引言
河流流域及其相关水文过程长期以来对维持健康生态系统以及影响社会经济的福祉至关重要。在构成流域水文的众多过程中，径流及其相关的河流泥沙供给尤其受到河流流域规划者和管理者们的关注，他们需要在社会福祉与环境考量之间的相互竞争利益之间寻求平衡（Ekundayo, 2020; Uhlenbrook, 2006; Wampler, 2012）。河流泥沙供给及其波动对沿海地区尤为重要，因为它们与潜在的沙滩侵蚀密切相关（Carvalho and Woodroffe, 2023; Udo et al., 2016; Yokoo and Udo, 2016）。千百年来，这些过程一直在适应自然变化的同时支撑着沿河谷人类聚居所产生的各种影响，但它们一直能够维持自身而无需受到重大干扰。然而，近年来，土地利用变化、大坝建设以及河流采砂等人类活动已大幅改变了河流流域的地貌和相关水文过程，从而迫使河流环境和沿海地区发生了前所未有的变化（Best, 2019; Chu, 2014; Dunn et al., 2019; Overeem et al., 2013; Ranasinghe et al., 2019; Syvitski et al., 2009; Verstraeten and Poesen, 2001; V?r?smarty et al., 2003; Walling, 1999）。
城市化和人口增长，尤其是在中国、印度和尼日利亚，导致了大规模的河流采砂（Bendixen et al., 2019）。此外，全球许多国家，包括东南亚、南亚和非洲地区的多个国家，一直在建设水坝用于水力发电（Chong et al., 2021; Nguyen-Tien et al., 2018; Zarfl et al., 2015）。大规模采砂和大坝拦沙减少了河流中的泥沙含量（Brenna et al., 2021; Chen et al., 2022; Das et al., 2021; Gao et al., 2018; Hairan et al., 2023; Liu et al., 2013; Rascher et al., 2018; Tamura et al., 2020; Walling, 2006; Wang and Sun, 2021; Yin et al., 2023a, Yin et al., 2023b; Yokoo and Udo, 2016）。虽然它们各自的影响因国家/河流流域而异，但V?r?smarty等人（2003）指出，全球大坝拦蓄了约25%至30%输送至海洋的泥沙量。河流泥沙的减少引发了诸多问题，包括河道下切和粒径变粗（Calle et al., 2017; Fenster et al., 2016; Kale and Ataol, 2021; Kondolf, 1997; Liu et al., 2013; Rovira et al., 2005; Suzuki et al., 2023; Zawiejska et al., 2015）、严重的沙滩侵蚀（Bamunawala et al., 2021; Bamunawala et al., 2018; Das et al., 2021; Frimpomaa et al., 2025; Tsuchiya et al., 1988; Udo et al., 2016; Udo and Takeda, 2017）以及河流和河口环境的生态系统变化（Glover et al., 2023; He and Silliman, 2019; Jennerjahn and Mitchell, 2013; Shirai et al., 2017; Zhai et al., 2020）。
日本河流经历了大规模的采砂和大坝建设。日本已建设了700多座大坝，用于水力发电、农业和防洪（Japan Dam Foundation, 2017; Nakamura and Shimatani, 2021），其中大多数建于1956年至1975年之间（Itsukushima, 2023）。此外，日本河流中开采了大量砾石，特别是在1964年《河川法》修订之前。如此大规模的人类活动可能对日本河流的泥沙输移和形态变化造成长期影响（Minh Hai et al., 2019; Phyu et al., 2025），以及对底栖环境产生深远影响（Shirai et al., 2017）。例如，Minh Hai等人（2019）指出，泥沙开采和大坝建设导致下越知川（下段）在1950年至2007年间经历了五个阶段的河床形态变化。在日本筑后川，长期的河道开挖/疏浚和沙石开采在数十年期间导致了数米级的河床下切（Phyu et al., 2025）。筑后川五十年的采砂活动共开采了约35 × 106 m3，导致河床显著下降（Yokoyama et al., 2007）。
上述研究已确定了日本河流因人类活动产生的变化。评估多种人类活动的长期影响对于理解驱动河流环境后续变化的潜在机制至关重要（Downs and Piégay, 2019）。此类认识对于规划和实施河流、河流环境和沿海地区的可持续管理实践至关重要。然而，仍需进一步研究以了解这些泥沙输移变化背后的机制。在此方面，河流泥沙动力学的数值模拟是评估人类活动对河流泥沙供给、河流形态和沿海环境影响的有价值工具（Chen et al., 2022; Sanyal, 2017; Xiao et al., 2022; Zhou et al., 2019）。然而，对整个河流河段进行详细的长期模拟以评估多种人类影响，往往受到数据可用性有限、在广阔时空域模拟中产生的数值不稳定性以及高昂计算成本的限制。因此，选择合适的数值复杂度及其后续选择并非易事（Bürgler et al., 2023; Murray, 2013; Murray, 2007）。鉴于上述相互竞争的需求，本研究采用一维河床变形模型模拟日本吉野川下段1965年至1999年间（共35年）的形态动力过程及相关河流泥沙负荷，评估采砂与水库拦沙的综合影响。数值模拟使用了许可采砂量和估计的拦沙率。与这两项活动相关的多个参数经过评估，以评估水库拦沙和采砂中的不确定性。
