第三节 悬移质来沙研究

1950年长江水利委员会成立后，恢复和调整长江流域水文站网，系统进行长江干支流水位、流量和泥沙观测，悬移质取样采用横式采样器，20世纪60年代，水文缆道测验技术逐步推广，以后长江上游采用JL-1型和JL-3型锤击取样的调压积时式采样器^［1］。

1986年三峡工程可行性重新论证阶段，长江水利委员会根据长江上游干流悬移质测验资料，分析了长江上游悬移质来沙变化趋势^［1-7］。以后又根据90年代以来长江上游悬移质来沙情况，进一步分析了长江上游悬移质来沙的变化趋势，对长江上游悬移质泥沙特性有如下的认识。

（1）长江上游悬移质泥沙主要来源于金沙江和嘉陵江。

长江上游悬移质泥沙主要来源于金沙江，其沙量占上游来沙总量（以宜昌站为代表）的54.4%，嘉陵江次之，占23.7%（表3-5）。金沙江和嘉陵江平均年输沙量之和占上游来沙总量的78.1%，个别年份可高达90%左右。长江上游干流河段各支流和区间悬移质泥沙入汇，悬移质输沙量沿程增加，宜昌站年输沙量约为屏山站的2倍。金沙江主要产沙区位于下游区，嘉陵江主要产沙区位于其上游支流西汉水和白龙江中游。

（2）同一测站的年径流量与年输沙量的年际变化过程基本一致。

就长江上游干支流同一测站而言，其年径流量和年输沙量的年际变化过程基本对应，即大水多沙、小水少沙，年输沙量的增减与年径流量的增减基本对应。由于各站的悬移质输沙量除与径流量关系密切外，还与降雨强度、降雨落区等因素有关，年输沙量的变化幅度大于年径流量的变化幅度。以变差系数C_v表达年际变化，年输沙量C_vs与年径流量C_vr存在以下关系：

C_vs=KC_vr

K值的大小与河流的降雨及下垫面条件有关（表3-6）^［1］，其值均大于1，说明长江上游干支流主要测站的年输沙量变化幅度均大于年径流量的变化幅度。

（3）各测站的年径流量与年输沙量年际变化过程不完全同步。

就长江上游干支流各测站之间相比较，各站的年径流量、年输沙量和年平均含沙量的年际变化过程相互不完全同步，有其各自的水沙关系和变化过程，出现峰值的年份也不一致（图3-6、图3-7）。金沙江屏山站最大年输沙量为50100万t，出现在1974年；最大年平均含沙量为2.89kg/m³，出现在1997年。嘉陵江北碚站最大年输沙量为35600万t，出现在1981年；最大年平均含沙量为3.75kg/m³，出现在1966年。岷江高场站最大年输沙量为12100万t，出现在1966年；最大年平均含沙量为1.22kg/m³，出现在1966年。乌江武隆站最大年输沙量为6040万t，出现在1977年；最大年平均含沙量为0.963kg/m³，出现在1971年。

（4）输沙量与水量的年内分配大体相应。

长江上游地区的输沙量与降水有直接关系，因此输沙量与水量的年内分配大体相应，干支流测站的输沙量年内分配有两个特点：一是由于上游地区产沙与暴雨的关系较径流与暴雨的关系更为密切，输沙量的年内分配较径流更为集中，干支流各站汛期（5—10月）输沙量一般占全年的95%～99%，而径流量则为77%～87%；二是支流各站输沙量年内分配较干流站更为集中，汛期（5—10月）输沙量占全年的97%以上。

（5）长江上游干支流悬移质泥沙由砂粒、粉砂和黏粒组成，以粉砂为主；大部分泥沙的粒径小于1mm，泥沙粒径自上游向下游明显变细（表3-7）^［15］。

长江上游地区悬移质泥沙由以石英、长石为主的60余种矿物组成，硬度大于5的矿物含量达80%左右，绝大多数呈棱角状^［17］。

（6）人类活动对长江上游来沙的影响日益明显。

长江上游来沙受自然因素和人类活动因素的影响。自然因素主要为降雨条件和下垫面的地质地貌条件。降雨条件包括降雨量、降雨强度、降雨落区和范围等条件，受气候条件影响，其随机性较大；地质地貌条件包括地形、地貌和土壤状况等，具有相对稳定性。人类活动因素方面，滥伐森林、陡坡开荒造成水土流失，而水利工程和水土保持工程则可起到拦截泥沙和减少水土流失的作用。20世纪80年代以前，滥伐森林、陡坡开荒现象较为严重，但由于长江上游地区温和湿润的气候条件有利于植被生长恢复，河流输沙量与流域总侵蚀量的比值即泥沙输移比较小，加以50年代以来修建的水库和塘堰有一定的拦沙作用，因此，80年代以前人类活动对较大支流和干流输沙量的影响并不明显^［2］。

长江上游干支流主要测站累积年径流量与累积年输沙量相关线呈直线，说明年输沙量变化主要与年径流量密切相关（图3-8）。20世纪80年代以后，滥伐森林、陡坡开荒造成水土流失的严重后果已引起各方面关注，1988年国务院批准将长江上游列为全国水土保持重点防治区，对金沙江下游和贵州毕节地区、嘉陵江中下游、陇南陕南地区和三峡库区首批实施治理；与此同时，随着国家经济建设的发展，长江上游支流修建的大量水库和农田水利工程发挥拦沙作用，长江上游干支流主要测站的年输沙量明显减少，从各站累积年径流量与累积年输沙量相关图也得到充分反映。由此可见，人类活动对长江上游来沙的影响日益明显。

（7）长江上游来沙在较长时期内总体上呈减少趋势。

三峡工程可行性重新论证阶段，对三峡水库上游来沙变化趋势问题有两种不同认识。其一是长江水利委员会水文局根据1950—1986年共37年长江上游地区悬移质泥沙实测资料分析，认为长江上游干流主要水文站输沙量年际变化呈现不规则的周期性变化，没有显著的增加或减小趋势^［4，5］。其二是三峡工程论证防洪专家组专家方宗岱认为：“据1950—1979年统计，长江宜昌站年输沙量为5.14亿t；自1980—1986年的7年间，宜昌站年输沙量为5.959亿t，增加了16%。宜昌站最大输沙量和最大含沙量，均发生于1981年。当年输沙量为8.32亿t，年平均含沙量为1.88kg/m³，比1954年的年输沙量和年平均含沙量分别增加10%和43%。由于中上游人口剧增，大肆毁林开荒，大中小型水库拦蓄泥沙作用逐渐消失，河流泥沙有恶化的趋势。目前，长江流域严重的水土流失必须综合治理，光山秃岭需尽快绿化，人为破坏要认真遏止，不然长江变成第二黄河将指日可待。”^［18］

三峡工程论证泥沙专家组1988年2月提出的泥沙论证报告认为：“长江上游重点产沙区分布比较集中，干流年际水沙量呈现不规则的周期性变化，近三十年来流域内的人类活动还没有引起干流输沙量的单向增长。”^［19］三峡工程论证水文专家组1988年6月提出的水文论证报告的结论为：“根据寸滩、宜昌站35年泥沙实测资料分析，历年来沙量主要受降雨、地貌因素作用，具有多水相应多沙、少水相应少沙的基本特点，并多次出现数年连续丰水丰沙段和少水少沙段。短期水沙丰枯段不能代表上游多年水沙变化的平均情况，根据现有泥沙资料，看不出三峡以上来沙有系统增大或减少的趋势。上游因人为因素造成的水沙流失确实严重，由于侵蚀颗粒较粗，多沉积在山前及支沟中，输移不远，在干流泥沙测验资料中无明显反映。但随时间推移，其中部分将磨蚀变细，逐渐下移。因此必须十分重视加强水土保持，减少流失，并注意监测，防止在今后出现来沙增加的趋势。”^［20］长江水利委员会1989年5月编制的《长江三峡水利枢纽可行性研究报告》认为：“采用多年实测悬移质泥沙资料作为三峡工程泥沙研究的基础是合理的。可以预期，随着上游水土保持工作的开展和上游水库的陆续兴建，三峡水库入库泥沙量将呈减少趋势。”^［21］基于上述结论，在三峡工程可行性重新论证阶段有关水库泥沙淤积计算中采用的水文年系列为1961—1970年干流寸滩站和乌江武隆站实测水文年系列，因该系列既包括丰水丰沙、中水中沙、少水少沙等不同典型年，其径流量、输沙量的平均值较多年平均值略偏大。此外，在计算中还加入1960年和1981年作为典型枯水年和典型洪水丰沙年，并且作了增沙和减沙对水库泥沙淤积影响的敏感性分析。

20世纪90年代以来，三峡水库上游来水量变化不大，寸滩站1991—2000年和2001—2012年的平均年径流量较多年平均值（1951—2012年）分别减少1.6%和4.3%；悬移质来沙量则明显减少，寸滩站1991—2000年和2001—2012年的平均年悬移质输沙量较多年平均值（1951—2012年）减少8.8%和49.5%。嘉陵江北碚站90年代前后的变化尤为突出，1991—2000年和2001—2012年的平均年径流量较多年平均值（1951—2012年）分别减少16.8%和5.5%；悬移质来沙量减少更为明显，1991—2000年和2001—2012年的平均年悬移质输沙量较多年平均值（1951—2012年）分别减少59.7%和73.2%。90年代以来年输沙量减少的原因：一是新建的水利工程发挥了拦沙作用；二是水土保持治理工程的减沙效果；三是与长江上游地区降雨的时空分布、降雨量和降雨强度也有一定的关系。可以预期，随着长江上游干支流水库的陆续兴建，以及长江上游水土流失综合治理的持续实施，长江上游来沙在较长时期内总体上呈减小趋势。

（8）悬移质的粗颗粒泥沙含量沿程减少。

三峡水库蓄水运用前，长江上游朱沱、寸滩、万县站悬移质中值粒径均为0.011mm，宜昌站则变细为0.009mm；粒径大于0.125mm的粗颗粒泥沙含量沿程减少，由朱沱站的11%沿程减小至宜昌站的9%（表3-8）^［15］。

三峡水库蓄水运用后，2012年朱沱、寸滩站中值粒径分别为0.012mm和0.011mm，粗颗粒泥沙含量分别为8.7%和5.8%，宜昌站的中值粒径为0.007mm，粗颗粒泥沙含量为1.2%。