长江流域泥沙资源供需矛盾及对策

2010-5-20 　来源：长江水利网

姚仕明¹ 刘同宦^1、2

(1长江科学院，武汉430010；2 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉430072)

摘要：长江是一条含沙量较小但输沙量较大的河流，采取一定的措施在减小或避免其泥沙致灾的同时就长江干支流泥沙加以合理利用，对其减灾兴利是非常必要的。本文根据长江流域干支流主要控制站的水沙实测资料，统计分析了包括三峡水库蓄水运用以来近50余年的长江上游、三峡工程坝下游干流河道与洞庭湖水系、鄱阳湖水系及支流汉江的泥沙输移变化，阐述了长江流域泥沙资源化的主要表现，揭示了长江流域泥沙资源的供需矛盾，并提出了相应的缓解对策。

关键词：长江流域；水库建设；泥沙资源；供需矛盾与对策

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

横跨我国东中西部的长江流域，拥有4亿多人口，东部沿江经济带在改革开放中的迅速崛起，使其成为带动我国中西部经济发展的“巨龙”。长江水量丰沛，含沙量较小，但输沙量较大，三峡水库蓄水运用前长江下游大通站多年平均输沙量4.27亿t。长江流域泥沙具有致灾与资源化的双重特性。泥沙致灾主要体现为，在不适当部位的淤积与携带的污染物质而造成防洪、航运、环境及涉水工程正常运营等多方面的严重问题，以往围绕这些方面问题开展了大量的研究工作，取得了丰富的研究成果，提出了相应的对策与措施，大大减轻了泥沙灾害。众所周知，泥沙不仅为人类的生存与发展塑造了广泛的冲积平原，而且在人类抗御洪水灾害时修筑堤防、泥沙携带的营养物质肥沃土壤及作为建筑材料在工程建设中的广泛应用等，均体现泥沙是宝贵的资源特性^[1-3]。目前，由于长江干支流大量水库不断建设、水土保持工程的陆续实施，进入河道与水库坝下游的泥沙也随之减少，与社会经济发展对泥沙需求增长的矛盾也日益突出。因此，采取一定的措施在减小或避免长江流域泥沙灾害的同时合理利用长江干支流泥沙资源，服务沿江经济社会的可持续发展是非常必要的。

本文根据长江流域干支流主要控制站的水沙实测资料，统计分析了包括三峡水库蓄水运用以来近50余年的长江上游、三峡工程坝下游干流河道与洞庭湖水系、鄱阳湖水系及支流汉江的泥沙输移变化，阐述了长江流域泥沙资源化的主要表现，宏观分析了泥沙需求量与供给量，揭示了长江流域泥沙作为资源的供给与需求矛盾，提出了缓解泥沙供需矛盾的对策。

2 长江河道泥沙输移特性

2.1 长江上游干支流河道泥沙输移特性

长江是我国第一大河流，同时又是我国水土流失较为严重的地区^[4-6]。20世纪80年代以来，长江上中游地区严重的水土流失状况引起社会广泛关注。1989年，国家在金沙江下游和贵州毕节地区、嘉陵江中下游、陇南陕南地区以及三峡库区等4片的61个县首先启动了长江上游水土保持重点防治工程（简称“长治”工程）。截至2005年底， “长治”工程共治理水土流失面积近9万km²，约占治理总面积的1/3。“长治”工程的实施有效减少了该地区泥沙输移量，从而使进入该地区河道的泥沙也随之减少。

长江是一条含沙量较小但输沙量较大的河流，长江上游泥沙主要来源于金沙江、嘉陵江、岷江、沱江、乌江、横江、赤水和上游干流区间，其中主要产沙区为金沙江和嘉陵江（表1）。三峡水库蓄水运用前长江上游出口宜昌水文站多年平均泥沙输移量约为4.92亿t，其中金沙江屏山站多年平均输沙量为2.43亿t，约占宜昌站的56%；嘉陵江北碚站多年平均输沙量为1.051亿t，约占宜昌站的24.2%，两江之和约占宜昌站的80.2%，横江、赤水河、岷江、沱江和乌江分别为0.134亿t、0.09亿t、0.462亿t、0.091亿t和0.251亿t，约占宜昌站的20.8%。

自20世纪90年代以来，随着长江干支流上大型水利水电工程建设与径流分布变化，长江上游干支流河道泥沙输移有了新的变化，尤其是三峡水库蓄水运用后，水库内水流变缓，泥沙发生淤积，进入水库坝下游的泥沙大幅度减少。三峡工程蓄水运用以来（2003～2008年），干流朱沱站年均输沙量比多年平均值约偏小37%，干流寸滩站年均输沙量比多年平均值约偏小50%，主要支流嘉陵江北碚站年输沙量约偏小78%，乌江武隆站年输沙量约偏小68%，三峡水库蓄水运用以来长江上游出口控制站宜昌站年均输沙量仅为蓄水前多年平均值的12.4%，长江上游泥沙输移及其时空分布已经发生了较为明显的变化。长江流域主要控制站分布位置见图1。

图1 长江流域主要控制站分布位置示意图

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

表1　长江流域主要控制站输沙量统计值 单位：亿t

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

年份	长江干流控制站							主要支流控制站
	屏山	朱沱	寸滩	宜昌	沙市	汉口	大通	高场	北碚	武隆	皇庄
三峡蓄水前 多年平均值	2.54	3.09	4.23	4.92	4.34	3.98	4.27	0.475	1.16	0.274	0.50
多年平均值 1956-2008	2.43	2.95	3.97	4.44	3.95	3.67	3.96	0.462	1.051	0.251	0.408
2003	1.56	1.91	2.06	0.98	1.38	1.65	2.06	0.475	0.306	0.144	0.14
2004	1.48	1.64	1.73	0.64	0.956	1.36	1.47	0.332	0.175	0.108	0.05
2005	1.88	2.31	2.70	1.10	1.32	1.74	2.16	0.585	0.423	0.044	0.171
2006	0.903	1.13	1.09	0.09	0.245	0.576	0.848	0.206	0.030	0.030	0.028
2007	1.5	2.01	2.10	0.527	0.751	1.14	1.38	0.306	0.273	0.104	0.083
2008	2.04	2.12	2.13	0.320	0.492	1.01	1.30	0.153	0.143	0.039	0.046
2003～2008年均值	1.56	1.85	1.97	0.609	0.857	1.245	1.533	0.343	0.23	0.08	0.086

2.2 长江中下游河道泥沙输移特性

长江中下游干流河道的泥沙主要来源于长江宜昌以上的干支流及中下游两岸支流、湖泊等水系。据统计，宜昌和大通站(分别为进入长江中下游和长江口地区的控制水文站)多年平均年输沙量分别为4.92亿t和4.27亿t。近些年来，随着长江干支流水库的陆续建设、水土保持工程的逐步实施、退耕还林等措施，以及江湖关系的变化等，长江中下游河道的泥沙输移量及过程已发生了较大变化。三峡水库蓄水运用前，宜昌站、洞庭湖四水、皇庄站、鄱阳湖五河多年输沙量分别占大通站的113.5%、6.9%、12.6%、3.3%，合计为136.3%。显然，长江上游宜昌站的来沙量大于大通站，加上洞庭湖水系、支流汉江、鄱阳湖水系及其它沿江支流的入汇，故宜昌至大通站之间的河道及沿程湖泊总体表现为淤积。三峡水库蓄水运用以来，宜昌站、洞庭湖四水、皇庄站、鄱阳湖五河多年输沙量（2003-2007）分别占大通站的42.2%、6.5%、5.9%、3.1%，合计为57.7%。由此可看出，坝下游干流河道的泥沙输移较三峡水库蓄水前已发生较大变化，主要表现为，各站年输沙量大幅度减少，减小幅度在63%～86%之间，沿程变化与以往相比呈现不同的特点，年输沙量总体上表现为沿程增加，主要是因为三峡水库蓄水运用后下泄的沙量大幅度减少，坝下游河道发生沿程冲刷而逐步恢复。由此可看出，三峡水库蓄水运用对坝下游泥沙输移量及过程影响最大，蓄水后宜昌站的年均输沙量占大通站的百分比减小了71.3%，仅为大通站的42.2%，坝下游主要水系占大通站年均输沙量的比例由蓄水前的136.3%减为蓄水后的57.7%，因此，可以认为坝下游干流河湖总体处于冲刷状态。洞庭湖四水与鄱阳湖五河的年均输沙量占大通站的百分比变化不大，减小均不到0.5%；汉江减小4.7%，主要是因丹江口水库的影响所致。

另外，长江中下游除了洞庭湖水系、鄱阳湖水系、最大支流汉江外，其它众多一级支流也有一定的泥沙输移量，并有一定的泥沙进入长江干流河道。例如，安徽省长江主要支流（皖河、裕溪河、滁河、秋浦河、青弋江、水阳江）控制站多年平均输沙量约230万t^[7]。

3 长江流域泥沙资源化的主要表现

3.1 长江泥沙是长江口滩涂淤展及开发利用的重要资源

千百年来长江奔流而下，给下游河口地区带来了丰富的泥沙资源，造就了河口三角洲广袤富足的水乡平原和大片河口滩涂湿地。自然条件下，长江每年挟带约4.86亿t泥沙入海，在长江口口外水域形成水下三角洲，并不断由陆向海延伸^[8-10]。近50年来，在泥沙天然沉积与人工淤沙的共同作用下，长江口新造陆地近800km²,为上海带来了得天独厚的滩涂资源。显然，长江口滩涂淤展及造地需长江不断地有一定数量的泥沙供给，否则长江口淤展速度将大大减缓，甚至在潮流及波浪作用下会出现滩涂侵蚀后退。

3.2 长江河道泥沙是沿江经济发展的宝贵资源

长江河道泥沙不仅作为沿江两岸经济发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广泛应用，充分体现了泥沙的资源特性。

（1）河道开采建筑砂石料

砂石料是建筑和建设工业用料的重要来源，河道采砂是获取砂石料的主要途径^[11]。长江河道采砂历史悠久，但以往因长江河道泥沙资源丰富、开采技术落后，经济社会发展对泥沙需求量有限等因素，河道泥沙开采量并不大，对河道防洪、河势、航运等影响相对较小。随着长江经济带建设与采砂技术的快速发展，建筑砂石料需求量与开采能力大增。据统计，20世纪90年代长江上游每年的采砂量超过3000万t，80年代末90年代初，长江中下游采砂量约为2600万t，近年来，长江中下游年均采砂量已超过4000万t。江砂过度开采会引发一系列问题，如影响防洪安全、河势稳定、通航安全及国民经济与社会的可持续发展。

（2）泥沙吹填作业

长江河道泥沙吹填作业主要包括堤防加固工程中的淤临淤背、吹填渊塘，河道及航道整治工程，沿江吹填造地等。在工程应用上，一开始是利用挖泥船吹填消灭堤内渊塘，如湖北荆江大堤吹填、洞庭湖区吹填等。由于吹填效益显著，吹填工程得到了迅速发展，由开始填塘发展到固基和压浸防渗，20世纪80年代进而试用挖泥船直接吹筑大堤，取得了很大成功；20世纪90年代以来，采用挖泥船吹填堵口复堤取得很好效果，并在洞庭湖区的丰顺垸、围堤湖堤、南湖撇洪河堤、烂泥湖牌口堤、团洲垸、共华垸、钱团间堤、澧南垸、西官垸、安造垸、翻身垸及民主垸等堤段得到广泛应用；进入新世纪以来，沿江经济发展迅速，高速公路建设与低洼地区吹填造地等对长江河道泥沙需求量大增，例如，武汉河段在2005至2009年期间，吹填采砂量不少于1330万m³，长江三角洲开放区前沿的江苏太仓港三、四、五期围滩吹填仅2003年采砂量就超过了3000万m³。由此可见，长江流域吹填作业开采长江河道的泥沙量也十分可观，甚至超过建筑用料的河道采砂量。

3.3 长江河道泥沙资源化的其它表现

随着长江流域经济的发展，对泥沙资源的合理开发利用一举而多得，有着广阔的潜在的应用前景和经济效益。河流泥沙从上游搬运来大量矿物元素和有机质，对改良土壤结构、提高土壤肥力有显著作用 ^[12]。在汛期利用一些圩垸行洪，不但可以增加洪水调蓄场所，降低洪水位，减少河道的淤积，而且能够改良土壤，提高作物产量，减少生产和施用化肥农药，降低成本，减少水质污染。此外，泥沙在河道输移过程中塑造的微地貌及复杂多变的河床形态有助于改善水生生境与局部区域的生态环境。

由此可见，泥沙作为天然优质资源具有广阔的应用前景，也必将在社会经济发展过程中发挥显著的效益。

4 长江流域泥沙资源供需矛盾及对策

4.1 长江流域泥沙资源供需矛盾分析

（1）长江泥沙需求表现及需求量分析

长江上游对泥沙的需求量会随着经济的发展而不断增加，泥沙作为资源需求的重点应为建筑用料、沿江岸滩整治及低洼地区的填筑等，根据20世纪90年代的不完全统计，建筑开采砂石料在3000万t以上，显然，现在及将来长江上游地区泥沙需求量会明显超过3000万t，考虑到上游地区为主产沙区，泥沙资源比较丰富，且在建和已建的水库拦蓄的泥沙也多，故长江上游地区泥沙需求与供给矛盾相对较小。

长江中下游地区因经济的快速增长，建筑用砂需求量不断增加，《长江中下游干流河道采砂规划报告》对宜昌至长江口的建筑砂料开采活动进行了规划，在2002-2010年长江中下游干流河道规划的33个可采区，年度控制开采总量不超过3400万t，采砂船只控制数量98艘。但实际上，一方面长江沿岸采砂配额不能满足实际的泥沙需要；另一方面，长江流域采砂船数量与采砂能力远超过规划的限额，并在很多地方存在超采、偷采现象。同时，长江中下游地区沿江城市为改善城市与投资环境，沿江两岸堤内外吹填造地对河道砂石的需求量逐渐增大。

近几年来，沿江武汉、芜湖、南京等城市均不同程度地利用长江河道泥沙吹填造地，特别是江阴以下的长江口地区地处我国沿海经济带和沿江经济带的结合部，区位优势明显，是长江流域经济发展最快的地区，对泥沙需求量也大。据统计，仅2003年长江三角洲开放区前沿的江苏太仓港三、四、五期围滩吹填用砂量就超过了3000万m³。由此可见，沿江地区吹填作业对泥沙有着巨大的需求。

上海市位于长江口，人多地少，人地矛盾较为突出，因此，上海市已经制定出了未来20多年时间利用长江泥沙在长江口新造近1000km²陆地的宏伟计划。在未来20多年的时间里实现新造地1000km²的计划51亿m³或70亿t的泥沙，平均每年用于造地所需的泥沙量约为2.8亿t^[13]。

（2）长江泥沙供给量及供需矛盾分析

长江河道泥沙资源化在沿江社会经济发展中的作用愈来愈大，换言之，沿江经济社会发展对长江河道泥沙需求量日益增加。然而，由于受人类活动与自然因素影响，长江河道泥沙输移及时空分布发生了较大的变化，长江中下游地区因经济的高速发展对泥沙需求量大增，而长江干支流水库陆续建设、水土保持工程的逐步实施均使进入中下游的泥沙量大幅度减少。长江上游出口宜昌站年均输沙量由三峡工程蓄水前的4.92亿t变为蓄水运用以来的0.609亿t，长江中下游地区洞庭湖水系、鄱阳湖水系的年均来沙量也不同程度减少，大通站年均输沙量由三峡工程蓄水前的4.27亿t变为蓄水运用以来的1.53亿t，因此，进入长江口的泥沙量也大幅度减少。泥沙作为资源在长江中下游地区的供需矛盾变得愈来愈突出。

①长江上游：随着长江上游干流河道两岸地区社会经济的快速发展和沿江城市建设的发展，特别是我国西部大开发战略部署的实施，沿岸地区对建筑砂石料和填筑砂石料的需求急剧增加，采砂规模和采砂范围有迅速扩大之势。而自2003年三峡库区蓄水后一直处于禁采状态，在长江干流近期无采砂活动，当地的工业与民用建筑对江砂的需求无法满足，加之库区地灾治理任务重，不得不采用人工砂替代江砂，导致在库区一些地方大量开山炸石，造成人为的水土流失和滑坡隐患，对河床形态、床砂组成、以及三峡入库泥沙带来不利影响。

②长江中下游：长江三峡工程蓄水运用以后，水位抬高，大量的泥沙淤积在三峡库区，因此进入坝下游河道的泥沙大大减少。20世纪90年代，随着长江中下游经济带建设的快速发展，建筑砂石料需求量大增，江砂价格上涨，在可观的经济利益驱动下，各种采砂船蜂拥而至，遍及长江流域干支流河道，形成滥采乱挖的混乱局面，与长江中下游河势稳定、防洪安全、通航安全以及国民经济和社会发展的矛盾也越来越突出。

③长江口：受长江上游大型水利枢纽蓄水拦沙及水土保持等工程的影响，进入长江口的泥沙量将大幅度减少，使得长江口淤展速度将大大减缓，甚至在潮流及波浪作用下会出现滩涂侵蚀后退,对长江口滩涂利用与湿地生态保护等产生不利影响。

4.2 长江流域泥沙资源供需矛盾的缓解对策    

在受人类活动与自然因素的影响下，长江河道泥沙输移特性及其时空分布发生了较大变化，长江中下游地区因经济的高速发展对泥沙需求量大增，而长江干支流水库陆续建设、水土保持工程的逐步实施均使进入中下游的泥沙量大幅度减少，从而使长江中下游地区泥沙资源供需矛盾愈来愈突出，需研究缓解对策。

（1）加强长江流域泥沙资源配置研究

分析长江流域泥沙资源的供需特点、利用形式、利用结构和不同区域承沙能力，确定相应的可供沙量和需沙量，从社会经济发展需要和河道生态环境需要两个方面综合研究兼顾经济效益和环境效益的泥沙资源配置模式。

（2）加强河道采砂管理，合理规划河道采砂区与采砂量

应在保证河势稳定、防洪安全、通航安全、沿岸工农业设施正常运用和满足生态与环境保护要求的前提下，科学规划与论证采砂区、采沙量等，合理地利用江砂资源，使长江流域干支流河道的江砂开采逐步走上依法、科学、有序的轨道。

（3）充分利用价格杠杆，节约砂石资源

长江泥沙作为资源，同其它资源一样，并不是取之不竭，用之不尽的，而是随着社会经济发展对其需求量在不断增加而供给量又再不断减少的矛盾中，因此有必要通过资源价格杠杆作用，提高砂石资源费用，增加其成本，通过市场优化配置资源的调节作用，达到节约使用河道砂石资源，逐步实现长江流域泥沙资源的可持续利用。

（4）充分利用支流泥沙资源

长江流域水系好像一棵枝叶繁茂的参天大树，干支交错，枝枝相连，布满整个流域。据统计，长江干流拥有700多条一级支流，其中流域面积10000km²以上的40多条，50000km²以上的9条，100000km²以上的4条。长江众多支流中拥有丰富的泥沙资源。因此，在长江流域经济建设过程中，应充分考虑长江支流泥沙资源的合理利用，减轻长江干流河道泥沙需求压力。

（5）加强梯级水库群泥沙资源联合调度研究

新中国成立以后，水电建设事业得到了较快的发展，建设了一大批骨干水电站，尤其是2009年三峡工程建成，以三峡水库为骨干的长江上游干支流大型流域梯级水电站群已初具规模。在水能及水资源开发利用的同时，实现流域泥沙资源的联合优化配置是非常必要的。在通过优化调度最大限度的发挥防洪、发电航运及灌溉供水等传统效益同时，还需要充分考虑各级水库的排沙比，增加坝下游河道泥沙供给量，为坝下游河道泥沙资源利用提供条件。

（6）充分利用水库淤积的泥沙

长江流域干支流水库修建后，由于库区水深大、流速缓，入库泥沙大部分淤积在库区。为了充分利用各水库库区淤积的泥沙资源，可考虑在水库库区开采泥沙，再通过船舶运往需砂地区，这样不但能减缓长江流域泥沙资源供需矛盾，而且能减缓水库泥沙淤积，增加水库兴利库容，延长水库使用寿命，可谓一举两得。

5 结论与建议

长江流域水能及水资源开发利用会对流域泥沙的输移过程及其时空分布产生复杂而深远的影响。在传统的水能及水资源开发利用过程中，多数把泥沙问题作为灾害处理，对泥沙资源化及合理利用关注得不够。但随着社会经济的持续发展和对泥沙问题认识的不断深化，泥沙作为天然的优良资源在沿江国民经济建设中扮演的角色愈来愈突出，特别是长江中下游地区对泥沙资源的需求量与日俱增。然而，随着长江干支流大量水库的陆续建设与水土保持工程的逐步实施，泥沙输移及其时空分布必将发生较大的变化，使泥沙在坝下游地区的供需矛盾变得更加突出，影响河流的自然功能和永续利用。本文在分析长江河道泥沙资源化的主要变现及供需矛盾后，提出了加强长江流域泥沙资源配置与梯级水库群泥沙资源联合调度研究，加强河道采砂管理，合理规划河道采砂区与采砂量，充分利用支流与水库淤积的泥沙资源等缓解对策。

鉴于长江上游干支流水利水电工程的不断建设与长江中下游河网水系的复杂性，长江流域水沙输移过程也随之不断发生变化，因此，建议一方面继续加强对长江流域干支流的水沙输移及其时空分布的跟踪研究，另一方面，加强开展对局部区域水沙输移及其时空分布的深入研究，以便于为长江流域泥沙资源化和开发利用研究提供技术支撑。