我国主要河流水沙变化态势及人类活动影响

王延贵，陈 吟，刘焕永，赵 莹

（1.中国水利水电科学研究院，100048，北京；2.国际泥沙研究培训中心，100048，北京）

我国主要河流具有丰富的径流资源，挟带大量的泥沙，河流泥沙具有资源性和灾害性。据不完全统计，我国11 条主要河流多年平均年总径流量和年总输沙量分别为14 057 亿m3和14.41 亿t，其中长江和珠江的年径流量为11 819 亿m3，占总径流量的84.08%；黄河和长江年输沙量为12.72 亿t，占总输沙量的88.27%。随着流域内人类活动频繁和气候条件变化，流域产流产沙发生变化，导致江河水沙条件发生显著变化。河流水沙变化不仅关系到河流本身的发展，也反映了流域的环境特性、水土流失程度及人类活动的影响。在水利规划、防洪减灾、水资源开发、水土保持及生态环境建设等方面工作中，河流水沙变化问题也是必须考虑的主要因素。因此，全面了解我国主要河流径流量和输沙量的变化态势及人类活动影响十分必要。

为了解我国主要河流的总体水沙变化态势，本文以《中国河流泥沙公报》为基础，选择长江、黄河、淮河、海河、珠江、松花江、辽河、钱塘江、闽江、塔里木河和黑河11 条河流作为代表性河流，利用M-K 检验法和水沙量累积曲线法开展我国主要河流代表水文站径流量和输沙量变化分析，其中长江、珠江、钱塘江、闽江位于秦岭—淮河以南地区，称为南方河流；黄河、淮河、海河、辽河和松花江位于秦岭—淮河以北区域，称为北方河流；塔里木河和黑河为内陆河流。

一、我国主要河流水沙变化态势

1.我国主要河流水沙总量变化

以我国11条主要河流各代表水文站年径流量之和作为我国主要河流的年总径流量，以11条主要河流各代表水文站年输沙量之和作为我国主要河流的年总输沙量，分别称为代表站年总径流量和代表站年总输沙量。以此为基础，开展我国主要河流总水沙态势变化分析和研究。表1 为1950—2020 年我国主要河流代表站水沙总量年代特征值及趋势分析，图1 为我国主要河流代表站水沙量及M-K统计量的变化过程，图2为我国主要河流总水沙量累积曲线。

图1 我国主要河流代表站总水沙量及M-K 统计量变化过程

图2 我国主要河流代表站总水沙量累积曲线

表1 我国主要河流代表站水沙总量年代特征值及趋势变化

我国主要河流代表站年总径流量M-K 统计量基本上在+1.96 到-1.96 之间波动，2020 年M-K 统计量为-0.38，对应的单累积过程线基本上为直线形态，表明我国主要河流代表站年总径流量随时间没有明显的变化趋势，年总径流量在多年平均值14 057亿m3上下波动，20世纪50年代平均径流量为14 883亿m3，70年代减至13 628亿m3，90年代增至14 840亿m3，2010—2020年又减至14 290亿m3。

我国主要河流代表站年总输沙量呈现持续减小过程，2020年M-K统计量为-8.24，其绝对值远大于3.01，对应的单累积过程线呈现明显的上凸形态，表明我国主要河流代表站年总输沙量呈明显持续减少的变化态势，20世纪50年代平均总输沙量为26.35亿t，70年代减至19.27 亿t，90 年代减至12.93 亿t，2000—2009 年减少为5.79亿t，2010—2020年仅为3.73亿t。

我国主要河流代表站年总径流量与年总输沙量双累积关系线呈上凸形态，1960年后向下偏离，表明我国主要河流代表站总输沙量减少幅度大于年径流量的减少幅度，相应的年平均含沙量逐渐减少。我国主要河流代表站平均含沙量从20世纪50年代的1.77 kg/m3减至70年代的1.41 kg/m3，90年代减为0.87 kg/m3，2010—2020年仅为0.26 kg/m3。

2.我国主要江河水沙变化特征

（1）年径流量变化特点

南方河流（包括长江、珠江、钱塘江与闽江）的年径流量M-K 统计量除长江、钱塘江和闽江局部时段外，基本上在+1.96和-1.96之间变化，2020年M-K统计量为-0.24~1.50，表明南方河流的年径流量没有明显变化趋势，在多年平均年径流量上下波动（图3）。

图3 我国主要河流代表水文站年径流量M-K 统计量变化过程

北方河流（包括黄河、淮河、海河、松花江和辽河）中，淮河代表水文站的径流量2020 年M-K 统计量值为-1.26，表明淮河年径流量没有趋势变化；辽河和松花江代表水文站径流量2020年对应的M-K统计量分别为-3.23 和-1.99，其绝对值分别大于3.01 和1.96，表明辽河和松花江的年径流量具有减少态势；其他北方河流（黄河、海河）代表水文站年径流量的M-K 统计量总体处于持续减小的过程中，2020年黄河和海河代表水文站的M-K统计量值分别为-5.08和-7.56，绝对值皆大于3.01，表明黄河和海河的年径流量具有显著的减少态势，黄河和海河代表水文站年径流量从20世纪50年代的425.1亿m3和155.6亿m3分别减至2000年后的210.4亿m3和23.5亿m3，减幅分别高达50.51%和84.90%。

对于干旱内陆河流（含塔里木河和黑河），塔里木河年径流量M-K统计量经历减小—回升的过程，2020年M-K统计量为-0.81，表明塔里木河的年径流量总体没有明显变化态势；黑河代表站年径流量M-K统计量经历减小—快速回升的过程，从1950年逐渐减小至1974年的-2.10，而后快速回升，至2020年M-K统计量为4.44，大于3.01，表明黑河年径流量具有显著增加趋势。

（2）年输沙量变化特点

松花江和钱塘江代表站年输沙量的M-K 统计量经历了减小—回升的过程，2020年分别为0.20和0.47，其绝对值皆小于1.96，表明松花江和钱塘江年输沙量无明显变化趋势。除松花江和钱塘江外，其他主要河流（长江、黄河、淮河、海河、珠江、辽河、闽江、塔里木河、黑河）代表站年输沙量的M-K统计量经历了持续减小或波动减小的过程，其M-K 统计量介于-9.13和-3.81之间，其绝对值大于3.01，表明这些河流的年输沙量都有不同程度的减少，长江和北方河流年输沙量的减少幅度较大。其中，长江、黄河和海河代表站年输沙量从20世纪50年代的5.04亿t、18.06亿t和1.52亿t分别减至2010—2020年的1.25亿t、1.83亿t和0.012亿t，减幅分别高达75.20%、89.87%和99.21%（图4）。

图4 我国主要河流代表水文站年输沙量M-K 统计量变化过程

二、影响河流水沙变化的主要人类活动

一般说来，影响流域产流产沙的主要因素包括流域下垫面条件、气候降水、自然灾害、人类活动等方面。对于同一河流流域，地质地貌条件一般相对稳定，流域气候变化也是一个长期过程，虽然人类活动对流域下垫面和气候条件也有一定影响，但流域地质地貌和气候变化仍然很小，对江河水沙变化的影响小。流域降水量的变化对产流产沙产生一定的影响。另外，一些特大型地质灾害仅对地质灾害发生区域在一定时段内的水土流失产生一定影响，而对整个流域输沙量的影响较小。因此，除流域降水变化对河流水沙有一定影响外，影响水沙变化的主要因素应该是人类活动，包括在流域内进行水土保持、水库修建、河道采砂、流域过度建设等。人类活动对不同河流的作用也有很大差异，鉴于问题的复杂性，本文仅给出人类活动影响水沙变化的主要成果。

1.水库蓄水拦沙

我国河流众多，建设了大量的水利工程。据《中国水利统计年鉴2020年》资料显示，截至2019年我国共建有各类水库98 112座，总库容达8983亿m3。据不完全统计，在我国主要河流上修建的大型水库约为650座，水库库容为6351.7亿m3，如表2所示。在河流上修建水库枢纽后，调节来水过程同时，会拦截大量泥沙，使得水库泥沙淤积严重，进入下游的输沙量大幅度减少。

表2 我国主要河流大型水库修建情况

水库拦沙作用取决于河流水沙条件和水库规模，南方河流（少沙）上的大型水库拦沙作用强、时间长，北方（多沙）河流上的小型水库拦沙作用弱、时间短。通过点绘典型河流代表站输沙参数（输沙量和输沙模数）与累积水库参数（累积水库库容和流域水库调控系数）的关系可知（见图5），河道输沙量随着流域水库累积库容的增大而减少，河道输沙量持续减少的突变时点与水库修建年份是一致的，特别是河道干支流的骨干水库；河流输沙模数随水库调控系数的增大呈指数形式衰减，其中南方河流输沙模数的衰减程度和相关系数大于北方河流的衰减程度和相关系数，进一步说明水库拦沙是南方河流输沙模数减小的主要因素，是北方河流输沙模数减小的重要因素。据统计分析，黄河上游水利工程拦沙作用为49.1%，中游潼关以上水利工程拦沙作用从1996年前的31.2%减至2000年后的9.0%，其拦沙作用明显减弱；长江上游主要支流水库拦沙作用约为55.35%。

图5 典型河流输沙模数与流域水库调控系数的关系

2.水土保持措施

水土保持措施主要包括增加流域植被覆盖度的生态措施和改变流域地貌的工程措施，这些措施都是通过改变流域下垫面条件、增加流域土壤的抗侵蚀能力、减轻水土流失，达到保水滞沙的目的。近年来，我国水土保持工作取得显著成效，水土流失面积和强度持续呈现“双下降”态势，流域产沙量与河道输沙量也不断减少，减沙效益显著（图6）。全国水土流失面积从20世纪80年代末的367万km2减少至2003年的356万km2，持续减少至2011年和2020年的294.91万km2和269.27万km2。

图6 不同统计年份全国水土流失面积变化特征

河道输沙模数和来沙系数随着流域水土保持实有面积比例（水土保持面积与流域面积的比值）的增大而减小（图7），当土保持实有面积比例增加到一定程度后，河道输沙量难以继续减少，甚至可能会使来沙系数增大，表明水土流失严重的区域开展水土保持效果好于水土流失较轻的区域，北方河流水土保持效果好于南方河流。

图7 黄河流域典型支流输沙参数与水保面积的关系

3.河道采砂

河道采砂是指为了满足河道整治、建设生产和社会发展需求，在河道管理范围内开展的从河道采挖砂石、取土和淘金（包括淘取其他金属及非金属）等活动。河道采砂后，河床发生变形，在河床留存采砂坑，河道采砂坑淤积导致下游河道的输沙量减少，其影响程度视采砂量而定。

长江、珠江、钱塘江、闽江等南方河流采砂活动十分频繁，是南方河流输沙量减少的重要原因之一。在长江流域，20世纪90年代长江上游河道宜宾、泸州和重庆三市辖区一年内共采卵石516万t，采砂1014万t；2004年长江河道开始有序解禁采砂，2004—2020年中下游干流河道年平均采砂量为3844万t；2018年以来长江中下游河道采砂量和采砂疏浚泥沙总量分别占大通站年均输沙量的28.7%和40.0%，对长江中下游的输沙量有明显影响。在珠江流域，20世纪90年代，无序采砂达到峰值。珠三角每年采砂总量达6000万m3，而泥沙淤积量仅905万m3，即在该阶段，河道采砂总量为近100年的自然淤积量。区域采砂直接导致珠三角河床大面积下切，是造成珠三角河网分配格局发生变化的主要原因。在闽江流域，大规模的采砂始于20世纪90年代。在无规划、无总量控制的情况下，每年采砂量为4000万～5000万m3；自2006年以来闽江下游开始执行采砂规划，2012—2014年、2015—2017年以及2018—2020年闽江下游年度采砂控制总量分别为696万m3、580万m3和391.1万m3。

4.引水灌溉

为保障工农业和人类生活用水，河道两岸修建了许多引水工程，特别是我国干旱半干旱的北方（含内陆河地区）缺水地区，河道引水灌溉是不可或缺的人类活动。河道引水将会导致以下三个方面的变化：首先，从河道引水分流，将直接减少进入下游河道的径流量；其次，引水必引沙，引水的同时又会从河道中引取大量泥沙，改变下游河道的输沙量；最后，河道引水引沙不仅改变进入下游河道的水沙态势，还会引起河道的演变。根据水资源公报数据，2019—2022年全国引水工程的年均供水量约为1500亿m3。

5.流域过度建设

流域过度建设主要是指开展大范围的荒地开垦、开矿修路、森林砍伐等活动而未实施生态环境保护和水土保持措施，使得水土流失面积和土壤侵蚀量增加的建设活动。20世纪50年代末，全国范围内大炼钢铁、毁林造地、大建水利工程，致使森林覆盖率大幅度降低，水土流失严重。如珠江流域，在20世纪50—80年代，森林遭受破坏，1975—1984年广东省的森林覆盖率从38%降至27%；1958—1961年修建水库15座，总库容达234.73 亿m3，而未对周边实施水土保持措施，导致水土流失面积和河道输沙量增加。在20 世纪80年代改革开放初期，全国范围内开展了大规模的基础建设，包括大量的水利工程建设，但没有充分重视和实施水土保持措施，产生了大量的弃土和废石，造成流域水土流失加重。这两个阶段，长江上游、珠江、海河、松花江、淮河等河流输沙量呈明显增加特点。

6.南北方河流水沙变异的影响因素有差异

北方河流（如黄河）水沙变异的影响因素主要包括流域水土保持、水库修建、降雨、引水引沙与泥沙利用、过度建设等，其中水土保持、引水引沙的作用有所加强，而水库拦沙、过度建设的作用有所减弱。在黄河中游，由于河道输沙量很大，水土保持的作用从1996年前的39.7%增至2000年以后的51%，水利工程作用从1996年前的31.2%减至2000年后的9.0%，流域降水的作用从1996 年的35%略增至2000 年后的40%。南方河流（如长江）的主要影响因素包括水库建设、水土保持、流域降水变化、河道采砂、过度建设等，其中水库拦沙、河道采砂、过度建设的作用有所加强，而水土保持的作用略有减弱。长江上游减沙关键因素中，水库拦沙占55.35%，属主导地位；水土保持减沙占32.5%，占重要地位；降雨量变化占12.15%，具有一定作用。

三、结 论

①我国11 条主要河流代表站年总径流量随时间没有明显的趋势性增加或减少，基本上在多年平均值14 057 亿m3上下波动；我国主要河流代表站总输沙量随时间大幅度减少，年总输沙量1960 年前变化不大，1960 年后逐渐减少，从20 世纪50 年代的26.35亿t 减小至90 年代的12.93 亿t，2000 年后为5.79 亿t；与此相应，年平均含沙量逐渐减少，从20 世纪50 年代的1.770 kg/m3减至2000—2009 年的0.450 kg/m3，2010—2020 年仅为0.261 kg/m3。

②南方河流（包括长江、珠江、钱塘江与闽江）、淮河和塔里木河的年径流量没有明显的趋势性增加或减少，黑河的年径流量有显著增加的趋势；除淮河以外，其他北方河流的年径流量具有减少或显著减少趋势，其中松花江年径流量具有减少趋势，黄河、海河和辽河代表站年径流量具有显著减少趋势，以海河和黄河的减少幅度较大。除了松花江和钱塘江代表站外，我国其他主要河流代表站年输沙量都有显著减少趋势，北方河流（比如黄河、海河、辽河、淮河等）和长江代表站年输沙量的减少幅度较大，特别是2015年黄河干流部分水文控制站出现建站以来最少年输沙量，潼关站和高村站年输沙量分别为0.550亿t和0.417亿t。

③河流水沙变化过程是自然和人类活动综合作用的结果，影响河流水沙变化的人类活动包括水土保持、水库拦沙、引水引沙、河道采砂等，其中水土保持是流域保水减沙的主要措施，水库调蓄拦沙在江河水沙态势变异中发挥关键作用，且北方河流和南方河流水沙变异的影响因素有所差异。