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姚仕明¹ 劉同宦^1、2

(1長江科學院，武漢430010；2 武漢大學水資源與水電工程科學國家重點實驗室，武漢430072)

摘要：長江是一條含沙量較小但輸沙量較大的河流，采取一定的措施在減小或避免其泥沙致災的同時就長江干支流泥沙加以合理利用，對其減災興利是非常必要的。本文根據長江流域干支流主要控制站的水沙實測資料，統計分析了包括三峽水庫蓄水運用以來近50余年的長江上游、三峽工程壩下游干流河道與洞庭湖水系、鄱陽湖水系及支流漢江的泥沙輸移變化，闡述了長江流域泥沙資源化的主要表現，揭示了長江流域泥沙資源的供需矛盾，并提出了相應的緩解對策。

關鍵詞：長江流域；水庫建設；泥沙資源；供需矛盾與對策

Contradiction and Measures on the Supply and Demand of the Sediment Resource in the Yangtze River Basin

Yao Shi-ming¹   Liu Tong-huan^1，2

(1 Changjiang River Scientific Research Institute，Wuhan 430010；2．State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science，Wuhan University，Wuhan 430072)

Abstract: The Yangtze River is a river with comparatively small sediment content but large sediment transport rate, it’s essential to take certain measures for the rational utilization of sediment resources and reducing or avoiding the sediment disaster. According to the measured data of the main control stations of the Yangtze River, the paper statistics the sediment transport changes of the upper Yangtze river, the downstream dam of Three Gorges Project, Dongting Lake water system, Poyang Lake water system and Hanjiang river nearly 50 years including the period after operation of the Three Georges Project. Utilizing the Yangtze River basin sedimentation as a kind of natural resources and the ways for realization is described while the contradiction of sediment supply and demand as recourses is revealed and corresponding measures are proposed.

Key words: Yangtze River Basin; reservoir construction; sediment resource; contradiction and measures.

1 前 言

橫跨我國東中西部的長江流域，擁有4億多人口，東部沿江經濟帶在改革開放中的迅速崛起，使其成為帶動我國中西部經濟發展的“巨龍”。長江水量豐沛，含沙量較小，但輸沙量較大，三峽水庫蓄水運用前長江下游大通站多年平均輸沙量4.27億t。長江流域泥沙具有致災與資源化的雙重特性。泥沙致災主要體現為，在不適當部位的淤積與攜帶的污染物質而造成防洪、航運、環境及涉水工程正常運營等多方面的嚴重問題，以往圍繞這些方面問題開展了大量的研究工作，取得了豐富的研究成果，提出了相應的對策與措施，大大減輕了泥沙災害。眾所周知，泥沙不僅為人類的生存與發展塑造了廣泛的沖積平原，而且在人類抗御洪水災害時修筑堤防、泥沙攜帶的營養物質肥沃土壤及作為建筑材料在工程建設中的廣泛應用等，均體現泥沙是寶貴的資源特性^[1-3]。目前，由于長江干支流大量水庫不斷建設、水土保持工程的陸續實施，進入河道與水庫壩下游的泥沙也隨之減少，與社會經濟發展對泥沙需求增長的矛盾也日益突出。因此，采取一定的措施在減小或避免長江流域泥沙災害的同時合理利用長江干支流泥沙資源，服務沿江經濟社會的可持續發展是非常必要的。

本文根據長江流域干支流主要控制站的水沙實測資料，統計分析了包括三峽水庫蓄水運用以來近50余年的長江上游、三峽工程壩下游干流河道與洞庭湖水系、鄱陽湖水系及支流漢江的泥沙輸移變化，闡述了長江流域泥沙資源化的主要表現，宏觀分析了泥沙需求量與供給量，揭示了長江流域泥沙作為資源的供給與需求矛盾，提出了緩解泥沙供需矛盾的對策。

2 長江河道泥沙輸移特性

2.1 長江上游干支流河道泥沙輸移特性

長江是我國第一大河流，同時又是我國水土流失較為嚴重的地區^[4-6]。20世紀80年代以來，長江上中游地區嚴重的水土流失狀況引起社會廣泛關注。1989年，國家在金沙江下游和貴州畢節地區、嘉陵江中下游、隴南陜南地區以及三峽庫區等4片的61個縣首先啟動了長江上游水土保持重點防治工程（簡稱“長治”工程）。截至2005年底， “長治”工程共治理水土流失面積近9萬km²，約占治理總面積的1/3。“長治”工程的實施有效減少了該地區泥沙輸移量，從而使進入該地區河道的泥沙也隨之減少。

長江是一條含沙量較小但輸沙量較大的河流，長江上游泥沙主要來源于金沙江、嘉陵江、岷江、沱江、烏江、橫江、赤水和上游干流區間，其中主要產沙區為金沙江和嘉陵江（表1）。三峽水庫蓄水運用前長江上游出口宜昌水文站多年平均泥沙輸移量約為4.92億t，其中金沙江屏山站多年平均輸沙量為2.43億t，約占宜昌站的56%；嘉陵江北碚站多年平均輸沙量為1.051億t，約占宜昌站的24.2%，兩江之和約占宜昌站的80.2%，橫江、赤水河、岷江、沱江和烏江分別為0.134億t、0.09億t、0.462億t、0.091億t和0.251億t，約占宜昌站的20.8%。

自20世紀90年代以來，隨著長江干支流上大型水利水電工程建設與徑流分布變化，長江上游干支流河道泥沙輸移有了新的變化，尤其是三峽水庫蓄水運用后，水庫內水流變緩，泥沙發生淤積，進入水庫壩下游的泥沙大幅度減少。三峽工程蓄水運用以來（2003～2008年），干流朱沱站年均輸沙量比多年平均值約偏小37%，干流寸灘站年均輸沙量比多年平均值約偏小50%，主要支流嘉陵江北碚站年輸沙量約偏小78%，烏江武隆站年輸沙量約偏小68%，三峽水庫蓄水運用以來長江上游出口控制站宜昌站年均輸沙量僅為蓄水前多年平均值的12.4%，長江上游泥沙輸移及其時空分布已經發生了較為明顯的變化。長江流域主要控制站分布位置見圖1。

圖1 長江流域主要控制站分布位置示意圖

Fig. 1 Distribution of main hydrologic stations in the Yangtze river basin

表1　長江流域主要控制站輸沙量統計值 單位：億t

Table 1 Change in sediment load at hydrometric stations of Yangtze River Basin    in 10⁸ t   

2.2 長江中下游河道泥沙輸移特性

長江中下游干流河道的泥沙主要來源于長江宜昌以上的干支流及中下游兩岸支流、湖泊等水系。據統計，宜昌和大通站(分別為進入長江中下游和長江口地區的控制水文站)多年平均年輸沙量分別為4.92億t和4.27億t。近些年來，隨著長江干支流水庫的陸續建設、水土保持工程的逐步實施、退耕還林等措施，以及江湖關系的變化等，長江中下游河道的泥沙輸移量及過程已發生了較大變化。三峽水庫蓄水運用前，宜昌站、洞庭湖四水、皇莊站、鄱陽湖五河多年輸沙量分別占大通站的113.5%、6.9%、12.6%、3.3%，合計為136.3%。顯然，長江上游宜昌站的來沙量大于大通站，加上洞庭湖水系、支流漢江、鄱陽湖水系及其它沿江支流的入匯，故宜昌至大通站之間的河道及沿程湖泊總體表現為淤積。三峽水庫蓄水運用以來，宜昌站、洞庭湖四水、皇莊站、鄱陽湖五河多年輸沙量（2003-2007）分別占大通站的42.2%、6.5%、5.9%、3.1%，合計為57.7%。由此可看出，壩下游干流河道的泥沙輸移較三峽水庫蓄水前已發生較大變化，主要表現為，各站年輸沙量大幅度減少，減小幅度在63%～86%之間，沿程變化與以往相比呈現不同的特點，年輸沙量總體上表現為沿程增加，主要是因為三峽水庫蓄水運用后下泄的沙量大幅度減少，壩下游河道發生沿程沖刷而逐步恢復。由此可看出，三峽水庫蓄水運用對壩下游泥沙輸移量及過程影響最大，蓄水后宜昌站的年均輸沙量占大通站的百分比減小了71.3%，僅為大通站的42.2%，壩下游主要水系占大通站年均輸沙量的比例由蓄水前的136.3%減為蓄水后的57.7%，因此，可以認為壩下游干流河湖總體處于沖刷狀態。洞庭湖四水與鄱陽湖五河的年均輸沙量占大通站的百分比變化不大，減小均不到0.5%；漢江減小4.7%，主要是因丹江口水庫的影響所致。

另外，長江中下游除了洞庭湖水系、鄱陽湖水系、最大支流漢江外，其它眾多一級支流也有一定的泥沙輸移量，并有一定的泥沙進入長江干流河道。例如，安徽省長江主要支流（皖河、裕溪河、滁河、秋浦河、青弋江、水陽江）控制站多年平均輸沙量約230萬t^[7]。

3 長江流域泥沙資源化的主要表現

3.1 長江泥沙是長江口灘涂淤展及開發利用的重要資源

千百年來長江奔流而下，給下游河口地區帶來了豐富的泥沙資源，造就了河口三角洲廣袤富足的水鄉平原和大片河口灘涂濕地。自然條件下，長江每年挾帶約4.86億t泥沙入海，在長江口口外水域形成水下三角洲，并不斷由陸向海延伸^[8-10]。近50年來，在泥沙天然沉積與人工淤沙的共同作用下，長江口新造陸地近800km²,為上海帶來了得天獨厚的灘涂資源。顯然，長江口灘涂淤展及造地需長江不斷地有一定數量的泥沙供給，否則長江口淤展速度將大大減緩，甚至在潮流及波浪作用下會出現灘涂侵蝕后退。

3.2 長江河道泥沙是沿江經濟發展的寶貴資源

長江河道泥沙不僅作為沿江兩岸經濟發展所需要的重要建筑砂石料，而且在吹填造地、堤防加固、河道及航道整治工程中均被廣泛應用，充分體現了泥沙的資源特性。

（1）河道開采建筑砂石料

砂石料是建筑和建設工業用料的重要來源，河道采砂是獲取砂石料的主要途徑^[11]。長江河道采砂歷史悠久，但以往因長江河道泥沙資源豐富、開采技術落后，經濟社會發展對泥沙需求量有限等因素，河道泥沙開采量并不大，對河道防洪、河勢、航運等影響相對較小。隨著長江經濟帶建設與采砂技術的快速發展，建筑砂石料需求量與開采能力大增。據統計，20世紀90年代長江上游每年的采砂量超過3000萬t，80年代末90年代初，長江中下游采砂量約為2600萬t，近年來，長江中下游年均采砂量已超過4000萬t。江砂過度開采會引發一系列問題，如影響防洪安全、河勢穩定、通航安全及國民經濟與社會的可持續發展。

（2）泥沙吹填作業

長江河道泥沙吹填作業主要包括堤防加固工程中的淤臨淤背、吹填淵塘，河道及航道整治工程，沿江吹填造地等。在工程應用上，一開始是利用挖泥船吹填消滅堤內淵塘，如湖北荊江大堤吹填、洞庭湖區吹填等。由于吹填效益顯著，吹填工程得到了迅速發展，由開始填塘發展到固基和壓浸防滲，20世紀80年代進而試用挖泥船直接吹筑大堤，取得了很大成功；20世紀90年代以來，采用挖泥船吹填堵口復堤取得很好效果，并在洞庭湖區的豐順垸、圍堤湖堤、南湖撇洪河堤、爛泥湖牌口堤、團洲垸、共華垸、錢團間堤、澧南垸、西官垸、安造垸、翻身垸及民主垸等堤段得到廣泛應用；進入新世紀以來，沿江經濟發展迅速，高速公路建設與低洼地區吹填造地等對長江河道泥沙需求量大增，例如，武漢河段在2005至2009年期間，吹填采砂量不少于1330萬m³，長江三角洲開放區前沿的江蘇太倉港三、四、五期圍灘吹填僅2003年采砂量就超過了3000萬m³。由此可見，長江流域吹填作業開采長江河道的泥沙量也十分可觀，甚至超過建筑用料的河道采砂量。

3.3 長江河道泥沙資源化的其它表現

隨著長江流域經濟的發展，對泥沙資源的合理開發利用一舉而多得，有著廣闊的潛在的應用前景和經濟效益。河流泥沙從上游搬運來大量礦物元素和有機質，對改良土壤結構、提高土壤肥力有顯著作用 ^[12]。在汛期利用一些圩垸行洪，不但可以增加洪水調蓄場所，降低洪水位，減少河道的淤積，而且能夠改良土壤，提高作物產量，減少生產和施用化肥農藥，降低成本，減少水質污染。此外，泥沙在河道輸移過程中塑造的微地貌及復雜多變的河床形態有助于改善水生生境與局部區域的生態環境。

由此可見，泥沙作為天然優質資源具有廣闊的應用前景，也必將在社會經濟發展過程中發揮顯著的效益。

4 長江流域泥沙資源供需矛盾及對策

4.1 長江流域泥沙資源供需矛盾分析

（1）長江泥沙需求表現及需求量分析

長江上游對泥沙的需求量會隨著經濟的發展而不斷增加，泥沙作為資源需求的重點應為建筑用料、沿江岸灘整治及低洼地區的填筑等，根據20世紀90年代的不完全統計，建筑開采砂石料在3000萬t以上，顯然，現在及將來長江上游地區泥沙需求量會明顯超過3000萬t，考慮到上游地區為主產沙區，泥沙資源比較豐富，且在建和已建的水庫攔蓄的泥沙也多，故長江上游地區泥沙需求與供給矛盾相對較小。

長江中下游地區因經濟的快速增長，建筑用砂需求量不斷增加，《長江中下游干流河道采砂規劃報告》對宜昌至長江口的建筑砂料開采活動進行了規劃，在2002-2010年長江中下游干流河道規劃的33個可采區，年度控制開采總量不超過3400萬t，采砂船只控制數量98艘。但實際上，一方面長江沿岸采砂配額不能滿足實際的泥沙需要；另一方面，長江流域采砂船數量與采砂能力遠超過規劃的限額，并在很多地方存在超采、偷采現象。同時，長江中下游地區沿江城市為改善城市與投資環境，沿江兩岸堤內外吹填造地對河道砂石的需求量逐漸增大。

近幾年來，沿江武漢、蕪湖、南京等城市均不同程度地利用長江河道泥沙吹填造地，特別是江陰以下的長江口地區地處我國沿海經濟帶和沿江經濟帶的結合部，區位優勢明顯，是長江流域經濟發展最快的地區，對泥沙需求量也大。據統計，僅2003年長江三角洲開放區前沿的江蘇太倉港三、四、五期圍灘吹填用砂量就超過了3000萬m³。由此可見，沿江地區吹填作業對泥沙有著巨大的需求。

上海市位于長江口，人多地少，人地矛盾較為突出，因此，上海市已經制定出了未來20多年時間利用長江泥沙在長江口新造近1000km²陸地的宏偉計劃。在未來20多年的時間里實現新造地1000km²的計劃51億m³或70億t的泥沙，平均每年用于造地所需的泥沙量約為2.8億t^[13]。

（2）長江泥沙供給量及供需矛盾分析

長江河道泥沙資源化在沿江社會經濟發展中的作用愈來愈大，換言之，沿江經濟社會發展對長江河道泥沙需求量日益增加。然而，由于受人類活動與自然因素影響，長江河道泥沙輸移及時空分布發生了較大的變化，長江中下游地區因經濟的高速發展對泥沙需求量大增，而長江干支流水庫陸續建設、水土保持工程的逐步實施均使進入中下游的泥沙量大幅度減少。長江上游出口宜昌站年均輸沙量由三峽工程蓄水前的4.92億t變為蓄水運用以來的0.609億t，長江中下游地區洞庭湖水系、鄱陽湖水系的年均來沙量也不同程度減少，大通站年均輸沙量由三峽工程蓄水前的4.27億t變為蓄水運用以來的1.53億t，因此，進入長江口的泥沙量也大幅度減少。泥沙作為資源在長江中下游地區的供需矛盾變得愈來愈突出。

①長江上游：隨著長江上游干流河道兩岸地區社會經濟的快速發展和沿江城市建設的發展，特別是我國西部大開發戰略部署的實施，沿岸地區對建筑砂石料和填筑砂石料的需求急劇增加，采砂規模和采砂范圍有迅速擴大之勢。而自2003年三峽庫區蓄水后一直處于禁采狀態，在長江干流近期無采砂活動，當地的工業與民用建筑對江砂的需求無法滿足，加之庫區地災治理任務重，不得不采用人工砂替代江砂，導致在庫區一些地方大量開山炸石，造成人為的水土流失和滑坡隱患，對河床形態、床砂組成、以及三峽入庫泥沙帶來不利影響。

②長江中下游：長江三峽工程蓄水運用以后，水位抬高，大量的泥沙淤積在三峽庫區，因此進入壩下游河道的泥沙大大減少。20世紀90年代，隨著長江中下游經濟帶建設的快速發展，建筑砂石料需求量大增，江砂價格上漲，在可觀的經濟利益驅動下，各種采砂船蜂擁而至，遍及長江流域干支流河道，形成濫采亂挖的混亂局面，與長江中下游河勢穩定、防洪安全、通航安全以及國民經濟和社會發展的矛盾也越來越突出。

③長江口：受長江上游大型水利樞紐蓄水攔沙及水土保持等工程的影響，進入長江口的泥沙量將大幅度減少，使得長江口淤展速度將大大減緩，甚至在潮流及波浪作用下會出現灘涂侵蝕后退,對長江口灘涂利用與濕地生態保護等產生不利影響。

4.2 長江流域泥沙資源供需矛盾的緩解對策    

在受人類活動與自然因素的影響下，長江河道泥沙輸移特性及其時空分布發生了較大變化，長江中下游地區因經濟的高速發展對泥沙需求量大增，而長江干支流水庫陸續建設、水土保持工程的逐步實施均使進入中下游的泥沙量大幅度減少，從而使長江中下游地區泥沙資源供需矛盾愈來愈突出，需研究緩解對策。

（1）加強長江流域泥沙資源配置研究

分析長江流域泥沙資源的供需特點、利用形式、利用結構和不同區域承沙能力，確定相應的可供沙量和需沙量，從社會經濟發展需要和河道生態環境需要兩個方面綜合研究兼顧經濟效益和環境效益的泥沙資源配置模式。

（2）加強河道采砂管理，合理規劃河道采砂區與采砂量

應在保證河勢穩定、防洪安全、通航安全、沿岸工農業設施正常運用和滿足生態與環境保護要求的前提下，科學規劃與論證采砂區、采沙量等，合理地利用江砂資源，使長江流域干支流河道的江砂開采逐步走上依法、科學、有序的軌道。

（3）充分利用價格杠桿，節約砂石資源

長江泥沙作為資源，同其它資源一樣，并不是取之不竭，用之不盡的，而是隨著社會經濟發展對其需求量在不斷增加而供給量又再不斷減少的矛盾中，因此有必要通過資源價格杠桿作用，提高砂石資源費用，增加其成本，通過市場優化配置資源的調節作用，達到節約使用河道砂石資源，逐步實現長江流域泥沙資源的可持續利用。

（4）充分利用支流泥沙資源

長江流域水系好像一棵枝葉繁茂的參天大樹，干支交錯，枝枝相連，布滿整個流域。據統計，長江干流擁有700多條一級支流，其中流域面積10000km²以上的40多條，50000km²以上的9條，100000km²以上的4條。長江眾多支流中擁有豐富的泥沙資源。因此，在長江流域經濟建設過程中，應充分考慮長江支流泥沙資源的合理利用，減輕長江干流河道泥沙需求壓力。

（5）加強梯級水庫群泥沙資源聯合調度研究

新中國成立以后，水電建設事業得到了較快的發展，建設了一大批骨干水電站，尤其是2009年三峽工程建成，以三峽水庫為骨干的長江上游干支流大型流域梯級水電站群已初具規模。在水能及水資源開發利用的同時，實現流域泥沙資源的聯合優化配置是非常必要的。在通過優化調度最大限度的發揮防洪、發電航運及灌溉供水等傳統效益同時，還需要充分考慮各級水庫的排沙比，增加壩下游河道泥沙供給量，為壩下游河道泥沙資源利用提供條件。

（6）充分利用水庫淤積的泥沙

長江流域干支流水庫修建后，由于庫區水深大、流速緩，入庫泥沙大部分淤積在庫區。為了充分利用各水庫庫區淤積的泥沙資源，可考慮在水庫庫區開采泥沙，再通過船舶運往需砂地區，這樣不但能減緩長江流域泥沙資源供需矛盾，而且能減緩水庫泥沙淤積，增加水庫興利庫容，延長水庫使用壽命，可謂一舉兩得。

5 結論與建議

長江流域水能及水資源開發利用會對流域泥沙的輸移過程及其時空分布產生復雜而深遠的影響。在傳統的水能及水資源開發利用過程中，多數把泥沙問題作為災害處理，對泥沙資源化及合理利用關注得不夠。但隨著社會經濟的持續發展和對泥沙問題認識的不斷深化，泥沙作為天然的優良資源在沿江國民經濟建設中扮演的角色愈來愈突出，特別是長江中下游地區對泥沙資源的需求量與日俱增。然而，隨著長江干支流大量水庫的陸續建設與水土保持工程的逐步實施，泥沙輸移及其時空分布必將發生較大的變化，使泥沙在壩下游地區的供需矛盾變得更加突出，影響河流的自然功能和永續利用。本文在分析長江河道泥沙資源化的主要變現及供需矛盾后，提出了加強長江流域泥沙資源配置與梯級水庫群泥沙資源聯合調度研究，加強河道采砂管理，合理規劃河道采砂區與采砂量，充分利用支流與水庫淤積的泥沙資源等緩解對策。

鑒于長江上游干支流水利水電工程的不斷建設與長江中下游河網水系的復雜性，長江流域水沙輸移過程也隨之不斷發生變化，因此，建議一方面繼續加強對長江流域干支流的水沙輸移及其時空分布的跟蹤研究，另一方面，加強開展對局部區域水沙輸移及其時空分布的深入研究，以便于為長江流域泥沙資源化和開發利用研究提供技術支撐。