王延貴，陳 吟，劉煥永，趙 瑩

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

我國主要河流具有豐富的徑流資源，挾帶大量的泥沙，河流泥沙具有資源性和災(zāi)害性。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國11 條主要河流多年平均年總徑流量和年總輸沙量分別為14 057 億m3和14.41 億t，其中長江和珠江的年徑流量為11 819 億m3，占總徑流量的84.08%；黃河和長江年輸沙量為12.72 億t，占總輸沙量的88.27%。隨著流域內(nèi)人類活動(dòng)頻繁和氣候條件變化，流域產(chǎn)流產(chǎn)沙發(fā)生變化，導(dǎo)致江河水沙條件發(fā)生顯著變化。河流水沙變化不僅關(guān)系到河流本身的發(fā)展，也反映了流域的環(huán)境特性、水土流失程度及人類活動(dòng)的影響。在水利規(guī)劃、防洪減災(zāi)、水資源開發(fā)、水土保持及生態(tài)環(huán)境建設(shè)等方面工作中，河流水沙變化問題也是必須考慮的主要因素。因此，全面了解我國主要河流徑流量和輸沙量的變化態(tài)勢(shì)及人類活動(dòng)影響十分必要。

為了解我國主要河流的總體水沙變化態(tài)勢(shì)，本文以《中國河流泥沙公報(bào)》為基礎(chǔ)，選擇長江、黃河、淮河、海河、珠江、松花江、遼河、錢塘江、閩江、塔里木河和黑河11 條河流作為代表性河流，利用M-K 檢驗(yàn)法和水沙量累積曲線法開展我國主要河流代表水文站徑流量和輸沙量變化分析，其中長江、珠江、錢塘江、閩江位于秦嶺—淮河以南地區(qū)，稱為南方河流；黃河、淮河、海河、遼河和松花江位于秦嶺—淮河以北區(qū)域，稱為北方河流；塔里木河和黑河為內(nèi)陸河流。

一、我國主要河流水沙變化態(tài)勢(shì)

1.我國主要河流水沙總量變化

以我國11條主要河流各代表水文站年徑流量之和作為我國主要河流的年總徑流量，以11條主要河流各代表水文站年輸沙量之和作為我國主要河流的年總輸沙量，分別稱為代表站年總徑流量和代表站年總輸沙量。以此為基礎(chǔ)，開展我國主要河流總水沙態(tài)勢(shì)變化分析和研究。表1 為1950—2020 年我國主要河流代表站水沙總量年代特征值及趨勢(shì)分析，圖1 為我國主要河流代表站水沙量及M-K統(tǒng)計(jì)量的變化過程，圖2為我國主要河流總水沙量累積曲線。

圖1 我國主要河流代表站總水沙量及M-K 統(tǒng)計(jì)量變化過程

圖2 我國主要河流代表站總水沙量累積曲線

表1 我國主要河流代表站水沙總量年代特征值及趨勢(shì)變化

我國主要河流代表站年總徑流量M-K 統(tǒng)計(jì)量基本上在+1.96 到-1.96 之間波動(dòng)，2020 年M-K 統(tǒng)計(jì)量為-0.38，對(duì)應(yīng)的單累積過程線基本上為直線形態(tài)，表明我國主要河流代表站年總徑流量隨時(shí)間沒有明顯的變化趨勢(shì)，年總徑流量在多年平均值14 057億m3上下波動(dòng)，20世紀(jì)50年代平均徑流量為14 883億m3，70年代減至13 628億m3，90年代增至14 840億m3，2010—2020年又減至14 290億m3。

我國主要河流代表站年總輸沙量呈現(xiàn)持續(xù)減小過程，2020年M-K統(tǒng)計(jì)量為-8.24，其絕對(duì)值遠(yuǎn)大于3.01，對(duì)應(yīng)的單累積過程線呈現(xiàn)明顯的上凸形態(tài)，表明我國主要河流代表站年總輸沙量呈明顯持續(xù)減少的變化態(tài)勢(shì)，20世紀(jì)50年代平均總輸沙量為26.35億t，70年代減至19.27 億t，90 年代減至12.93 億t，2000—2009 年減少為5.79億t，2010—2020年僅為3.73億t。

我國主要河流代表站年總徑流量與年總輸沙量雙累積關(guān)系線呈上凸形態(tài)，1960年后向下偏離，表明我國主要河流代表站總輸沙量減少幅度大于年徑流量的減少幅度，相應(yīng)的年平均含沙量逐漸減少。我國主要河流代表站平均含沙量從20世紀(jì)50年代的1.77 kg/m3減至70年代的1.41 kg/m3，90年代減為0.87 kg/m3，2010—2020年僅為0.26 kg/m3。

2.我國主要江河水沙變化特征

（1）年徑流量變化特點(diǎn)

南方河流（包括長江、珠江、錢塘江與閩江）的年徑流量M-K 統(tǒng)計(jì)量除長江、錢塘江和閩江局部時(shí)段外，基本上在+1.96和-1.96之間變化，2020年M-K統(tǒng)計(jì)量為-0.24~1.50，表明南方河流的年徑流量沒有明顯變化趨勢(shì)，在多年平均年徑流量上下波動(dòng)（圖3）。

圖3 我國主要河流代表水文站年徑流量M-K 統(tǒng)計(jì)量變化過程

北方河流（包括黃河、淮河、海河、松花江和遼河）中，淮河代表水文站的徑流量2020 年M-K 統(tǒng)計(jì)量值為-1.26，表明淮河年徑流量沒有趨勢(shì)變化；遼河和松花江代表水文站徑流量2020年對(duì)應(yīng)的M-K統(tǒng)計(jì)量分別為-3.23 和-1.99，其絕對(duì)值分別大于3.01 和1.96，表明遼河和松花江的年徑流量具有減少態(tài)勢(shì)；其他北方河流（黃河、海河）代表水文站年徑流量的M-K 統(tǒng)計(jì)量總體處于持續(xù)減小的過程中，2020年黃河和海河代表水文站的M-K統(tǒng)計(jì)量值分別為-5.08和-7.56，絕對(duì)值皆大于3.01，表明黃河和海河的年徑流量具有顯著的減少態(tài)勢(shì)，黃河和海河代表水文站年徑流量從20世紀(jì)50年代的425.1億m3和155.6億m3分別減至2000年后的210.4億m3和23.5億m3，減幅分別高達(dá)50.51%和84.90%。

對(duì)于干旱內(nèi)陸河流（含塔里木河和黑河），塔里木河年徑流量M-K統(tǒng)計(jì)量經(jīng)歷減小—回升的過程，2020年M-K統(tǒng)計(jì)量為-0.81，表明塔里木河的年徑流量總體沒有明顯變化態(tài)勢(shì)；黑河代表站年徑流量M-K統(tǒng)計(jì)量經(jīng)歷減小—快速回升的過程，從1950年逐漸減小至1974年的-2.10，而后快速回升，至2020年M-K統(tǒng)計(jì)量為4.44，大于3.01，表明黑河年徑流量具有顯著增加趨勢(shì)。

（2）年輸沙量變化特點(diǎn)

松花江和錢塘江代表站年輸沙量的M-K 統(tǒng)計(jì)量經(jīng)歷了減小—回升的過程，2020年分別為0.20和0.47，其絕對(duì)值皆小于1.96，表明松花江和錢塘江年輸沙量無明顯變化趨勢(shì)。除松花江和錢塘江外，其他主要河流（長江、黃河、淮河、海河、珠江、遼河、閩江、塔里木河、黑河）代表站年輸沙量的M-K統(tǒng)計(jì)量經(jīng)歷了持續(xù)減小或波動(dòng)減小的過程，其M-K 統(tǒng)計(jì)量介于-9.13和-3.81之間，其絕對(duì)值大于3.01，表明這些河流的年輸沙量都有不同程度的減少，長江和北方河流年輸沙量的減少幅度較大。其中，長江、黃河和海河代表站年輸沙量從20世紀(jì)50年代的5.04億t、18.06億t和1.52億t分別減至2010—2020年的1.25億t、1.83億t和0.012億t，減幅分別高達(dá)75.20%、89.87%和99.21%（圖4）。

圖4 我國主要河流代表水文站年輸沙量M-K 統(tǒng)計(jì)量變化過程

二、影響河流水沙變化的主要人類活動(dòng)

一般說來，影響流域產(chǎn)流產(chǎn)沙的主要因素包括流域下墊面條件、氣候降水、自然災(zāi)害、人類活動(dòng)等方面。對(duì)于同一河流流域，地質(zhì)地貌條件一般相對(duì)穩(wěn)定，流域氣候變化也是一個(gè)長期過程，雖然人類活動(dòng)對(duì)流域下墊面和氣候條件也有一定影響，但流域地質(zhì)地貌和氣候變化仍然很小，對(duì)江河水沙變化的影響小。流域降水量的變化對(duì)產(chǎn)流產(chǎn)沙產(chǎn)生一定的影響。另外，一些特大型地質(zhì)災(zāi)害僅對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生區(qū)域在一定時(shí)段內(nèi)的水土流失產(chǎn)生一定影響，而對(duì)整個(gè)流域輸沙量的影響較小。因此，除流域降水變化對(duì)河流水沙有一定影響外，影響水沙變化的主要因素應(yīng)該是人類活動(dòng)，包括在流域內(nèi)進(jìn)行水土保持、水庫修建、河道采砂、流域過度建設(shè)等。人類活動(dòng)對(duì)不同河流的作用也有很大差異，鑒于問題的復(fù)雜性，本文僅給出人類活動(dòng)影響水沙變化的主要成果。

1.水庫蓄水?dāng)r沙

我國河流眾多，建設(shè)了大量的水利工程。據(jù)《中國水利統(tǒng)計(jì)年鑒2020年》資料顯示，截至2019年我國共建有各類水庫98 112座，總庫容達(dá)8983億m3。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在我國主要河流上修建的大型水庫約為650座，水庫庫容為6351.7億m3，如表2所示。在河流上修建水庫樞紐后，調(diào)節(jié)來水過程同時(shí)，會(huì)攔截大量泥沙，使得水庫泥沙淤積嚴(yán)重，進(jìn)入下游的輸沙量大幅度減少。

表2 我國主要河流大型水庫修建情況

水庫攔沙作用取決于河流水沙條件和水庫規(guī)模，南方河流（少沙）上的大型水庫攔沙作用強(qiáng)、時(shí)間長，北方（多沙）河流上的小型水庫攔沙作用弱、時(shí)間短。通過點(diǎn)繪典型河流代表站輸沙參數(shù)（輸沙量和輸沙模數(shù)）與累積水庫參數(shù)（累積水庫庫容和流域水庫調(diào)控系數(shù)）的關(guān)系可知（見圖5），河道輸沙量隨著流域水庫累積庫容的增大而減少，河道輸沙量持續(xù)減少的突變時(shí)點(diǎn)與水庫修建年份是一致的，特別是河道干支流的骨干水庫；河流輸沙模數(shù)隨水庫調(diào)控系數(shù)的增大呈指數(shù)形式衰減，其中南方河流輸沙模數(shù)的衰減程度和相關(guān)系數(shù)大于北方河流的衰減程度和相關(guān)系數(shù)，進(jìn)一步說明水庫攔沙是南方河流輸沙模數(shù)減小的主要因素，是北方河流輸沙模數(shù)減小的重要因素。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，黃河上游水利工程攔沙作用為49.1%，中游潼關(guān)以上水利工程攔沙作用從1996年前的31.2%減至2000年后的9.0%，其攔沙作用明顯減弱；長江上游主要支流水庫攔沙作用約為55.35%。

圖5 典型河流輸沙模數(shù)與流域水庫調(diào)控系數(shù)的關(guān)系

2.水土保持措施

水土保持措施主要包括增加流域植被覆蓋度的生態(tài)措施和改變流域地貌的工程措施，這些措施都是通過改變流域下墊面條件、增加流域土壤的抗侵蝕能力、減輕水土流失，達(dá)到保水滯沙的目的。近年來，我國水土保持工作取得顯著成效，水土流失面積和強(qiáng)度持續(xù)呈現(xiàn)“雙下降”態(tài)勢(shì)，流域產(chǎn)沙量與河道輸沙量也不斷減少，減沙效益顯著（圖6）。全國水土流失面積從20世紀(jì)80年代末的367萬km2減少至2003年的356萬km2，持續(xù)減少至2011年和2020年的294.91萬km2和269.27萬km2。

圖6 不同統(tǒng)計(jì)年份全國水土流失面積變化特征

河道輸沙模數(shù)和來沙系數(shù)隨著流域水土保持實(shí)有面積比例（水土保持面積與流域面積的比值）的增大而減小（圖7），當(dāng)土保持實(shí)有面積比例增加到一定程度后，河道輸沙量難以繼續(xù)減少，甚至可能會(huì)使來沙系數(shù)增大，表明水土流失嚴(yán)重的區(qū)域開展水土保持效果好于水土流失較輕的區(qū)域，北方河流水土保持效果好于南方河流。

圖7 黃河流域典型支流輸沙參數(shù)與水保面積的關(guān)系

3.河道采砂

河道采砂是指為了滿足河道整治、建設(shè)生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展需求，在河道管理范圍內(nèi)開展的從河道采挖砂石、取土和淘金（包括淘取其他金屬及非金屬）等活動(dòng)。河道采砂后，河床發(fā)生變形，在河床留存采砂坑，河道采砂坑淤積導(dǎo)致下游河道的輸沙量減少，其影響程度視采砂量而定。

長江、珠江、錢塘江、閩江等南方河流采砂活動(dòng)十分頻繁，是南方河流輸沙量減少的重要原因之一。在長江流域，20世紀(jì)90年代長江上游河道宜賓、瀘州和重慶三市轄區(qū)一年內(nèi)共采卵石516萬t，采砂1014萬t；2004年長江河道開始有序解禁采砂，2004—2020年中下游干流河道年平均采砂量為3844萬t；2018年以來長江中下游河道采砂量和采砂疏浚泥沙總量分別占大通站年均輸沙量的28.7%和40.0%，對(duì)長江中下游的輸沙量有明顯影響。在珠江流域，20世紀(jì)90年代，無序采砂達(dá)到峰值。珠三角每年采砂總量達(dá)6000萬m3，而泥沙淤積量?jī)H905萬m3，即在該階段，河道采砂總量為近100年的自然淤積量。區(qū)域采砂直接導(dǎo)致珠三角河床大面積下切，是造成珠三角河網(wǎng)分配格局發(fā)生變化的主要原因。在閩江流域，大規(guī)模的采砂始于20世紀(jì)90年代。在無規(guī)劃、無總量控制的情況下，每年采砂量為4000萬～5000萬m3；自2006年以來閩江下游開始執(zhí)行采砂規(guī)劃，2012—2014年、2015—2017年以及2018—2020年閩江下游年度采砂控制總量分別為696萬m3、580萬m3和391.1萬m3。

4.引水灌溉

為保障工農(nóng)業(yè)和人類生活用水，河道兩岸修建了許多引水工程，特別是我國干旱半干旱的北方（含內(nèi)陸河地區(qū)）缺水地區(qū)，河道引水灌溉是不可或缺的人類活動(dòng)。河道引水將會(huì)導(dǎo)致以下三個(gè)方面的變化：首先，從河道引水分流，將直接減少進(jìn)入下游河道的徑流量；其次，引水必引沙，引水的同時(shí)又會(huì)從河道中引取大量泥沙，改變下游河道的輸沙量；最后，河道引水引沙不僅改變進(jìn)入下游河道的水沙態(tài)勢(shì)，還會(huì)引起河道的演變。根據(jù)水資源公報(bào)數(shù)據(jù)，2019—2022年全國引水工程的年均供水量約為1500億m3。

5.流域過度建設(shè)

流域過度建設(shè)主要是指開展大范圍的荒地開墾、開礦修路、森林砍伐等活動(dòng)而未實(shí)施生態(tài)環(huán)境保護(hù)和水土保持措施，使得水土流失面積和土壤侵蝕量增加的建設(shè)活動(dòng)。20世紀(jì)50年代末，全國范圍內(nèi)大煉鋼鐵、毀林造地、大建水利工程，致使森林覆蓋率大幅度降低，水土流失嚴(yán)重。如珠江流域，在20世紀(jì)50—80年代，森林遭受破壞，1975—1984年廣東省的森林覆蓋率從38%降至27%；1958—1961年修建水庫15座，總庫容達(dá)234.73 億m3，而未對(duì)周邊實(shí)施水土保持措施，導(dǎo)致水土流失面積和河道輸沙量增加。在20 世紀(jì)80年代改革開放初期，全國范圍內(nèi)開展了大規(guī)模的基礎(chǔ)建設(shè)，包括大量的水利工程建設(shè)，但沒有充分重視和實(shí)施水土保持措施，產(chǎn)生了大量的棄土和廢石，造成流域水土流失加重。這兩個(gè)階段，長江上游、珠江、海河、松花江、淮河等河流輸沙量呈明顯增加特點(diǎn)。

6.南北方河流水沙變異的影響因素有差異

北方河流（如黃河）水沙變異的影響因素主要包括流域水土保持、水庫修建、降雨、引水引沙與泥沙利用、過度建設(shè)等，其中水土保持、引水引沙的作用有所加強(qiáng)，而水庫攔沙、過度建設(shè)的作用有所減弱。在黃河中游，由于河道輸沙量很大，水土保持的作用從1996年前的39.7%增至2000年以后的51%，水利工程作用從1996年前的31.2%減至2000年后的9.0%，流域降水的作用從1996 年的35%略增至2000 年后的40%。南方河流（如長江）的主要影響因素包括水庫建設(shè)、水土保持、流域降水變化、河道采砂、過度建設(shè)等，其中水庫攔沙、河道采砂、過度建設(shè)的作用有所加強(qiáng)，而水土保持的作用略有減弱。長江上游減沙關(guān)鍵因素中，水庫攔沙占55.35%，屬主導(dǎo)地位；水土保持減沙占32.5%，占重要地位；降雨量變化占12.15%，具有一定作用。

三、結(jié) 論

①我國11 條主要河流代表站年總徑流量隨時(shí)間沒有明顯的趨勢(shì)性增加或減少，基本上在多年平均值14 057 億m3上下波動(dòng)；我國主要河流代表站總輸沙量隨時(shí)間大幅度減少，年總輸沙量1960 年前變化不大，1960 年后逐漸減少，從20 世紀(jì)50 年代的26.35億t 減小至90 年代的12.93 億t，2000 年后為5.79 億t；與此相應(yīng)，年平均含沙量逐漸減少，從20 世紀(jì)50 年代的1.770 kg/m3減至2000—2009 年的0.450 kg/m3，2010—2020 年僅為0.261 kg/m3。

②南方河流（包括長江、珠江、錢塘江與閩江）、淮河和塔里木河的年徑流量沒有明顯的趨勢(shì)性增加或減少，黑河的年徑流量有顯著增加的趨勢(shì)；除淮河以外，其他北方河流的年徑流量具有減少或顯著減少趨勢(shì)，其中松花江年徑流量具有減少趨勢(shì)，黃河、海河和遼河代表站年徑流量具有顯著減少趨勢(shì)，以海河和黃河的減少幅度較大。除了松花江和錢塘江代表站外，我國其他主要河流代表站年輸沙量都有顯著減少趨勢(shì)，北方河流（比如黃河、海河、遼河、淮河等）和長江代表站年輸沙量的減少幅度較大，特別是2015年黃河干流部分水文控制站出現(xiàn)建站以來最少年輸沙量，潼關(guān)站和高村站年輸沙量分別為0.550億t和0.417億t。

③河流水沙變化過程是自然和人類活動(dòng)綜合作用的結(jié)果，影響河流水沙變化的人類活動(dòng)包括水土保持、水庫攔沙、引水引沙、河道采砂等，其中水土保持是流域保水減沙的主要措施，水庫調(diào)蓄攔沙在江河水沙態(tài)勢(shì)變異中發(fā)揮關(guān)鍵作用，且北方河流和南方河流水沙變異的影響因素有所差異。