4年，我们如何给出黄河近年水沙锐减的成因
黄河陕县站天然时期多年平均来沙量16 亿t（1919~1959 年）、年最大来沙量39.1 亿t，多年平均天然径流量559 亿m³ （花园口站，1919~1975 年）。然而，2000~2014年，黄河年均来沙量只有2.7 亿t，天然径流量仅456 亿m³，水沙减少程度远超过1919~2000 年的任何时期。
黄河近年出现的水沙减少是周期性变化、还是趋势性变化？在多年平均降雨情况下，今后的黄河还会有多少水沙？极端降雨情况下的水沙情景如何？
▲黄河主要产沙区范围示意图
这些问题直接影响到黄河下游等重点河段的治理方向、水沙调控工程的布局和运用、黄河水资源配置和利用策略。2011 年年底，黄河中游近年水沙锐减成因研究被列入国家“十二五”科技支撑计划，成为“黄河水沙调控技术研究与应用”项目中的两个课题，课题名称分别为“黄河中游河川径流锐减驱动力及人为调控效应研究”（课题编号2012BAB02B04）和“黄河中游来沙锐减主要驱动力及人为调控效应研究”（课题编号2012BAB02B05），研究周期为2012~2015 年。课题的研究目标是，分析水沙、降雨和下垫面的变化特点，揭示典型下垫面因素对流域水沙的影响机制，开发相关评价方法，阐明近年水沙锐减的驱动力及其量化贡献。
经过4 年多研究，刘晓燕团队给出了他们的答卷，认为下垫面变化是黄河近年水沙锐减原因，其中，林草植被和梯田等坡面因素减沙贡献率约占80%、水库和淤地坝等沟道因素减沙贡献率约占20%；在目前的林草植被和梯田情况下，如果坝库不拦沙，多年平均降雨情况下潼关年均来沙量可能只有4.5 亿~5 亿t、最大15 亿~16 亿t；在大幅度减沙的同时，林草、梯田、淤地坝和水库的蒸发蒸腾也使黄河来水减少约60 亿m³；加上地下水利用、煤矿开采和岩溶区水库蓄水等因素影响，多年平均降雨情况下的花园口天然径流量已经由1919~1975 年的560 亿m³ 减少为现在的460 亿m³。根据自己近年多次黄土高原实地考察和水沙变化讨论了解到的情况，我认为这个结论基本合理。要阐明黄河近年水沙变化原因、说清未来水沙变化趋势，关键在于两点，一是基础数据可靠；二是计算方法科学，这两点是刘晓燕团队在过去几年下功夫最多的地方，也是众多科学家对其成果褒奖最多的地方。
中国科学院院士
2016 年3 月
是否改变、谁使其变、如何致变和变化趋势？通过四年多联合攻关，加之国内众多高层专家和单位的悉心指导和帮助，项目给出了黄河近年水沙锐减成因的主要结论，同时也在基础数据、基本方法和基本规律方面均取得较大进展与创新。
▋（1）通过遥感调查、实地考察、实测数据采集、统计数据整理和文献检索等途径，获取了近60 年来不同时期的林草植被、梯田、淤地坝、水库、社会经济用水、煤炭开采等主要下垫面因素的科学信息，初步构建了黄土高原下垫面驱动因子数据集，基本摸清了过去60 年来黄土高原主要下垫面因素的变化过程和现状。以上海量的科学数据，为黄河水沙变化研究奠定了坚实的科学基础。
▲1978~2014 年潼关以上地区林草地植被盖度变化
▋（2）通过对水文数据和遥感获取的林草梯田数据科学处理，首创了与现代监测技术相匹配、符合黄土高原实际的黄河遥感水文分析模型，可用于大空间尺度林草和梯田减水减沙量计算，并开发了基于GIS 的黄土高原产沙模数计算软件。以上成果既为黄河水沙变化原因分析提供了科学的计算工具，也可为其他江河水沙变化研究提供借鉴。
▋（3）研究认识到，侵蚀是产沙的前提，但侵蚀不等于产沙；地表径流不仅是侵蚀的重要驱动力，更是侵蚀产物变为流域产沙的核心驱动力。在流域尺度上，无论是林草覆盖率增加、还是梯田面积增加，其与流域水沙量的响应关系均非线性关系，其水沙响应范围均大于自身所在范围；当流域林草覆盖率大于65%~70%、或梯田面积占流域面积的比例大于40%~50%后，流域产沙即可很少。
▋（4）通过对黄河主要产沙区604 个雨量站1956 年以来1198 万个日降雨数据的采集和处理，基本摸清了黄河主要产沙区近60 余年降雨丰枯变化。通过优选降雨因子、模型函数形式和空间单元划分，改进了现有“水文法”模型，为定量评价降雨和非降雨因素变化对流域产沙的影响提供了更科学的工具。
▲1982~2014 年河龙区间实际蒸散发和地表径流变化
▋（5）研发了基于水文过程的场次暴雨产沙模型（LCM-MUSLE）和植被蒸散发模型（RS-SVAT），并成功应用于河龙区间，为客观认识植被变化对流域水沙的影响提供了又一新途径。
▋（6）通过对近6 万座淤地坝数据的整理和挖掘，发现了黄土高原现状淤地坝的拦沙功能失效判断标准，为准确掌握淤地坝的近年实际拦沙作用奠定了坚实基础。
▋（7）首次发现黄河河口镇—府谷区间干流水库蓄水导致天桥泉域与黄河之间的补排关系发生变化，结果不仅大幅减少了左岸岩溶含水层对黄河的补给水量，而且增加了黄河向右岸岩溶含水层的渗漏量，是该河段1973 年以来实测径流大幅偏少的重要原因。
▋（8）从大中流域尺度上分析了煤矿开采对河川径流的影响机制，并初步归纳了可能的三种影响模式。
▋（9）阐明了黄河上中游地区地下水开采和蓄水工程水面蒸发对黄河河川径流的影响。
▲不同时期坝库、林草和梯田等的年均拦沙量（亿t/a）
毋庸讳言，黄河水沙变化不仅是一个非常复杂的流域水文过程，而且与社会经济环境密切相关，现阶段开展的调查和研究仍相当粗浅。一方面，在1998 年至今的短短十几年内，有利的社会、经济和自然环境使黄土高原林草植被迅速大幅改善、梯田面积大规模增加，进而成为黄河近年减沙的主要贡献者，但黄土高原未来的社会、经济和自然条件变化趋势仍待观察，社会经济环境变化与黄河水沙的量化响应机制也有待认识。另一方面，黄河主要产沙区产洪产沙的降雨阈值及其变化、黄土高塬区林草植被和梯田减水减沙计算方法、可基本遏制黄土丘陵区产沙的林草梯田覆盖率阈值的科学合理性、煤矿开采对河川径流的影响机制等问题，也仍待深入研究。
本文摘编自《黄河近年水沙锐减成因》（刘晓燕等著. 责任编辑：朱海燕 丁传标. 北京：科学出版社, 2016.12）一书“第一章 绪论”，标题为编者所加。
（水科学前沿丛书）
ISBN 978-7-03-051159-1
黄河天然时期多年平均来沙量16 亿t（陕县，1919~1960 年），天然径流量559 亿m³（花园口，1919~1975 年）。然而，在年均降水量基本正常的2000~2014 年，黄河年均来沙量只有2.7 亿t，天然径流量仅456 亿m³，水沙减少程度远超过1919~2000 年的任何时期，引起人们高度关注。本书采用遥感调查、实地查勘、实测数据分析和数值模拟等多种手段，对20 世纪50 年代以来的降雨和水沙变化，以及水库、淤地坝、林草植被、梯田、灌溉引水、河道冲淤和煤矿开采等主要下垫面因素进行了全面调查，基本查清了黄河近年水沙锐减的原因和各因素贡献。
作者 | 王文兴 | 彭建兵 | 施雅风 | 李德仁 | 邹逸麟 | 何一鸣 | 武芳 | 吴朋飞 | 黄汲清 | 刘东生 | 袁再健 | 刘国纬 | 王铮 | 吕宪国 | 王缉慈 | 白光润 | 李小文 | 丛树铮 | 李小建 | 尹祥础 | 龚子同 | 唐领余 | 叶大年 | 方创琳 | 刘敬党 | 吴时国 | 谢克昌 | 刘池洋 | 程维明 | 陈士林 | 胡兆量 | 刘晓燕 | 姚士谋 | 朱定局 | 王颖 | 姚鲁烽 | 范英 | 孙斌栋 | 周建华 | 尹章才 | 徐宗学 | 陈镜明 | 郑伟 | 余新晓 | 谢树成 | 廖小罕 | 周成虎 | 于伟 | 冯辉 | 张康聪 | 朱敏 | 阳友奎 | 陈鸣 | 许红 | 张志南 | 陈建平 | 申萍 | 黄文江 | 董为 | 雷廷武 | 刘斯宏 | 吴忱 | 徐青 | 李江海 | 吕拉昌 | 郭友钊 | 赵秀丽 | 师永民 | 邓天龙 | …
（本文编辑：刘四旦）
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