河流輸沙量變化的主要驅(qū)動(dòng)因素

劉 成,何 耘,劉 桉

(1.國(guó)際泥沙研究培訓(xùn)中心,北京 100048; 2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院,北京 100038)

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河流輸沙量變化的主要驅(qū)動(dòng)因素

劉 成1, 2,何 耘2,劉 桉2

(1.國(guó)際泥沙研究培訓(xùn)中心,北京 100048; 2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院,北京 100038)

鑒于河流輸沙量的大小和變化對(duì)河流系統(tǒng)的功能發(fā)揮具有重要意義,且河流輸沙量的變化受多種因素驅(qū)動(dòng),在總結(jié)近些年我國(guó)河流輸沙量變化研究的基礎(chǔ)上,分析河流輸沙量變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。認(rèn)為我國(guó)主要河流除松花江多年水沙量無明顯趨勢(shì)性變化外,其他河流的年輸沙量均呈明顯下降趨勢(shì),主要河流總?cè)牒］斏沉繌?955—1968年的20.3億t/a降至1997—2010年的5.0億t/a。研究表明:大壩建設(shè)、水土保持措施、流域擾動(dòng)、河道采砂和氣候變化等是輸沙量變化的主要驅(qū)動(dòng)因素;長(zhǎng)江流域修建大量水庫是長(zhǎng)江入海沙量降低的主要驅(qū)動(dòng)因素;水土保持措施是黃河入海沙量大幅降低的主要驅(qū)動(dòng)因素之一;流域擾動(dòng)為瀾滄江清盛站輸沙量的降低幅度遠(yuǎn)低于嘎舊站的原因;農(nóng)業(yè)增產(chǎn)減沙可能是淮河入海沙量降低的主要驅(qū)動(dòng)因素;珠江輸沙量的降低受到河道采砂的影響;海河流域氣候變化是海河諸河輸沙量大幅降低的主要驅(qū)動(dòng)因素之一。

輸沙量;大壩建設(shè);水土保持;流域擾動(dòng);河道采砂;氣候變化

河流輸沙量的大小和變化對(duì)河流系統(tǒng)的功能發(fā)揮具有重要意義,河流輸沙量對(duì)物質(zhì)通量、地球化學(xué)循環(huán)、水質(zhì)、河型、河口三角洲的發(fā)展起到重要作用,影響著依賴于河流的水生生態(tài)系統(tǒng)和動(dòng)物棲息地,同時(shí)也會(huì)影響人類對(duì)河流的利用,尤其是河流輸沙量高會(huì)引起水庫、取水口和灌溉系統(tǒng)的淤積,增加河流引水的處理費(fèi)用,對(duì)水資源開發(fā)造成嚴(yán)重影響。大量泥沙輸入湖泊和近海,引發(fā)泥沙淤積問題,改變營(yíng)養(yǎng)物循環(huán)[1]。正因?yàn)檫@些原因,近些年河流輸沙量變化的研究吸引著全球科研工作者的關(guān)注,研究成果較多。

受人類活動(dòng)和全球氣候變化的影響,全球河流輸沙量變化明顯。據(jù)估計(jì),全球入海泥沙量約為190億t/a,在人類活動(dòng)和部分自然因素影響下,近些年全球入海泥沙量約減少30%,降至130億t/a[2]。河流輸沙量的變化受多種因素驅(qū)動(dòng),如森林砍伐及毀林造田、農(nóng)業(yè)擴(kuò)張、土地利用、采礦采砂、城市化和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、大壩和水庫建設(shè)、水土保持和泥沙控制措施等人類活動(dòng),全球氣候變化也是河流輸沙量變化的驅(qū)動(dòng)因素之一。本文基于我國(guó)近些年河流輸沙量變化的研究文獻(xiàn),分析河流輸沙量變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。

1 我國(guó)河流輸沙量變化趨勢(shì)

目前我國(guó)河流水沙量及其變化的研究成果較多[3-6]，總體上看,以入海(或出境)前最后一個(gè)水文站的數(shù)據(jù)作為評(píng)價(jià)依據(jù),除松花江的多年水沙量無明顯趨勢(shì)性變化外,其他主要河流的年輸沙量均呈明顯下降趨勢(shì),淮河及其以北河流的年徑流量下降趨勢(shì)明顯,淮河以南河流的年徑流量無趨勢(shì)性變化。

文獻(xiàn)[7]選擇我國(guó)10條河流(松花江、遼河、海河、黃河、淮河、長(zhǎng)江、錢塘江、閩江、珠江和瀾滄江)17個(gè)代表性站點(diǎn)數(shù)據(jù),分析1955—2010年的水沙量變化趨勢(shì)。分析認(rèn)為淮河及其以北的河流年徑流量變化趨勢(shì)呈略降或下降趨勢(shì),長(zhǎng)江及其以南河流的年徑流量基本無趨勢(shì)性變化;從年輸沙量變化看,除了松花江和瀾滄江年輸沙量變化呈略增加趨勢(shì)外,其他河流均呈明顯下降趨勢(shì)(表1)。將10條河流的水沙數(shù)據(jù)匯總,得出我國(guó)主要河流1955—2010年排入太平洋的總水沙量及其變化趨勢(shì),即多年平均年徑流總量為14 250億/a,無趨勢(shì)性變化;多年平均年輸沙量為12.9億t/a,呈明顯的4級(jí)梯級(jí)下降趨勢(shì),年輸沙量從1955—1968年的20.3億t/a逐步降至1969—1985年的14.9億t/a,1986—1996年的10.5億t/a,1997—2010年的5.0億t/a。

表1 中國(guó)主要河流入海水沙量及其變化趨勢(shì)

2 河流輸沙量變化的主要驅(qū)動(dòng)因素

2.1 大壩建設(shè)

大量文獻(xiàn)表明,全球許多河流輸沙量大幅降低是由于大壩攔沙所致。Walling[1]粗略估算全球水庫攔沙量約為600億t/a,因建壩而減少的全球河流入海沙量約為240億t/a。尼羅河在建壩前排入地中海的泥沙量約為1 000萬t/a,阿斯旺大壩建成后,入海沙量幾乎降低至零。我國(guó)長(zhǎng)江、黃河、珠江、海河等河流的輸沙量降低也與水庫建設(shè)有關(guān)。以長(zhǎng)江為例,分析表明大型電站水庫的修建是20世紀(jì)80年代以來烏江,20世紀(jì)90年代以來金沙江、嘉陵江輸沙量減少和20世紀(jì)70年代以來岷江輸沙量波動(dòng)的重要驅(qū)動(dòng)因素。宜昌站1992—2002年的輸沙量比1956—1992年減少28.2%,主要?dú)w因于嘉陵江來沙量減少和1998年以后金沙江來沙量減少;2003—2007年的輸沙量比1992—2002年期間減少82.2%,主要?dú)w因于三峽水庫的蓄水?dāng)r沙[8]。自1950年以來,長(zhǎng)江流域共修建水庫近5萬座,其中大型水庫(庫容大于1億m3)143座,總庫容約為2 000億m3。圖1為長(zhǎng)江流域大型水庫累積庫容變化與長(zhǎng)江大通站歷年輸沙量變化情況[9],從輸沙量變化與累積庫容變化的對(duì)比可見,以丹江口、葛洲壩和三峽水利樞紐的建成為主要轉(zhuǎn)折點(diǎn),大型水庫累計(jì)庫容呈梯級(jí)增長(zhǎng)趨勢(shì),而長(zhǎng)江入海沙量相應(yīng)地呈梯級(jí)下降趨勢(shì),從建壩前的約5億t/a降至2011—2014年的約1.5億t/a,表現(xiàn)出良好的負(fù)相關(guān)關(guān)系。因此,雖然長(zhǎng)江流域的水土保持和采砂等人類活動(dòng)也對(duì)長(zhǎng)江輸沙量的降低有一定的貢獻(xiàn),但流域修建大量水庫才是長(zhǎng)江入海沙量降低的主要驅(qū)動(dòng)因素。

圖1 長(zhǎng)江流域大型水庫累積庫容變化與 大通站歷年輸沙量變化

2.2 水土保持和退耕還林(草)

圖2 黃河利津站的歷年輸沙量變化

人類活動(dòng)中,土地利用通常導(dǎo)致河流輸沙量增加,然而,人類為控制水土流失、保護(hù)生態(tài)環(huán)境而實(shí)施的流域水土保持、退耕還林(草)等措施會(huì)使河流輸沙量降低。由于美國(guó)在20世紀(jì)實(shí)施水土保持措施,引入經(jīng)濟(jì)激勵(lì)手段,其耕地的侵蝕量從20世紀(jì)80年代初的34億t/a降至90年代末期的20億t/a[10]。我國(guó)江河流域水土保持工作大多從20世紀(jì)80年代起走向正軌,水土保持范圍迅速擴(kuò)大,效益逐步明顯。圖2為黃河利津站歷年輸沙量的變化情況,可見黃河的入海輸沙量呈階梯狀大幅下降趨勢(shì),平均年輸沙量從1952—1968年的約12.5億t/a降至1997年以后的1.4億t/a。黃河輸沙量大幅降低的主要驅(qū)動(dòng)因素包括干支流上水利樞紐的建設(shè)、工農(nóng)業(yè)用水引起的年徑流量下降和引水間接引沙等,不容忽視的重要驅(qū)動(dòng)因素是黃河流域的水土保持措施。圖3為黃河中游潼關(guān)以上地區(qū)不同時(shí)段水土保持措施所致入黃年均減沙量[11],認(rèn)為1980—1989年、1990—1996年和1997—2006年3個(gè)時(shí)段的水土保持措施(即圖中的流域治理措施)年均減沙量分別為3.5億t、4.1億t和4.4億t,水土保持措施的減沙量約為水庫減沙量的4倍。文獻(xiàn)[12]和[13]也分析了引起黃河沙量降低的各種因素,雖然各研究所得出的水土保持措施減沙量有較大差異,但均認(rèn)為水土保持措施是黃河輸沙量降低的主要驅(qū)動(dòng)因素。

圖3 黃河中游水土保持措施每年減少的入黃沙量

始于1999年的退耕還林(草)工程是我國(guó)一項(xiàng)重大生態(tài)工程,從保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的出發(fā),將水土流失嚴(yán)重的耕地，沙化、鹽堿化、石漠化嚴(yán)重的耕地以及糧食產(chǎn)量低而不穩(wěn)的耕地有計(jì)劃、有步驟地停止耕種,因地制宜地造林種草,恢復(fù)植被。退耕還林工程的實(shí)施,加快了水土流失和土地沙化治理的步伐,使當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)狀況得到明顯改善。文獻(xiàn)[14]分析了黃河支流北洛河上游在實(shí)施退耕還林工程前后的水沙變化,認(rèn)為林草重建是北洛河水沙大幅減少的主導(dǎo)因素,植被的減沙效應(yīng)為81%。

2.3 流域擾動(dòng)

森林砍伐、毀林造田、集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、采礦、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等人類活動(dòng)造成的流域擾動(dòng)一般會(huì)增加流域侵蝕,增大河流輸沙量。Walling[1]以世界十大主要產(chǎn)沙河流之一哥倫比亞的馬格達(dá)萊納河(Rio Magdalena)為例,說明過去一二十年間的森林砍伐、土地利用和金礦開采等流域擾動(dòng)引起流域大范圍的土壤侵蝕量增大,1975—1995年期間流域出口處的輸沙量增大40%～45%。圖4為瀾滄江(湄公河)嘎舊站與下游境外第1個(gè)水文站清盛站的輸沙量變化[15],可見1965—1984年期間,兩站的年輸沙量基本隨年徑流量變化而升降,無趨勢(shì)性變化,說明這一時(shí)期受人類活動(dòng)干擾小。1985—1992年期間,兩站的輸沙量均大幅提高。嘎舊站和清盛站平均年輸沙量的增幅為40%～50%,這種沙量的大幅度增加恰與20世紀(jì)80年代中期瀾滄江流域最嚴(yán)重的水土流失相對(duì)應(yīng),流域內(nèi)不合理的土地利用、毀林開荒、陡坡耕墾等,使植被、山體破壞嚴(yán)重。1993—2003年期間,嘎舊站平均年輸沙量大幅降低,主要?dú)w因于漫灣水電站1993年開始蓄水發(fā)電的攔沙效應(yīng)[16]。而清盛站此期間的平均年輸沙量雖較1985—1992年有所降低,但這一時(shí)期的年輸沙量值仍高于1965—1984年的10%左右。清盛站輸沙量的降低幅度遠(yuǎn)低于嘎舊站,其原因可能如下:①嘎舊至清盛站有多條含沙量大的支流匯入,僅景洪至中國(guó)、老撾和緬甸三國(guó)交界點(diǎn)南臘河口出境處就有流沙河、南阿河、補(bǔ)遠(yuǎn)江和南臘河等多條支流,年均徑流量占瀾滄江出境多年平均徑流量的15.4%[17]。②近年來瀾滄江-湄公河結(jié)合部區(qū)域經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,以橡膠、甘蔗和熱帶水果為主體的土地開發(fā)大力發(fā)展,導(dǎo)致水土流失加劇。瀾滄江流域云南段也有大片原始森林被橡膠林、茶園和熱帶果園等人工經(jīng)濟(jì)林所取代的現(xiàn)象。

圖4 瀾滄江嘎舊站與清盛站年輸沙量比較

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也是一種流域擾動(dòng),一般認(rèn)為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的過度耕作加劇了流域的水土流失。為了控制農(nóng)田水土流失和生態(tài)環(huán)境的惡化,免耕、少耕等保護(hù)性耕作技術(shù)在全球得到推廣。據(jù)估計(jì),在全球范圍內(nèi),以減少水土流失為目的的免耕農(nóng)業(yè)目前已在約5%的世界耕地上實(shí)施,巴西免耕農(nóng)田的比例可能高達(dá)50%[18]。但也有研究認(rèn)為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)具有減少平原地區(qū)水土流失的效應(yīng)[19]。圖5為淮河蚌埠站歷年徑流量和輸沙量的變化情況,可見淮河干流年徑流量變化趨勢(shì)不明顯,略有下降,但年輸沙量從1970年以后呈現(xiàn)持續(xù)減小趨勢(shì)。文獻(xiàn)[19]提出淮河水系輸沙量持續(xù)下降的主要成因不是水庫攔沙作用,而是農(nóng)作物持續(xù)增產(chǎn)導(dǎo)致下墊面水土保持條件發(fā)生變化?；春恿饔虻幕幢钡貐^(qū)是我國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地,1978年實(shí)施改革開放后,農(nóng)業(yè)產(chǎn)量得以持續(xù)增長(zhǎng)。隨著耕作方式和種植結(jié)構(gòu)的改變,種植密度及冠層覆蓋面積增大,地面裸土面積減小,可有效攔截降雨,避免雨點(diǎn)直接打擊地面,消除或減弱了雨點(diǎn)濺蝕的作用;作物的枯葉和發(fā)達(dá)的根系具有改善土壤結(jié)構(gòu)的作用,使土壤有效孔隙增多,透水性加大,也起到了減少地面徑流及土壤流失的效果。通過農(nóng)業(yè)產(chǎn)量逐年增加與泥沙量逐年減少的對(duì)比,得出“淮河淮北地區(qū)農(nóng)業(yè)持續(xù)增產(chǎn)與含沙量持續(xù)趨減有統(tǒng)計(jì)學(xué)的相關(guān)和物理機(jī)制的聯(lián)系,可能是導(dǎo)致淮河含沙量持續(xù)減少的成因”的推論。

圖5 淮河蚌埠站的年徑流量和年輸沙量變化

2.4 河道采砂

圖6 珠江流域東江博羅站的歷年輸沙量變化

河道采砂也是河流輸沙量減少的主要驅(qū)動(dòng)因素之一,但因?yàn)榉欠ú缮安?采砂造成河流輸沙量的降低量較難準(zhǔn)確評(píng)估。萊茵河在1950—1970年間因建筑業(yè)的需求大量采砂,數(shù)據(jù)表明1936—1990年萊茵河上游段采砂總量達(dá)2 900萬m3,1950—1974年期間瑞士河段在Ellhorn等處河床沖蝕深度達(dá)5m,造成1972年Buchs-Schaan橋的垮塌事故[20]。我國(guó)的長(zhǎng)江、淮河、珠江等河流的輸沙量變化都受到河道采砂不同程度的影響。圖6為珠江流域東江博羅站的歷年輸沙量變化,可見年輸沙量呈明顯下降趨勢(shì)。總體來看,1974年以前輸沙量相對(duì)較大,1974—1994年輸沙量中等,1994年以后輸沙量較低(1983年、2005年和2006年輸沙量高是徑流量高造成的)[21]。輸沙量的下降應(yīng)與1959年、1973年和1985年新豐江水庫、楓樹壩水庫和西枝江上游的白盆珠水庫的建成蓄水?dāng)r沙相關(guān),同時(shí),東江近些年大量的采砂活動(dòng)應(yīng)該也是輸沙量降低的主要驅(qū)動(dòng)因素之一。文獻(xiàn)[22]提出1988—1997年東江下游平均年采砂量約為1 500萬m3,1997年以后年采砂量約為650萬m3。文獻(xiàn)[23]提出東江下游及東江三角洲1980—2002年22年間采沙總量達(dá)到了3.32億m3。文獻(xiàn)[24]提出東江博羅以下河段1988—1994年人為采走河床泥沙5 723萬t,遠(yuǎn)大于博羅水文站同期的總輸沙量1 212萬t。

2.5 氣候變化

氣候變化會(huì)引起降水量和雨強(qiáng)的變化,從而引起土壤侵蝕量及河流輸沙量的變化。Inman等[25]分析了美國(guó)沿加利福尼亞州排入太平洋的20條河流的水沙特征,認(rèn)為數(shù)十年時(shí)間尺度的厄爾尼諾和南方濤動(dòng)引起的氣候變化與太平洋和北美氣候模式基本符合:1944—1968年為干旱氣候,1969年至今為濕潤(rùn)氣候。濕潤(rùn)氣候時(shí)期的河流平均年輸沙量約是干旱氣候時(shí)期的5倍,3大洪水年期間這些河流的平均輸沙量高于干旱氣候期間年輸沙量的27倍。氣候變化對(duì)我國(guó)河流輸沙量變化的影響在一些研究和論文中也有提及,但大多數(shù)難以將氣候變化的影響與人類活動(dòng)的影響區(qū)分開來。文獻(xiàn)[26]和文獻(xiàn)[27]分別對(duì)黃河上游33個(gè)雨量站2002年前近50年數(shù)據(jù)和全流域77個(gè)雨量站2001年前約50年的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,均認(rèn)為黃河流域的降水量近年來有所下降。文獻(xiàn)[28]提出黃河中游20世紀(jì)70年代、80年代、90年代年均降水量較基準(zhǔn)期1969年前分別減少了7%、11%和13%,因降雨減少致使70年代、80年代和90年代的輸沙量分別減少2.03億t、3.55億t和2.71億t。然而,文獻(xiàn)[29]對(duì)黃河氣象數(shù)據(jù)分析認(rèn)為,黃河源區(qū)的降水量長(zhǎng)期變化趨勢(shì)不明顯,2003年前10年的降水量下降;文獻(xiàn)[30]收集了黃河流域上游至下游17個(gè)雨量站2006年以前的年降水?dāng)?shù)據(jù),認(rèn)為黃河源區(qū)年降水量無趨勢(shì)性變化,中游區(qū)年降水量呈略降低趨勢(shì)。黃河水量主要來源于蘭州以上,約占全河徑流量的58%[31],因此推斷氣候變化對(duì)黃河水量的影響不是主要的,對(duì)黃河輸沙量的影響也不是主要的。文獻(xiàn)[32]分析了河口鎮(zhèn)—龍門區(qū)間降水量與水沙變化,認(rèn)為2000—2010年多年平均降水量與1956—1999年均值基本持平,但主汛期降水量較1956—1999年同期平均值小13%,特別是7月較1956—1999年同期平均值小24%,而9月較1956—1999年同期平均值大36%。較大降水量發(fā)生天數(shù)減少,小降水量發(fā)生天數(shù)增多,降水強(qiáng)度明顯減弱,使得同等條件下產(chǎn)沙量大為減少。與1969年以前相比,2000年以后降水量增大,徑流量變化不大,而實(shí)測(cè)徑流量相同的條件下輸沙量明顯減小。雖然不同的研究得出氣候變化對(duì)黃河輸沙量變化影響的觀點(diǎn)不一,但在所研究的時(shí)間尺度內(nèi),可以認(rèn)為影響黃河輸沙量變化的驅(qū)動(dòng)因素中,人類活動(dòng)的影響更為重要。年內(nèi)降水分配、降水強(qiáng)度的變化會(huì)對(duì)黃河輸沙量變化起到一定的作用。

比較而言,海河流域的氣候變化影響更加明顯。海河流域多年(1961—2007年)平均降水量為548 mm,多年平均氣溫為11.1℃。文獻(xiàn)[33]認(rèn)為在全球氣候變暖的背景下,海河流域年降水量呈明顯減少趨勢(shì),平均每10年減少21 mm;年氣溫呈明顯升高趨勢(shì),平均每10年升高0.3℃,海河流域氣候暖干化趨勢(shì)造成地表水資源平均每10年減少18%。文獻(xiàn)[34]發(fā)現(xiàn)1961—2010年降水量呈顯著降低趨勢(shì),每10年約降低18 mm。以海河水系永定河的輸沙量變化為例,永定河上游為水土流失嚴(yán)重地區(qū)，永定河為多沙河流,雁翅站1952—1954年的年徑流量為17億～29億m3,1952年和1954年的輸沙量高達(dá)8 010萬t和7 730萬t,流域產(chǎn)沙量極高。1954年官廳水庫竣工后,攔截了永定河上游大量泥沙。由于連續(xù)干旱,2001—2005年永定河雁翅、三家店、盧溝橋站的年均降雨量較多年平均值分別減少21.6%、20.3%、18.7%,造成各站年輸沙量在此數(shù)年內(nèi)均出現(xiàn)接近于零的現(xiàn)象[35]。海河輸沙量的大幅降低,其主要驅(qū)動(dòng)因素是水庫攔沙、上游引水造成徑流量減小、水土保持措施等,從降水量減少引起徑流量降低從而造成輸沙量下降的角度來看,氣候變化也是海河流域河流輸沙量大幅降低的驅(qū)動(dòng)因素之一。

3 各種驅(qū)動(dòng)因素的影響力比較

河流輸沙量變化的各種驅(qū)動(dòng)因素的貢獻(xiàn)難以定量評(píng)價(jià),我國(guó)科研工作者對(duì)黃河、長(zhǎng)江輸沙量下降的驅(qū)動(dòng)因素有些定量評(píng)價(jià),但各研究得出的結(jié)論相差較大。如文獻(xiàn)[11]提出水庫攔沙、灌溉引沙和流域治理3種驅(qū)動(dòng)因素導(dǎo)致的黃河減沙量及幾個(gè)時(shí)段的變化(圖3)。文獻(xiàn)[12]估算出黃河中游1982—2008年年均減沙量約為5.7億t,其中,引水間接引沙量約為0.6億t,水土保持措施減沙量約為2.7億t,河道庫壩淤積沙量約為1.8億t。文獻(xiàn)[13]提出在黃河入海沙量降低的各因素中,1950—2005年水土保持年均減沙量為3.41億t,工農(nóng)業(yè)用水引沙量為2.42億t,三門峽水庫1960—2007年年均淤積1.45億m3,小浪底水庫1997—2007年年均淤積2.398億m3。各個(gè)研究給出了不同的數(shù)據(jù),總體來看,水土保持措施減沙、庫壩攔沙、工農(nóng)業(yè)用水減沙和引水間接引沙是主要的驅(qū)動(dòng)因素。

長(zhǎng)江水利委員會(huì)指出1991—2005年三峽入庫泥沙量與1990年前相比減少1.585億t/a。人類活動(dòng)影響引起的減沙量為1.187億t/a,占總減沙量的75%,是導(dǎo)致近期三峽入庫平均沙量大幅度減小的主要因素(其中,水庫攔沙新增減沙量0.809億t/a,水土保持措施年均減沙量0.378億t/a)。氣候(降雨)變化導(dǎo)致減沙量0.189億t/a,占三峽入庫總減沙量的12%。河道采砂等其他因素引起減沙0.209億t/a,占總減沙量的13%[36]。

文獻(xiàn)[4]分析了我國(guó)長(zhǎng)江、黃河、珠江、松花江、遼河、海河、淮河、錢塘江和閩江等9條河流的輸沙量變化,指出1959—2007年人類活動(dòng)引起的總輸沙量降低量為500億t,其中,庫壩攔沙減沙量為280億t,占56%;水土保持措施減沙量為115億t,占23%;工農(nóng)業(yè)用水減沙量為75億t,占15%;河道采砂減沙量為30億t,占6%。

定性地看,各河流輸沙量下降的驅(qū)動(dòng)因素按貢獻(xiàn)從大到小可大致排列如下。黃河:水土保持措施減沙,庫壩攔沙,工農(nóng)業(yè)用水減沙,引水間接引沙;長(zhǎng)江、珠江:庫壩攔沙,水土保持措施減沙,河道采砂減沙;淮河:農(nóng)業(yè)增產(chǎn)減沙,庫壩攔沙,水土保持措施減沙;瀾滄江:庫壩攔沙,水土保持措施減沙,人工經(jīng)濟(jì)林增沙;海河諸河:庫壩攔沙,工農(nóng)業(yè)用水減沙,水土保持措施減沙,氣候變化減沙。

4 結(jié) 語

河流輸沙量變化會(huì)對(duì)河道演變、河流生態(tài)、下游營(yíng)養(yǎng)物、航道、水利建筑物以及河口三角洲的沖淤平衡產(chǎn)生明顯影響。這種影響既有正面作用,也有負(fù)面作用。僅從河流輸沙量的降低對(duì)河道功能的影響來看,一方面,減輕了水庫庫區(qū)的淤積,延長(zhǎng)了水庫的使用壽命，還減輕了防洪壓力。另一方面,河流含沙量降低,沙量補(bǔ)給不足,造成河床沖刷加劇、岸灘坍塌。河流輸沙量變化受到多種驅(qū)動(dòng)因素的綜合影響,本文以我國(guó)多條河流為例,分析河流輸沙量變化的主要驅(qū)動(dòng)因素,包括大壩建設(shè)、水土保持措施、流域擾動(dòng)、河道采砂和氣候變化等。

我國(guó)大多數(shù)河流入海輸沙量呈下降趨勢(shì),主要河流總的入海年輸沙量從1955—1968年的20.3億t/a降至1997—2010年的5.0億t/a。大壩建設(shè)、水土保持措施、流域擾動(dòng)、河道采砂和氣候變化等因素是輸沙量變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。不同河流各方面條件不同,輸沙量降低的主要驅(qū)動(dòng)因素也有所差別。

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Key drivers of changes in sediment loads of rivers//

LIU Cheng1, 2, HE Yun2, LIU An2

(1.InternationalResearchandTrainingCenteronErosionandSedimentation,Beijing100048,China; 2.ChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearch,Beijing100038,China)

The magnitude and variation of the sediment loads transported by rivers are of important significance to the functioning of river system, and changes in sediment loads of rivers are driven by numerous factors. In this paper, key drivers of changes in sediment loads of rivers in China are analyzed by reviewing recent publications of studies on changes in sediment loads. It can be concluded that nearly all of the major rivers in China exhibit an apparent decline in annual sediment loads except for the Songhua River, which presents no clear tendency of changes in runoff and sediment loads. The total annual sediment loads of major rivers transported to the coasts in China decreased from 2.03 billion t/a during the period of 1955 to 1968 to 0.50 billion t/a during the period of 1997 to 2010. The primary drivers of changes in the sediment loads of rivers are dam construction, soil and water conservation measure, catchment disturbance, sand mining and climate change. Case studies for rivers in China show the following: construction of a large number of reservoirs in the Yangtze River basin is the primary driver of the reduction of the sediment load of the Yangtze River; soil and water conservation measure is one of the key drivers of the sharp decline in the sediment load of the Yellow River; the catchment disturbance explains why the reduction of the sediment load of ChiangSaen Station was much lower than that of Gajiu Station on the Lancang-Mekong River; the decreasing sediment load resulting from the growth of agricultural production may be the main driver of the sediment reduction of the Huaihe River; the decrease in the sediment load of the Pearl River was influenced by sand mining activities; and climate change in the Haihe River Basin is one of the key drivers of the great reduction of the sediment load of the Haihe River.

sediment load; dam construction; soil and water conservation; catchment disturbance; sand mining; climate change

國(guó)家國(guó)際科技合作專項(xiàng) (2014DFG72010)

劉成(1964—),男,教授級(jí)高工,博士,主要從事水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)研究。E-mail:chliu@iwhr.com

10.3880/j.issn.1006-7647.2017.01.001

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1006-7647(2017)01-0001-07

2016-06-09 編輯：駱 超)