但河流水量的锐减，地下水减少，河流水量平衡被打破，可能会引起河流附近二次沙漠化发生。对于主河道b区而言，区域风向与河道几乎呈平行方向，1990—2010年，河道与两岸沙丘的地貌格局较为稳定，流动沙丘变化较小，沙丘面积基本没有变化，河道比较稳定，弯曲系数变化较小。2010年后，河道两岸流动沙丘固化比较明显，河道变窄，这是降水、植被覆盖度和农业灌溉等因素综合影响的结果，但人类活动是其变化的主要驱动因素^［29］。如修建水库蓄水，河流水量被拦截，水库的下游河段来水量减小，甚至河道变干，引起一系列的生态环境问题。

同样，主风向与河道的夹角也影响河流的弯曲系数大小变化。b段河道的弯曲系数变化幅度最小，a、c段变化较剧烈。由于河流流向和主风向呈垂直状态时，风水交互作用的强度增加，风季河岸沙丘会在风力作用下，侵入流水地貌系统，并不断向河道移动，在水中形成沙坝，阻断河道或使河流绕过沙坝而改道，使得河道的弯曲系数增大。反之，洪水季节，流水会冲开河道，携带泥沙会在另一地点堆积，河道弯曲系数降低。流水和风沙的这种季节性交替作用，在长时间尺度上河道和河岸沙丘地貌格局处于动态平衡^［30］。但随着人类活动对河流和河岸沙丘地貌过程的干预日益增加，如河道取水、地下水的开采、沙丘治理等，会改变流水和风沙交互作用的方式和强度。

1990—2020年，无定河上游的植被覆盖得到较好恢复，河道两侧流动沙丘逐渐固化，主要方向是流动沙丘向半固定沙丘转化，半固定沙丘向固定沙丘转化；水域面积减小，水量减少，河道弯曲系数不稳定。河道的存在影响了沙丘分布的连续性，使其破碎化，也阻挡了沙丘的移动，但有部分细颗粒沙能越过河流在对岸形成薄沙覆盖，尤其冬春季节的风季。河流一定程度上成为防沙的一道天然屏障。典型河段河道与河岸沙丘的地貌格局呈现出以河道为中心呈带状分布，随着远离河道，依次分布着流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘；风向和河流流向的夹角通过影响风水交互作用的方式和强度，进而影响河岸沙丘的形成与分布。洪水季节，河流水补给河道两岸沙丘，枯水季节时，两岸沙丘蓄积的地下水补给河流，河流水量保持动态稳定。河岸沙丘地貌系统和河流水文系统通过水源互补关系而保持动态平衡。但人类活动过度的干预影响，短时间取得一定成效，但在长时间尺度会打破风沙与流水交互作用的动态平衡，可能会引起沙漠化程度加大以及河流水文状况的恶化。