近50年海南三大河入海水沙通量特征及變化

楊志宏，賈建軍，王欣凱，高建華

（1.國家海洋局第二海洋研究所，浙江 杭州 310012；2.南京大學，江蘇 南京 210093）

河流入海物質(zhì)在陸—海相互作用和全球生物地球化學循環(huán)中扮演著重要角色（Newton et al，2008；Wang et al，2011；Pacyna et al，2005；Xu et al，2009），一方面它的豐枯變化將直接影響流域內(nèi)糧食生產(chǎn)、旅游、航運、漁業(yè)等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；另一方面入海泥沙是沿途風化產(chǎn)物和污染物質(zhì)的重要載體（程天文等，1985），并直接影響近海生態(tài)環(huán)境。因此，研究河川入海徑流量與輸沙量的變化特征，有助于對流域水資源的時空分布和流域的下墊面性質(zhì)有更加全面的認識，對于近岸海域的環(huán)境變化也提供了一個可追蹤的方向（李瑞環(huán)等，2011）。

海南島是由山地、臺地、平原和階地順次組成環(huán)繞中央山地的穹隆狀層圈地貌，地勢中間高，四周低，河流呈放射狀由中心流向周圍，屬于放射狀水系。境內(nèi)集水面積超過3 000 km2的河流有三條，即南渡江、昌化江和萬泉河，分別向北、西、東匯入南海；這三大河流的流域面積占海南島面積的47%（曾昭璇等，1989）。作為島內(nèi)的主要水源，海南島三大河流的徑流量和輸沙量特征及其變化對于了解海南省氣候、水質(zhì)變化以及生態(tài)保護具有重大意義，對于海南島沿岸海域生態(tài)環(huán)境及沉積地貌演化的研究也有參考價值。

南渡江是海南第一大河，全長334 km，流域面積7 033 km2（海南地方志辦公室，2005），發(fā)源于海南省白沙縣南峰山，支流較少，斜貫海南島中北部，在海口匯入瓊州海峽。南渡江入澄邁之前，穿行在山丘之中，比降大，河岸陡，河谷狹窄，多為石底河床，水力充足；從澄邁入金江鎮(zhèn)后，南渡江主要在玄武巖臺地和淺海沉積臺地中流過，地勢開闊，河床坡度較緩，河谷較寬。

昌化江是海南島的第二大河，干流全長232 km，流域面積5 150 km2（海南地方志辦公室，2005），發(fā)源于海南省瓊中縣黎母山林區(qū)的空示嶺，橫貫海南島的中西部，在昌江縣昌化鎮(zhèn)匯入北部灣；干流上中游坡陡水急，洪水暴漲暴落，下游河床寬闊，水流宣泄通暢。

萬泉河是海南島第三大河，全長163 km，流經(jīng)海南島東南部，流域面積3 693 km2（海南地方志辦公室，2005）。萬泉河有兩源，南支樂會水為干流，發(fā)源于五指山林背村南嶺，北支定安水，源出黎母嶺南，兩水在瓊海市合口嘴匯合始稱萬泉河，經(jīng)嘉積至博鰲入南海；上游流經(jīng)深山峽谷，過合口嘴以后河槽漸寬，水流平緩。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

考慮到地理位置的代表性和資料完整性，本文選取海南三大河下游靠近河口的控制水文站——南渡江龍?zhí)了恼?、昌化江寶橋水文站和萬泉河加積水文站作為分析站點，各站點位置如圖1所示。各站點資料來源有兩部分，其中1957-1970年的水文數(shù)據(jù)（1970年萬泉河輸沙量資料缺測）來源于廣東省水文總站提供的《廣東省水文資料統(tǒng)計手冊：海南島諸河》（廣東省水利電力局，1971），1971-1987與2006-2008兩個階段的水文數(shù)據(jù)來源于《中華人民共和國水文年鑒·第八卷·第十冊》（廣東省水利電力局，2009）。兩個時段的時間跨度為52 a、共有34 a的實測水文資料；從統(tǒng)計意義上說，34 a的時間序列能夠獲得較為可信的分析結果。

圖1 海南島三大河及其下游近河口控制水文站位置示意圖

1.2 研究方法

本文采用數(shù)理統(tǒng)計、相關分析等方法對海南三大河流不同時間尺度的入海水、沙變化規(guī)律和相互關系進行分析和探討。

根據(jù)海南氣候情況（高紗華等，1988），本文取每年12月至來年2月為冬季；3月至5月為春季；6月至8月為夏季；9月至11月為秋季。

影響海南島的臺風活動期很長，一年四季都可以出現(xiàn)，統(tǒng)計表明（高紗華等，1988），海南臺風最集中的時期是7-10月，約占全年總數(shù)的78%，因此本文將7-10月視為海南島臺風季節(jié)。

河流各年年徑流量的豐、枯情況，可按照一定的保證率（P）的年徑流標準劃分（黃錫荃等，1999），即以P<25%為豐水年，P>75%為枯水年，25%75%為少沙年，25%

2 結果與討論

2.1 海南三大河多年入海月平均徑流量、輸沙量分布

南渡江、昌化江和萬泉河近河口控制水文站多年月平均徑流量和輸沙量、季節(jié)性平均徑流量和輸沙量以及年平均徑流量和輸沙量數(shù)據(jù)的整理結果見表1、表2和表3。

由資料可知，南渡江龍?zhí)琳咀畲笕掌骄鶑搅髁繛?.523×108m3（1958年9月13日），昌化江寶橋站為17.280×108m3（1963年9月8日），萬泉河加積站為 8.726×108m3（1970年10月17日）。龍?zhí)琳咀畲笕掌骄斏沉繛?8.312×104t（1976年9月28日），寶橋站為 119.232×104t（1977年7月21日），加積站為31.363×104t（1977年7月21日）。

從圖2、3、4可以看出，海南三大河流多年平均月入海徑流量的分布都為典型的單峰型，南渡江和萬泉河峰值出現(xiàn)在10月，分別達12.030×108m3和11.586×108m3，占相應河流年徑流總量的34.1%和24.2%；昌化江峰值出現(xiàn)在9月，達8.880×108m3，占全年百分比為24.4%。三大河流徑流量的年內(nèi)分配極不均勻，臺風季節(jié)（7-10月）的徑流量占全年的絕大多數(shù)，其中南渡江臺風季節(jié)徑流量占到全年的62.3%，昌化江占71.4%，萬泉河占56.9%。每年的1-3月為海南三大河的枯水時段，該時段徑流量均不足全年徑流總量的4%。

表1 南渡江、昌化江、萬泉河河口控制水文站多年（1957-1988年、2006-2008年）平均月徑流量和輸沙量

表2 南渡江、昌化江、萬泉河河口控制水文站多年（1957-1988年、2006-2008年）平均季節(jié)性徑流量和輸沙量

海南三大河流多年平均月入海輸沙量趨勢在圖中也能很好地表現(xiàn)出來：南渡江最大月輸沙量出現(xiàn)在9月，達9.878×104t，占全年總量的25.5%；昌化江最大月輸沙量也出現(xiàn)在9月，達22.723×104t，占全年總量的33.5%；萬泉河最大月輸沙量出現(xiàn)在10月，達16.048×104t，占全年35.4%。臺風季節(jié)為海南三大河流主要輸沙時期，在臺風季節(jié)，南渡江輸沙量占全年輸沙量的74.4%，昌化江輸沙量占全年輸沙量的89.3%，萬泉河占77.4%。每年12月和次年1月的輸沙量不到全年輸沙量的1%，為海南三大河流輸沙較少的時段。

表3 南渡江、昌化江、萬泉河河口控制水文站（1957-1988、2006-2008）年際平均徑流量和輸沙量

總體來看，海南三大河流多年平均月入海徑流量和輸沙量分布基本保持一致，即洪水多沙，枯水少沙。

4 萬泉河加積站多年平均月徑流量及輸沙量分布

2.2 海南三大河多年平均季節(jié)性徑流量、輸沙量分布

由圖5可以看出，南渡江龍?zhí)琳緩搅髁坑纱蟮叫〉捻樞驗椋呵锛尽⑾募?、春季、冬季，秋季平均徑流量?.400×108m3、占全年總量的49.7%；不同季節(jié)平均輸沙量由大到小的順序為：秋季、夏季、春季、冬季，與徑流量順序一致；最大值出現(xiàn)在秋季、達6.884×104t，占全年輸沙量的53.3%，最小值出現(xiàn)在冬季，為0.267×104t，僅占全年輸沙量的2.1%。

由圖6可以看出，昌化江寶橋站徑流量由大到小的順序為：秋季、夏季、春季、冬季，秋季平均徑流量為6.455×108m3、占全年徑流總量的53.2%；春季和冬季相差不大，都約為0.8×108m3。不同季節(jié)平均輸沙量由大到小的順序為：秋季、夏季、春季、冬季，與徑流量順序一致，最大值出現(xiàn)在秋季為13.103×104t，秋季輸沙量占全年56.2%，夏季為9.392×104t，夏秋兩季輸沙量占全年總量的96.6%；最小值出現(xiàn)在冬季，平均輸沙量為0.057×104t，輸沙量僅占全年的0.2%。

圖5 南渡江龍?zhí)琳径嗄昶骄竟?jié)性徑流量與輸沙量分布

圖6 昌化江寶橋站多年平均季節(jié)性徑流量與輸沙量分布

由圖7可以看出，萬泉河加積站徑流量由大到小的順序為：秋季、夏季、冬季、春季，不過秋季和夏季相差很大，秋季平均徑流量為8.809×108m3、徑流量占全年總量的55.3%，而夏季平均徑流量為 3.441×108m3，春季最小，平均徑流量為1.626×108m3，僅占全年總量的10.2%。不同季節(jié)平均輸沙量由大到小的順序為：秋季、夏季、春季、冬季，與徑流量順序不一致，輸沙量最大值出現(xiàn)在秋季為10.889×104t，該季輸沙量占全年總量72.1%，最小值出現(xiàn)在冬季，平均輸沙量為0.180×104t，僅占全年總量的1.2%。

綜合來看，海南三大河流入海最大徑流量和最大輸沙量都出現(xiàn)在秋季，秋季的徑流量和輸沙量都占到全年的50%及以上。

2.3 海南三大河入海水沙通量年際變化分布

2.3.1 南渡江龍?zhí)琳舅惩磕觌H變化特征

圖7 萬泉河加積站多年平均季節(jié)性徑流量與輸沙量分布

根據(jù)水文資料統(tǒng)計分析，南渡江龍?zhí)琳径嗄昶骄鶑搅髁繛?7.369×108m3，最大和最小年平均徑流量分別為 93.347×108m3（1973年）和24.787×108m3（1977年），相應的模比系數(shù)K值分別為1.63和0.43，兩者之間的比值為3.79，變差系數(shù)Cv為0.326。從徑流量的年際變化來看（圖8），20世紀50年代至70年代圍繞平均值波動較大，進入20世紀80年代后，徑流量圍繞平均值波動較小。根據(jù)保證率的劃分標準結合累積經(jīng)驗頻率，南渡江豐水年多出現(xiàn)在20世紀80年代以前，而且多次出現(xiàn)連續(xù)兩年的豐水年（1957-1958年，1963-1964年，1972-1973年），枯水年也有兩次連續(xù)出現(xiàn)（1968-1969年，2006-2007年）；20世紀80年代以后大多以平水年出現(xiàn)。

圖8 龍?zhí)琳緩搅髁俊⑤斏沉磕觌H分布

由圖 8可知，龍?zhí)琳径嗄昶骄斏沉繛?7.305×104t，最大和最小年平均輸沙量分別為102.807×104t（1958年）和6.805×104t（1987年），模比系數(shù)K值分別為2.76和0.16，兩者之間比值約17.25，變差系數(shù)Cv為0.676。從輸沙量的年際變化來看（圖8），20世紀80年代以前輸沙率圍繞平均值變幅較大，20世紀80年代以后年平均輸沙量大都小于平均值。并且，多沙年主要出現(xiàn)在20世紀80年代以前，最長連續(xù)時間3 a（1963-1965年）；1987年以前，少沙年沒有連續(xù)出現(xiàn)，多數(shù)為平沙年；2006-2008年期間，只有2008年為中沙年，其它兩年都是少沙年?？傮w來看，龍?zhí)琳灸觌H輸沙量變化與徑流量變化表現(xiàn)出了較好的相關性。

2.3.2 昌化江寶橋站水沙通量年際變化特征

由圖9可以看出，昌化江寶橋站多年平均徑流量為36.284×108m3，最大和最小年平均徑流量分別為 85.380×108m3（1964年）和 11.227×108m3（1969年），相應的模比系數(shù)K值分別為2.35和0.31，兩者之間比值約 7.58，變差系數(shù) Cv為0.421。根據(jù)累積經(jīng)驗頻率，昌化江豐水年有一次連續(xù)出現(xiàn)（1963-1964年），枯水年沒有連續(xù)出現(xiàn)；大多以平水年出現(xiàn)。

圖9 寶橋站徑流量、輸沙量年際分布

寶橋站多年平均輸沙量為69.910×104t，最大和最小年平均輸沙量分別為 298.331×104t（1963年）和3.595×104t（1969年），模比系數(shù)K分別為4.27和0.52，兩者之間的比值約8.21，變差系數(shù)Cv為0.968。根據(jù)累積經(jīng)驗頻率，昌化江多沙年有兩次連續(xù)出現(xiàn)（1963-1964年和1977-1978年），少沙年有一次連續(xù)出現(xiàn)（2006-2007年）。

2.3.3 萬泉河加積站水沙通量年際變化特征

由圖10可以看出，萬泉河加積站徑流量多年平均值為48.363×108m3，最大值出現(xiàn)在1973年，達到78.209×108m3，最小值出現(xiàn)在1977年，值為17.313×108m3，相應的模比系數(shù) K值分別為1.62和0.36，兩者之間比值為4.50，變差系數(shù)Cv為0.317。根據(jù)累積經(jīng)驗頻率，34 a的統(tǒng)計資料中，平水年出現(xiàn)次數(shù)較多，豐水年有兩次連續(xù)出現(xiàn)（1957-1958年及1972-1973年），枯水年有一次連續(xù)出現(xiàn)（1968-1969年），且持續(xù)時間都為兩年。2006-2008年為平水年。

加積站多年平均輸沙量為45.325×104t，最大值出現(xiàn)在1978年，達到142.543×104t，最小值出現(xiàn)在1987年，值為2.428×104t，模比系數(shù)K分別為3.15和0.05，二者比值約63.00，變差系數(shù)Cv為0.693。根據(jù)累積經(jīng)驗頻率，萬泉河在20世紀80年代以前多沙年出現(xiàn)次數(shù)較多，并且最長連續(xù)時間達4 a（1971-1974年），少沙年連續(xù)出現(xiàn)有三次（1968-1969年、1986-1987年及 2006-2008年）最長持續(xù)時間3年。

圖10 加積站徑流量、輸沙量年際分布

2.4 海南三大河入海徑流量、輸沙量空間變化特征

不少學者曾對國內(nèi)相關河流水沙配合做過研究（汪亞平等，2006；宋樂等，2012；唐從勝等，2001；王煥松等，2010），本文試圖以每條河流河口控制水文站的徑流量作為橫坐標，輸沙量作為縱坐標，呈現(xiàn)各河流控制水文站的水沙配合特征。如圖11所示?？梢钥闯?，海南三大河流年內(nèi)最大徑流量由大到小順序為南渡江>萬泉河>昌化江，通過資料分析，各條河流年徑流量也服從這一順序。

圖11 海南三大河流的年內(nèi)水沙配合曲線

從研究區(qū)概況可以得知，地處海南西部的昌化江流域面積遠大于處于東部的萬泉河流域面積，然而前者的年均徑流總量卻小于后者，究其原因主要有以下幾個方面。第一，萬泉河流域年降水量大于昌化江流域年降水量。黃露菁等（1994）用主分量分析方法得出海南省降水量變率甚大，可達190mm以上，以五指山為中心，東部和東北部降水大于西部和西南部。吳恒強（1984）從季風繞流的角度分析，認為中部五指山區(qū)和東部最濕潤，而西部和西南部較干旱。第二，萬泉河流域年蒸發(fā)量小于昌化江流域年蒸發(fā)量，主要是由于海南西部光照和熱量比較豐富、并且處于五指山雨影地帶，導致蒸發(fā)量加大，而東部因為雨期長雨量大、海風濕潤，蒸發(fā)量相對較少。張黎明等（2006）通過分析近30年的數(shù)據(jù)，同樣得出海南西部蒸發(fā)量大于東部蒸發(fā)量的認識。第三，由于下墊面的因素，萬泉河流域下滲能力較弱、昌化江流域的下滲能力稍強。在島的東部山地，多為花崗巖，下滲少，集流快，徑流量大，而島的西部多為第四紀的砂質(zhì)礫巖，下滲較多，徑流量較少。

從圖11得知，各代表水文站水沙配合曲線中，南渡江斜率最小，萬泉河次之，昌化江最大，表明昌化江為海南省輸沙最強河流。南渡江和萬泉河水沙配合曲線都為典型的順時針方向，表明輸沙量與徑流量呈現(xiàn)較好的正相關關系，而昌化江水沙配合曲線出現(xiàn)了“七上八下”現(xiàn)象，即在7月徑流少輸沙大，8月徑流大輸沙反而減小，主要原因是昌化江流域水土流失較為嚴重，在洪季到來之前的少雨枯水季節(jié)、流域內(nèi)堆積了大量的風化產(chǎn)物，這些物質(zhì)被6-7月初洪的流水沖進河槽，導致洪水季節(jié)初期的7月即形成一個輸沙量的峰值；進入8月份，雖然降水和徑流有所增大，但是流域來沙反而減少，9月隨著徑流的增大、輸沙又逐漸增強。

與中國大陸河流和面積相近的臺灣島河流相比，海南島三大河流的含沙量仍然很低。與中國大陸河流相比，海南島三大河的流域降水較多，而流域的植被覆蓋率較高、水源涵養(yǎng)林破壞較少，相對來說水多沙少。與臺灣河流相比，雖然同為島嶼型河流，流短水豐，落差較大，降水和植被條件又比較相似，但是，由于海南島地質(zhì)構造相對穩(wěn)定，地震較少，山崩滑坡等地質(zhì)災害較為少見，流域產(chǎn)出的碎屑沉積物相對較少，即使有臺風帶來的強降雨和洪水，也不會在短時間內(nèi)形成巨量的輸沙峰；而覆蓋在臺灣背斜上部的第三紀地層多為脆弱的粘板巖（陳俊偉，2012），加之臺灣島地震頻度較高，在暴雨和急流的沖刷下，洪水挾帶巨量的沙石送往下游，使臺灣各河的流水成泥漿狀，輸沙遠遠大于海南河流。

2.5 討論

海南熱帶氣旋降水平均占年降水總量的30%（吳勝安等，2007），所以熱帶氣旋通過影響降水量間接支配著海南三大河徑流量的多寡。近年來，不少學者對中國和西北太平洋熱帶氣旋的年代際變化及其影響因子做過分析，指出海洋狀況和大氣環(huán)流是影響熱帶氣旋活動的重要因子。有研究表明（吳慧，2005），秋季登陸海南島的熱帶氣旋平均占全年的45.3%，因而海南島多降秋雨，以致秋季易受洪災。

由輸沙量的年際變化可知，海南三大河流輸沙呈減少趨勢，究其原因，人類活動產(chǎn)生了巨大影響，比如上游的農(nóng)田灌溉，堤壩和橋梁等水利設施的攔蓄，以及河口采砂等（羅憲林等，1993；宋玉梅等，2010；曾紅娟等，2009）。以南渡江為例，松濤水庫為南渡江上游大型水利樞紐，庫容量31×108m3；1959年建成以后，龍?zhí)琳灸昃斏沉坑芍暗?68.05×104t，減少到 52.10×104t，減少了23%；1969年建成龍?zhí)翝L水壩后，龍?zhí)琳灸昃斏沉吭贉p少到32.37×104t；換言之，松濤水庫和龍?zhí)翝L水壩的建設，導致南渡江年入海沙量總共減少了52%（羅憲林等，1993）。由此產(chǎn)生的影響是，南渡江東部廢棄三角洲的老河口和海岸得不到河流泥沙的充分補給，原突出的河口和曲折的岸線逐漸被波浪夷平，海岸線調(diào)整到與盛行東北浪直交，海岸線呈現(xiàn)出不自然的直線狀，水邊線以每年6～8 m的速率被蝕退（陳吉余等，2010）。而在南渡江口西部的活動三角洲海岸，原有兩條向海凸出的弧形沙壩鏈代表了新老海岸線，但是從20世紀80年代開始，外側(cè)的沙壩因得不到沙源迅速向陸后退，沙壩體積萎縮，至20世紀90年代初，與內(nèi)側(cè)的沙壩鏈合并，原本存在于兩條沙壩鏈之間的瀉湖也不復存在了（王寶燦等，2006）。

3 結論

（1）根據(jù)跨度50余年、總計34年的水文資料來看，南渡江、昌化江、萬泉河入海徑流量年內(nèi)分配懸殊，三大河徑流量主要集中在臺風季節(jié)（7-10月）；南渡江和萬泉河峰值出現(xiàn)在10月，最大值分別為449.153 m3/s和432.567 m3/s，昌化江峰值出現(xiàn)在9月，最大值為342.578 m3/s，分別占全年總流量的20.9%、23.8%和24.8%。

（2）海南三大河輸沙量年內(nèi)分配不均衡，南渡江和昌化江豐水期主要集中在8、9、10三個月，徑流量可以占到全年總量的50%以上，對應的輸沙量可以占到全年總量的65%以上。萬泉河豐水期主要集中在9、10、11三個月，這三個月徑流量占全年總量的55.4%，對應的輸沙量約占全年總量的72.2%。

（3）近55年來南渡江、昌化江、萬泉河入海徑流量年際變化并不明顯，三條河流總體呈緩慢下降趨勢，與海南島降水豐沛、降水變率小的氣候特點相適應。豐水年主要出現(xiàn)在20世紀80年代之前；進入20世紀80年代之后，由于水庫建設和流域開發(fā)等原因，豐水年較少出現(xiàn)。1959、1966、1969、1977年是典型的枯水年。

（4）海南三大河輸沙量的年際變化與各條河流徑流量年際變化趨勢基本一致，總體具有大水多沙，小水少沙的規(guī)律。昌化江和萬泉河輸沙率的變化幅度與徑流量的變化幅度大體相當，而南渡江輸沙率的變化幅度大于徑流量的變化幅度，這可能是由于南渡江流域內(nèi)各項水利工程的開展以及水土保持措施的實施引起水土流失的面積逐年減少，導致入海輸沙量減少。

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