梯级水库群对河流泥沙输移过程的影响与机理研究

Cascade reservoirs are one of the most representative anthropogenic activities to change land-sea mass transport through rivers, which play a key role in regulating sediment generation, transport, deposition, as well as other relevant fluvial processes. Previous studies have oversimplified the interplay between cascade dams and thus, the mechanisms on how cascade reservoirs impact on sediment loads and other hydrological processes are still unclear. In terms of the research gaps, the proposed project, based on the theories and principles of fluvial geomorphology, physical geography, hydrological remote sensing and GIS, as well as integrating the techniques of earth surface process modelling, spatial analysis, remote sensing inversion and filed investigations, aims to clarify the characteristics and mechanisms of the changes in sediment loads through the development of an integrated model to simulate the fluvial processes of sediment input, routing, deposition, re-transportation, channel erosion and final output via representative cascade reservoirs. After resolving the key technical issues, such as data assimilation between multi-source datasets and the proposed models, as well as the quantification of the cascade impacts, the proposed model will be used to predict the loss of reservoir capacity in the Pearl River basin and the results are valuable for scientific operation of cascade reservoirs to keep sediment balance, expand reservoirs’ life span and implement sustainable water and sediment management strategy.

梯级水库是改变河流陆-海物质输移最典型的人类活动之一，对流域泥沙产生、输移和沉积的等地表过程变化起关键作用。但以往研究对梯级水库相互作用的复杂过程考虑不足，对梯级水库在泥沙输移过程变化中的作用和影响机理还不清楚。我们拟以水文地貌学、自然地理学、水文遥感和地理信息科学的原理为理论基础，集成水沙过程模拟、空间数据分析、遥感反演、野外调研等技术，综合单个水库与梯级水库群、子过程建模与综合模拟、累积影响的递推与迭代等多重技术手段，探索典型梯级水库群对泥沙输入、搬运、沉积、再搬运、侵蚀和输出等过程的综合建模方法，进而揭示梯级水库群作用下的河流泥沙输移变化特征和影响机制。本研究以珠江流域为研究对象，解决多源观测数据和泥沙输移模型的数据同化，梯级水库累积效应的定量评价等关键技术问题，利用此模型评估珠江流域水库的库容损失量，为指导珠江梯级水库水沙管理、提高水库综合效益提供决策参考。

河流是改变自然地表的主要驱动力。而梯级水库是改变河流陆-海物质输移最典型的人类活动之一，对流域泥沙产生、输移和沉积的等地表过程变化起关键作用。但以往研究对梯级水库相互作用的复杂过程考虑不足，对梯级水库在泥沙输移过程变化中的作用和影响机理还不清楚。我们拟以水文地貌学、自然地理学、水文遥感和地理信息科学的原理为理论基础，集成水沙过程模拟、空间数据分析、遥感反演、野外调研等技术，综合单个水库与梯级水库群、子过程建模与综合模拟、累积影响的递推与迭代等多重技术手段，探索典型梯级水库群对泥沙输入、搬运、沉积、再搬运、侵蚀和输出等过程的综合建模方法，进而揭示梯级水库群作用下的河流泥沙输移变化特征和影响机制。本研究以珠江流域为研究对象，解决多源观测数据和泥沙输移模型的数据同化，梯级水库累积效应的定量评价等关键技术问题，利用此模型评估珠江流域水库的库容损失量，为指导珠江梯级水库水沙管理、提高水库综合效益提供决策参考。. 本文研究成果表明，过去30年由于人工修建水库导致河流到珠江口输沙量显著降低。但近20年输沙量年际变动规律不明显，河流年输沙量、年平均含沙量、多年平均输沙模数总体呈现降低趋势。除人工修建水库导致的库内泥沙淤积，从而到入海泥沙减少外，珠江流域气候变化导致降雨增加、流域治理实施的水土保持和修复工程导致的土壤石漠化降低，使得土壤减弱，也是造成入海泥沙降低的主要原因。. 过去四年，受本项目资助，项目负责人共计发表论文40篇，其中以第一作者/通讯作者发表论文13篇，包括Nature子刊Nature Communications期刊论文1篇，SCI论文10篇，中文期刊论文3篇。受基金项目资助出版专著2部。培养研究生9人，毕业2人，7人在读，其中，研究生获得国家留学基金全额资助公派出国留学奖学金3三项，获得依托单位出国交流项目5项。项目资助本科生获得国家级大创项目4项，省级项目1项。此外，先后参加了2018年、2019年EGU国际会议并做口头报告2次、中国地理学年会2次、并主持举办了国际学术会议/NSFC-RGC青年学者论坛：河流-水库-近海连续体泥沙输移、碳循环与固碳增汇对策研讨会1场。