廣佛跨界河流分流比分析研究

朱昆鵬，羅志發(fā)，胡 濤

(1.廣東省水文局廣州水文分局，廣東 廣州 510150；2.廣東省水利水電科學研究院，廣東 廣州 510635；3.河口水利技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室，廣東 廣州 510635；4.廣東省流域水環(huán)境治理與水生態(tài)修復(fù)重點實驗室，廣東 廣州 510635)

1 概述

開展城市重污染水體污染源解析和水資源評估，全面解析各重污染水體匯流范圍內(nèi)污染物“產(chǎn)—排—匯”空間和量傳導(dǎo)關(guān)系，《南粵水更清行動計劃(2013—2020年)》提出了“一年新進展，三年新突破、八年水更清”的總體目標?！队媱潯诽岬奖仨殢娀缃绾恿魉|(zhì)達標管理[1]，切實解決跨界水污染問題，水質(zhì)未達到控制目標的，責任方要提出達標解決方案。要明確跨界河流污染源責任主體責任程度或者污染貢獻率，首先要明確跨界區(qū)域河流水量來源及其分流比[2]，只有弄清跨界各區(qū)匯入水量，結(jié)合其水質(zhì)情況，才能明確各方污染貢獻率劃清責任主體。為解決網(wǎng)河區(qū)廣佛跨界河流(涌)來水量分析計算難題，開展了廣佛跨界河流(涌)同步監(jiān)測，對受潮夕影響下的廣佛跨界河流(涌)分流比進行分析和研究[3]。

2 水系現(xiàn)狀

廣佛跨界“兩涌一河”(蘆苞涌、西南涌和白坭河，見圖1)地處珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)，位于北江大堤的中、下游堤段，是北江的分洪道，流經(jīng)鴉崗附近匯入廣州河道的西航道。蘆苞涌位于三水區(qū)蘆苞鎮(zhèn)下游，向東流至長岐管理區(qū)的魷魚崗分汊，北支為九曲河在白坭墟附近匯國泰水后始稱白坭河，流經(jīng)花都市赤坭、炭步，匯新街水、流溪河，與西南涌匯合。南支為古云東海，經(jīng)三水區(qū)范湖、樂平及南海區(qū)官窯附近匯入西南涌，全長為34.64 km。西南涌位于三水區(qū)西南鎮(zhèn)東南方，河長為46.4 km，向東流經(jīng)南海區(qū)官窯、里水、和順等鎮(zhèn)至老鴉崗與白坭河和流溪河匯合后，在廣州市西、北郊白云區(qū)老鴉崗附近匯入珠江西航道。白坭河發(fā)源于廣東清遠石角鎮(zhèn)扶基頭，跨廣州、佛山、清遠三地，白坭河流域總面積為1 493 km2，干流全長為57 km，河道平均坡降為1‰。白坭河在廣州市境內(nèi)河長約為33 km，流域面積約為718.6 km2，占流域面積的48.1%[4]。

圖1 兩涌一河水系示意

3 同步監(jiān)測斷面布設(shè)

2019年3月21—22日、2019年7月4—5日共開展2期連續(xù)25 h水量同步測驗，斷面分別為街頭水閘、蔡邊閘外、和順大橋、九曲河、大坳、魯崗涌、流溪河口、鴉崗、沙貝、西南水閘、如意坊共11個斷面(見表1和圖2)。

表1 兩涌一河連續(xù)監(jiān)測斷面采樣點位置

圖2 監(jiān)測斷面布設(shè)示意

4 監(jiān)測成果分析

4.1 合理性分析

現(xiàn)針對2019年3月測量期、2019年7月測量期水文測驗斷面，即 CS1～CS9、CS11共10個斷面開展水文觀測數(shù)據(jù)對比分析。

和順大橋、大坳、流溪河、鴉崗組成1個相對閉合區(qū)域，街頭電排站外、蔡邊閘外、和順大橋組成1個相對閉合區(qū)域。2個閉合區(qū)域內(nèi)無較大支流匯入，因此，本次通過2個區(qū)域內(nèi)水量守恒，驗證數(shù)據(jù)合理性。

1) 和順大橋、大坳、流溪河、鴉崗數(shù)據(jù)合理性分析

根據(jù)2次測量期的實測數(shù)據(jù)，2019年3月測量期，統(tǒng)計出CS3和順大橋凈泄量[5]為828.7萬m3、CS5大坳凈泄量為369.2萬m3、CS7流溪河口凈泄量為578.4萬m3、鴉崗凈泄量為1 808.9萬m3，差值占比為-2.9%；2019年7月測量期，統(tǒng)計出CS3(和順大橋)凈泄量為2 506.0萬m3、CS5大坳凈泄量為1 140.0萬m3、CS7流溪河口凈泄量為1 833.9萬m3、鴉崗凈泄量為5 656.7萬m3，差值占比為2%(見表2)。

表2 和順大橋、大坳、流溪河、鴉崗區(qū)域凈泄量差值統(tǒng)計

2) 街頭電排站外、蔡邊閘外、和順大橋數(shù)據(jù)合理性分析

根據(jù)2次測量期的實測數(shù)據(jù)，2019年3月測量期，統(tǒng)計出CS1街頭電排站外凈泄量為383.3萬m3、CS2蔡邊閘外站凈泄量為421.9萬m3、CS3和順大橋凈泄量為828.7萬m3，差值占比為-0.3%；2019年7月測量期，統(tǒng)計出CS1街頭電排站外凈泄量為836.7萬m3、CS2蔡邊閘外站凈泄量為1 600.0萬m3、CS3和順大橋凈泄量為2 506.0萬m3，差值占比為1.8%(見表3)。

表3 街頭電排站外、蔡邊閘外、和順大橋區(qū)域凈泄量差值統(tǒng)計

通過2次測量期的實測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計得2019年3月測量期，和順大橋、大坳、流溪河、鴉崗區(qū)域內(nèi)流量差值為-2.9%，街頭電排站外、蔡邊閘外、和順大橋區(qū)域流量差值為-0.3%；2019年7月測量期，和順大橋、大坳、流溪河、鴉崗區(qū)域內(nèi)流量差值為2.0%，街頭電排站外、蔡邊閘外、和順大橋區(qū)域流量差值為1.8%?？傮w上看，在兩個區(qū)域內(nèi)水量基本守恒[6]，因此，實測數(shù)據(jù)基本可靠。

4.2 流量變化過程分析

九曲河(CS4)距下游河口最遠，受潮汐影響最弱，從流量變化過程上看， 2019年3月與7月測量期流量變化趨勢接近，2019年3月測量期最大流量約為 11 m3/s，最小流量約為20 m3/s；2019年7月測量期最大流量約為33 m3/s，最小流量約為0 m3/s。九曲河2019年3月測量期總凈泄量約為130萬m3，2019年7月測量期總凈泄量約為2 561萬m3，2019年7月測量期總凈泄量約2019年3月測量期的20倍。

和順大橋(CS3)、白坭河大坳(CS5)、魯崗涌匯入口下(CS6)、流溪河口(CS7)、鴉崗(CS8)、沙貝(CS9)和如意坊(CS11)距下游河口較近，受潮汐影響大。2019年7月測量期和2019年3月測量期流量變化過程接近(見圖3)。

總體而言，兩涌一河流域受潮汐影響較大[7]，漲潮總歷時約為6 h，落潮總歷時約為18 h，一次潮周期約為24 h。

(1)

(3)

(5)

(7)

(9)

4.3 流量特征分析

對各斷面流量過程進行統(tǒng)計，得到凈泄流量、凈泄量以及最大流量的分析結(jié)果[8]。2019年7月測量期和2019年3月測量期各斷面凈泄流量及相應(yīng)變幅見表4～5所示。

表4 各斷面2019年3、7月測量期凈泄流量對比 m3/s

根據(jù)斷面凈泄流量對比，所有斷面2019年7月測量期凈泄流量均大于2019年3月測量期，2019年7月測量期最大凈泄流量為667.28 m3/s，總凈泄量為6 005.5萬m3(CS11如意坊斷面)；最小凈泄流量為28.46 m3/s，總凈泄量為256.1萬m3(CS4 九曲河斷面)。2019年3月測量期的最大凈泄流量分別為224.24 m3/s，總凈泄量為2018.2萬m3(CS11如意坊斷面)；最小凈泄流量為1.45 m3/s，總凈泄量為13.2萬m3(CS4 九曲河斷面)。

從2019年3月測量期與2019年7月測量期凈泄流量的變幅來看，CS4九曲河斷面2019年7月測量期凈泄流量約為2019年3月測量期的27倍，其他斷面2019年7月測量期凈泄流量約為2019年3月測量期的3.5倍。

表5 各斷面2019年3、7月測量期漲潮量對比 萬m3

不同斷面在2019年3月測量期與2019年7月測量期漲潮階段最大流量變化有所不同。從變化量來看，2019年3月測量期漲潮階段流量整體低于2019年7月測量期流量；從變化幅度來看，CS4在2次測量期流量變化最大，變化幅度高達18.7倍，其他斷面變化幅度則在1.1～2.8倍之間。3月份為枯水期，而7月份為汛期，因此表現(xiàn)出較大變幅[9]。從空間位置來看，變幅較大的CS4斷面均位于河道上游(潮汐作用影響遠端)，而越靠近河道下游(潮汐作用影響近端)漲潮階段流量受上游來水量的影響相對較小，因此九曲河2019年7月測量期無明顯漲落潮變化，河流方向基本同徑流方向。

不同斷面在2019年3、7月測量期退潮階段最大流量變化情況與漲潮階段有所不同(見圖4～5)。兩個階段的不同點體現(xiàn)在，漲潮階段最大流量在2019年3、7月測量期會隨著斷面的空間分布不同而呈現(xiàn)出增減不一致的情況，然而對于退潮階段最大流量來說，由于退潮流向與河道徑流方向一致，因此所有斷面都呈現(xiàn)出2019年3月測量期低于2019年7月測量期的特征。與漲潮相比，位于河道上游的CS4九曲河斷面，退潮階段流量變化量依舊是所有斷面中最小，變化量為21.9 m3/s。位于河道下游的CS8鴉崗斷面，退潮階段流量變化量依舊是所有斷面中最大，變化量為440 m3/s?？梢娡顺彪A段最大流量在2019年3月測量期和2019年7月測量期的變化整體上大于漲潮階段。

圖4 各斷面2019年7月測量期漲潮時最大流量變化對比

圖5 各斷面2019年7月測量期落潮時最大流量變化對比

5 分流比分析

5.1 九曲河—蘆苞涌分流比分析

蘆苞涌向東流至長岐管理區(qū)的魷魚崗分汊[10]，北支為九曲河，南支為古云東海(以下統(tǒng)稱蘆苞涌)。受河道地形條件影響，分汊處會形成相對穩(wěn)定的分流比(流入兩個分汊的天然流量比例)。

根據(jù)2019年3月21—22日水文實測數(shù)據(jù)(見圖6)，九曲河總凈泄量為13.0萬m3，凈泄流量約為1.44 m3/s；蘆苞涌總凈泄量為421.9萬m3，凈泄流量為46.88 m3/s，九曲河與蘆苞涌分流比為3：97。

根據(jù)2019年7月4—5日水文實測數(shù)據(jù)(見圖6)，九曲河總凈泄量為256.1萬m3，凈泄流量約為28.46 m3/s；蘆苞涌總凈泄量為1 600.0萬m3，凈泄流量為177.78 m3/s，九曲河與蘆苞涌分流比為14：86。

5.2 蘆苞涌—西南涌凈泄量分流比分析

蘆苞涌在魷魚崗分汊后向南，與南海區(qū)官窯附近匯入西南涌。

根據(jù)2019年3月21—22日水文實測數(shù)據(jù)(見圖7)，蘆苞涌總凈泄量為421.9萬m3，凈泄流量為46.88 m3/s；西南涌總凈泄量為383.3萬m3，凈泄流量約為42.58 m3/s；蘆苞涌與西南涌凈泄量分流比為52：48。

根據(jù)2019年7月4—5日水文實測數(shù)據(jù)(見圖7)，蘆苞涌總凈泄量為1 600.0萬m3，凈泄流量為177.78 m3/s；西南涌總凈泄量為836.7萬m3，凈泄流量為93.0 m3/s，蘆苞涌與西南涌凈泄量分流比為66：34。

3月

7月

3月

7月

5.3 西南涌—白坭河—流溪河分流比分析

西南涌向東流經(jīng)南海區(qū)官窯、里水、和順等鎮(zhèn)至老鴉崗與白坭河和流溪河匯合后，在廣州市西、北郊白云區(qū)老鴉崗附近匯入珠江西航道。西南涌匯合斷面取和順大橋處、白坭河匯合斷面取白坭河大坳處、流溪河匯合斷面取流溪河入河口處。

根據(jù)2019年3月21—22日水文實測數(shù)據(jù)(見圖8)，和順大橋(西南涌)總凈泄量為828.7萬m3，凈泄流量約為92.08 m3/s；白坭河大坳(白坭河)總凈泄量為369.2萬m3，凈泄流量為41.02 m3/s；流溪河河口總凈泄量為578.4萬m3，凈泄流量為64.26 m3/s。西南涌、白坭河、流溪河分流比為47：20：33。

根據(jù)2019年7月4—5日水文實測數(shù)據(jù)，和順大橋(西南涌)總凈泄量為2 506.4萬m3，凈泄流量約為278.49 m3/s；白坭河大坳(白坭河)總凈泄量為1 140.0萬m3，凈泄流量為126.67 m3/s；流溪河河口總凈泄量為1 833.9萬m3，凈泄流量為203.76 m3/s。西南涌、白坭河、流溪河分流比為46：20：34。

3月

7月

6 結(jié)語

經(jīng)上述分析計算表明，國考斷面鴉崗上游西南涌、白坭河、流溪河枯水期分流比47：20：33與豐水期分流比46：20：34基本相同,該斷面上游來水凈泄量的比例基本穩(wěn)定,可通過國考斷面流量確定上游廣佛跨界西南涌(含蘆苞涌、九曲水)、白坭河、流溪河來水量,解決國考斷面鴉崗上游來水量分析難題，為主體責任劃權(quán)確責提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐[11]。本分析方法的應(yīng)用是基于代表性時段實際監(jiān)測成果對分流比進行計算，可供其他網(wǎng)河跨界區(qū)域[12]來水分析作為參考。