姚仕明 王軍 郭超

摘 要：本文總結(jié)了長江流域泥沙資源利用的主要途徑，分析了在長江流域輸沙減少、泥沙重分配的新形勢下，為緩解長江泥沙供需矛盾，長江上游需要加強梯級水庫聯(lián)合水沙調(diào)度優(yōu)化水沙資源配置，從宏觀上改善泥沙分布不均的局面。同時，在上游水庫開展挖砂清淤等措施，充分利用水庫泥沙資源，加強河道采砂管理與規(guī)劃，合理利用支流湖泊泥沙資源，減輕長江干流泥沙需求壓力，并積極推動長江航道疏浚砂的綜合利用。研究成果可為長江流域泥沙資源利用與管理、河道采砂等提供參考。

關(guān)鍵詞：泥沙資源;長江流域;水沙調(diào)控;河道采砂

中圖法分類號：TV14? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.19679/j.cnki.cjjsjj.2020.0105

長江流域面積180萬 km2，人口和國民生產(chǎn)總值均超過全國的40%，是中國水資源配置的戰(zhàn)略水源地、水電開發(fā)的主要基地、連接?xùn)|中西部的“黃金水道”和珍稀水生生物的天然寶庫，在中國社會經(jīng)濟發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位[1]。長江流域輸水輸沙量巨大，20世紀以前，長江流域年均輸運到河口的泥沙量約為4.3億t，接近全球每年陸源泥沙通量的4.5%[2]。歷史上長江流域泥沙不僅為人類的生存與發(fā)展塑造了廣泛肥沃的沖積平原和河口三角洲，而且作為建筑材料等自然資源在社會經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮了重要作用[3-4]。

近年來，在自然條件和人類活動的雙重影響下，長江流域泥沙時空分布與產(chǎn)輸過程發(fā)生了重大變化，大量泥沙被攔蓄在上游梯級水庫中，進入長江中下游河道的泥沙顯著減少，輸沙減少引起河道長距離沖刷、江湖關(guān)系調(diào)整、長江口淤積減緩、泥沙營養(yǎng)物質(zhì)輸運受到影響等，給河流開發(fā)利用與保護均帶來顯著影響[1]。與此同時，長江流域沿江地方經(jīng)濟與生態(tài)文明建設(shè)對泥沙利用與管理提出了更高要求，流域泥沙的供需矛盾日益突出。因此，在當前形勢下，加強長江流域泥沙的利用與管理十分必要和迫切。

1? 長江流域泥沙資源利用的主要途徑

1.1? 堆積造地與維持生態(tài)

河流泥沙最原始的作用，即為堆積造地與維持生態(tài)。在漫長的歷史進程中，江河不斷從上游搬運含有氮、磷、鉀等豐富養(yǎng)分的泥沙，形成肥沃的平原與濕地。長江平均每年約攜帶4億t泥沙進入大通以下河口段，其中32%的泥沙沉積在長江口，49%的泥沙被輸送到臨近的杭州灣，只有19%的泥沙被洋流帶走，使得長時間以來長江口陸地一直在擴展，從4世紀到20世紀期間造陸7 000km2，形成了世界上最大的河口沖積島——崇明島。近50年，長江口附近的海床淤高了0.8m，而杭州灣的海床則淤高了1.15m，長江口新造陸地近800km2[5-6]。

河流泥沙在河道輸移過程中塑造的微地貌及復(fù)雜多變的河床形態(tài)有助于改善水生生境與局部區(qū)域的生態(tài)環(huán)境，有利于生物多樣性。長江口濕地具有豐富的水生植物，同時生存著132種咸、淡、海水魚類，其中以白鰭豚、中華鱘、江豚、白鱘等瀕危魚類最為著名。

隨著社會的發(fā)展，人們開始主動利用河流泥沙來營造土地。近20年，上海先后對長江口崇明北沿、中央沙、長興島北沿、崇明東灘、橫沙東灘以及南匯東灘等灘涂進行開發(fā)，累計促淤、圈圍面積分別高達約682km2和356km2[7]。湖北、江蘇等地吹填造地也利用了大量泥沙，如江蘇太倉港圍灘工程僅2003年的河道采砂量就超過了3 000萬m3。在2005—2009年期間，武漢河段在低洼地造地利用河流泥沙超過1 330萬m3，2010年澄通河段圍灘造地利用河流泥沙約1 000萬m3[3]。

1.2? ?清淤固堤與防洪建設(shè)

長江中下游河段由于泥沙淤積嚴重而防洪問題突出，利用清淤等手段加固加高堤防是泥沙利用的另一重要途徑，同時清淤固堤也避免了河床淤積—水位抬高—加高堤防的惡性循環(huán)，是河岸兩利的辦法[8]。

長江中下游開始是利用挖泥船吹填消滅堤內(nèi)淵塘，由于吹填速度快、質(zhì)量好，吹填工程得到了迅速發(fā)展，由開始的填塘發(fā)展到固基和壓浸防滲，進而在20世紀90年代發(fā)展用挖泥船直接吹筑大堤和吹填堵口復(fù)堤。如在1983—2006年，荊江大堤二期加固、無為大堤加固、同馬大堤加固工程共利用泥沙1.2億m3，洞庭湖區(qū)在豐順垸、團洲垸、共華垸、民主垸等堤段用挖泥船吹填修堤有1 000余km，利用泥沙1億多m3，僅1998年洞庭湖區(qū)吹填筑堤挖泥量約3 500萬m3（見表1）[3]。

1.3? ? 河道采砂與建筑砂石料

長江河道采砂歷史悠久，隨著沿江經(jīng)濟與采砂技術(shù)的快速發(fā)展，河道砂石料需求量與開采能力均快速增大，長江干流2000年前后每年的采砂量就超過8 000萬t[4]。巨大的經(jīng)濟利益驅(qū)動造成長江河道過度采砂及非法采砂嚴重，引發(fā)了一系列問題，如影響防洪安全、河勢穩(wěn)定、通航安全和社會穩(wěn)定。為此，國務(wù)院于2001年頒布了《長江河道采砂管理條例》，流域機構(gòu)也逐步制定了采砂規(guī)劃完善采砂審批許可制度。

2002年開始，國家對長江河道采砂實行總量控制。據(jù)長江泥沙公報統(tǒng)計，2011—2015年長江中下游經(jīng)許可的實際采砂量分別為4 407萬t、5 204萬t、8 055萬t、4 816萬t、4 150萬t。2016年，水利部批復(fù)了《長江中下游干流河道采砂規(guī)劃》，針對長江來沙減少的情況，確定長江中下游干流河道年度采砂控制總量為8 330萬t，較上輪共減少1 390萬t，隨后2016—2018年長江中下游經(jīng)許可的實際采砂量分別為3 195萬t、5 074萬t、1 301萬t。

河道采砂在沿江誕生了大量采砂企業(yè)和砂石加工行業(yè)，砂石資源為地方市政交通等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供了大量原材料，為地方的經(jīng)濟發(fā)展作出了重要貢獻。

1.4? ?其他利用途徑

河流泥沙主要由硅、石英、長石等礦物組成，是一種較好的礦物原料，而且泥沙具有不同級配的顆粒形態(tài)，可利用范圍比較廣泛，因此人們在生產(chǎn)實踐中還發(fā)掘了泥沙的許多其他用途。以河流淤沙為主要原料，加入適量的其他輔助材料，經(jīng)一定工藝加工制成具有較高附加值的建筑材料，如磚、水泥、玻璃、陶瓷和保溫材料等[9-10]，除此以外，通過工藝處理和礦物提取利用淤砂中的微量元素，也可以創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟價值[11]。

2? 長江流域泥沙資源利用與管理面臨的新形勢

2.1? ?長江流域近期干支流水沙變化

近年來，在自然條件和人類活動的雙重影響下，長江泥沙時空分布與產(chǎn)輸過程發(fā)生了重大變化。長江上游干流的年輸沙量顯著減少，宜昌站2003—2013年均輸沙量與1950—2002年均輸沙量相比，減少了90.4%，而同期的年徑流量減少為9.4%;隨著向家壩、溪洛渡水電站于2012、2013年相繼蓄水運用，長江上游金沙江下泄的沙量進一步減少;向家壩站2013—2018年年均輸沙量為1.7 Mt，僅為1956—2012年多年平均值的0.7%。金沙江輸沙量的急劇下降導(dǎo)致宜昌站年輸沙量的進一步下降，2014—2018年宜昌站年均輸沙量為12.28 Mt，相比2003—2013年下降了73.9%。除了輸沙量，長江上游下泄的泥沙粒徑也有所減小，1950—2002年宜昌站多年平均泥沙中值粒徑為0.021 mm，三峽水庫蓄水后宜昌站年平均泥沙中值粒徑減小到0.01 mm以下。

長江中下游干流輸沙量也明顯減小，2003—2013年漢口站和大通站的年均輸沙量與三峽水庫運用前相比，分別減少了71.9%和66.5%。2003年以前，漢口站年輸沙量小于宜昌站，而三峽水庫蓄水運行后，宜昌至漢口段由于清水下泄影響轉(zhuǎn)變?yōu)闆_刷為主，漢口站年輸沙量約為宜昌站的2～6倍。漢口站和大通站泥沙中值粒徑稍有減小。

從主要支流的變化來看，近幾十年來岷江、嘉陵江、烏江和漢江年輸沙量也明顯減少，減少幅度約為70～90%，其中漢江皇莊站減幅最大，2001—2018年年均輸沙量為5.4 Mt，相比1950—1989多年平均值減少了91.6%，而同期年徑流量減少為16.7%。主要支流控制站年均泥沙中值粒徑也有不同程度的減小，岷江高場站最為顯著（表2）。

2.2? ? 長江河道河勢變化及影響

目前長江泥沙分布極為不均，大量泥沙被攔蓄在上游梯級水庫中，中下游泥沙大量減少，上游和中下游河道出現(xiàn)了截然相反的地貌過程。上游以淤積為主、中下游以沖刷為主，這勢必對此前長期相對平衡的長江河道帶來顯著影響。宜昌至漢口段河道從整體微淤轉(zhuǎn)變?yōu)闆_刷狀態(tài)，并且沖刷趨勢逐漸朝下游發(fā)展[12-14]。沖刷造成河道灘槽沖淤劇烈、崩岸險情加劇。據(jù)長江泥沙公報統(tǒng)計，2003—2018年長江中下游干流共發(fā)生崩岸約950次，累計崩岸長度超過700 km。持續(xù)沖刷作用對現(xiàn)有河勢控制工程的穩(wěn)定也造成不利影響，給沿岸人民的生命財產(chǎn)安全和長江“黃金水道”的發(fā)展等都帶來巨大威脅和障礙。

進入長江口泥沙量的減少已經(jīng)使得長江口淤展速度大大減緩，部分區(qū)域甚至已經(jīng)出現(xiàn)侵蝕后退，不利于長江口灘涂與濕地生態(tài)利用保護以及上海的發(fā)展等。通過河流泥沙輸運的顆粒態(tài)營養(yǎng)物質(zhì)也會伴隨著輸沙量的減少而減少，從而影響河流的生態(tài)系統(tǒng)[15-16]。

2.3? ?長江流域泥沙資源供需矛盾突出

沿江社會經(jīng)濟發(fā)展對長江河道泥沙需求量日益增加，然而進入長江河道的泥沙量卻大幅度減少，砂石資源在長江流域的供需矛盾變得越來越突出。由于長江沿岸采砂配額不能滿足實際的泥沙需要，而采砂船數(shù)量與采砂能力遠超過規(guī)劃的限額，在可觀的經(jīng)濟利益驅(qū)動下，各種采砂船遍及長江流域干支流河道，形成濫采亂挖的混亂局面，部分河段非法采砂作業(yè)占比近50%。非法采砂與長江中下游河勢穩(wěn)定、防洪安全、通航安全以及國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的矛盾也越來越突出。

砂石供需矛盾帶來了砂石價格暴漲。2018年下半年以來，砂子、石子等建筑砂迅速上漲，大部分地區(qū)砂石價格漲幅近100%。2016—2019年，江西全省建筑用砂市場平均價格分別為34元、47元、89元和98元，3年時間上漲近3倍。

隨著生態(tài)文明建設(shè)的深入推進，實行禁采的河湖范圍不斷擴大。砂石資源供需矛盾進一步加劇，造成市場上砂石資源短缺。2018年以來，湖北省境內(nèi)高鐵、機場、高速公路等重點工程因砂石斷供導(dǎo)致停工，湖北26個在建高速公路碎石、黃砂缺口高達3 700萬t。在重慶市城口縣，500萬t砂石需求，市場供給僅160萬t左右，缺口超過60%。

同時，長江中下游地區(qū)沿江城市為改善城市與投資環(huán)境，沿江兩岸堤內(nèi)外吹填造地對河道砂石的需求量逐漸增大。上海市位于長江口，人地矛盾較為突出，平均每年用于造地所需的泥沙量缺口約為1億t[4]。

3? 長江流域泥沙資源利用與管理對策

3.1? ?加強梯級水庫聯(lián)合水沙調(diào)度

目前以三峽工程為核心的長江上游水庫群逐步建成運行，為了充分發(fā)揮水庫防洪、發(fā)電、航運及灌溉供水等傳統(tǒng)效益，2012年開始國家防總對流域骨干水庫群建立了水庫聯(lián)合調(diào)度機制[17]，2016年，納入國家防總批復(fù)的水庫群聯(lián)合調(diào)度范圍增加到21座水庫，總調(diào)節(jié)庫容459.22億m3，總防洪庫容363.11億m3。

如此大的調(diào)節(jié)能力對流域泥沙輸運過程將產(chǎn)生決定性的影響。因此，在充分發(fā)揮長江上游水庫群綜合效益基礎(chǔ)上，有必要加強梯級水庫聯(lián)合水沙調(diào)度，通過汛期沙峰排沙調(diào)度、非汛期減淤調(diào)度等措施從宏觀上優(yōu)化河流泥沙的沖淤分布，改善泥沙分布不均的不利局面。

梯級水庫聯(lián)合水沙調(diào)度一方面可以提高水庫排沙比、增加壩下游泥沙下泄沙量及河道氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)的輸移，減緩清水下泄對長江中下游河道沖刷、河口萎縮及生態(tài)環(huán)境的不利影響，起到良好的補沙效果，同時也可以優(yōu)化庫區(qū)泥沙的淤積形態(tài)，加大水庫變動回水區(qū)淤積泥沙的沖刷，減輕庫尾防洪壓力和改善庫尾航運形勢，有效恢復(fù)水庫的調(diào)節(jié)庫容。

3.2? ? 加強水庫泥沙資源的利用

長江上游已建水庫眾多，根據(jù)水利普查統(tǒng)計有大型水庫100座;中型水庫479座;小型水庫14 326座。這些水庫普遍存在泥沙淤積問題，據(jù)估算，整個長江流域水庫淤積率從1950年代的小于0.33億t/yr逐漸增加到1989年的1.24億t/yr，再到2002年的2.08億t/yr[18]。長江上游早期一批水庫運行至今已有40余年，泥沙淤積致使庫容損失達50%以上，已嚴重影響水庫功能和效益的發(fā)揮（部分水庫淤積情況見表3）[19]。保守估計，長江上游水庫年淤積泥沙量可達2億t以上，其中可利用的泥沙潛力巨大。

大量泥沙淤積在水庫里，為泥沙的集中利用提供了最佳場所，可根據(jù)水流對泥沙的自然分選作用，有針對性地開展泥沙利用[20]。對淤積在水庫庫尾的粗泥沙，可以直接采用挖沙船采集河砂作為建筑材料使用;對庫區(qū)中間部位的中粗泥沙，可采用射流沖吸式排沙或自吸式管道排沙技術(shù)，將泥沙輸送至合適場地沉沙、分選，粗泥沙直接作為建材使用，細泥沙淤田改良土壤;對于淤積在壩前的細泥沙，可以采用人工管道來排沙出庫。

對水庫淤積泥沙進行綜合利用，直接創(chuàng)造減沙效果，既恢復(fù)了水庫的淤損庫容，持續(xù)發(fā)揮水庫效益，又能緩解砂石供需矛盾，一舉多得，創(chuàng)造多贏的局面。隨著江河湖庫清淤工藝的提升與發(fā)展，水庫的清淤及淤泥綜合利用在技術(shù)上及經(jīng)濟上都已具備了可行性。

隨著新建水庫的減少，水庫功能的恢復(fù)將成為以后工作的重點，但水庫泥沙淤積問題不能完全依靠水庫調(diào)度解決，必須輔以其他措施。因此建立水庫泥沙處理與利用的新理念，集中、分級處理利用水庫泥沙，既可永久恢復(fù)水庫庫容，又能滿足社會對泥沙資源的需求，是泥沙資源可持續(xù)利用的體現(xiàn)。

3.3? ? 加強流域采砂管理與規(guī)劃

在河流來沙量大幅減少、砂石市場需求居高不下的新形勢下，流域管理機構(gòu)、各級水利部門要堅持疏堵結(jié)合、采禁并舉，既要嚴厲打擊非法采砂，也要推進有序開采、合理開發(fā)，保障供給;既要保護好河道，也要發(fā)揮好河道砂石的資源功能，服務(wù)社會經(jīng)濟發(fā)展。2019年9月中旬，水利部印發(fā)了《關(guān)于加快規(guī)劃編制工作，合理開發(fā)利用河道砂石資源的通知》。通知要求各地要加快河道采砂規(guī)劃編制，合理確定可采區(qū)、可采期、可采量。其中長江上游干流宜賓以下河道新一輪采砂規(guī)劃要求2019年12月31日前要基本編制完成，到2020年年底前，有采砂管理任務(wù)的河道基本實現(xiàn)采砂規(guī)劃全覆蓋。

由于河道砂石資源并不是取之不盡，用之不竭的，而是陷入社會經(jīng)濟發(fā)展對其需求量在不斷增加而供給量又在不斷減少的矛盾中，因此河道采砂管理與規(guī)劃既要保證河道及生態(tài)安全，也要保證砂石資源的可持續(xù)利用，緩解社會砂石資源的供需矛盾。

長江河道采砂還要充分利用支流及湖泊泥沙資源。長江干流擁有700多條一級支流，眾多支流擁有豐富的泥沙資源。20世紀以前，長江干流約有1/4的泥沙沉積于洞庭湖、鄱陽區(qū)中，其中洞庭湖區(qū)年沉積泥沙約為1.3億t，鄱陽湖區(qū)沉積泥沙約為0.12億t[21]。近年來，雖然隨著長江上游來沙減少，洞庭湖、鄱陽湖淤積的泥沙量逐年減少，但泥沙資源依然豐富。根據(jù)長江泥沙公報統(tǒng)計，2018年鄱陽湖區(qū)經(jīng)許可實際采砂量為478萬t。

因此，流域采砂管理和規(guī)劃過程中，在確保支流及湖泊河道生態(tài)安全前提下，應(yīng)充分考慮支流及湖泊泥沙資源的合理利用，減輕長江干流泥沙需求壓力，緩解供需矛盾。

3.4? ? 推動航道疏浚砂石資源的綜合利用

長江航道是長江航運的基礎(chǔ)，是沿江綜合交通運輸體系的重要組成部分，也是推進長江經(jīng)濟帶建設(shè)的重要支撐。為了做好航道維護工作，長江航道部門每年組織開展了大量航道維護性疏浚工程，航道疏浚產(chǎn)生的砂石量巨大。據(jù)統(tǒng)計，2016—2018年，長江大埠街至上巢湖河段航道維護疏浚產(chǎn)生砂石量年均約1 143萬m3;2018年長江宜賓至南京航道維護性疏浚產(chǎn)生砂石量約為1 720萬m3，南京以下航道維護性疏浚產(chǎn)生砂石量約為970萬m3，二者合計達2 700萬m3[22]。長江口深水航道整治工程一期、二期和三期工程累計完成的基建性疏浚量高達約3.2億m3，2011—2015年長江口深水航道運行期的年正常維護疏浚量也有近7 000萬m3[7]。

以往航道疏浚所產(chǎn)生的砂石，由航道部門在指定水域自行拋棄處理，不僅造成了水生態(tài)環(huán)境的破壞，而且造成了砂石資源的流失。雖然航道疏浚產(chǎn)生的砂石是疏浚工程的副產(chǎn)品，但是其巨大的砂石產(chǎn)量對于緩解沿江砂石供需矛盾有重要作用，因此，應(yīng)該重視對航道疏浚砂石的綜合利用。為推進長江航道疏浚砂綜合利用，相關(guān)部門也開展了航道疏浚砂綜合利用試點工作。根據(jù)長江泥沙公報統(tǒng)計，2018年，長江干流疏浚砂綜合利用總量約8 900萬t。試點開展以來，適度緩解了當?shù)厣笆墓┬杳?，同時對維護良好的長江河道采砂管理秩序、保障長江黃金水道建設(shè)、促進地方經(jīng)濟發(fā)展等起到了積極作用。長江下游開展疏浚砂綜合利用相對較早、利用規(guī)模較大，但下游地區(qū)砂質(zhì)較細，僅能用于吹填造地等工程填筑料，不能用于建筑材料，需要在長江干流沿線推動航道疏浚砂的綜合利用。

未來一段時間內(nèi)，長江航道疏浚產(chǎn)生的砂量大且較穩(wěn)定，充分合理利用航道疏浚砂是緩解長江泥沙供需矛盾、實現(xiàn)長江泥沙資源高效利用的有效對策。航道疏浚砂石綜合利用涉及不同行業(yè)的銜接和交叉管理，未來需要制定相應(yīng)的管理辦法進行規(guī)范，依法實施分類管理，嚴格疏浚砂的運輸、儲存、使用等各個環(huán)節(jié)的監(jiān)管，使航道疏浚砂得以發(fā)揮更大的作用。

4? ?結(jié)語

長江流域泥沙不僅塑造和肥沃了廣泛的沖積平原、江河湖泊、河口濕地，在堤防加固、建筑砂石料、工程吹填造地等方面也被廣泛應(yīng)用，為沿江社會經(jīng)濟發(fā)展做出了重要貢獻，充分體現(xiàn)了其資源特性。

目前，長江流域面臨干支流輸沙減少、流域泥沙重分配、河勢及江湖關(guān)系變化調(diào)整的趨勢，與此同時，流域泥沙資源的供需矛盾日益突出，河道采砂管理形勢嚴峻。因此，長江流域泥沙資源利用與管理既包括宏觀尺度的水沙調(diào)控、又包括局部河段的沖淤控制，需要通過綜合協(xié)同調(diào)控措施來緩解長江泥沙的供需矛盾。

因此，長江上游需要加強梯級水庫聯(lián)合水沙調(diào)度優(yōu)化水沙資源配置，從宏觀上調(diào)控河流泥沙的沖淤分布，改善泥沙分布不均的局面，增加壩下游河道泥沙供給量，減緩下游河道沖刷和河口萎縮;同時在上游水庫開展挖砂清淤等措施，充分利用水庫泥沙資源;加強長江河道采砂管理與規(guī)劃，并合理利用支流湖泊泥沙資源，減輕干流泥沙需求壓力;積極推動長江航道疏浚砂的綜合利用。

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Utilization and Management of Sediment Resources in the Yangtze

River Basin under the New Situation

Yao Shiming? Wang Jun? Guo Chao

（1. Yangtze River Scientific Research Institute of Changjiang Water Resources Commission，Wuhan 430010，China;2. Key Laboratory of River and Lake Management and Flood Control，Ministry of Water Resources，Wuhan 430010，China）

Abstract：This article summarizes the main ways of using sediment resources in the Yangtze River Basin，and analyzes the new situation of reduced sediment transport and sediment redistribution in the Yangtze River Basin. To alleviate the contradiction between supply and demand in the Yangtze River，the upper reaches of the Yangtze River need to strengthen the combined water and sediment in cascade reservoirs. Dispatching optimizes the allocation of water and sediment resources and improves the uneven distribution of sediment from a macro perspective. At the same time，measures such as dredging and dredging will be carried out in the upstream reservoir，make full use of the sediment resources of the reservoir，strengthen the management and planning of river sand mining，make reasonable use of the sediment resources of tributary lakes，reduce the pressure on sediment demand in the mainstream of the Yangtze River，and actively promote the dredging of the Yangtze River channel. The research results can provide references for the utilization and management of sediment resources in the Yangtze River Basin，and sand mining in river channels.

Keywords：sediment resources;the Yangtze River Basin;water and sediment regulation;channel sand mining