当前世界环境

简介

沙子和砾石是世界上开采的固体材料中数量最多的¹．中国和印度是采砂对河流影响最严重的两个热点国家²．未经批准的河沙开采导致河岸侵蚀、河岸生境丧失、河床下降、三角洲缩小，并对社会和经济产生复杂影响^3.．非法采砂是一种加剧社会不公的有组织犯罪⁴．河床泥沙沉积的量化意义重大，因为可以提取的是河床上的泥沙储备，而不是其悬浮载荷⁵．每年，洪水从上游集水区带来大量的泥沙，在低地河段沉积沙子、淤泥和其他聚集体。缺乏河流中含沙量的实地定量数据，以及对采砂率的了解不足，导致了不加控制和不加选择地从河流中采砂。对河流，特别是冲积河流沉积物的定量评估是有限的⁶．认识的不充分意味着不可能根据自然补充的沙子可靠地评价从河流中提取的沙子资源⁵．这导致了河床下降、河岸侵蚀、地下水位枯竭和河流生态系统恶化。

泥沙收支是一个术语，用于量化涉及河流系统或海岸带的沉积物来源、沉降和路径⁷．在流域中，泥沙来源包括高地土壤侵蚀、沟壑侵蚀、河岸侵蚀、河谷陡坡侵蚀和河谷切口⁸．河道和泛滥平原形成了沉积物汇。少数研究使用了“沙预算”一词，它考虑了对自然过程产生的沙、人类消耗率、由于侵蚀和向海洋排放的沙的损失的估计⁹．泥沙预算中使用了基于通量的方法和形态学方法。形态学方法认为床质搬运是主要的方式。河岸的侵蚀和崩塌是自然河流泥沙收支的外部原因。受管制的河流没有来自河岸的泥沙供应。集水区的地表径流为河流提供了细粒沉积物¹⁰．河流泥沙收支的不平衡造成了严重的泥沙和侵蚀¹¹．据全球估计，1968年从河流源向海洋排放的沙量为55亿吨/年¹²1983年达到41亿吨/年⁶．水坝、采砂、土地利用变化、人工堤坝和复杂的工程工作等人类活动改变了河流的负荷，并使未来的自然泥沙供应预测复杂化¹³．河流流量估算是泥沙估算的关键¹⁴．对沙的输入和清除的比较分析显示，下哥伦比亚河的沙量不足¹⁰．因此，有效的河流恢复和复兴战略需要泥沙预算¹⁵当地利益相关方和决策者正式讨论了喀拉拉邦河流非法采砂及其影响的问题，并认识到制定和执行采砂法律是解决这一问题的关键一步。因此，喀拉拉邦立法议会于2001年颁布了《喀拉拉邦河岸保护和除沙条例法》，以控制河道采砂并确保对该邦河流的保护。作为这一法律框架的一部分，采用了沙子审计来监测受采砂影响的河流的状况。泥沙审计是一种泥沙预算，主要是对河流中可供可持续采砂的泥沙沉积物进行现实估计。本研究概述了喀拉拉邦2011年至2019年开展的河沙审计工作。

喀拉拉邦的河流

喀拉拉邦有41条西流河流和3条东流河流。河流长度从16公里(Majewaram河)到244公里(Periyar河)不等¹⁶．流域面积从52公里不等²6186公里²．这些河流与它们的支流和分流河流一起流经该州的高地、中部和低地，对维持该州的生物物理环境至关重要。喀拉拉特的文化、信仰、社会和谐和经济发展都与河流密切相关。人口密度的增加、通过外国汇款的经济发展和人均土地可得性低，大大增加了喀拉拉邦河流的人为压力。喀拉拉邦的河流短小湍急，极易受到人为压力的影响。喀拉拉邦的采砂在20世纪70年代初达到顶峰。因此，河流生态系统退化，河床资源，主要是沙子和碎石，枯竭，水质下降¹⁷．为了扭转这一趋势，喀拉拉邦开始对河流进行沙子审计。图1显示了21条被选作泥沙审计的河流。

砂审计

验砂是在某一特定采砂期后，对河流或河段的采砂活动进行评估的过程¹⁸．确定具有开采潜力的砂石沉积地点，确定可用于开采的可持续砂石量，并确保河流的健康和功能，是砂石审计的目标。2001年《喀拉拉邦河岸保护和沙法规法》第29条规定，在该邦的河流及其河岸进行任何形式的采砂都必须进行沙审计¹⁹．喀拉拉邦的每条河流应每三年进行一次泥沙审计。从事沙子审计的机构和机构。地球科学研究中心(CESS)和水资源开发与管理中心(CWRDM)是该领域的领先科学机构，分别对喀拉拉邦南部和北部的几条河流进行了泥沙审计¹⁷．2011-2012年以来，其他相关机构也参与其中¹⁸．

图1:喀拉拉邦用于砂核的河流。 点击这里查看图

砂粒审计的方法论

在喀拉拉邦使用的沙子审计方法是由CESS和土地与灾害管理研究所(ILDM)在2011-2012年联合开发的¹⁸．2012年，Hon 'ble最高法院就Deepak Kumar诉哈里亚纳邦一案发布的指导方针包含在沙审计方法中。2016年环境森林气候变化部发布的《可持续采砂管理方针》也适用于砂石审计^20.．Sand审计所涉及的步骤如图2所示。

图2:印度喀拉拉邦河砂审计方法的应用步骤。 点击这里查看图

进行泥沙审计的河流的选择主要基于河流的平均宽度(> 40米)、地形特征和沉积物的可用性。森林区域内的河道和海岸管制区内禁止采砂，因此不在砂核范围内。选择河流之后进行普查，在普查中收集有关河流流域的物理和社会属性的数据。人造建筑物、采砂区、砂石沉积点的位置被跟踪，并用于规划河床的横断面调查和河岸测绘。

泥沙审计包括使用全站仪、自动水平仪和土墩水平仪在近距离进行河流横断面调查。每个断面的测量都基于河岸上建立的永久性基准结构。通过记录它们的GPS坐标、调查编号和拍照，基准被用于将来的参考。断面之间的间隔可以根据河道的形态、大小和泥沙沉积的程度来减小。该调查只在喀拉拉邦的夏季(2月至5月)进行¹⁸，并在各断面沿沙床深度记录河中夏季最低水位。夏季水位被认为是在淡水期通过河流某一特定段的水量²¹．水深、除沙以外的河床物质、海拔高度和河岸坡度、湿谷宽度和塔尔韦格也被记录下来¹⁸．图3显示了Malappuram地区Chaliyar河的横截面²²．

图3:马拉普拉姆地区奇科德Chaliyar河的横截面。 点击这里查看图

分析了夏季水位2米以下的砂的有效性。砂粒体积的计算方法是砂粒的横截面积与影响区域的乘积。横截面积是通过比较表面水平与横截面内的砂粒水平来计算的。影响区估计为相邻两个横截面之间距离的一半。如果两个相邻截面之间的估计砂体体积相差超过50%，则需要在两个相邻截面之间进行额外的砂体体积测量。河流中砂粒的总量/体积是通过对所调查河段的所有横截面砂粒体积的总和来计算的。河岸的生物物理特性及其人造结构通过河岸测绘在地籍比例尺上进行测绘，这是沙子审计过程的一部分。

印度最高法院下令将河流采砂的深度限制到最大。3米或配合水位，以较低者为准。这说明夏季水位以上的砂层可以开采，但水位以下的砂层不能开采。采砂建议地点与河岸、灌溉构筑物和生态敏感区之间的缓冲距离已制定出来。因此，每个地方自治单位(村务委员会)的沙子总量和夏季水位以上可用的沙子体积是分别估计的。在印度地籍图中对可能适合开采的砂粒堆积区域进行了划分，并对其开采可行性进行了评估。图4显示了Chaliyar河的断面位置、结构、基准和可采砂分布。数据的质量由政府建立的河流管理中心的技术人员在现场进行审查和验证，该中心负责协调和监测泥沙审计。

图4:Chaliyar河、Mampad和Edavana Panchayats的可采砂分布。 点击这里查看图

的实现方式

意识到沙子审计工作量巨大，喀拉拉邦政府公司决定以一种更具参与性的方式进行沙子审计。作为这项工作的一部分，各大学和学院的地球科学系、工程学院的土木工程系以及在该领域获得认可的非政府组织都通过适当的渠道选出，并由专家进行实地培训。还提供了标准指南和数据格式，以保持数据收集、数据分析和报告编写的一致性。2011-2019年期间，该州有17家机构参与了沙子审计。

砂体审计现状

沙子审计在国家的不同阶段进行。试点工作于2011-2012年在Thiruvananthapuram区Karamana河开展。基于出色的野外工作成果，又选择了四条河流进行砂核。随后，又新增了15条河流，并于2011-2019年完成了泥沙审计。2017年，来自20条河流的沙子审计经验帮助在10条河流和5条主要支流扩大了这项工作。2011-2019年完成了21条河流的泥沙审计。Vamanapuram河的泥沙审计过程²³， Thiruvananthapuram区，于2012年完工。Kallada²⁴和Neyyar²⁵2013年对河流和查利亚尔河进行了调查²⁶, Chandragiri²⁷, Ithikkara²⁸, Kuttiyadi²⁹, Periyar^30., Pamba³¹在2014年的河流。的Karamana³², Meenachil³³, Chalakudy³⁴, Anjarakandy³⁵,卡巴尼³⁶, Kadalundi³⁷, Karuvannur³⁸, Muvattupuzha³⁹河流调查于2015年进行。Valapatanam的沙子审计⁴⁰和Achankovil⁴¹河流在2017年完工，而马河⁴²和Shiriya⁴³河流于2019年审计。调查的河流长度和沙审计的主要建议见表1。

表1:已完成泥沙审核的河流一览表。

河道采砂的环境清理

在印度，沙子是一种次要矿物。印度最高法院在迪帕克·库马尔诉哈里亚纳邦一案中下令，中央政府和邦当局必须对包括河沙在内的小型采矿矿物进行环境前清理，无论采矿区域的大小。2013年，Hon 'ble Green法庭指示中央政府制定适用于全国所有邦的河流采砂指导方针。据此，中央政府制定了《2016年可持续采砂管理指南》^20.．根据指导方针，对于面积小于50000米的矿区，必须有地区调查报告、预可行性研究和批准的采矿计划才能获得环境许可²．根据喀拉拉邦的沙审计调查，为每个地区编制地区调查报告。采砂计划由国家矿务部门批准的认可的合格人员编制，并据此进行采砂。国家环境影响评估局(SEIAA)是批准采砂的法定机构。

采砂监测系统

喀拉拉邦有一个三层系统来监测河流中的采砂活动。国家一级委员会作出政策决定;地区一级的专家委员会监督地区一级的采砂工作和村务委员会一级的Kadavu委员会。这三个委员会是跨部门的，有来自税收、水资源、法律、警察、劳工部和采矿工人工会的代表。根据2001年《喀拉拉邦河岸保护和除沙条例法》，对非法采砂采取了法律行动¹⁹．

讨论

沙子审计研究对于规范采砂活动和确保河流采砂的可持续性具有重要意义。从不同的泥沙审计方法来看，横断面调查是有效的泥沙预算。在不列颠哥伦比亚省的维德河进行的沉积物估算被认为是有帮助的，因为它提供了关于河床形态变化的额外信息⁴⁴．喀拉拉邦每三年对河流进行一次泥沙审计。横断面调查所得的基线资料亦有助河道管理和洪水模拟。这个大型河流数据库的用户从学生到决策者都有。在河岸上每隔很近的距离建立基准有助于监测可能因采砂而发生的河床变化。沙审计采用的参与式方法有助于在很短的时间内覆盖大多数国家河流。参与沙子审计的17个组织成为了专家机构，这是对相关能力建设的重要贡献。

沙子审计方法很简单，可在其他国家养护河流的努力中采用。环境部考虑到砂石审计的实用性，将砂石审计推荐为2020年制定河砂开采地区调查报告书的前提调查⁴⁵．确定和调查具体的积沙地点以及从河流中清除沙子的潜力有助于国家控制非法采砂，避免相关的收入损失以及环境和社会影响。为了计算河流的泥沙补充率，有必要对河床进行持续的横断面调查，这可以防止河流生态系统的退化，因为河流的泥沙自然补充率会因大坝、水库、截流坝的建设和流域内土地使用的迅速变化而改变。与砂粒审核一样，马来西亚也采用横截面测量法估算砂粒储量⁴⁶．采用meyer - peter提出的公式对佩里亚尔河的进沙量进行了估算⁴⁷．该方法得到了每个矿坑的最佳砂粒。不同国家采用了其他几种方法来评估砂石沉积。这包括地球物理方法，如电阻率断层扫描和沉积平衡研究⁴⁸．喀拉拉邦13条河流的沙源不足，进一步影响了水沙平衡，这与中国长江的泥沙收支相当⁴⁹．然而，系统沙子审计需要降雨径流、土壤侵蚀、泥沙路径、水力和泥沙传输数据的建模⁵⁰．

结论

本研究概述了喀拉拉邦2011年至2019年开展的河沙审计工作。采用参与式审计方法，提高了沙审过程的效率。夏季水位以上的河流可采沙量有助于决定每条河流的可持续河流采砂水平。为砂体审计制定的标准指南有助于确保多个机构遵循标准方法。不同利益攸关方使用了通过横断面泥沙审计调查从21条河流收集的实地数据。在2018年和2019年喀拉拉邦发生大规模洪水的背景下，这些数据可以在开发洪水模型和制定可持续的流域管理战略方面发挥重要作用。

确认

作者非常感谢斯里。P G. Thomas IAS，特里凡南塔普兰土地和灾害管理研究所主任，为开展这项工作提供了便利。Srikumar Chattopadhyay博士，K. Soman博士和Sri。John Mathai，地球科学研究中心的前科学家，Thiruvananthapuram，因其在发展喀拉拉邦的沙子审计方法方面的宝贵贡献而受到认可。

资金来源

作者在研究、写作和/或发表这篇文章时没有获得任何经济支持。

的利益冲突

作者没有任何利益冲突，包括任何财务、个人或其他关系，与其他人或组织可以影响工作。

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