大坝对亚洲河流泥沙拦蓄的影响——以黄河、长江、珠江和湄公河为例

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人类活动导致的泥沙变化已成为全球水库和河流的主要问题,研究大坝建设对泥沙沉积的影响具有重要的意义。本研究基于水文站水沙数据、利用DEM提取大坝水库信息等多种数据,研究黄河、长江、珠江和湄公河等亚洲大河大坝建设对泥沙沉积的影响。本研究基于亚洲大河大坝研究过去数十年土壤侵蚀动态变化,探讨其潜在的环境风险。主要研究结果如下:  (1)研究表明,河流泥沙中仅很少的一部分被输移至大坝以下。亚洲大河大坝/水库的泥沙拦截对输沙减少起明显作用,例如黄河小浪底水库自1999年运行以来,对泥沙输移起极大的作用,在2001~2010年间,黄河下游河道侵蚀13.79×108m3,并且黄河三角洲2000年开始表现出侵蚀的特征;自2003年开始,三峡大坝的运行成为长江输沙减少的主要因素。与1950-2002年相比,2003-2015年长江上游(宜春站)和入海口(大通站)输沙量分别减小0.49×108t/yr(9.9%)和1.43×108t/yr(33.5%)。在2003-2015年间,泥沙输入量的剧减导致中下游河道发生侵蚀,侵蚀速率为61×106t/yr;20世纪90年代之后,珠江河道和三角洲地貌演化发生演化,例如西河、北河和东河河床分别降低0.59-1.73m、0.34-4.43m和1.77-6.48m。  (2)大河输沙量的减少导致海岸带生态、地貌等环境发生变化。本研究中的几大河流由于来自流域的输沙量减少导致三角洲处于危险状态,其表现为减缓三角洲形成速率或增加海岸侵蚀,同时导致相对海平面上升、海岸洪水发生的可能性增加。由于泥沙供应的持续减少使三角洲萎缩,同时增加该区域洪水发生的风险。过去6000年间,长江三角洲在中国东海向前推进累计超过200km,但是,在过去60年,人类活动已经超过季风气候,成为入海输沙量减少的主要因素。因此,长江三角洲在潮汐带之间的海岸和侵蚀湿地减小;珠江三角洲人口密集,主要受到渠道屏障和海岸的保护,但是由于输沙量减少引起三角洲下沉和收缩,导致三角洲相对海平面的上身速度大于全球海平面的上升速度;湄公河三角洲开始形成于公元前8000年,在全新世时期形成从柬埔寨到越南的大三角州平原(62520-93781 km2)。在过去3000年间,三角洲平均每年向前推进10-20 m。在千年尺度上湄公河流域的输沙量是稳定的,但是,海岸的退缩已成为目前的主要问题。湄公河大多数的三角洲海岸线分布具有相似的特征,表现为由冬季强烈的海浪使在东北区域侵蚀、西南区域沉积。  (3)大坝/水库将大量泥沙拦截于河道或沟道中,表现出人工水库在减沙方面的巨大效益。由于梯田、水库或大坝拦截在河流或沟道中的泥沙占进入河道中的比例超过80.0%。与其他流域类似,黄河流域由于整个流域上的人类活动使大坝建设对输沙减少贡献率达95.2%。根据输沙量的差值,1950-1970每年沉积在河道中的泥沙量高达2.48 Gt。值得注意的是,随着水库/大坝建设和库容的变化,泥沙拦截量基本上是固定的。目前,每年水库/大坝泥沙拦截量是0.59 Gt,相当于减沙量的47.6%。总体上,截至2010年河道中已拦截泥沙19.32Gt,其中5.90 Gt拦截于上世纪,其余沉积于本世纪。人工大坝/水库在减沙中具有巨大作用,淤地坝将40.32 Gt泥沙拦截于河道或沟道内。  得出的结论是,近年来,亚洲大河的输沙量减少与全流域和三角洲地区人为活动加剧有关,水土保持工程也是水沙减少的主要原因。因此,如果大坝建设继续进行,河流中部分泥沙会被继续拦截,造成下游更大的环境影响。确定大坝积极的影响也是十分必要的,同时需考虑其产生的问题。在未来的研究中,需重点评估大坝建设对三角洲和冲积平原的影响。
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