文摘

本文研究了泥沙在河口得失的长江通过考虑从当地支流沉积物负载,侵蚀/吸积的河道,影响采砂,和水提取。定量估计的贡献河口及长江流域的输沙量进行了三峡大坝的蓄水前后(TGD)在2003年。结果表明,净输沙量损失178万吨/年(吨/年)发生在研究地区从1965年到2002年。沉积物的贡献达到排入大海不是高达TGD之前预期。蓄水的TGD、通道沉积(29.90吨/年)和沉积物净亏损30.89吨/年发生在河口达到从2003年到2012年。河口达到了沉但不是TGD蓄水以来沉积物的来源,这加剧了输沙量的减少。技术应该先进测量河道形态的变化,以及在水和泥沙在河口达到排放。

1。介绍

在过去的几十年里,河流泥沙问题收到了极大的关注,但在全球范围内,因为在河流沉积物运输系统的重要性(1,2),以及越来越多的人为影响,如三峡大坝的建设(TGD)长江(长江在中国)盆地(3]。许多河流都经历过泥沙量的减少,导致银行倒闭和渠道流失的三角洲(4,5]。在长江输沙量自1950年代以来急剧下降,主要是由于大坝建设(2,6,7]。这导致了严重的管理问题,如通道侵蚀和δ撤退(2,6,8]。此外,削弱了河道的水位降低和枯竭的水资源在旱季9]。三角洲侵蚀已经阻碍了扩张的海岸线和政府土地开发项目在上海,中国最大的城市。世界上最大的大坝(TGD)于2003年投产在河上。从那时起,超过70%的沉积物(6,10],以前通过坝址已被隔离。沉积物饥饿下游水域有严重的影响,包括削弱河道床和银行倒闭。由于大型流域内人类活动,长江提供了一个宝贵的机会来评估河流系统的反应自然和人为的影响。

尽管许多研究已经进行了调查在长江泥沙,人们却很少关注下游,特别是低于大同站。输沙量在大同站(位于潮汐极限,河口的上游624公里)通常被视为直接排入大海的泥沙通量从长江6,10)由于没有测量站在河上树干。在河口沉积物出口达到(从大同站到河口)研究人员在很大程度上仍是个未知数,部分原因是潮汐的复杂影响。之前有研究表明,拥有巨大潜力的主要通道和连接湖泊调节长江沉积物运移过程(11]。因此,河口达到也可能发挥重要作用的泥沙预算在沉积物中缺乏TGD关闭后。这是有几个原因;即(一)河口延伸624公里从大同站,由长江的总长度的十分之一。这个达到不同的通道宽度从1到10公里,它提供了潜在的监管从上游输沙量11];(b)当地排水面积达到约0.1×10⁶公里²(≈6%的长江流域的总排水面积);因此,沉积物供应这个地区不容忽视;(c)淮河(一个大型河流位于长江流域的北部)连接长江在这个范围。因此,从淮河沉积物供应可能发挥重要作用在减轻长江泥沙的不足;(d)最后,人为活动加剧,如采砂和引水,可能对沉积过程产生重大影响。

考虑到上述因素,从长江泥沙排入大海将完全不同于测量大同火车站。自少泥沙排入了河口近年来,沉积物供给从这个地方达到维护沉积物中扮演越来越重要的角色在这个达到平衡,沿海地区。的准确评价沉积物排放入海的数量将有利于科学研究和政府工程投影。此外,由于许多全球最低的测量站在河流位于河口的距离,河口的缓冲功能的调查达到对正确的确定至关重要河流泥沙入海通量的变化和理解近年交互。因此,本文提供的结果将是有用的其他类似研究河流。

在这项研究中,泥沙排入大海的定量评价是使用沉积物预算方法进行的。这项研究的具体目标是(a)评估沉积物供应从当地的淮河支流和河口,(b)检查侵蚀/吸积的河道,包括影响采砂,(c)评价沉积物的损失因为水萃取,和(d)建立沉积物预算范围和评估有多少沉积物排放入海,特别是在TGD的闭包。

2。物理环境

长江起源于青藏高原海拔5100米,东6300公里的东海(图1)。泥沙的主要来源在长江上游河段的较低部分,结束在宜昌(TGD所在地)。大量泥沙沉积发生在中游,从宜昌到汉口10,11),在2003年之前。然而,沉积到宜昌上面转移到TGD蓄水后。下游的渠道(从汉口到大同)仍很大程度上平衡在过去的几十年里,和大同站是免费的潮汐的影响。考虑到难度量化潮汐影响沉积物运移的影响,估计输沙量低于大同是非常具有挑战性的。因此,观察到的泥沙通量大同火车站通常被视为沉积物负载到海洋中。以下河道大同站主要通过安徽和江苏两省,下水道和大同站位于安徽省的中间。下面的通道长度安徽省大同火车站199公里,总在安徽省通道长度的一半。从安徽的边界总长度到江阴,位于潮汐流限制在江苏省枯水季节,是218公里。上海是位于河口。整个河口达到次盆地是在中国最繁华的地区,和强化人类的影响采砂和引水等项目普遍存在。

下面几个支流加入长江大同站,即玉溪,Qingyijiang, Shuiyangjiang,锄禾,Qinhuaihe河流,湖泊太湖系统。这些支流来自低丘陵地区与主干河流然后排水通过沿长江冲积平原(图1)。年降水量1000 - 1100毫米在这个局部排水区域。特定的土壤侵蚀率小于上述的长江,因为较低的救济和更好的植被。

淮河是中国七大河流之一,排水面积027万公里²。从历史上看,淮河河是一个独立的系统,排入黄海。然而,1128年之后,大部分的径流和输沙量(80%)是通过一个连接排入长江航道由于导流的黄河18]。每年,22.6×10⁹米³和373万吨(吨/年)的水和泥沙排入长江淮河,分别从1965年到2005年。因此,实际的水和沉积物负载排入河口达到不仅从上游,尽管从淮河流域径流和泥沙通常被忽视。在目前的研究中,从淮河流域输沙量是考虑。

3所示。数据和方法

沉积物的预算方法被广泛用于检查在水系沉积物输运过程(19]。在这项研究中,沉积物的预算成立于河口达到评价的贡献从长江输沙量并确定多少沉积物排放入海。考虑 在哪里是沉积物排放出河道,流入大海,是指从上游河段输沙量,从本地支流沉积物负载在河口达到(包括淮河),损失是指沉积物由于水萃取,和和指沉积物侵蚀或河道沉积,分别。

收集各种数据源建立预算。一年一度的输沙量在大同站和一些支流(如玉溪河、Qingyijiang河,Shuiyangjiang河,锄禾河)从1965年到2005年获得安徽省水文局、这是一个附属中国水利部(MWRC)。数据描述淮河(13,14)和太湖系统(12从以前公布的材料)。通道侵蚀/吸积数据取自王et al。16,刘15瞿],[17),根据地形图进行了研究。王的数据源等。16瞿]和[17)地图导航保障部门发布的中国海军总部,而刘(15)提供的数据使用局长江安徽的管理。

河口的排水总面积达到010万公里²玉溪的总排水面积,Qingyijiang, Shuiyangjiang,锄禾河流是24568公里²太湖湖的,总排水区域系统是36895公里²。因此,仍有一个面积约38537公里²这不是测量或测量数据不可用(以下称为ungauged区域)。建立沉积物预算,需要评估从这个区域产沙量。由于相似的自然条件ungauged区域玉溪,Qingyijiang, Shuiyangjiang,锄禾河流,特定的这些四条河流产沙量平均分配给ungauged区域。

4所示。结果

4.1。从当地的支流沉积物补给

当地排水的河口区域达到可分为三个部分,四个测量河流的区域(玉溪,Qingyijiang Shuiyangjiang,锄禾河流)流失,由区域面积测量或测量的数据不可用,和太湖湖排水系统。从每个区域的平均输沙量如表所示1,四条河流的时间变化如图所示2。合并后的四条河流沉积物为1.45吨/年期间1965 - 2002。ungauged面积大于1.56倍的四条河流。输沙量从这个区域是2.26吨/年,假设它有相同的特定的四条河流的流域产沙量。太湖湖的沉积物负荷系统是由吴(从研究获得12)报道,0.1吨/年的泥沙在1954年退出系统。太湖湖,这是一个高流量年和0.1吨/年可能最高的排放,时间跨度从1965年到2012年。因为这是唯一可用的数据对于太湖湖系统,我们选择的输沙量0.1吨/年,太湖湖系统从1965年到2012年,尽管它可能估计过高。

当地的支流的总输沙量为3.81吨/年。如上所示,大部分径流和输沙量(80%)的淮河是通过连接排入长江水道。在这项研究中,淮河流域的输沙量是考虑。虽然淮河流域270000公里²,其平均特定的产沙量远小于长江。此外,衰减由Hongzehu湖,位于淮河的中间,结果只有49.9%的泥沙从湖中出院。这种沉积物,80%(3.73吨/年)是排入长江14]。当结合当地的支流和淮河,7.54吨/年沉积物排入长江河口达到。平均输沙量从长江的上游河段是400.15在1965 - 2002吨/年;因此,从当地支流输沙量与淮河包括只有1.9%的长江上游河段的。杨(20.]研究水和泥沙入海通量的贡献从下面subcatchment大同站在长江(不包括淮河流域)根据一些估计。假设特定的产沙量的河口达到类似于鄱阳湖(河口及以上)、杨(20.)估计,河口的产沙量达到将11 1956 - 2010吨/年,这是输沙量的2.9%大同站在相同的时间间隔。杨(20.]表明,河口达到的实际具体的产沙量可能高于鄱阳湖水系由于更好的植被和大型水坝拦截鄱阳湖水系和低于中下游由于更高的救济和陡峭的河流梯度。因此,他估计,从河口泥沙通量的比例达到整个盆地的会超过2.9%,但低于其出水量的比例(6.3%)。具体地说,他建议将3%至4%的比例(20.]。这个值几乎是目前的两倍。基于测量数据,我们比较了输沙量的鄱阳湖水系的支流和当地的支流河口达到,发现前者远高于以后。因此,杨(报告的结果20.)有可能高于实际价值。

4.2。侵蚀/吸积的河道

一些研究调查了下面的河道侵蚀/吸积大同站(表2)。刘(15]研究了通道的发展安徽部分。他们发现,本节中的河道侵蚀−30.02吨/年平均速度从1966年到2002年,当吸积发生轻微(5.66吨/年)从2002年到2012年(TGD蓄水后)。王等人。16]研究了江苏省通道的变化(从安徽的边界到江阴,以下称为江苏达到),发现沉积物沉积在平均速率为104.66吨/年从1970年到1985年,但这严重侵蚀发生从1985年到2003年。平均而言,轻微的沉积(9.01吨/年)从1970年到2003年发生在江苏。当结合结果报道刘(2013)和王et al。(16河道的演变,从大同到江阴TGD蓄水前2003年可以确定,即使时间尺度的两项研究并不完全匹配。我们发现以下河道大同接受温和(−21.01吨/年)从1966年到2002年的侵蚀。曲(17]调查整个到达大同和江阴之间的演变,发现河道经历了轻微侵蚀(−1.55吨/年)1969 - 2003。

先前的研究表明,长江下游河段的河道,几乎是在平衡前几十年21- - - - - -23]。考试结果的王等人所做的研究。16,刘15瞿],[17]表明,尽管存在差异,这些研究通常是与先前的研究结果一致的河道(轻微侵蚀/吸积)大同站在2003年之前。因为没有办法告诉结果最有可能的是,我们刘任意选定的报道结果的平均值(15王)和et al。(2007) (16瞿](−21.01吨/年),(17)(−1.55吨/年)在2003年之前实际侵蚀/吸积的结果。因此,我们获得一点点的侵蚀−11.28吨/年河道在2003年之前从大同到江阴。从大同到江阴的距离是417公里,通道宽度是1 - 10公里。因此,这种侵蚀(−11.28吨/年)很小的时候整个河道被认为是。

TGD蓄水后2003年,沉积物运移过程非常不同于大坝下面pre-TGD时期。刘的调查表明,沉积的5.66吨/年发生在2002年至2012年在安徽部分。中国河流泥沙简报》2008 (24]报道沉积为5.79吨/年从2001年到2006年在南京部分(92.3公里)。如果在南京部分沉积速率在2001 - 2006年被选为整个江苏部分的沉积速率(218公里)在2003 - 2012年,当时的总沉积将13.67吨/年。然后在整个河口沉积达到19.33吨/年。

应该注意的是,曲(17)表明,一个重要的沉积(124.33吨/年,80.9%的输沙量在大同站在同一时间)发生从2003年到2008年。如果这些结果是准确的,重要的沉积将发生在河道和输沙量会急剧下降发生在河口。然而,没有研究报道这些问题;因此,报告的结果应该验证。

4.3。因为水提取和采砂沉积物的损失

4.3.1。水萃取

因为没有数据可用的关于水萃取,在长江泥沙通量的影响还没有完全理解。张,陈25)报道,在一个典型的干1978年,下面的总水萃取大同站是32.1×10⁹米³/年。1995年,约20.4×10⁹米³/年水从长江江苏孤单。因为水提取从1970年代大幅上升,他们估计下面的总水萃取大同站将达到800米³/ s,或2.8%的平均排水大同(896.4×10⁹米³在1950 - 2010 /年)。在目前的研究中,我们假设水提取2000年一半的2000年之后,之前的悬浮沉积物浓度提取的水是一样的大同。因此,在大同输沙量的1.4%和2.8%,5.6吨/年,4.41吨/年,分别是失去了,因为水萃取前后2000。

4.3.2。采砂

采砂时经常提到的寻址的因素影响输沙量(6,10,26]。尽管一些研究人员表明,砂开采可能对输沙量有显著影响(26原位),一个研究表明,开挖的填满坑主要是侵蚀的结果从附近的网站(27,28),但不是解决悬移质。前面的实验研究暗示采砂[27,28)能有效地塑造河道,但会直接影响悬浮泥沙负荷[有限29日,30.]。

因为采砂可以大大塑造河道,其对形态学变化的影响计算的地形图(由王et al。16,刘15瞿],[17])将是巨大的。地形图在不同阶段可以直接表明河道的演变,因此输沙量变化。当考虑采砂的贡献,实际的输沙量变化计算的地形图应该从沙子的体积减去已被敌军布上了地雷。

迄今为止,没有整体的采砂调查长江流域进行了。据报道,安徽省,从茎中提取沙通道长江7吨/年增加到1990年代初的15吨/年年底1990年代(15]。自安徽省河道的总长度(400公里)几乎等于学习区(417公里),我们假设的砂量提取研究区域等于,从安徽省在2003年之前(15吨/年)。

减少和在长江采砂活动合法化,政府发布了“长江采砂管理规定”在2001年。根据这些规定,授权采砂量在2004 - 2010年安徽省部分为15.54吨/年(15时),5.6吨/年江苏省部分。考虑到这条河的长度本文的研究区(417公里)的53%的总长度的河道在安徽和江苏两省(780公里),从研究区砂开采将10.57吨/年2004 - 2010年,不包括非法采矿。,采砂的授权数量(10.57吨/年)2004 - 2010年的实际体积为2003年后采砂。

4.4。输沙量由长江入海TGD蓄水前后

4.1.1。Preimpoundment沉积物预算

输沙量释放的数量的河口达到确定的收益和损失在河道沉积物。收益包括上游河段的泥沙,当地达到,河床的侵蚀。损失包括沉积物沉积和水萃取等使用的农业、工业用和国内消费)。正如上面所讨论的,采砂大幅度塑造河道和可能影响计算的形态变化的地形图。构造沉积预算时,计算的侵蚀/吸积的贡献地形图应减去砂开采的体积。我们估计的砂中提取研究区2002年之前的15吨/年;因此,应该是3.72吨/年(15吨/年−11.28吨/年)。这些发现表明,计算的侵蚀地形图低于采砂的体积,这意味着轻微沉积一定发生(3.72吨/年)。

基于上面的讨论中,我们建立了泥沙在河口达到预算和post-TGD时期,分别。沉积物的预算在1965 - 2002年是如下(单位,吨/年):

合并后的沉积物负载损失为9.32吨/年,而河口的沉积物增益为7.54,表明有一个蓄水前净亏损1.78吨/年。沉积物损失(1.78吨/年)只有0.44%的输沙量同时大同(400.15吨/年)。因此,河口的贡献达到总输沙量到海里是最小的在2003年之前。

10/24/11。沉积物的预算在2003年之后

匹配时间尺度(2002 - 2012)的研究中,有必要评估当地的支流的输沙量和淮河在同一时间,因为只有2005年前的时间序列数据用于这些河流。评估年度本地支流和淮河流域的输沙量从1965 - 2005年透露,这些河流的输沙量在此时间间隔内呈下降趋势。在目前的研究中,我们把当地的平均输沙量的淮河支流和1996 - 2005年的时间(3.42吨/年)的输沙量在2002 - 2012。

如上所示,研究沉积总面积为19.33在2003 - 2012吨/年,而采砂量为10.57吨/年同期。采砂时认为,实际的沉积物沉积(损失)为29.90吨/年。此外,水萃取负责2.8%(4.41吨/年)在大同站的输沙量(145.06吨/年)2003 - 2012。我们使用这些数据来构造沉积2003 - 2012年预算(单位:吨/年)。考虑

合并后的沉淀物损失为34.31吨/年,而泥沙在河口获得3.42吨/年,表明净亏损30.89吨/年TGD后发生。沉积物损失(30.89吨/年)约21.3%的输沙量在大同同期(145.06吨/年)。

检查两个时期的沉积物的预算显示,输沙量大幅减少河口达到398.37吨/年1965 - 2002年的114.17吨/年2003 - 2012年蓄水后TGD。在这两个时期,沉积发生在河口,尤其是TGD蓄水后,表明下游泥沙复苏局限于中下游。

5。讨论

5.1。监管河口达到对输沙量的影响

有人建议,河口的缓冲作用达到对沉积物的监管过程中起着重要的作用。在目前的研究中,我们调查了沉积物得失基于测量数据一起估算值,发现河口达到没有强烈影响输沙量从长江入海之前TGD蓄水。评估每个影响因子可以作用在河口沉积物预算的调节达到显示如下:(a)河口的产沙量达到非常低的相对于中、上游。河口的排水面积的比例达到整个盆地相对较小。因此,从流域产沙量的贡献主干河流的输沙量是有限的。(b)尽管大量的水从河中提取口达到近年来,相对于巨大的水流河(896.4×10的主流⁹米³/年1950 - 2010年),提取出的水的体积仅占总数的一小部分,因此对输沙量的影响很小。(c)采砂似乎发挥更重要的作用在塑造河道输沙量的减少。总体来看,监管效果的河口达到非常有限。这些结果表明,这个大河流河口的巨大潜力,以适应障碍达到当地水系的流域。

5.2。影响的TGD

先前的研究证明了TGD具有显著影响的水文状况中下游。然而,它对河口的影响尚未完全解决。在目前的研究中,我们发现TGD也有着重要的影响在河口泥沙过程。蓄水前TGD,平均在研究区沉积速率为3.07吨/年;然而,蓄水后沉积增加到29.90吨/年。因为没有明显改变河道的自然条件和当地的流域,这一变化主要是由于TGD的影响。相信这次增加沉积的粗化是由于腐蚀引起的悬移质在长江的中游31日]。

侵蚀通常会发生下面的大坝。在长江,流失的严重程度增加而接近TGD [10]。研究区位于远离TGD 1149公里,和侵蚀似乎没有扩展到研究区在第一个十年(2003 - 2012)的操作。因此,可能需要更多的时间的影响TGD充分体现。河的河道口中的反应达到可能非常复杂,因为长度和大量的河道。

5.3。本研究的结果的局限性

一个大型数据集被编译,以便调查;然而,这些数据来自多种来源和有不同的可靠性,这可能导致与结果提出相关的不确定性。然而,在这项研究中使用的水文数据取自中国的水资源和前接受严格检查被释放(32]。在目前的研究中,只应用于讨论悬移质。先前的研究表明,床上负载由一个非常小的比例的总负载在长江32]。因此,与这些数据相关的错误以及估计基于这些数据可能是最小的。

当前研究的主要不确定性可能相关的错误结果计算基于地形图和采砂的估计量,都可能有重大影响的研究河道的变化。

在这项研究中,我们回顾了王等人的结果。16,刘15瞿],[17),他们的研究结果应用于构建一个河口沉积物预算范围。然而,重要的是要注意,这些研究的结果有很大的不同。我们认为这些差异可以归因于错误相关的过程用于深度测量和数字高程模型(DEM)建筑(图3)。错误可能存在于每一个步骤在上面的过程,因此给结果带来的不确定性。具体来说,深度的确定,可能存在误差精度的水深不同测量时间点,深度测量的准确性,水深点的密度。对于民主党的建筑,可能存在误差的方法,或控制点和边界条件。王等人所做的研究。16,刘15瞿],[17)都是基于地形图的河道所产生的政府机构。然而,这些地形图为导航和开发他们的适用性河道映射尚未解决。鉴于这种不确定性,我们认为王的差异研究et al。16,刘15瞿],[17)可能是由于粗心地形图的应用程序。还需要进一步的研究来解决这些问题。

6。结论

本研究调查了河口泥沙问题的长江。本文提供的结果使定量估计的贡献河口到达长江输沙量的。从1965年到2002年,泥沙排入长江的河口达到7.54吨/年从本地支流和邻淮河,比例远低于它的长度和排水区。当采砂和水提取的影响被认为是,总损失为1.78吨/年发生在这一时期。这种沉积物损失相对很低的大量研究河道(417公里长,1 - 10公里宽),低于我们的预期。

TGD,蓄水后下游泥沙复苏TGD仅限于以下中下游。在河口,沉积发生在蓄水后(29.90吨/年,包括采砂)的影响。当结合沉积物从当地支流和淮河流域,以及沉积物的损失因为水萃取,净亏损30.89吨/年(大约21.3%的泥沙负载同时大同)负载发生在河口的沉积物。河口达到了水槽,但不是一个源,蓄水以来,这加剧了输沙量的减少进了大海。

我们还发现不确定性存在于沉积物的考试过程由于数据不足,以及缺陷的方法用来计算通道的变化。进一步的研究应该进行改善河道形态和变化的测量水和泥沙在河口达到排放。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

本研究支持由中国自然科学基金会(41001301,41001301),安徽省自然科学基金(1408085 md77),国家重点实验室基础对黄土高原土壤侵蚀和旱地农业(k318009902 - 1319, 10501 - 1217年),和安徽省自然科学基金教育局(KJ2013Z246)。两个匿名评论者感谢他们宝贵的意见和建议。