水电大坝与采砂活动对红河(亚洲)水文变化的协同影响机制研究

针对红河流域水文变化归因争议，研究人员通过多站点长期水文数据（1986-2023），结合Mann-Kendall、Pettitt等统计方法，首次揭示Hoa Binh和Son La水坝使年均流量从1763 m3 s?1 降至1334 m3 s?1 ，而采砂活动通过降低河床促进地下水补给，维持下游流量稳定。该研究为跨境河流综合管理提供科学依据。

　　

红河作为东南亚重要跨境河流，长期支撑着中越两国农业灌溉、能源生产和航运需求。然而20世纪末以来，流域内密集的水电开发与无序采砂活动引发了一系列水文生态问题：上游筑坝导致泥沙截留、下游采砂加剧河床下切，但二者对水文变化的定量贡献始终存在争议。更棘手的是，尽管上游来水明显减少，下游流量却保持稳定，这种反常现象背后的机制亟待破解。

为厘清这一科学问题，越南水利气象研究院联合国际团队，系统分析了红河流域7个水文站1986-2023年的日尺度流量数据。研究创新性地采用Modified Mann-Kendall（MMK）趋势检验、Pettitt突变点检测和主成分分析（PCA）等多维统计方法，结合地下水-地表水相互作用模型，首次定量解析了人类活动对水文过程的影响路径。

关键技术方法包括：1）收集红河干流及Da、Thao、Lo三条支流7个水文站的日尺度流量数据（2014-2023）；2）运用MMK检验（考虑自相关校正）和Sen's斜率估算趋势强度；3）通过Pettitt检验识别水电大坝运行的突变年份；4）采用PCA解析中游段（Viet Tri至Son Tay）水量平衡的时空变异特征。

研究结果揭示三大发现：

1. 水电大坝对上游流量的影响
   通过对比1986-2008与2009-2023年数据，Son La大坝（2010年投运）使Da支流年均流量下降24.3%（1763→1334 m³
   s^?1
   ）。Pettitt检验检测到2009年10月（Son La蓄水）和2012年4月（Lai Chau蓄水）两个显著突变点，证实水库群通过增加蒸发和地下水入渗改变水文循环。

2. 中游段水量平衡的反转
   2014-2023年水量平衡计算（ΔQ=Q_HB
   +Q_YB
   +Q_VQ
   -Q_ST
   ）显示，2017年后中游段年均净增益145 m³
   s^?1
   ，相当于地下水排泄通量0.44 m d^-1
   。PCA分析表明该转变与河床下切（14 cm/年）导致的水位-地下水势能梯度反转直接相关。

3. 采砂活动的级联效应
   采砂不仅造成河床下切（Son Tay站2010-2017年累计下切1米），更通过扩大潜流交换界面促进地下水排泄。这种"隐性补给"补偿了上游来水减少，使得下游HN站流量在2014-2023年无显著趋势（p=0.10），形成"流量稳定但水位下降"的特殊水文现象。

讨论部分指出，该研究首次建立"大坝-采砂-地下水"三元耦合作用框架：水电开发减少地表径流（-24.3%）和泥沙通量（-70%），采砂加剧河床侵蚀并降低水位（2.27 m/10年），二者共同改变水力联系，诱发地下水系统从净排泄转为净补给。这种不可逆变化可能长期消耗含水层储量，威胁流域水安全。

论文发表在《Journal of Asian Earth Sciences: X》的这项研究，为跨境河流综合管理提供了重要启示：1）需建立泥沙-水流协同监测网络；2）采砂许可应考虑地下水系统承载力；3）水库调度需纳入生态基流和地下水补给目标。研究团队建议中越两国合作开展全流域地下水建模，以应对持续加剧的"隐性水文危机"。