长江上游河流泥沙输移的问题及应对方案

1.泥沙输移比

长江上游地区地表侵蚀的物质，颗粒组成一般较粗，一部分将以山前堆积、沟口冲积扇和洼地淤积等形式滞留下来，其余则由水流挟带入河流。而进入河流的泥沙在输移过程中，又受到水库、塘堰、灌溉引水等工程的拦截。一般在一定时段内通过河流某一断面的实测输沙量，与该断面以上流域地表侵蚀量之比，称为泥沙输移比。输移比受流域面积、地质、地貌及人类活动等因素的影响。根据20世纪80年代的调查，长江上游典型小区域的泥沙输移比列于表2-1^[2]。长江上游地区输移比远小于1，宜昌站的输移比为0.338，各支流的输移比在0.1～0.5之间，最高为西汉水达0.66，最低为梓潼江0.07。按地貌、岩性、地表侵蚀等情况的不同，长江上游各地区的输移比差别较大，青藏高原为0.15，金沙江下游高、中山切割区为0.34～0.4，横断山脉为0.15，乌江流域灰岩区为0.3；川中丘陵区为0.07，将塘、库、堰、坝等拦蓄还原为天然状态后为0.35～0.41；川东丘陵、中低山区为0.32。

表2-1　长江上游典型区域的泥沙输移比

长江上游泥沙输移比小的主要原因之一是侵蚀物质一般以山前淤积、洼地淤积、沟口冲积扇等形式，在短距离内就地淤积了一定数量的泥沙，流域的各支流，河床大多为石质、卵石、粗沙组成，河流沿程补给沙量有限，而地面侵蚀物质粗颗粒成分较多，不易为河流远距离输移。据金沙江支流小江的大桥河及白龙江的柳湾沟泥石流取样分析［10］，大于0.1mm的粗沙分别占沙量的85.91%和68.3%，而小于0.1mm能悬移的泥沙只占一小部分，大量的粗粒物质在短距离内就地淤沉。

长江上游泥沙输移比小的另一主要原因是水库、塘堰及农业设施等起到一定的拦沙作用。据调查统计［7］，截至20世纪80年代末，长江上游地区已建成各类水库11931座，总库容205亿m3。其中大型水库（总库容大于1亿m3）13座，总库容97.5亿m3；中型水库（库容0.1亿～1亿m3）165座，总库容39.6亿m3；小型水库（库容0.001亿～0.1亿m3）11753座，总库容67.9亿m3。各支流水系中，嘉陵江已建水库数量及库容均居首位（表2-2）。

表2-2　长江上游地区已建水库的统计

注　1.流域面积指各流域下游水文站控制的集水面积。
2.统计截至20世纪80年代末。

按已建水库建成运用的年代统计（表2-3），以70年代的库容最大，达74.58亿m3，占50～80年代总库容的36.4%。按水库类型统计，50～70年代大型水库的库容占同期总库容的30.7%，至80年代末则增至占总库容的47.6%。随着90年代二滩、宝珠寺等大型水库的建成，大型水库的库容进一步居长江上游水库总库容的首位。

表2-3　长江上游地区已建水库分年代的统计

据20世纪80年代末统计（表2-4），长江上游大型水库年淤积率为0.023%～4.11%（平均为0.65%），中型水库为0.018%～2.44%（平均为0.39%），小型水库平均淤积率为0.9%。各类水库年淤积总量为13987万m3（约1.8亿t）。就水库类型而言，大型水库年淤积量占水库总淤积量的45.3%，小型水库则占43.6%，两者淤积量相当。就水库淤积量的地区分布而言，则以嘉陵江流域水库的淤积量相对最大。

表2-4　长江上游水库年淤积量的统计

2.输沙模数地区分布

利用长江上游地区干支流水文站1950～1986年泥沙观测资料分析悬移质输沙模数分布（图2-1、表2-5），说明上游地区地表侵蚀强度的分区与输沙模数的大小分区是对应的。强度产沙区面积70000km2，只占长江上游地区面积的7%，但其输沙模数大于2000t/（km2·a），年平均输沙量多达2.28亿t，占宜昌的43%，主要分布在嘉陵江上游支流西汉水和白龙江中游，大渡河、岷江和金沙江等河流的下游地区。其中西汉水和白龙江中游地区输沙模数大于3000t/（km2·a），金沙江下游干流区间的输沙模数超过2000t/（km2·a）。

表2-5　长江上游地区悬移质输沙模数的分布

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图2-1　长江上游地区输沙模数分布图

3.降雨落区与强度对河流输沙量的影响

河流输沙量的大小主要取决于径流量的大小，但降雨的落区与强度对输沙量有明显影响。当暴雨中心在主要产沙区或主要产沙区发生大面积集中降雨时，河流输沙量大。1984年8月2～11日和1979年9月19～28日两次降雨过程，嘉陵江北碚以上日平均降雨量分别为80.5mm和79.6mm，径流量分别为67.8亿m3和66.8亿m3，数值相当接近，但降雨中心不同，1984年降雨中心在主要产沙区，而1979年在非主要产沙区（图2-2、图2-3），1984年和1979年两次输沙量分别为6830万t和1290万t，前者为后者的5倍。

图2-2　1984年8月2～11日嘉陵江雨量图

图2-3　1979年9月19～28日嘉陵江雨量图

关于降雨强度对输沙量的影响，分析嘉陵江流域降雨落区相同的两次过程。1984年8月2～11日和1978年9月1～10日，北碚站2次洪水过程径流量接近，分别为67.8亿m3和68.8亿m3；而面平均降雨强度，则分别为26.3mm/d和10.1mm/d；输沙量分别为6830万t和3630万t，前者为后者的2倍（图2-2、图2-4）。

图2-4　1978年9月1～10日嘉陵江雨量图

就降雨对整个长江上游地区河流输沙量而言，由于上游地区地域辽阔，降雨时间和空间变异大，产沙地区分布不均匀和强度产沙地区集中，汛期各支流沙量增减不一，互为稀释调整。因此，一般年份干流宜昌站的年输沙量保持在一定变幅内；大沙年雨区范围广，主雨区笼罩几条支流；小沙年主雨区没有波及主要产沙区，或其流域主要产沙区有较大降雨，但范围窄，强度小。表2-6为宜昌站5～9月份输沙量大于6亿t的1954年、1968年、1974年、1984年、1998年及小于3亿t的1992年、1994年雨量大于200mm的主雨区范围［6］。1954年宜昌站径流量和输沙量分别为5751亿m3和7.54亿t，该年雨区范围特广，主雨区在乌江、金沙江下游和干流区间一带，降雨时间长，乌江降雨强度特大。1981年宜昌站径流量为4420亿m3，但输沙量达7.28亿t，该年7月份出现大面积暴雨，8月份又产生大面积强暴雨，笼罩嘉陵江、岷江、沱江等几条支流。1998年宜昌站径流量和输沙量分别为5233亿m3和7.43亿t，该年主雨区笼罩范围很广，金沙江中下游主要产沙区月雨量为200～400mm，输沙量比1954年同期大；嘉陵江7月、8月降雨虽然较大，但主雨区不在西汉水等主要产沙区，输沙量比1954年同期小。

表2-6　宜昌站大、少沙年主雨区范围的统计表

注　1.主雨区为月雨量大于200mm的雨区范围。
2.“√”表示主雨区笼罩流域大部分地区；主雨区笼罩流域局部地区，则用文字标明，渠上（少）表示渠江上游少部分地区，干区（少）表示干流区间少部分地区，上干（少）表示干流区间上段少部分地区。

4.河流泥沙的组成

长江上游地区地表侵蚀进入长江干流的泥沙以悬移质泥沙为主，推移质相对很少。以寸滩站为例，其悬移质多年平均输沙量为43900万t（1953～2000年），卵石推移质为22.5万t（1966～2001年），砾石推移质为0.8万t（1986～1987年），沙质推移质为27.7万t（1991～2001年），卵石、砾和沙质推移质输沙量仅占总输沙量的1.2‰左右^[3]。

图2-5　长江流域水土保持重点防治工程的实施范围