近60年来流域人类活动和气候变化对长江入海水沙通量影响机制剖析

The variation processes of the water and sediment load discharged from the major rivers worldwide under the combined influence of human activities and climate change over the past few decades have been revealed in numerous studies. However, the influence mechanism needs further research. The temporal variations of runoff and sediment load discharged from the Yangtze River over the past 60 years will be investigated on various time scales based on the latest observed data in this project, down to the subbasins, and the water and sediment contributions from the subbasins will also be detected to identify the source region of water and sediment discharged into the sea; A quantitative assessment of impacts of climate change and human activities on the changes in water and sediment will be performed over different periods, and their influence mechanism will be specially discussed, to reveal when and to which extent the water and sediment was influenced by human activities or climate change; A comparative study will be made among the subbasins to reveal the difference for the local response of hydrological elements to the influence factors, in view of climate change and development and utilization vary a lot from basin to basin. The results will help to enrich the understanding of hydrological response to climate change and human activities in the basins, which will be of great scientific and practical significance for the river to cope with global change and achieve sustainable development. This research will provide theory basis for further studies on the land-sea interaction, and also contribute to objectively evaluate the impact of major human activities in the basins.

近几十年来，在气候变化和人类活动双重影响下全球主要河流入海水沙通量变化过程已较清楚，但其影响机制仍亟待研究。本项目拟基于最新的实测数据，从多种时间尺度上探讨近60年来我国长江流域入海水沙的变化特征，并细化到子流域尺度上，计算各子流域对入海水沙的贡献率及变化，从而定量识别不同时期长江入海水沙的主要来源区；对不同时期流域气候变化和人类活动对长江水沙变化的影响进行区分和定量评价，并结合历史资料，深入剖析其影响机制，揭示何时、何种气候或人为因素引起水沙的何种程度的变化；鉴于气候变化的地域差异以及流域开发程度不同，将开展流域内不同区域（特别是各子流域）的相关对比研究，从而揭示不同区域水沙变化对各影响因素的敏感性差异。研究成果将有助于丰富不同流域水文要素变化对气候变化和人类活动响应的认识，对流域应对全球变化、实现可持续发展具有重要的科学和实际意义。同时也有助于客观评价流域重大人类活动带来的影响。

过去几十年中，入海输沙量锐减和流域碎片化，是世界上许多河流面临的共同问题。长江是亚洲最大的河流。1956年以来，长江大通站实测输沙量（DTS）急剧下降，平均速率约为7.22×106t/yr；并且其下降趋势呈阶梯性，大致可以分为5个时段：1956–1968、1969–1991、1992–2002、2003–2012和2013–2017年。有关长江泥沙的研究非常广泛，但系统且定量地识别各主要支流或长江干流不同区间对入海泥沙总量的贡献量，仍是需要进一步解决的问题。特别是对于来自某一上游支流的输沙量，在汇入长江干流并向下游输运的过程中，沿途经过几百甚至几千公里且不断有新的支流泥沙汇入，干流河道上不断发生侵蚀或淤积，最终上游泥沙中有多少比例被输运入海，仍需要一个简单但有效的算法来进行说明。本研究基于长江流域共计74个水文站的实测泥沙数据（可能是迄今为止有关长江流域泥沙研究的最大数据集），采用一种新的全流域泥沙收支方法来估算：（1）长江泥沙输运过程中的沿程淤积，以及（2）长江干流不同河段以及各支流对DTS的贡献率。结果表明，长江源头金沙江流域的攀枝花至向家坝河段曾经是DTS的最大贡献者之一（16–33％）；但由于三峡水库蓄水，2003年后其贡献急剧下降；由于金沙江流域梯级水库蓄水，2013–2017年其贡献进一步减少至接近为零。相反，由于三峡水库以下河道侵蚀显著，2003–2017年长江干流宜昌至大通河段对DTS的贡献率为50–64％。2003年前大约66–84％的DTS来自长江上游，但2003年后72–91％的DTS来自中下游流域，这反映了长江大通泥沙来源从上游到中下游的急剧变化。2003年三峡水库蓄水后，由于水库泥沙拦截以及库区内河道侵蚀停止，2003–2012年DTS平均减少了128.37×106 t/yr。同理，金沙江梯级水库蓄水后，2013–2017年DTS减少了27.28×106 t/yr。本研究中所采用的新的全流域泥沙收支方法可应用于世界其它大小河流，以追踪泥沙源/汇，并为流域泥沙资源管理提供有价值的参考。