青藏高原河流輸沙量變化與影響
|
|
河流輸沙量變化研究是青藏高原迫在眉睫的科技任務
本研究選取青藏高原?8?條主要河流開展了輸沙量變化與趨勢研究。這?8?條河流平均每年從青藏高原輸出的徑流總量約為?1?179．2?億立方米，輸出的懸移質總量約為?1．099?億噸。近?50?年間，內流水系的葉爾羌河源、疏勒河源、黑河源以及印度洋水系的怒江源徑流量和輸沙量均顯著增加；印度洋水系的雅魯藏布江源以及太平洋水系的黃河源、長江源和瀾滄江源徑流量和輸沙量無顯著變化。這些河源區徑流量和輸沙量的變化主要和升溫導致的融水增加以及降水量變化相關。通常認為氣溫、降水以及冰川融水是增加河流輸沙量的正反饋因素，植被是減少水土流失的負反饋因素，而凍土對土壤水熱和土壤可蝕性等的影響尚不明確。這些正、負反饋因素的變化及其相互作用導致了河流輸沙量變化的不確定性。
變化環境下青藏高原河流泥沙的時空變化已經引起一系列生態環境風險和問題，每條河流因其自然地理條件的差異所彰顯的問題亦有所不同，因此河流輸沙量研究是青藏高原迫在眉睫的科技任務。
水土流失引起的土壤和草場退化。青藏高原的土壤作為農牧業發展的基礎，是當地人口賴以生存的寶貴資源。然而，在青藏高原特殊的自然地理環境下土壤發育較差、成土速率低、土層薄，水土流失將加劇區域生態環境的脆弱性。例如，近年來深受關注的三江源草地退化問題，已有研究表明隨著氣候變暖和過度放牧造成區域大面積草地退化，表土流失造成土壤貧瘠和巖石裸露。雅魯藏布江的“一江兩河”地區是我國西藏自治區經濟發展核心地區，同時也是河流泥沙的主要源區。由于河道側蝕、溝岸擴張及山洪作用等，區域內多地區的耕地呈遭受不同程度的沖毀或淹沒，日益加劇的水土流失造成耕層日趨淺薄、土壤肥力下降。因此，為了區域的可持續發展，通過河流輸沙量變化研究水土流失變化態勢和驅動機制，有助于制定有效的管理措施，保障青藏高原農牧民的生存發展空間。
河道和水庫淤積。青藏高原地勢險峻，河道比降大，當水流繼續向下游行進至較平緩區域時就會發生沉積。河床泥沙淤積特別是洪水事件引發的大量淤積會造成河床抬高、過水斷面變窄，影響河道水流輸送及泄洪能力。以年楚河為例，河床淤積是近年來頻發的斷流和洪水事件的重要原因之一；發生在水庫上游的淤積還會影響水庫庫容和調蓄能力，年楚河流域的多個攔河水庫面臨被泥沙淤滿的危險。其中，貢嘎達然多水庫因泥沙淤積，實際保障灌溉面積不足控制灌溉面積的?1／5。此外，河床沉積的大量泥沙還是冬、春季多發的沙塵天氣的主要源頭。例如，雅魯藏布江中游河谷地區在枯水期水位下降后，河心灘、河漫灘露出水面，以及兩側山體及階臺地上的流動沙丘，在冬春季大風作用下，河谷地區形成沙塵暴，不僅掩埋公路、農田、牧場，據報道還造成拉薩貢嘎機場每年被迫間歇性關閉數十日。因此，理解青藏高原河流泥沙的時空分布特征，從而制定切實可行的水沙管理調控措施，是有益于青藏高原生態環境綜合治理的有效科學手段。
對水利工程安全的影響。河流泥沙是水利工程建設及運行中必須考慮的一項重要指標，關系到防洪、蓄水、河床沖淤以及水生生態等問題。青藏高原的水資源豐富，具有巨大的水電資源開發潛力。本文涉及的?8?條河流源區向下游方向均有建成的或在建的大壩電站，如：瀾滄江在西藏境內規劃的?6?座梯級電站，黑河干流黃藏寺—鶯落峽河段規劃開發的?8?座梯級電站，雅魯藏布江在奴各沙站下游建成的藏木電站以及在建的街需電站和加查電站等。這些水利工程的安全運行不僅需要考慮當前的泥沙水平，還應該關注氣候變化下河流輸沙量的變化，包括極端氣候事件下的泥沙輸移、冰雪融水和降雨的季節差異導致的泥沙在季節上的分布不均，以及在氣候和地表環境變化共同作用下的泥沙年際變化趨勢等。因此，在青藏高原開展氣候變化對河流輸沙量的影響是一項重要的研究議題，可為應對未來氣候變化下的水利工程安全運行管理提供科學依據。
目前，河流輸沙量變化研究不可避免面臨數據方面的限制。① 世界許多地區，特別是發展中國家，缺乏河流含沙量的觀測。而青藏高原由于自然條件惡劣、人口稀少，水文氣象站點稀缺的問題更為突出。② 在大多數情況下，針對河流泥沙只開展了懸移質含沙量觀測，缺乏對推移質輸沙量的測量。盡管推移質通常被認為只占總泥沙通量的?10％?左右，但對于高寒地區河流懸移質與推移質輸沙量比例的研究有限，這種缺測的影響有待討論。③ 長期的泥沙監測計劃在世界許多地區都較為缺乏，從而影響了輸沙量變化趨勢分析的可靠性。因此，水文氣象資料稀缺是認識青藏高原河流輸沙量變化及其影響的重大挑戰。亟待通過進一步加強觀測與模擬研究揭示輸沙量變化的復雜機理，為青藏高原水土資源可持續利用以及下游的水安全管理提供科學依據，服務于國家生態安全屏障建設。（作者：張凡，中國科學院青藏高原研究所環境變化與地表過程重點實驗室 中國科學院青藏高原地球科學卓越創新中心；史曉楠，中國科學院青藏高原研究所環境變化與地表過程重點實驗室 中國科學院青藏高原地球科學卓越創新中心；曾辰，中國科學院青藏高原研究所環境變化與地表過程重點實驗室；王冠星，中國科學院青藏高原研究所環境變化與地表過程重點實驗室； 陳瑤，中國科學院青藏高原研究所環境變化與地表過程重點實驗室；王莉，中國科學院青藏高原研究所環境變化與地表過程重點實驗室；張宏波，中國農業大學水利與土木工程學院；鐘波，河海大學 水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室。《中國科學院院刊》供稿）