（环境工程专业论文）19572007年赣江、抚河与潦河流域的输沙变化及其环境意义.pdf

摘要 l i l ll l ii ii i i ii ii i iii il 17 4 6 6 4 1 摘要 根据1 9 5 7 2 0 0 7 年赣江外洲水文站、抚河李家渡水文站和潦河万家埠水文站 的径流量、含沙量和输沙率数据，对赣江流域、抚河流域和潦河流域输沙的变 化进行了研究，并籍此研究了这些流域的水土流失情况。结果发现： 1 、5 1 年来“三河”的流量呈波动状态，无明显的年际变化规律或周期性；年 内分布规律性明显，赣江、抚河与潦河在丰水期3 - 6 月的流量平均占全年流量的 比率分别为：4 9 0 1 、5 4 4 0 和4 6 9 4 。 2 、含沙量与流量呈显著线性正相关，表明含沙量实际上受控于降水量。含 沙量表征单位降水对地表的剥蚀能力，反应了地表保持水土能力的强弱。通过 对每1 0 年的流量和含沙量回归方程的斜率和截距对比表明：赣江流域自1 9 8 0 年以来雨水对地表的剥蚀能力越来越弱；抚河流域从1 9 5 0 年代到1 9 8 0 年代中 期雨水对地表剥蚀能力呈上升趋势，1 9 8 0 年代末期直至2 0 0 7 年，雨水对地表 的剥蚀能力越来越弱；潦河流域从1 9 5 0 年代到1 9 7 0 年代末期雨水对地表剥蚀 能力呈上升趋势，1 9 8 0 年代直至2 0 0 7 年，雨水对地表的剥蚀能力越来越弱。 3 、5 1 年来：赣江( 外洲水文站以上) 每年平均流失泥沙8 9 8 4 7 士4 5 7 7 5 万 吨；抚河( 李家渡水文站以上) 每年平均流失泥沙：1 4 0 2 3 士7 5 3 3 万吨；潦河( 万 家埠水文站以上) 每年平均流失泥沙：3 6 8 7 士2 3 8 0 万吨。输沙量在主汛期( 3 6 月) 的集中趋势明显，其占全年输沙量的比率分别为：赣江流域6 5 1 0 抚河流 域6 8 0 0 和潦河流域6 0 3 4 。 4 、5 1 年来各流域的输沙模数为：赣江1 1lt k m 2 a ；抚河8 8 7t k m 2 a ；潦河 1 0 4 1t k i n 2 a ，输沙强度皆为为微度。从输沙模数反应的情况看，赣江流域的水 土流失仅在1 9 7 0 年以前位居所研究的“三河”之首，而近1 0 年( 1 9 9 8 - - 一2 0 0 7 年) 来则属最轻，平均输沙模数；赣江流域为4 7 0 5 t k m 2 - a ；抚河流域为7 3 8 1t k m 2 a ； 潦河流域为7 6 8 8 t k m 2 a 。 关键词：赣江；抚河；潦河；输沙；环境意义。 - _ _ _ _ _ _ _ - 。一一 a b s t r a c t a b s t r a c t b a s e do nl o n gs e r i e sd a t a ( 19 5 7 - 2 0 0 7 ) o ft h es e d i m e n td i s c h a r g ea tt h et h r e e h y d r o l o g i c a ls t a t i o n so ft h ew a i z h o us t a t i o no fg a nr i v e r ，t h el i j i a d us t a t i o no ff u r i v e ra n dt h ew a n j i a b us t a t i o no fl i a or i v e r ，t h i sp a p e ra i m e dt or e v e a lt h ev a r i a t i o n p a r e mo ft h es e d i m e n td i s c h a r g ea n dt h ec a u s e so fw a t e rl o s sa n ds o i le r o s i o ni nt h e t h r e ed r a i n a g ea r e a s b a s e do nt h es t u d y ，s o m ec o n c l u s i o n sc a nb ed r a w n ： 1 、n l ea n n u a la v e r a g er u n o f f o ft h et h r e er i v e r st e n d e dt of l u c t u a t ew i t h o u ta n y p e r i o d i c i t yf r o my e a rt oy e a ri nt h e5 1y e a r s s u mo ft h em o n t h l ya v e r a g er u n o f f o f t h eh i g hf l o wp e r i o d ( f r o mm a r c ht oj u n e ) a m o u n t st o4 9 0 1 ，5 4 4 0 a n d4 6 9 4 o ft h ea n n u a lr t m o f fi ng a nr i v e r , f ur i v e ra n dl i a or i v e r , r e s p e c t i v e l y 2 、t h e r ei sas i g n i f i c a n t p o s i t i v e l yl i n e a r c o r r e l a t i o nb e t w e e ns e d i m e n t c o n c e n t r a t i o na n dr u n o f fo fe a c hr i v e r i ti n d i c a t e st h a tt h es e d i m e n tc o n c e n t r a t i o ni s c o n t r o l l e db yt h ea m o u n to fp r e c i p i t a t i o ni nt h et h r e ed r a i n a g ea r e a s t 1 1 es e d i m e n t c o n c e n t r a t i o nr e p r e s e n t st h ee r o s i v ep o w e ro fr a i n f a l lo nt h ee a r t h ss u r f a c e t h e r e l a t i o nb e t w e e nd e c e n n i a lr u n o f f sa n ds e d i m e n tc o n c e n t r a t i o n sw a ss t u d i e d ，a n dt h e s l o p ea n di n t e r c e p to ft h er e g r e s s i o ne q u a t i o n si n d i c a t e s ：t h ee r o s i v ep o w e ro fr a i n f a l l o nt h ee a r t h ss u r f a c eh a sat e n d e n c yo fd e c r e a s i n ga f t e r19 8 0 si nt h eg a nr i v e rb a s i n , w h e r e a si ti n c r e a s e df r o m19 5 0 st om i d 19 8 0 sa n dd e c r e a s e ds u b s e q u e n t l yi nf u r i v e rb a s i n a n di ti n c r e a s e df r o m19 5 0 st ot h el a t e 19 7 0 sa n dd e c r e a s e d s u b s e q u e n t l yi nl i a or i v e rb a s i n 3 、t h ea n n u a la v e r a g es e d i m e n td i s c h a r g ef r o m19 5 7t o2 0 0 7w a s8 9 8 4 74 - 4 5 7 7 5m t o nf o rg a nr i v e rb a s i n ，1 4 0 2 34 - 7 5 3 3m t o nf o rf ur i v e rb a s i na n d3 6 8 7 4 - 2 3 8 0m t o nf o rl i a or i v e rb a s i n r e s p e c t i v e l y t h em o n t h l ya v e r a g es e d i m e n t d i s c h a r g ei nt h eh i g hf l o wp e r i o d ( f r o mm a r c h t oj u n e ) a m o u n t st o4 9 01 ，5 4 4 0 a n d4 6 9 4 o ft h ea n n u a ls e d i m e n td i s c h a r g ei ng a nr i v e rb a s i n ，f ur i v e rb a s i na n d l i a or i v e rb a s i n , r e s p e c t i v e l y 4 、t h ea n n u a la v e r a g es e d i m e n tt r a n s p o r tm o d u l u sf r o m19 5 7t o2 0 0 7w a s11 1 t k m 2 - af o rg a nr i v e rb a s i n , 8 8 7t k m 2 af o rf ur i v e rb a s i na n d10 4 1t k i n 2 - af o r l i a or i v e rb a s i n , r e s p e c t i v e l y b a s e do nt h e d i s t r i b u t i o no ft h es e d i m e n tt r a n s p o r t i i i a b s t r a c t m o d u l u s ，i tc a l lb ec o n c l u d e dt h a tt h el o s so fw a t e ra n ds o i lw a sm o s ts e r i o u si ng a n r i v e rb a s i nb e f o r e19 7 0 s ，h o w e v e rt h ei n t e n s i t yo fw a t e ra n ds o i ll o s si n c r e a s e df r o m g a nr i v e rb a s i n ( 4 7 0 5 t k i n 2 a ) ，t h r o u g hf ur i v e rb a s i n ( 7 3 8 1t k m 2 a ) ，t ol i a o r i v e rb a i n ( 7 6 8 8t k i n 2 a ) k e yw o r d s ：g a nr i v e rb a s i n ；f ur i v e rb a s i n ；l i a or i v e rb a s i n ；s e d i m e n tt r a n s p o r t ； e n v i r o n m e n t a ls i g n i f i c a n c e i v 目录 目录 第1 章引言1 1 1 水土流失概述1 1 1 1 水土流失的分类及各种类型在我国的分布1 1 1 2 水土流失的影响因素3 1 1 3 水土流失的危害4 1 2 河流泥沙输送的研究概述7 1 2 1 影响河流输沙量的主要因素7 1 2 2 河流输送泥沙的环境效应9 1 2 3 河流泥沙输送研究的发展趋势9 1 3 选题依据l0 第2 章研究区域和数据监测1 2 2 1 研究区域概况1 2 2 1 1 赣江流域概况1 6 2 1 2 潦河流域概况18 2 1 3 抚河流域概况1 8 2 2 研究数据19 第3 章赣江、抚河及潦河的输沙特征及其环境意义2 1 3 1 河流的流量分布特征2 1 3 2 河流的含沙量分布特征及其环境意义2 3 3 2 1 “三河含沙量的逐年分布特征2 3 3 2 2 含沙量的逐年分布及其反映的环境问题2 5 3 2 3 含沙量的逐月分布特征2 5 3 - 3 河流的含沙量与流量的关系2 6 3 3 1 赣江的含沙量与流量的关系2 6 3 3 2 抚河的含沙量与流量的关系2 8 3 3 3 潦河的含沙量与流量的关系3 1 v 目录 3 4 输沙量的分布及其反映的环境问题3 3 3 5 输沙模数的分布及其反映的环境问题3 6 第4 章结论与展望3 7 4 1 结论3 7 4 2 进一步工作的方向3 8 致谢3 9 参考文献4 0 攻读学位期间的研究成果4 3 v l 第1 章引言 第1 章引言 1 1 水土流失概述 水土流失( w a t e ra n ds o i ll o s s ) 是指“在水力、重力、风力等外营力作用下， 水土资源和土地生产力的破坏和损失，包括土地表层侵蚀和水土损失，亦称水 土损失。，i 堙】。另据1 9 8 1 年科学出版社简明水利水电词典提出，水土流失 指“地表土壤及母质、岩石受到水力、风力、重力和冻融等外力的作用，使之 受到各种破坏和移动、堆积过程以及水本身的损失现象。这是广义的水土流失。 狭义的水土流失是特指水力侵蚀现象。 水土流失是全球最大的环境问题，据统计，全球每年地表侵蚀量高达6 0 0 亿吨，损失耕地约5 万至7 万平方公里。全球有6 5 的土地存在不同程度的退 化，每年损失表土2 4 0 亿吨，在过去的2 0 年里全球丧失的表土面积相当于美国 耕地面积的总和p 】。我国是世界上水土流失最严重的国家之一，年平均土壤侵蚀 量高达4 5 亿吨，损失耕地约1 0 0 万亩，全国几乎每个省都有不同程度的水土流 失，其分布之广，强度之大，危害之重，在全球屈指可数。我国的农业耕垦历 史悠久，大部分地区自然生态平衡遭到严重破坏，森林覆盖率为1 2 ，有些地 区不足2 ，水蚀、风蚀都很强，据2 0 世纪5 0 年代初期统计，水蚀面积1 5 0 万 平方公里，风蚀面积1 3 0 万平方公里，合计占国土面积的2 9 1 ，年均土壤流失 总量5 0 余亿吨，其中约1 7 亿吨流入海洋1 4 j 。据新华网北京2 0 0 9 年1 月2 9 日报 道【5 】：“经过2 8 位两院院士、上千名科研人员历时近3 年的科考活动，我国水土 流失最新现状基本摸清：目前我国水土流失面积达3 5 6 9 2 万平方公里，亟待治 理的面积近2 0 0 万平方公里，全国现有水土流失严重县6 4 6 个，其中8 2 0 4 处 于长江流域和黄河流域。” 1 1 1 水土流失的分类及各种类型在我国的分布 根据产生水土流失的“动力 即侵蚀营力可将水土流失分为水力侵蚀( 水 蚀) 、风力侵蚀( 风蚀) 、重力侵蚀、冻融侵蚀和混合侵蚀等五种类型【6 】： 1 、水力侵蚀，即水蚀，以降水和地表径流作为侵蚀的直接动力，其主要侵 蚀形态有溅蚀、面蚀和沟蚀。水力侵蚀分布最广泛，在山区、丘陵区和一切有 第1 章引言 坡度的地面，暴雨时都会产生水力侵蚀。它的特点是以地面的水为动力冲走土 壤。 2 、风力侵蚀，以风为外营力作用于地表而引起尘土、沙的侵蚀。可分为悬 移( 或称扬失) 、跳跃和滚动( 或称蠕动) 三种运动方式。风力侵蚀主要分布在 我国西北、华北和东北的沙漠、沙地和丘陵盖沙地区，其次是东南沿海沙地， 再次是河南、安徽、江苏几省的“黄泛区 ，这是历史上由于黄河决口改道带出 泥沙而形成的。它的特点是由于风力扬起沙粒，离开原来的位置，随风飘浮到 另外的地方降落。 3 、重力侵蚀，是地面岩体、土体物质在重力作用下，失去平稳向临空面发 生位移的现象，如泻溜、滑坡、崩塌、崩岗、洞穴侵蚀等。重力侵蚀主要分布 在山区、丘陵区的沟壑和陡坡上，在陡坡和沟的两岸沟壁，其中一部分下部被 水流淘空，由于土壤及其成土母质自身的重力作用，不能继续保留在原来的位 置，分散地或成片地塌落。 4 、冻融侵蚀，为土体或岩体裂隙中的水分因反复冻融过程使土体和岩石体 积不断胀缩、破碎、移动的现象，在高寒山区因冻融可发生冻融泥流或浅层滑 坡等。 5 、混合侵蚀，为两种或两种以上侵蚀营力作用下发生的侵蚀现象，如泥石 流等，有的学者将崩岗也列入混合侵蚀中。 根据地形特点和自然界某一外营力起主导作用的原则，将我国水土流失类 型区分为水力侵蚀为主的类型区、风力侵蚀为主的类型区和冻融侵蚀为主的类 型斟7 1 。将水力侵蚀为主的类型区又分为五个二级类型区，即：西北黄土高原区、 东北黑土区( 低山丘陵和漫岗丘陵区) 、北方土石山区、南方红壤丘陵区和西南 土石山区。将风力侵蚀为主的类型区又分为：三北戈壁沙漠及沙地风沙区和沿 河环湖滨海平原风沙区。而冻融侵蚀为主的类型区则分为北方冻融土侵蚀区和 青藏高原冰川侵蚀区两个二级类型区。 根据全国第二次水土流失遥感调查【6 】，2 0 世纪9 0 年代末中国水土流失面积 为3 5 6 万k m 2 ，其中：水蚀面积1 6 5 万k m 2 ，风蚀面积1 9 1 万k m 2 ，在水蚀、风 蚀面积中，水蚀风蚀交错区水土流失面积2 6 万k m 2 。在1 6 5 万k m 2 的水蚀面积 中，轻度8 3 万k m 2 ，中度5 5 万k m 2 ，强度1 8 万k m 2 ，极强6 万k m 2 ，剧烈3 万k m 2 。在1 9 1 万k m 2 风蚀面积中，轻度7 9 万k l i l 2 ，中度2 5 万k m 2 ，强度2 5 万k m 2 ，极强2 7 万k m 2 ，剧烈3 5 万k m 2 。另据1 9 9 0 年的遥感调查数据，冻融 2 第1 章引言 侵蚀面积1 2 5 万k m 2 ，这个没有统计在我国公布的水土流失面积当中。 1 1 2 水土流失的影响因素 土壤侵蚀是水力、风力、重力及人为活动综合作用对土壤、地面组成物质 的侵蚀破坏、分散、搬运和沉积过程。伴随着地球的海陆分化即有水土流失现 象的发生，其原因大致可以分为自然因素和社会因素。 1 、自然因素主要有气候、地形、地质环境、土壤( 或地面物质组成) 、植 被等四个方面【6 8 】： 。 气候影响因子。降雨是水土流失的原动力，产生水土流失的降雨，一般 是强度较大的暴雨，降雨强度超过土壤入渗强度才会产生地表( 超渗) 径流， 造成对地表的冲刷侵蚀。研究表明降雨量和雨强是对径流量增长影响较大的因 子。降雨量对径流量影响甚大，径流量增大将引起地表和细沟中水流的剪切力 增大，从而增强水流对土壤的分散力和对泥沙的输移力，随着降雨的增加，溅 蚀和沟间侵蚀量也增大。 地形。地面坡度越陡，地表径流的流速越快，对土壤的冲刷侵蚀力就越 强。坡面越长，汇集地表径流量越多，冲刷力也越强。坡度是决定径流冲刷能 力的重要因素，根据中国科学院1 9 6 4 年的考察研究，赣南花岗岩侵蚀区坡度每 增加1 度则侵蚀深度增加o 1 0 2 毫米。 地质环境影响因子。地表岩石的种类及岩性的差异直接影响降水、径流 和地下水地质作用的强弱，主要表现为岩石的抗蚀性和岩石的透水性两个方面， 我国南方的土壤侵蚀以水蚀为主，严重流失区域主要分布于花岗岩区、紫色岩 区和第四纪红色黏土区。地质构造对水土流失也有重要影响，褶皱、断裂作用 把完整的岩体( 层) 切割、挤压成不规则的块体或碎屑，促进岩石风化和向地 下延伸，这位水土流失提供了物质基础1 9 j 。黄越等从地质构造角度研究了江西省 水土流失分布规律，人为江西省水土流失与大地构造关系密切：以萍乡广丰( 或 浙赣铁路) 为界将江西省分为南北两个大地构造单元，赣北为扬子准地台，赣 中南属于华南褶皱系，两者在地层发育、沉积建造特征上差异明显：赣北构造 相对稳定，风化的物质来源较少，流失程度相对较轻；赣中南岩浆构造活动相 对强烈，褶皱、断裂和断层较发育，花岗岩类遍布，岩石风化程度强，风化物 质来源较丰富，流失程度相对较重【l o 】。 地面物质组成，如土壤的粒度分布、团粒结构、矿物组成等。 3 第1 章引言 植被。达到一定郁闭度的林草植被有保护土壤不被侵蚀的作用。郁闭度 越高，保持水土的越强。 2 、人为因素。人类对土地不合理的利用、破坏了地面植被和稳定的地形， 以致造成严重的水土流失。这大致可分为：植被的破坏( 如毁林毁草)、不 合理的耕作制度( 陡坡开荒，草原上过度放牧) 和开矿、修路等建设活动破坏 地表植被后不及时恢复，随意倾倒废土弃石等。我国由于人多地少，毁林毁草、 陡坡开荒种粮现象突出，这产生了严重的水土流失。陡坡开荒种粮前一二年产 量尚可，由于水土流失，土地日益瘠薄，生态环境日益恶化，粮食产量日趋下 降，为获得更多的粮食又进一步毁林毁草，扩大陡坡开荒种粮，致使水土流失 就进一步加剧。这种“越垦越穷，越穷越垦”的恶性循环，造成了严重的水土流失。 近几十年来，随着人类改造自然的能力空前高涨，人为因素导致的水体流 失日益严重。 1 1 3 水土流失的危害| 6 ，8 l 1 、水土流失容易破坏地面完整。水土流失中的沟蚀是破坏地面完整的“元 凶”。例如，黄河流域的黄土高原地区，许多地方沟头每年平均前进3 米左右， 把地面切割得支离破碎，从飞机上向下看，许多地方一半左右的地面都变成了 沟壑。据黄土丘陵区许多典型小流域的调查，平均每平方公里面积上沟壑长度 就有3 5 公里。中国南方的广东、江西、湖南等省境内风化花岗岩地区的崩岗， 也有类似的情况。破坏地面完整是破坏生态环境的一个重要方面。 2 、破坏土地资源，导致土地退化、土壤肥力下降，从而毁坏耕地。水土流 失使土壤肥力衰退，耕地减少，土地退化严重，严重影响农业生产。经研究测 算，按现在的流失速度，5 0 年后东北黑土区1 4 0 0 万亩耕地的黑土层将流失掉， 3 5 年后西南岩溶区石漠化面积将翻一番，将有近1 亿人失去赖以生存和发展的 基础。据推测，江西省年土壤侵蚀量达1 6 亿吨，相当于1 0 0 万亩耕地1 6 厘米 耕作层的厚度，损失的养分量折合有机质约1 6 0 万吨，无机肥( n 、p 、k ) 约 1 8 0 万吨，相当于其全省化肥的年产量。暴雨中陡坡耕地的水土流失特别严重， 据科学观测，1 5 2 5 度的坡耕地每年每公顷流失水量4 0 0 - 6 0 0 立方米，流失土 壤3 0 1 5 0 吨；土壤中的氮、磷、钾、有机质等养分都同时流掉，造成土地日 益瘠薄，田间持水能力降低，不耐旱，又加剧了干旱的发展，其结果是农作物 产量很低，群众生活贫困。例如，黄土高原地区，许多地方治理前一般每年人 4 第1 章引言 均粮食只有2 5 0 , 一3 0 0 公斤，灾年甚至颗粒无收，靠国家从外地调进粮食救济。 近5 0 年来，中国因水土流失毁掉的耕地达4 0 0 0 多万亩，平均每年近1 0 0 万亩。 因水土流失造成退化、沙化、碱化草地约1 0 0 万平方公里，占中国草原总面积 的5 0 。进入2 0 世纪9 0 年代，沙化土地每年扩展2 4 6 0 平方公里。 3 、水土流失严重影响水资源的开发利用。水土流失造成大量泥沙下泄，淤 积山塘、水库，降低了这些水利设施的蓄水功能，影响了水资源的开发利用。 新中国成立以来，黄土高原各地在沟道中兴建的近3 0 0 0 座小水库，大部淤满失 效，被迫改作坝地使用。四川省龚嘴水电站库容3 6 亿立方米，原设计为蓄水发 电，1 9 7 6 年建成，1 9 8 7 年己淤满，改为径流发电。河北省庙宫水库，库容1 8 3 亿立方米，1 9 6 0 年建成，1 9 8 8 年已淤积9 6 5 0 万立方米，占总库容的5 3 。辽 宁省兴修的7 3 3 座小水库中1 0 年左右已有1 0 6 座淤满报废。广东省梅州市兴修 的3 5 万多座山塘和3 7 0 座小水库，到8 0 年代后期已分别淤积3 1 6 和6 1 5 ， 其中5 0 5 座山塘库容已全部淤满报废。据1 9 9 0 年初步统计，全国各地由于水土 流失损失水库和山塘库容历年累计在2 0 0 亿立方米以上，按每立方米最低造价 o 5 元计算，直接经济损失在1 0 0 亿元以上。至于因减少灌溉面积和发电量而造 成的经济损失，至少应是损失库容造价的2 , - - , 3 倍。 4 、水土流失影响交通运输。每年汛期，由于水土流失造成公路、铁路沿线 山坡塌方而引起的交通中断事故，全国时有发生，不胜枚举。一次较大的事故 直接经济损失往往以数十万元计。由于水土流失，泥沙淤积在河道，加上其他 因素，使国内许多河流航程缩短。例如，广东省内河航运里程，建国前有2 0 万 公里，5 0 年代初期减少为1 5 9 万公里，7 0 年代后期又减少到1 1 1 万公里。四川 省建国前有通航河流9 1 条，航程1 6 万公里，到1 9 8 3 年减少5 6 条，航程0 8 万公里。东北松花江流域，原有通航里程1 5 0 0 公里，到9 0 年代初期，减少为 5 8 0 公里。 5 、导致江河湖库淤积，加剧洪涝灾害。1 9 5 0 年至1 9 9 9 年黄河下游河道又 淤积泥沙9 2 亿吨，致使河床普遍抬高2 至4 米；辽河干流下游部分河床已高于 地面1 至2 米，也成为地上悬河；全国8 万多座水库年均淤积1 6 2 4 亿立方米， 是造成调蓄能力下降的主要原因之一。我国许多地方河流中下游平原地区的洪 涝灾害，都是由于上中游山区、丘陵区的水土流失造成的。每年汛期暴雨过程 中，山区、丘陵区严重的水土流失，从漫山遍野汇集到千沟万壑，由千沟万壑 汇集到河道的支流和干流，形成来势凶猛的洪水，淹没田地、村庄、城镇，造 5 第1 章引言 成人民生命财产的巨大损失。水土流失加剧洪水威胁还有一个重要因素，就是 洪水中挟带的泥沙淤积在河流下游河床，使河底一年年抬高，减小了河道的行 洪能力，洪水就向河流两岸漫溢，造成巨大灾害。这种情况黄河流域最有代表 性。黄河流域黄土高原地区年均输入黄河泥沙1 6 亿吨中，约4 亿吨淤积在下游 河床，致使河床每年抬高8 1 0 厘米，由于其严重的水土流失，大量泥沙淤积在 下游河床，以致河床比两岸地面高出4 1 0 米，形成“地上悬河 ，对周围地区 构成严重威胁。汛期洪水奔腾咆哮在两岸大堤中，踞高临下，十分危险。建国 前2 5 0 0 年中，黄河大堤曾决口1 5 0 0 多次，每次决口都造成人民生命财产的严 重损失。1 9 3 3 年8 月，黄河大堤决口，受灾面积6 5 9 2 平方公里，受灾人口2 7 3 万人，伤亡1 2 7 万人，直接经济损失2 0 7 亿元( 银元) 。建国以后，中国东北 和西南地区，森林破坏严重，水土流失加剧。1 9 9 8 年夏天，长江流域和松花江 流域分别发生全流域性的特大洪水，其主要原因之一就是中上游地区水土流失 严重，加速了暴雨径流的汇集过程，降低了水库的调蓄和河道的行洪能力。面 对危急情势，中共中央号令数十万解放军和当地人民群众奋力抢救，才转危为 安。这一沉痛的教训，为全国人民敲响了警钟，为了保障河流中下游人民生命 财产的安全，必须在上中游山区、丘陵区搞好水土保持。 6 、削弱生态系统的调节功能，导致气候恶化，对生态安全和饮水安全构成 严重威胁。随着水土流失的加剧，土层有效持水量降低、热量状况变劣，裸露 土地温度升高，土壤调节水分的功能也随之下降，影响水资源利用，进而导致 水旱灾害加剧。在水土流失严重的赣州地区，7 0 年代平均气温较1 9 5 0 年代高 0 2 ，水旱灾害频频发生，1 9 8 6 年该区旱灾面积达1 5 3 4 平方公里，粮食减产 3 3 亿公斤，粮食减产数比1 9 6 3 年历史最大旱灾年多1 5 倍。5 0 多年来，我国 从南到北，旱灾发生的频率也呈现逐渐增加的趋势。近1 0 年来全国平均耕地受 旱面积达到2 9 亿亩，多数发生在水土流失严重的山丘地区，成灾面积达到1 亿 多亩。西北地区水资源相对匮乏，总量仅占全国l 8 ，但为了减轻泥沙淤积造成 的库容损失，部分黄河干支流水库不得不采用蓄清排浑的运行方式，使大量宝 贵的水资源随着泥沙排入黄河。而在下游，平均每年需舍弃2 0 0 3 0 0 亿立方米 的水资源，用于冲沙入海，降低河床。 7 、恶化生存环境，加剧贫困。水土流失是中国生态环境恶化的主要特征， 是贫困的根源。尤其是在水土流失严重地区，地力下降，产量下降，形成“越 穷越垦，越垦越穷的恶性循环。目前全国农村贫困人口9 0 以上都生活在生 6 第1 章引言 态环境比较恶劣的水土流失地区，现有严重水土流失县6 4 6 个，江西赣南1 5 个 老区县中，水土流失严重县有1 0 个，占6 7 ；陕北老区2 7 个县全部为水土流 失严重县；太行山4 5 个老区县中，水土流失严重县3 3 个。调查显示，7 6 的贫 困县和7 4 的贫困人口生活在水土流失区。 1 2 河流泥沙输送的研究概述 河流含沙量和输沙量是反映一个地区水土流失程度的主要指标。地球表层 的泥沙循环包括泥沙的产生、输移、堆积等过程。在漫长的泥沙淤积过程中， 既直接或间接地危害资源环境，造成经济财产损失，甚至危及人身安全，同时 也为人类塑造了美丽富饶的平原陆地，随着社会经济发展的需求，泥沙逐渐成 为被人类利用的资源。 河流是地球表面最活跃的组成部分，它在地表物质迁移、地貌塑造、陆海 物质循环中都扮演着十分重要的角色【1 1 1 。河流的泥沙主要来源于流域的岩石、 土壤及其风化产物，并受到流域气候、地貌、植被等自然因素的影响【1 2 】。近些 年来，毁林造田、过度开垦、筑坝等人类活动对河流输沙量的影响也越来越受 到人们的关注。水土流失危害严重，不仅破坏了生态环境，而且制约着经济社 会的可持续发展，因此已成为全球最大的环境问题之一，而且在许多国家和地 区水土流失的形势还在不断恶化【3 】。河流的泥沙输送问题引起了国内外学者的广 泛关注，国内学者对我国河流的输沙量进行了大量的研究【1 3 - 2 4 1 。从环境科学的 角度来研究河流的泥沙输送主要包括以下主要问题。 1 2 1 影响河流输沙量的主要因素 河流输沙量的变化反映了陆地剥蚀速率的变化，研究认为气候变化( 降雨 量、蒸发量、气温等) 和人类活动( 主要是土地利用、水土流失的治理和水库 的建设) 是对河流的输沙产生变化的最重要的两个影响因素，同时，地质、地 貌、土壤和地表植被对其也有重要影响 1 1 , 1 2 , 2 4 - 3 5 】： 1 、降雨是影响径流和侵蚀的主要动力因素之一。对于全球主要河流而言， 径流量、年均降雨量是影响世界主要流域输沙量的主要因素( 另一主要因素为 海拔) 3 6 - 3 8 】。降雨量、降雨历时都影响着其对地表的剥蚀强度，降雨的空间不 均匀性在产流的过程中和产沙量都起到了相当重要的作用【3 3 弓5 1 。降雨的时空分 布对河流泥沙输送有重要影响，近年来长江流域降水总量虽然与多年平均值变 7 第1 章引言 化不大，但流域内降水在时间上和空间上的集中度都有明显的增加，降水时空 分布的这种变化，造成了汛期洪涝灾害的增力h 3 2 】。当降雨量较小时地表径流与 降雨量之间呈指数关系，而降雨量较大时，两者之间为线性关系l l 职引。此外，降 雨与地表径流的关系受下垫面影响较大降雨是影响径流和侵蚀的主要动力因 素之一，降雨对产沙的影响在不同区域差别较大【l2 。 2 、地貌是组成自然环境的基本要素，对土壤侵蚀、河流输沙量有重要影响， 海拔高度更是影响世界主要流域输沙量的主要因素之一 1 1 , 3 6 - 3 8 j 。地貌具有三维结 构，可以解析为各种坡长、坡度、高差及坡向等形体要素，地貌对土壤侵蚀的 影响正是通过各形体要素的作用去实现的：土壤侵蚀强度与相对高度呈线性正 相关，且关系密切。地面切割越深，地貌的位势高度愈大，不稳定潜在势能也 就愈大，因而土壤侵蚀也就越强烈；土壤侵蚀模数随平均坡度的增大呈幂函数 关系增加，但在临界坡度内，坡度增加，地表径流却减少；流域平均坡长愈长， 地面越完整，土壤浸蚀面就越小，因而土壤侵蚀强度就越小【2 引。 3 、流域的土壤、岩石性质和地质构造决定着流域的下渗、蒸发和地下最大 蓄水量，从而能对河流输沙量施加影响【1 2 】。如地质构造可能形成有利的地下蓄 水构造( 如蓄水盆地) 。较发育的断层、节理、裂隙，增加入渗，减少地面径流。 透水性好的土壤、岩石将有很大一部分降雨渗入地下，变成地下水。透水性差 的土壤、岩石下渗雨水少，产流量大，地表径流多。 4 、地表植被影响着雨水下渗、径流冲蚀和土壤的可侵蚀性，流域的地表覆 被对河流的输沙量作用显著。比如，森林作为一个复杂的生态系统，对降雨有3 个作用层，即林冠、枯枝落叶层和林地土壤层。通过3 个作用层提高了林地的 渗透能力和林下土壤蓄水能力。森林由此起到了缓滞水流和保护地面的作用， 可以在一定范围内减少洪水总量和消减洪峰流量i l2 5 、人类活动对河流输沙量的影响有巨大影响，其一是因建造水工建筑物直 接改变了流域内河流年径流的条件和泥沙的沉降性，其二是土地利用方式改变 了流域的天然自然地理条件，影响着流域内的河流径流的形成( 调节) 条件。一般 而言，在河流上修建水库以后，一方面泥沙会在水库中淤积，另一方面在坝址 以下河道的若干距离内会发生冲刷，因此，水库的泥沙淤积对下游河道输沙量 的影响是比较复杂的。水库对河流泥沙的拦截作用被认为是引起全球河流入海 泥沙下降的主要原因【2 6 , 2 7 ，表明总体上水库建筑减少了河流的泥沙输送。土地的 过度开垦造成河流泥沙的急剧增加，这在我国表现的尤为明显，我国主要流域 8 第1 章引言 的森林覆盖率普遍偏低，土地开垦面积普遍较高，尤其在生态脆弱的黄土高原 地区，水土流失状况十分严重】。 1 2 2 河流输送泥沙的环境效应 泥沙输送意味着水土的流失，其造成的危害主要体现在以下几个方面：一 是淤塞江河湖库，加剧了洪涝灾害；二是破坏了生态环境，制约着经济社会的 可持续发展。 泥沙灾害在流域的不同区域往往有不同的表现：河流上游的泥沙运动常常 引起水土流失、土壤退化、农业减产；河流中、下游的泥沙运动往往引起河岸 冲刷、河床淤高、河堤决口；河口地区的泥沙运动又会引起泥沙沉积、主流摆 动、航道淤塞【3 9 1 。此外，在一些流域会因泥沙运动致使水库淤废、湖泊淤没、 洪水调节功能丧失殆尽并加剧洪水灾害，在另一些流域则会因泥沙运动发生泥 石流灾害。中国水库泥沙淤积严重，全国水库因淤积总库容损失达4 0 【4 们。由 于泥沙淤积使得河床抬高，导致在流量相同的情况下，水位明显抬升；泥沙淤 积还使洪水推进速度明显减慢。泥沙淤积降低河道的行洪与调洪能力，抬高河 床高程，加剧洪水灾害，造成我国1 9 9 0 年以来洪水灾害频繁发生，呈现“小水 大灾”的新特点，致使同频率洪水条件下洪灾加剧，原有防洪规划适应性变差， 给江河治理带来了难以克服的困难【3 9 】。 河流的泥沙输送对湖泊的生态环境功能和人民生活造成深刻影响。泥沙具 有灾害性和资源性的双重属。泥沙塑造的陆地即洲滩是自然界重要的自然资源 和生态系统，在扩大土地面积、涵养水源、调蓄行洪、净化环境、维持生物多 样性等方面起着重要作用。其灾害属性则集中体现在：泥沙淤积一洲滩扩展、 人类围垦一水体空间缩小一调洪功能下降、鱼类资源枯竭、生物多样性减少的 灾害链；泥沙淤积一洲滩扩展一洪涝、水体污染的灾害链；泥沙淤积一洲滩扩 展一血吸虫病、东方田鼠致害的灾害链；泥沙淤积一洪溃决堤一土地沙化等泥 沙灾害链【4 。 水土流失使本来就十分宝贵的水土资源大量流失，加剧了人口与土地资源 的矛盾，严重影响着社会、经济的可持续发展。 。 1 2 3 河流泥沙输送研究的发展趋势 泥沙具有灾害性与资源性双重属性，这已成为泥沙科学研究领域的前沿热 o 第1 章引言 点之一。河流泥沙输沙量研究是当前全球变化研究的一个重要组成部分，并且 已在全球入海泥沙数量的估计与变化趋势渊、人类活动和气候变化的影响【2 s 】、 河口海岸的响应等方面取得了一些重要的研究成果【1 4 1 ，引起了越来越多的研究 者关注。在人类影响、改造自然的范围和力度越来越大的今天，明晰自然和人 为各种驱动因素对河流泥沙输送的影响，以指导采取针对性的防治措施必定成 为这一领域的重要发展方向。 1 3 选题依据 江西省是我国南方水土流失最严重的省份之一【4 2 】。据1 9 9 7 年遥感调查，江 西有水土流失面积3 5 2 万k m 2 ，占土地面积的2 1 1 ，占山地面积的3 5 。其 中轻度流失面积1 2 3 万k m 2 ，中度流失面积1 0 4 万k m 2 ，强度及其以上流失面 积1 2 5 万k m 2 。据不完全统计，全省年土壤侵蚀总量超过1 6 5 一2 亿t ，相当 于损失83 3 3h m 2 以上的耕地2 0c m 厚的耕作层，每年造成的直接经济损失在 2 0 亿元以上【4 3 讲】。 水土流失是造成河流泥沙来源的主体，另外，五河两岸及鄱阳湖沿岸由于 水流冲刷或波浪冲击，或渗透水作用，形成河岸坍塌造成岸蚀；还有部分地区 的滑坡、泥石流，也成为江河泥沙的重要组成部分【4 5 1 。 江西属亚热带湿润季风气候区，降雨量多、强度大且相对集中，这为泥沙 搬运提供了动力。江西山丘区约占全省土地面积的6 5 以上，地势周高中低， 东南西三面环山，形成向北开口的凹形斜面，中部丘陵盆地相间，北部平原坦 荡、河湖交织，这种地形地势为泥沙汇聚创造了条件。同时，人们不合理的经 营加剧了土壤冲刷和泥沙汇聚，诸如乱砍滥伐、顺坡耕作、修路、开矿、采土 取石等开发建设项目的忽视水土保持。据调查测算，目前江西省因人为因素影 响每年新增水土流失面积达5 1 3 3 万h m 2 ，相当于全省每年治理水土流失面积的 1 3 ，这些地方产生的泥沙流失量为30 0 0 万 - - 40 0 0 万t ，相当于全省年土壤侵 蚀总量的2 0 【4 5 1 。随着近年基本建设速度加快，尤其是修路等生产建设个别施 工单位水土保持意识淡薄，有的将弃石弃土直接倾入河沟，其影响十分严重， 加速了河床淤积。 江西河流的输沙量巨大，导致河流河床普遍淤塞严重，有的近几十年淤高 竟达几十厘米甚至几米，有的已形成地上悬河。由于泥沙淤塞池塘水库，乃至 1 0 第1 章引言 危及我国最大的淡水湖泊都阳湖以及长江。新中国成立以来，赣江上游 各主要支流河床普遍淤高0 5 2 1m ，南昌八一桥下淤高2 5 3 0m ，抚河下游 淤高4 5 7m ，信江下游淤高2 5m 。全省97 0 0 多座水库，每年因泥沙淤积减少 库容10 0 0 多万m 3 ，相当于损失1 座中型水库【4 3 ，4 5 1 。鄱阳湖面积由2 0 世纪 5 0 年代初的5 1 万多h m 2 ，缩d , n 现在的3 9 万多h m 2 ，容积由3 7 0 亿m 3 减缩 为现在的2 9 8 亿m 3 ，每年淤积在湖内的泥沙，达l2 0 0 多万t 4 6 j ( 左长清，1 9 8 9 ) 。 从而造成江西省洪涝灾害频繁发生，形成小流量、高水位、大险情的局面。 随着人口的迅速增长、城市化的加速、农业发展的需求，水域开发、交通 用地、居民点及工矿用地的面积仍将进一步增长h m 引，同时，暴雨频次增加， 这些因素将进一步增加生态环境保护和水土保持的压力。 因此，研究河流输沙量的变化规律，明晰影响我省河流输沙量的各种自然 和人为因素的贡献，这在理论上有重要意义，并可为政府决策部门采取针对性 的防控措施提供理论依据。 第2 章研究区域和数据监测 第2 章研究区域和数据监测 2 1 研究区域概况 流经南昌的3 条主要河流为赣江、潦河和抚河，它们都建立了长期水文监 测站，分别为外洲站、万家埠站和李家渡站。三个水文站的位置如图2 。1 所示、 基本情况如表2 1 1 表2 1 3 所示。 图2 1 水文站分布图 1 2 第2 章研究区域和数据监测 表2 - 1 1外洲站基本情况一览表 测站 站号6 8 0 2 16 2 3 0 2 2 5 0 建站时间1 9 4 9 年1 0 月 编码 测站 所在地点江西省南昌市桃花乡东经1 1 5 。5 0 7 北纬2 8 。3 8 7 概况 距河口 所在河流长江流域赣