20世紀(jì)80年代以來珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)河性演變

謝凌峰,申其國,徐治中

(廣東省交通運(yùn)輸規(guī)劃研究中心,廣東 廣州 510101)

20世紀(jì)80年代以來珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)河性演變

謝凌峰,申其國,徐治中

(廣東省交通運(yùn)輸規(guī)劃研究中心,廣東 廣州 510101)

針對20世紀(jì)80年代以來珠江三角洲網(wǎng)河受大規(guī)模采沙影響,其河道特性發(fā)生的顯著變化,基于實(shí)測資料,從網(wǎng)河區(qū)河道的河床演變、水沙條件、同流量水位變化、西江和北江分流分沙變化、河槽容積及河道行洪能力等方面分析了珠三角網(wǎng)河區(qū)河性的演變情況。結(jié)果表明:20世紀(jì)80年代以來,網(wǎng)河區(qū)河床下切嚴(yán)重,來流量變化不大,來沙量大幅下降,同流量下水位下降明顯,思賢滘?qū)ξ鹘?、北江的分水分沙有所調(diào)整,河槽容積增大,河道的行洪能力提高。隨著規(guī)模取沙的減少,2005年后網(wǎng)河區(qū)河道進(jìn)入新的平衡演變階段。

珠江三角洲;網(wǎng)河區(qū);河性演變;河床演變;水沙條件;河道采沙;河槽容積;行洪能力

珠江三角洲網(wǎng)河是由西江、北江、東江及諸小河流組成的河道密布的三角洲河網(wǎng),河域水多沙少[1]。20世紀(jì)80年代以前,河床以輕微淤積為主,河勢基本穩(wěn)定;80—90年代末,流域內(nèi)出現(xiàn)大規(guī)模的河床采沙活動,河道轉(zhuǎn)變?yōu)橐詻_刷為主并向窄深方向發(fā)展[2-3];2000—2005年,采沙活動逐步受到控制,取沙量較之前有所減少,但由于大洪水的造床作用,網(wǎng)河區(qū)河床演變?nèi)匀患ち?河床繼續(xù)下切;2004、2005年后,珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)的演變逐漸趨緩,河道進(jìn)入新的平衡穩(wěn)定期[4]。

20世紀(jì)80年代以來,由于珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)的水沙條件變化較大,引起了國內(nèi)諸多學(xué)者的重視與研究。徐海亮[5]就西、北江三角洲網(wǎng)河區(qū)水面線的變異情況進(jìn)行了初步探討,但未就河床演變及其他水文特征進(jìn)行分析;楊清書等[6]研究了珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)水位的變化趨勢,但僅局限于水位的研究;陳曉宏等[7]就2000年前珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)域內(nèi)水文與地貌特征的變異及其成因進(jìn)行了研究,但2000年之后的河道演變又有所不同;歐素英等[8]對珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)徑流潮流相互作用進(jìn)行了分析,但未分析河床演變等河性特征;李靜[2]研究了珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)近20年來的河床演變特征,但未分析水文特征演變情況;蔡華陽等[9]分析了西、北江網(wǎng)河來水來沙及分水分沙變化特征,但局限于水沙條件的分析;鄭國棟等[10]就珠江三角洲河道地貌變化對網(wǎng)河水情的影響進(jìn)行了研究,主要研究了地貌變化對水位壅高的影響;蔣陳娟等[11]初步探討了1957—2003年間珠江三角洲網(wǎng)河水位時(shí)空變化及原因,亦局限于水位的分析。

以上研究多集中于珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)的水位或河床等單個(gè)水沙特征,未能全面、系統(tǒng)地對流域內(nèi)的河性變化進(jìn)行分析,因此,現(xiàn)階段有必要對網(wǎng)河區(qū)河道特性進(jìn)行綜合研究。為了解20世紀(jì)80年代以來大規(guī)模河道采沙活動對網(wǎng)河區(qū)河性演變的影響程度,本文根據(jù)西江、北江與東江主要水文控制站和重要主干河道長系列的實(shí)測資料,從河道河床演變、來水來沙、水位變化、汊道分水分沙、河槽容積及河道行洪能力等方面對珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)河性演變特征進(jìn)行分析,以揭示河道的河性演變特征。

由于收集的水文、地形等資料的時(shí)間、時(shí)長不盡一致,故本文各小節(jié)研究的時(shí)間略有不同,2010年后的資料僅收集了網(wǎng)河區(qū)部分河段的地形測圖,其他水文資料暫未收集到。本文主要根據(jù)所收集資料情況進(jìn)行分析,雖然資料時(shí)間不統(tǒng)一,但不影響分析的結(jié)論。

1 網(wǎng)河區(qū)內(nèi)河道河床演變

采用珠江三角洲網(wǎng)河主要河道1985—2005年間不同時(shí)間測量的河道地形圖進(jìn)行分析,該時(shí)段珠江三角洲河道取沙或沖刷的總量達(dá)10億m3以上,河床平均下切深度達(dá)1.5 m以上。表1統(tǒng)計(jì)了1990—2005年間西、北江三角洲主要河段的沖淤量,6個(gè)河段共長249.76 km,統(tǒng)計(jì)的14年間共沖刷7.9535億m3,平均每延米沖刷3 148 m3,年均每延米沖刷225 m3,年均沖刷深度至少0.17 m。

表1 西、北江三角洲主干水道河床沖刷量統(tǒng)計(jì)

另外,東江下游自20世紀(jì)70年代末始,河床普遍加深,特別是90年代以來深泓大幅下切,河床的大規(guī)模加深先在石龍以下河段開始,逐年向上游推進(jìn)。2002—2009年,東江下游航道的深泓平均下降了2.95 m,平均水深增加了1.99 m。

表2統(tǒng)計(jì)了西、北江三角洲主干水道2004或2005年后的河床沖刷深度,此后河段河床不再大幅下切,年均沖刷深度僅0.01～0.02 m,且有部分河段略有淤積,但年均淤積厚度很小(最大0.04 m),說明河床進(jìn)入新的平衡穩(wěn)定期。

表2 西、北江三角洲主干水道河床沖刷深度統(tǒng)計(jì)

注：“-”表示淤積。

2 來水來沙

西、北江下游在思賢滘相匯,思賢滘就成了兩大水系水沙交換的關(guān)鍵通道,網(wǎng)河區(qū)河道河床劇烈變化引起的過思賢滘水沙情況的變化直接影響西、北江網(wǎng)河的徑流動力及水沙的分配與調(diào)整。思賢滘上游的高要、石角的實(shí)測資料可分別代表西、北江水沙交換前的水沙情況,對網(wǎng)河區(qū)的來水來沙研究極具代表意義。

選取西江、北江、東江干流上的主要控制站高要、石角、博羅三測站為代表測站,統(tǒng)計(jì)其近50年的年均流量與年均輸沙率,分析網(wǎng)河區(qū)來流量與來沙量的變化。代表測站來水來沙的年代變化統(tǒng)計(jì)如表3所示。從20世紀(jì)60—70年代,珠江三角洲來水來沙均處于增長階段;70—80年代略為下降,總體較穩(wěn)定;80年代以后,來沙量全面下降，在2000—2008年的9年間,珠江三角洲各站的來水量與多年平均接近或略小,來沙量大幅下降至前期平均水平一半以下。

表3 代表測站來水來沙年代變化

3 水位變化

圖1為思賢滘下游西江馬口站、北江三水站以及東江博羅站同流量下的水位變化曲線。由圖1可知,各測站同流量條件下的水位在20世紀(jì)90年代后明顯下降,其中馬口站在流量分別為7 500 m3/s、15 000 m3/s和20 000 m3/s的情況下,水位分別下降了約0.8 m、1.7 m和2.1 m。

圖1 同流量下的水位變化

4 分流比與分沙比變化

表4給出了馬口站和三水站1960—2009年分流比與分沙比的變化。由表4可知:

表4 思賢滘節(jié)點(diǎn)分流比與分沙比多年平均變化 %

a. 1993年是馬口、三水水文站分流比和分沙比變化的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn),1993年之前兩站的分流比基本穩(wěn)定,保持在85.5%和14.5%左右。

b. 1993—1998年馬口、三水站的分流比變化明顯,三水站分流比增加近1倍,表明西江流入北江的徑流量顯著增加。這種變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出河道自身調(diào)整和上游來水情況變化的范圍,其原因是大規(guī)模河床采沙首先在北江三角洲主要水道展開,而同時(shí)期西江干流采沙量較小,河床下切幅度小于北江,形成橫向水位差使得西江增加了經(jīng)思賢滘注入北江三水站的流量,由此導(dǎo)致分流比急劇變化。

c. 2006—2009年馬口、三水站分流比調(diào)整為79.4%和20.6%,馬口站分流比有所增大,其原因是此段時(shí)期內(nèi)北江網(wǎng)河水道由于沙源減少和政府的嚴(yán)格監(jiān)控,采沙規(guī)模和河床下切幅度遠(yuǎn)小于西江。馬口、三水水文站分流的變化也引起了西、北江分沙比的變化,由表4可知,分沙比的變化趨勢與分流比的變化基本一致。

5 河槽容積變化情況

表5給出了1997—1999年和2005—2006年兩個(gè)時(shí)間段西江、北江干流與東江部分河段0.0 m、2.0 m水位下河道容積的變化情況,2005—2006年各河段河槽容積相對于1997—1999均增加;從西江、北江干流河槽容積的變化可看出,越往上游,容積增幅越大,說明上游河床下切的幅度大于下游;西江干流河槽容積的變化大于北江干流,0.0 m水位下西江干流的容積差與增幅分別為37 103.0萬m3、28.5%,北江干流分別為4 429.5萬m3、10.8%。

表5 西江、北江干流與東江部分河段河槽容積變化

注:表中水位為珠江基面高程下水位,河槽容積差為2005—2006年與1997—1999年兩個(gè)時(shí)間段的河槽容積差值。

6 河道行洪能力變化的概化分析

河道的行洪能力是指某特定水位下河段的過流能力,是河道防洪特性的重要體現(xiàn),其計(jì)算公式為

(1)

式中:Q為行洪能力;K為流量模數(shù);I為水面比降;n為糙率;B為水面寬度;H為斷面平均水深。

20世紀(jì)80年代以來,珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)河道的水面寬度基本沒有變化,但斷面平均水深有變化:受取沙影響,河道發(fā)生縱向下切,平均水深增加,同時(shí)也導(dǎo)致水面線發(fā)生變化。

現(xiàn)假定河道的水面寬度及糙率不變,將20世紀(jì)80年代以來的河床斷面變化概化為一個(gè)由平均水面寬度和平均水深組成的平均斷面,利用行洪能力計(jì)算公式,考慮平均水深及水面比降兩大因子的變化,估算出東平水道三水站與西江干流馬口站9.0 m水位時(shí)的河道行洪能力,計(jì)算結(jié)果見表6。

表6 三水站、馬口站9.0 m水位時(shí)行洪能力估算

由表6可知,相比于起始狀態(tài),水位為9.0 m時(shí),三水站與馬口站1996年、1999年、2005年的河道行洪能力變強(qiáng),且增值比不斷加大,說明20世紀(jì)80年代以來河道的行洪能力有了較大的提高。

7 結(jié) 論

a. 1985—2005年珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)河床下切嚴(yán)重,平均下切深度達(dá)1.5 m以上;2005年后,網(wǎng)河區(qū)河床不再大幅下切,河床沖淤進(jìn)入新的平衡穩(wěn)定期。

b. 20世紀(jì)80年代以后,珠江三角洲來流量變化不大,來沙量全面下降,在2000—2008年的9年間,珠江三角洲各站的來水量與多年平均接近或略小,來沙量大幅下降至前期平均水平一半以下。

c. 馬口站、三水站、博羅站在20世紀(jì)90年代后水位明顯下降。

d. 思賢滘?qū)ξ鹘?、北江的分流分沙比?993年前基本穩(wěn)定,其后有較大調(diào)整,至2009年又逐漸趨于新的平衡。

e. 2005—2006年西江、北江干流與東江部分河段河槽容積相對于1997—1999均增大,且越往上游增幅越大。

f. 同水位條件下,20世紀(jì)80年代以來東平水道與西江干流的河道行洪能力有了較大的提高。

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Evolution of river characteristics in river network of Pearl River Delta since 1980s//

XIE Lingfeng, SHEN Qiguo, XU Zhizhong
(GuangdongProvincialTransportationPlanningandResearchCenter,Guangzhou510101,China)

Since 1980s, river characteristics in the river network of the Pearl River Delta in Guangdong Province, China, have significantly changed due to large-scale sand mining. Based on measured data, the recent evolution of river characteristics is analyzed from several aspects, such as riverbed evolution, flow and sediment conditions, variations of water level at equal water discharge, variations of flow and sediment diversion in the Xijiang and Beijiang rivers, the volume of river channel, and flood carrying capacity. The results show that since 1980s the riverbed of the river network has downcut severely, and the volume of coming water has slightly changed, while the volume of coming sediment has dramatically declined. Besides, the water level at equal water discharge has significantly dropped, and the flow and sediment diversion in the Xijiang and Beijiang rivers have been adjusted by river sand mining. Moreover, the flood carrying capacity has improved because the volume of river channel has increased. With the decrease of large-scale sand dredging operations, river evolution in the river network turned into a new equilibrium stage after 2005.

Pearl River Delta; river network; river characteristics evolution; riverbed evolution; flow and sediment conditions;river sand mining; volume of river channel; flood carrying capacity

謝凌峰(1963—),男,廣東廣州人,教授級高級工程師,博士,主要從事綜合交通規(guī)劃研究。E-mail:xlf2088@21cn.com

10.3880/j.issn.1006-7647.2015.04.003

TV147

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1006-7647(2015)04-0010-04

2014-04-24 編輯：熊水斌)