西江流域干支流水沙時(shí)空分布變化分析

易 靈，許景鋒，尹開霞，侯貴兵

(中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，廣州 510610)

素有“黃金水道”之稱的西江航運(yùn)干線，是指南寧至廣州航道，其和長(zhǎng)江干線并列為我國高等級(jí)航道體系的“兩橫”，是我國西南水運(yùn)出海大通道的重要組成部分，經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略地位顯著。近年來，國家及地方均出臺(tái)了相關(guān)規(guī)劃[1-3]，規(guī)劃建設(shè)包括西江航運(yùn)干線(西江航運(yùn)干線按Ⅰ級(jí)航道實(shí)施)在內(nèi)的國家高等級(jí)航道網(wǎng)，全面提升西江黃金水道水運(yùn)能力和水平。

目前，相關(guān)省區(qū)正在按航道建設(shè)規(guī)劃開展相關(guān)河段一級(jí)航道整治方案的編制工作，船閘、疏浚、清礁、壩工等航道整治工程的實(shí)施及高等級(jí)航道投入運(yùn)行，將會(huì)對(duì)相關(guān)河段的河勢(shì)穩(wěn)定和堤防安全產(chǎn)生較大影響。西江黃金水道段河道堤防等防洪工程承擔(dān)沿江兩岸及珠江下游三角洲地區(qū)的防洪保護(hù)任務(wù)，出險(xiǎn)將造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。西江黃金水道涉及西江干流及西江最大支流郁江，因此，通過分析西江黃金水道水沙時(shí)空變化，力求揭示西江流域干支流變化規(guī)律，為西江流域干支流河勢(shì)穩(wěn)定分析和開展建設(shè)提出基礎(chǔ)支撐，具有現(xiàn)實(shí)意義。

本文收集了西江流域干支流南寧、貴港、大湟江口、梧州、高要共5個(gè)水文站點(diǎn)1960-2014年共55年的實(shí)測(cè)徑流、泥沙系列，按水文年進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并對(duì)徑流還原后系列進(jìn)行分析。

1 水沙沿程變化

西江流域南寧、貴港、大湟江口、梧州、高要站年徑流量、年輸沙量從上而下基本隨里程增加而增大(圖1)，貴港站到大湟江口站年徑流量、年輸沙量增長(zhǎng)迅速，說明潯江大部分水沙來自干流黔江而非郁江。另外，郁江河段南寧、貴港站多年平均徑流量占高要站的比例遠(yuǎn)高于多年平均輸沙量占比，即表現(xiàn)為水多沙少。郁江與西江河段水沙相當(dāng)，大湟江口站和梧州站多年平均徑流量占高要站的比例分別為77.9%和92.6%，與多年平均輸沙量占比基本相當(dāng)。各站水沙組成見表1。 各站點(diǎn)還原系列多年平均徑流量均比實(shí)測(cè)系列的略大，且兩系列的徑流量、徑流深、徑流模數(shù)、Cv(計(jì)算值)等沿程變化規(guī)律基本一致。

圖1 西江黃金水道年徑流量及年輸沙量隨里程變化圖

2 水沙年際變化

西江流域干支流各站年徑流量、年輸沙量趨勢(shì)變化見圖2和圖3。

由圖2可得，各站年徑流量年代間的總體變化形態(tài)較為一致，基本呈“枯-豐-枯-豐-枯”變化。至20世紀(jì)60年代中后期，徑流量低于多年平均徑流量，來水略枯；60年代中后期～80年代前期，徑流量高于多年平均徑流量，來水較豐，徑流量波動(dòng)較平穩(wěn)；80年代中后期-90年代前期，流量顯著低于多年平均徑流量，來水較枯，期間呈現(xiàn)快速下降后快速升高的變化特點(diǎn)；90年代前期-2000年，流量高于多年平均徑流量，來水略豐，徑流量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)；進(jìn)入2000年后，徑流量低于多年平均徑流量，來水略枯。另外，西江流域干支流各站年徑流量整體呈下降趨勢(shì)，且干流潯江、西江河段下降趨勢(shì)程度略大于支流郁江河段。實(shí)測(cè)和還原的年徑流的年際波動(dòng)均較為明顯，變化幅度亦較大,實(shí)測(cè)系列和還原系列極值比分別為2.79～4.67、2.77～4.14；大型水庫建設(shè)對(duì)西江干支流主要水文站的徑流年際波動(dòng)影響相對(duì)較小，但對(duì)年徑流極值比影響明顯。

表1 西江流域干支流各站點(diǎn)水沙地區(qū)組成成果表

由圖3可得，大湟江口、梧州和高要站年輸沙量年代間的總體變化形態(tài)基本一致，呈“低-高-低-高-低”變化，年輸沙波動(dòng)較為劇烈，變化幅度亦較大。至20世紀(jì)60年代中期，該階段輸沙量低于多年平均輸沙量，來沙偏少；60年代中期-70年代前期，該階段輸沙量高于多年平均輸沙量，來沙較多；70年代中期，該階段輸沙量顯著低于多年平均輸沙量，來沙較少，期間呈現(xiàn)快速下降后快速升高的變化特點(diǎn)；70年代中期-90年代中前期，該階段輸沙量高于多年平均輸沙量，來沙略多，輸沙量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，且來沙波動(dòng)較為劇烈；90年代中前期至2014年，該階段輸沙量低于多年平均輸沙量，來沙較少，輸沙量呈快速下降趨勢(shì)。南寧、貴港站年輸沙量圍繞多年平均輸沙量波動(dòng)。另外，西江流域干支流年輸沙量整體呈下降趨勢(shì)，且干流下降趨勢(shì)程度大于支流。大型水庫建設(shè)對(duì)西江干支流主要水文站的年輸沙波動(dòng)影響較大，且攔截泥沙作用明顯，干支流極值均呈下降趨勢(shì)。西江中上游20世紀(jì)90年代至本世紀(jì)初期興建了多座大型水利樞紐工程，如天生橋一級(jí)水庫1997年底下閘蓄水，龍灘水庫2006年9月底下閘蓄水，巖灘水庫1992年3月下閘蓄水，光照電站2007年12月31日下閘蓄水，百色水庫2005年8月26日下閘蓄水。

圖2 西江流域干支流各站年徑流量變化圖

圖3 西江流域干支流主要站年輸沙量變化圖

3 水沙年內(nèi)變化

采用徑流年內(nèi)分配不均勻系數(shù)Cv來進(jìn)行徑流、泥沙年內(nèi)變化分析。西江干支流各水文站還原徑流系列和實(shí)測(cè)徑流系列的年內(nèi)分配不均勻系數(shù)Cv均較大且相差不大，兩者Cv高值均出現(xiàn)在支流，且支流的波動(dòng)幅度較干流大，干流實(shí)測(cè)系列的年內(nèi)分配不均勻系數(shù)Cv比還原系列的小，主要原因在于受控制性水庫削峰補(bǔ)枯的影響，實(shí)測(cè)系列汛期與非汛期徑流相差比還原系列的要小。

考慮到西江流域已建大中型水庫建設(shè)時(shí)間多集中于20世紀(jì)90年代至本世紀(jì)前10年，且已建水庫工程中對(duì)流域水資源調(diào)度作用較大的主要有天生橋一級(jí)、龍灘和百色。因此，本文對(duì)徑流泥沙系列分建庫前(至1990年)、大型水庫建設(shè)期(1991-2005年)和建庫后(2006年以后)3個(gè)時(shí)段進(jìn)行年內(nèi)變化分析。各站徑流量、輸沙量年內(nèi)分析成果見表2。

西江流域干支流主要站徑流、輸沙年內(nèi)分配十分不均，各時(shí)段汛期徑流占比介于73.4%～84.7%，泥沙汛期占比介于84.0%～99.1%。各水文站汛期徑流占比由大型水庫建庫前(系列至1990年)的78.0%～82.3%降為大型水庫建庫后的73.4%～75.9%，輸沙占比由大型水庫建庫前(系列至1990年)的95.2%～97.5%降為大型水庫建庫后的84.0%～92.5%?？梢?，大型水庫建設(shè)對(duì)徑流調(diào)節(jié)作用明顯，對(duì)年內(nèi)徑流進(jìn)行再分配，削峰補(bǔ)枯，使得汛期徑流占比不太高，非汛期占比不太低，同時(shí)降低了泥沙年內(nèi)分配的不均性，使得汛期占比減低。

表2 西江流域干支流主要站徑流量、輸沙量年內(nèi)分析成果表

注：統(tǒng)計(jì)時(shí)段①表示1960-2014年②1960-1990年③1991-2005年④2006-2014年。

4 結(jié) 論

本文對(duì)西江黃金水道涉及的西江流域干支流主要控制站南寧、貴港、大湟江口、梧州和高要站徑流量和輸沙量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明：

(1)西江流域水沙主要來源于西江干流，各站站年徑流量、年輸沙量從上而下基本隨里程增加而增大。郁江河段表現(xiàn)為水多沙少，郁江與西江河段水沙相當(dāng)。

(2)西江流域干支流主要控制站年徑流量年代間的總體變化形態(tài)較為一致，基本呈“枯-豐-枯-豐-枯”變化，大湟江口、梧州和高要站年輸沙量年代間的總體變化形態(tài)基本一致，呈“低-高-低-高-低”變化。主要控制站年徑流量、年輸沙量整體呈下降趨勢(shì)，且西江干流潯江、西江河段下 降趨勢(shì)程度略大于支流郁江河段。

(3)西江流域干支流徑流、輸沙年內(nèi)分配十分不均，汛期徑流、輸沙占比超過70%。大型水庫建設(shè)均降低了徑流、泥沙年內(nèi)分配的不均勻性，使得汛期徑流、泥沙占比均減低。

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