黃河是中華文明的搖籃，也是世界上含沙量最大、落差最大的大河。雖然黃河僅(jin) 占我國水資源的3%，卻灌溉了我國約 13%的耕地。曆史時期黃河水患無窮，給沿河的農(nong) 業(ye) 、社會(hui) 繁榮以及人民生命財產(chan) 帶來極大的損失。20世紀90年代以來，黃河徑流量急劇減少，下遊發生多次嚴(yan) 重的斷流，對當地的農(nong) 業(ye) 、工業(ye) 和人民生活帶來極大影響，黃河的管理已經從(cong) 以前的防洪變為(wei) 目前的防斷流。與(yu) 此同時，近30年來黃河泥沙含量也急劇減少，嚴(yan) 重威脅流域生態係統，尤其是黃河三角洲的穩定。現有最早的黃河徑流量記錄始於(yu) 1919年，20世紀60年代以來多個(ge) 規模宏大的攔水大壩的興(xing) 建以及引黃灌溉規模的擴大，使得黃河徑流量已經大大偏離了正常波動範圍，嚴(yan) 重影響了人們(men) 對黃河徑流變化規律和機製的理解。因此，對於(yu) 黃河中遊地區曆史上天然徑流量的重建和恢複是目前亟須解決(jue) 的重要問題。

　　樹木年輪具有定年準確、分辨率高且易重複的特點，被廣泛用來進行過去氣候及河流徑流量重建。為(wei) 此我們(men) 在2018年6月利用多點樹輪資料重建了黃河中遊過去500多年天然徑流量變化，並定量計算出近幾十年人類活動耗水量;在此基礎上，經過科學係統分析後，最終選擇了黃河中上遊-中遊流域內(nei) 31地點的860棵樹的1707棵樹芯，建立了樹輪寬度年表，並將其與(yu) 黃河三門峽水文站沒有建壩前的1919~1960年觀測徑流量進行擬合，重建了黃河中遊過去公元1492~2013年天然徑流變化序列。

　　研究發現，曆史時期的高/低徑流時段與(yu) 文獻記載的黃河泛濫/黃河流域大旱事件相一致;1928~1929年的黃河天然徑流量(257億(yi) 立方米)是過去500餘(yu) 年來的徑流最低值，1781年是過去500餘(yu) 年來徑流最高值(588億(yi) 立方米)，可作為(wei) 未來水利工程設計和水資源管理的基準標尺。

　　由於(yu) 黃河流域季風降水減少和人類活動特別是農(nong) 業(ye) 灌溉耗水量增加，20世紀90年代末以來實際觀測到的黃河年徑流量遠低於(yu) 天然徑流量的變化範圍。20世紀30年代以前天然徑流量的24和10年的固有周期(存在了400餘(yu) 年)已不複存在。90年代以後，黃河實際觀測徑流(平均225億(yi) 立方米)完全處於(yu) 枯水區間，降到了史無前例的水平，比曆史上最低的20世紀20年代末還要低，引起下遊山東(dong) 多地斷流天數不斷增加，幾乎無水可用。嚴(yan) 重影響了山東(dong) 省的工農(nong) 業(ye) 生產(chan) 。重建結果顯示，理論計算天然黃河徑流量在該時段也呈下降趨勢，但遠高於(yu) 觀測序列，我們(men) 認為(wei) 兩(liang) 個(ge) 序列的差值主要是由人類活動消耗大量黃河水所導致。因此，我們(men) 利用二者之差計算了1960年以來年黃河水量盈虧(kui) (即人類活動耗水量)變化曆史。結果表明，人類活動耗水量與(yu) 寧夏和內(nei) 蒙古農(nong) 灌區逐年灌溉麵積及農(nong) 作物總產(chan) 量顯著正相關(guan) ，分別達到0。66和0。63，表明農(nong) 業(ye) 灌溉消耗了大量的黃河水量。計算還表明人類活動耗水量的急劇增加與(yu) 頭道拐和三門峽泥沙含量劇烈減少顯著負相關(guan) 。人類耗水量的增加導致頭道拐含沙量減少了58%、三門峽減少了 29%。耗水量增加，中上遊剩餘(yu) 徑流減少，水動力減弱，導致泥沙含量減少。當然，“退耕還林草”等政策的實施也是入河泥沙減少的另一個(ge) 重要原因。如果主產(chan) 流區降水持續減少，人類耗水量繼續增加，未來黃河的徑流量將會(hui) 持續降低，這將對中下遊農(nong) 業(ye) 、社會(hui) 經濟發展和人類生活帶來災難性影響。為(wei) 此，相關(guan) 部門應該合理規劃分水方案以平衡農(nong) 業(ye) 、工業(ye) 和生態係統的用水需求。

　　我們(men) 的研究為(wei) 在全球變化研究中區分自然變化和人類影響、量化人類活動提供了一個(ge) 實例，也為(wei) 黃河水資源管理提供了重要基礎數據，對評估黃河長期水文變化趨勢和流域治理策略的製定具有重要意義(yi) 。相關(guan) 成果發表在《美國國家科學院院刊》(Proc Natl Acad Sci USA)上。

本文來自《科學通報》



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