長(zhǎng)江中下游干流河道，宜昌至湖口（955 km）為中游，湖口至大通（338km）為下游，大通以下為河口段（600km）。據(jù)大通站多年實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，流域平均每年匯集河道的徑流總量達(dá)9.051×1011m3（1950～2000年），并挾帶約4.33×108t（1950～2000年 ）泥沙入海［1］。巨量的水沙下泄不僅對(duì)長(zhǎng)江河口，而且對(duì)臨近陸架海域的水文、泥沙、沉積和生態(tài)環(huán)境等都 有重大影響，多年來(lái)許多研究工作者已經(jīng)從不同的角度對(duì)這些影響進(jìn)行了討論［2～5］。本文在前人的研究成果和大量實(shí)測(cè)資料基礎(chǔ)上，采用水文學(xué)、泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)和數(shù)理統(tǒng) 計(jì)學(xué)相結(jié)合的分析方法，著重研究長(zhǎng)江中下游河道的水沙通量的變化規(guī)律，以及對(duì)河口水沙通 量的貢獻(xiàn)，這對(duì)于進(jìn)一步探討河口發(fā)育及演變的成因?qū)⒕哂猩钸h(yuǎn)的意義。
1 水沙來(lái)源
長(zhǎng)江中下游河道水量及其變化規(guī)律主要取決于流域降雨的時(shí)空分布，前人曾做過(guò)長(zhǎng)江中下游各站年平均流量與上游流域年降雨量的比較，結(jié)果表明峰谷起伏基本相應(yīng)［4］。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，宜昌站多年平均徑流量為4.382×1011m3（1950～2000年），與 入河口區(qū)（大通站） 徑流總量9.051×1011m3（1950～2000年）相比［1］，只占其48.4%，由此可見(jiàn)，進(jìn)入河口區(qū)徑流量有一半來(lái)自上游，一半來(lái)自中下游流域。
長(zhǎng)江中下游流域?qū)儆跊_積平原河流，湖泊對(duì)于水沙的調(diào)蓄和沉積作用不容忽視，這對(duì)于河道輸沙量和含沙量的沿程變化具有重要影響，洞庭湖多年平均（1956～1995）入湖沙量為1.67×108t，其中有1.32×108t泥沙通過(guò)荊江河段的松滋口、太平口和藕池口（其中 調(diào)弦口已于1959建閘）輸入洞庭湖［6］；含沙量在宜昌以下呈單向遞減的趨勢(shì)，中游宜昌站多年平均含沙量為1.14 kg/m3（1950～2000年），下游大通站的多年平均含沙量?jī)H為0.486kg/m3（1950～2000年）［1］，只相當(dāng)于宜昌站的42.6%（表1）；同時(shí)長(zhǎng)江上游來(lái)沙量的變化對(duì)于中下游 輸沙規(guī)律的變化也起著重要的作用，上的金沙江和嘉陵江是長(zhǎng)江流域的主要產(chǎn)沙區(qū)，兩江多年（1954～1998年）平均輸沙量分別占宜昌站輸沙總量的50.6%和23.5%，而其他河流和地區(qū)來(lái)沙約共占1/4［7］。此外長(zhǎng)江來(lái)沙又以懸沙為主，占總輸沙量的98%左右［8］，這就為河口三角洲的形成提供了豐富的泥沙來(lái)源。
2 水沙通量時(shí)間系列的特征分析
在數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)中對(duì)時(shí)間系列進(jìn)行特征分析時(shí)可以用不同的參數(shù)來(lái)說(shuō)明數(shù)據(jù)量的特征，其中用來(lái)反映集中趨勢(shì)的綜合特征數(shù)有：算術(shù)平均數(shù)、中位數(shù)和眾數(shù)等；描述分配離散情況的特征數(shù)有：方差、標(biāo)準(zhǔn)差和全距等；另外還可以通過(guò)偏態(tài)系數(shù)和峰度系數(shù)來(lái)描述系列曲線的分布特征，宜昌站和大通站多年平均流量和輸沙量時(shí)間系列的相關(guān)表征參數(shù)見(jiàn)表2.
從對(duì)上述參數(shù)的分析中可知，兩個(gè)測(cè)站的流量和輸沙量時(shí)間系列的特征參數(shù)均存在眾數(shù)＜中位數(shù)＜算術(shù)平均數(shù)的現(xiàn)象，故中下游水沙通量時(shí)間系列的分布都呈正偏趨勢(shì)，這與我國(guó)大多數(shù)河流的水文序列是一致的；由于長(zhǎng)江中下游河段的水沙來(lái)源不同，造成了宜昌站與大通站的年均流量和輸沙量時(shí)間系列之間存在著相異的分布特征，長(zhǎng)江中游宜昌站的水沙來(lái)量均以上游為主，下游大通站泥沙主要來(lái)源于上游，而水量則為上、中、下游的匯集量，故宜昌站的多年平均流量只相當(dāng)于大通站的48.4%，但輸沙量卻是大通站的1.16倍；宜昌站多年平均流量時(shí)間系列曲線的峰度系數(shù)為0.026，大通站為2.602，這表明大通站的年均流量分布曲線較宜昌站的起伏要大；而兩個(gè)測(cè)站的年均輸沙量時(shí)間系列曲線的峰度系數(shù)絕對(duì)值相近，即二者的分布曲線形式類(lèi)似。
3 水沙通量時(shí)間系列的趨勢(shì)分析
3.1 趨勢(shì)分析
采用指數(shù)平滑法對(duì)時(shí)間系列進(jìn)行修勻，其目的在于通過(guò)平均消除個(gè)別年度中夾雜其他因素的影響，從而使數(shù)列呈現(xiàn)出更加明顯的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)，已知經(jīng)過(guò)指數(shù)平滑后的流量值在較長(zhǎng)的時(shí)間范圍內(nèi)，更加趨于穩(wěn)定，圍繞平均值上下波動(dòng)，除了1954年和1998年兩個(gè)特大洪水年的年均流量值有較大偏差以外，其余年份波動(dòng)性均不明顯，大通站平均變幅不超過(guò)4%，宜昌站的平均變幅只有0.6%左右；而兩個(gè)測(cè)站的多年平均輸沙量經(jīng)過(guò)指數(shù)平滑后，則呈現(xiàn)出更加明顯的下降趨勢(shì)，這主要是由于近年來(lái)長(zhǎng)江上游干流及主要支流上一些水壩及電站的修建攔截了大量的泥沙所致（據(jù)統(tǒng)計(jì)，至80年代末，長(zhǎng)江上游已建水庫(kù)11.931座，總庫(kù)容約2.05×1011m3［1］），宜昌站在葛洲壩水庫(kù)蓄水后多年平均枯季（11～4月）含沙量較蓄水前減少了62%以上［9］?？傮w而言，除了特殊 年份以外，流量和輸沙量在較長(zhǎng)的時(shí)間系列內(nèi)的變化是具有一定的延續(xù)性的，即連續(xù)幾年大于或小于平均值。
3.2 相關(guān)性分析
相關(guān)性分析主要是確定時(shí)間系列自身內(nèi)部的線性相關(guān)程度，并給出相應(yīng)的定量測(cè)度，對(duì)于給定的時(shí)間系列可以得到以下幾種特征量的無(wú)偏或漸近無(wú)偏估計(jì)：均值τ=1，2，…，K（其中K《N），一般要求N≥50，K值約在N/10左右，在本文中取K=5，將宜昌站和大通站流量及輸沙量時(shí)間系列的相關(guān)性分。
相關(guān)性分析結(jié)果表明，宜昌站流量時(shí)間系列自身內(nèi)部線性相依性隨時(shí)間τ的增加而降低，而輸 沙量系列則隨著時(shí)間τ的增加而降低。
4 水沙通量的階段性變化
聚類(lèi)分析中費(fèi)希爾（Fisher）分割方法，即對(duì)任意指定的分類(lèi)數(shù)K，總能將N個(gè)樣本分為K類(lèi)，且使各類(lèi)直徑的總和S達(dá)到最小，即
將Ｎ個(gè)對(duì)象分為Ｋ個(gè)類(lèi)的分類(lèi)數(shù) 目為R（N，K），則（Ｎ－１，Ｋ）＋Ｒ（Ｎ－１，Ｋ－１），且Ｒ（Ｎ，１）＝Ｒ（Ｎ，Ｎ）＝１。應(yīng)用上述方法對(duì)宜昌站和大通站的多年平均流量和輸沙量系列進(jìn)行分析，得到宜昌站年均流量系列在1968和1975年處S出現(xiàn)最小值，大通站年均流量系 列在1955和1986年處S出現(xiàn)最小值；大通站多年平均輸沙量以1966和1980年為界劃分為三個(gè) 時(shí)段，而宜昌站則以1961和1968年為界劃分為三個(gè)時(shí)段。
長(zhǎng)江流域在較長(zhǎng)的時(shí)段內(nèi)降水情況沒(méi)有顯著的變化，故長(zhǎng)江中下游流量沒(méi)有明顯的階段性變化趨勢(shì)。但是輸沙量的變化是徑流變化與人類(lèi)活動(dòng)等綜合因素共同作用的結(jié)果，60年代長(zhǎng)江中下游地區(qū)全民大辦農(nóng)業(yè)，開(kāi)墾荒地，表層植被受到了嚴(yán)重的破壞，故這一時(shí)段內(nèi)長(zhǎng)江中下游的輸沙量普遍高于其他時(shí)段；自70年代以來(lái)，長(zhǎng)江全流域大量修建水庫(kù)及沿江護(hù)岸工程等水利設(shè)施，攔截了部分泥沙，宜昌站該時(shí)段年均輸沙量降幅達(dá)到21.39%；80年 代以后，各地積極開(kāi)展植樹(shù)造林、綠化荒山，自1988年開(kāi)始，國(guó)家啟動(dòng)了長(zhǎng)江上游水土流失重點(diǎn)防治工程，簡(jiǎn)稱“長(zhǎng)治工程”，長(zhǎng)治工程使當(dāng)?shù)刂脖桓采w率明顯提高，水土流失減輕，攔沙蓄水能力有所提高，上游嘉陵江（北碚站）1990～1996年時(shí)段的年均輸沙量?jī)H為1954～1989年時(shí)段的34.2%，減少了0.96×108t［6］。大通站的多年平均輸沙量也由1967～1980年時(shí)段的3.72×108t降為1981～2000年時(shí)段的3.20×108t，降幅達(dá)13.9%.
1 水沙來(lái)源
長(zhǎng)江中下游河道水量及其變化規(guī)律主要取決于流域降雨的時(shí)空分布，前人曾做過(guò)長(zhǎng)江中下游各站年平均流量與上游流域年降雨量的比較，結(jié)果表明峰谷起伏基本相應(yīng)［4］。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，宜昌站多年平均徑流量為4.382×1011m3（1950～2000年），與 入河口區(qū)（大通站） 徑流總量9.051×1011m3（1950～2000年）相比［1］，只占其48.4%，由此可見(jiàn)，進(jìn)入河口區(qū)徑流量有一半來(lái)自上游，一半來(lái)自中下游流域。
長(zhǎng)江中下游流域?qū)儆跊_積平原河流，湖泊對(duì)于水沙的調(diào)蓄和沉積作用不容忽視，這對(duì)于河道輸沙量和含沙量的沿程變化具有重要影響，洞庭湖多年平均（1956～1995）入湖沙量為1.67×108t，其中有1.32×108t泥沙通過(guò)荊江河段的松滋口、太平口和藕池口（其中 調(diào)弦口已于1959建閘）輸入洞庭湖［6］；含沙量在宜昌以下呈單向遞減的趨勢(shì)，中游宜昌站多年平均含沙量為1.14 kg/m3（1950～2000年），下游大通站的多年平均含沙量?jī)H為0.486kg/m3（1950～2000年）［1］，只相當(dāng)于宜昌站的42.6%（表1）；同時(shí)長(zhǎng)江上游來(lái)沙量的變化對(duì)于中下游 輸沙規(guī)律的變化也起著重要的作用，上的金沙江和嘉陵江是長(zhǎng)江流域的主要產(chǎn)沙區(qū)，兩江多年（1954～1998年）平均輸沙量分別占宜昌站輸沙總量的50.6%和23.5%，而其他河流和地區(qū)來(lái)沙約共占1/4［7］。此外長(zhǎng)江來(lái)沙又以懸沙為主，占總輸沙量的98%左右［8］，這就為河口三角洲的形成提供了豐富的泥沙來(lái)源。
2 水沙通量時(shí)間系列的特征分析
在數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)中對(duì)時(shí)間系列進(jìn)行特征分析時(shí)可以用不同的參數(shù)來(lái)說(shuō)明數(shù)據(jù)量的特征，其中用來(lái)反映集中趨勢(shì)的綜合特征數(shù)有：算術(shù)平均數(shù)、中位數(shù)和眾數(shù)等；描述分配離散情況的特征數(shù)有：方差、標(biāo)準(zhǔn)差和全距等；另外還可以通過(guò)偏態(tài)系數(shù)和峰度系數(shù)來(lái)描述系列曲線的分布特征，宜昌站和大通站多年平均流量和輸沙量時(shí)間系列的相關(guān)表征參數(shù)見(jiàn)表2.
從對(duì)上述參數(shù)的分析中可知，兩個(gè)測(cè)站的流量和輸沙量時(shí)間系列的特征參數(shù)均存在眾數(shù)＜中位數(shù)＜算術(shù)平均數(shù)的現(xiàn)象，故中下游水沙通量時(shí)間系列的分布都呈正偏趨勢(shì)，這與我國(guó)大多數(shù)河流的水文序列是一致的；由于長(zhǎng)江中下游河段的水沙來(lái)源不同，造成了宜昌站與大通站的年均流量和輸沙量時(shí)間系列之間存在著相異的分布特征，長(zhǎng)江中游宜昌站的水沙來(lái)量均以上游為主，下游大通站泥沙主要來(lái)源于上游，而水量則為上、中、下游的匯集量，故宜昌站的多年平均流量只相當(dāng)于大通站的48.4%，但輸沙量卻是大通站的1.16倍；宜昌站多年平均流量時(shí)間系列曲線的峰度系數(shù)為0.026，大通站為2.602，這表明大通站的年均流量分布曲線較宜昌站的起伏要大；而兩個(gè)測(cè)站的年均輸沙量時(shí)間系列曲線的峰度系數(shù)絕對(duì)值相近，即二者的分布曲線形式類(lèi)似。
3 水沙通量時(shí)間系列的趨勢(shì)分析
3.1 趨勢(shì)分析
采用指數(shù)平滑法對(duì)時(shí)間系列進(jìn)行修勻，其目的在于通過(guò)平均消除個(gè)別年度中夾雜其他因素的影響，從而使數(shù)列呈現(xiàn)出更加明顯的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)，已知經(jīng)過(guò)指數(shù)平滑后的流量值在較長(zhǎng)的時(shí)間范圍內(nèi)，更加趨于穩(wěn)定，圍繞平均值上下波動(dòng)，除了1954年和1998年兩個(gè)特大洪水年的年均流量值有較大偏差以外，其余年份波動(dòng)性均不明顯，大通站平均變幅不超過(guò)4%，宜昌站的平均變幅只有0.6%左右；而兩個(gè)測(cè)站的多年平均輸沙量經(jīng)過(guò)指數(shù)平滑后，則呈現(xiàn)出更加明顯的下降趨勢(shì)，這主要是由于近年來(lái)長(zhǎng)江上游干流及主要支流上一些水壩及電站的修建攔截了大量的泥沙所致（據(jù)統(tǒng)計(jì)，至80年代末，長(zhǎng)江上游已建水庫(kù)11.931座，總庫(kù)容約2.05×1011m3［1］），宜昌站在葛洲壩水庫(kù)蓄水后多年平均枯季（11～4月）含沙量較蓄水前減少了62%以上［9］?？傮w而言，除了特殊 年份以外，流量和輸沙量在較長(zhǎng)的時(shí)間系列內(nèi)的變化是具有一定的延續(xù)性的，即連續(xù)幾年大于或小于平均值。
3.2 相關(guān)性分析
相關(guān)性分析主要是確定時(shí)間系列自身內(nèi)部的線性相關(guān)程度，并給出相應(yīng)的定量測(cè)度，對(duì)于給定的時(shí)間系列可以得到以下幾種特征量的無(wú)偏或漸近無(wú)偏估計(jì)：均值τ=1，2，…，K（其中K《N），一般要求N≥50，K值約在N/10左右，在本文中取K=5，將宜昌站和大通站流量及輸沙量時(shí)間系列的相關(guān)性分。
相關(guān)性分析結(jié)果表明，宜昌站流量時(shí)間系列自身內(nèi)部線性相依性隨時(shí)間τ的增加而降低，而輸 沙量系列則隨著時(shí)間τ的增加而降低。
4 水沙通量的階段性變化
聚類(lèi)分析中費(fèi)希爾（Fisher）分割方法，即對(duì)任意指定的分類(lèi)數(shù)K，總能將N個(gè)樣本分為K類(lèi)，且使各類(lèi)直徑的總和S達(dá)到最小，即
將Ｎ個(gè)對(duì)象分為Ｋ個(gè)類(lèi)的分類(lèi)數(shù) 目為R（N，K），則（Ｎ－１，Ｋ）＋Ｒ（Ｎ－１，Ｋ－１），且Ｒ（Ｎ，１）＝Ｒ（Ｎ，Ｎ）＝１。應(yīng)用上述方法對(duì)宜昌站和大通站的多年平均流量和輸沙量系列進(jìn)行分析，得到宜昌站年均流量系列在1968和1975年處S出現(xiàn)最小值，大通站年均流量系 列在1955和1986年處S出現(xiàn)最小值；大通站多年平均輸沙量以1966和1980年為界劃分為三個(gè) 時(shí)段，而宜昌站則以1961和1968年為界劃分為三個(gè)時(shí)段。
長(zhǎng)江流域在較長(zhǎng)的時(shí)段內(nèi)降水情況沒(méi)有顯著的變化，故長(zhǎng)江中下游流量沒(méi)有明顯的階段性變化趨勢(shì)。但是輸沙量的變化是徑流變化與人類(lèi)活動(dòng)等綜合因素共同作用的結(jié)果，60年代長(zhǎng)江中下游地區(qū)全民大辦農(nóng)業(yè)，開(kāi)墾荒地，表層植被受到了嚴(yán)重的破壞，故這一時(shí)段內(nèi)長(zhǎng)江中下游的輸沙量普遍高于其他時(shí)段；自70年代以來(lái)，長(zhǎng)江全流域大量修建水庫(kù)及沿江護(hù)岸工程等水利設(shè)施，攔截了部分泥沙，宜昌站該時(shí)段年均輸沙量降幅達(dá)到21.39%；80年 代以后，各地積極開(kāi)展植樹(shù)造林、綠化荒山，自1988年開(kāi)始，國(guó)家啟動(dòng)了長(zhǎng)江上游水土流失重點(diǎn)防治工程，簡(jiǎn)稱“長(zhǎng)治工程”，長(zhǎng)治工程使當(dāng)?shù)刂脖桓采w率明顯提高，水土流失減輕，攔沙蓄水能力有所提高，上游嘉陵江（北碚站）1990～1996年時(shí)段的年均輸沙量?jī)H為1954～1989年時(shí)段的34.2%，減少了0.96×108t［6］。大通站的多年平均輸沙量也由1967～1980年時(shí)段的3.72×108t降為1981～2000年時(shí)段的3.20×108t，降幅達(dá)13.9%.