近20年來(lái)西北江三角洲主要水道水量分配比規(guī)律分析

蘇定洪，蘇 晨，李清海

（1.水利部珠江水利委員會(huì)水文局，廣州 510370；2.四會(huì)市大沙鎮(zhèn)水利水電管理站，廣東 四會(huì) 526241；

3.內(nèi)蒙古錫林郭勒水文水資源中心，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000）

珠江三角洲是一個(gè)復(fù)合型的三角洲，由西、北江三角洲和東江三角洲組成。自思賢滘以下的西、北江三角洲面積8370 km2，河網(wǎng)密度為0.81 km/km2，自石龍以下的東江三角洲面積1380 km2，河網(wǎng)密度為0.88 km/km2。三角洲區(qū)內(nèi)河道縱橫交錯(cuò)，主、支汊發(fā)育各異又相互影響。區(qū)內(nèi)同時(shí)受徑流和潮汐的共同作用，水流條件復(fù)雜多變。

西北江三角洲及河口屬粵港澳大灣區(qū)，區(qū)域內(nèi)人口眾多、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)。洪澇災(zāi)害嚴(yán)重地影響區(qū)域內(nèi)的防洪安全，咸潮上溯加劇威脅到區(qū)域供水安全。郭志強(qiáng)[1]在2001 年、侯衛(wèi)東[2]在2004 年、香靖宇[3]在2006年、姚章民[4]在2009年都有對(duì)西北江三角洲主要水道的水量分配比作過(guò)研究。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和自然環(huán)境的變化，再加原始資料積累的增加，有必要對(duì)近20年來(lái)西北江三角洲主要水道的水量分配比作一系統(tǒng)的分析，為西北江三角洲的防汛抗旱和水資源開(kāi)發(fā)利用，以及科學(xué)、合理制定粵港澳大灣區(qū)水安全保障措施提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支撐。

1 水量分配比計(jì)算技術(shù)路線

為分析西北江三角洲主要水道的水量分配狀況，以“水量分配比”的概念描述。技術(shù)路線是以西北江三角洲上游頂點(diǎn)馬口、三水作為總控制點(diǎn)，采用樹(shù)狀結(jié)構(gòu)向下游逐步展開(kāi)的方式，推算出各個(gè)分流節(jié)點(diǎn)的水量分配比。即以馬口、三水站的總凈泄量和為入流總量，分析計(jì)算出馬口、三水的分配比，對(duì)馬口、三水以下各斷面，則每當(dāng)河汊分流一次，以各河汊的凈泄量除以本級(jí)河汊的總凈泄量，為各河汊百分占比，再乘以上一級(jí)河流對(duì)入流總量的分配比，即為該級(jí)河汊對(duì)總?cè)肓髁康姆峙浔?，如此逐?jí)往下計(jì)算，求出所有河汊口的分配比。

八大口門水量分配比是在不考慮從馬口、三水向下逐級(jí)分配的情況下，由各八大口門凈泄量直接計(jì)算各口門水量占馬口、三水總凈泄量的百分比，其中虎門水道大虎站的凈泄量為減去老鴉崗和博羅以及麒麟嘴來(lái)水量，崖門水道黃沖站的凈泄量則為減去潭州水道石咀的來(lái)水量。

1.1 分析資料的選擇

馬口、三水，天河、南華以及八大口門的水量分配比是以珠江水利委員會(huì)組織開(kāi)展的常規(guī)水文測(cè)報(bào)項(xiàng)目水文測(cè)驗(yàn)實(shí)測(cè)資料為主進(jìn)行計(jì)算分析。主要水道及河汊的水量分配比洪季是以1999 年7 月15 日～7 月24 日、2007 年8 月29 日～9 月7 日 和2020年6月16日～6月25日三期專項(xiàng)水文測(cè)驗(yàn)，枯季是以2001 年2 月7 日～2 月16 日、2005 年1 月24日～2月4日和2019年12月27日～2020年1月5日三期專項(xiàng)水文測(cè)驗(yàn)實(shí)測(cè)資料進(jìn)行計(jì)算。

1.2 分流節(jié)點(diǎn)的選定

由于部分小河汊和水閘未布設(shè)測(cè)流斷面，但主要水道均設(shè)有測(cè)流斷面，整體而言，對(duì)水量分配比的計(jì)算無(wú)太大影響，具體節(jié)點(diǎn)選定如下圖1、圖2所示。

圖1 分流節(jié)點(diǎn)概化圖（一）

圖2 分流節(jié)點(diǎn)概化圖（二）

1.2.1 西江水系

西江的一級(jí)節(jié)點(diǎn)為馬口站，以下分汊為西海水道和東海水道，二級(jí)節(jié)點(diǎn)分別為天河和南華站。西海水道以下主要分汊為江門河、荷麻溪、螺洲溪及磨刀門水道，三級(jí)節(jié)點(diǎn)分別為北街水閘、睦洲口、竹洲、掛定角站。北街水閘、睦洲口、竹洲3 個(gè)節(jié)點(diǎn)控制的水量分別流向崖門水道、虎跳門水道和雞啼門水道，這3 條水道的節(jié)點(diǎn)分別為黃沖、西炮臺(tái)和黃金站，屬四級(jí)節(jié)點(diǎn)。東海水道以下主要分汊為容桂水道、桂洲水道、雞鴉水道、小欖水道，三級(jí)節(jié)點(diǎn)分別為容奇、海尾、南頭、小欖斷面。雞鴉水道與小欖水道的水量主要流向橫門水道、黃圃瀝和黃沙瀝。

1.2.2 北江水系

北江的一級(jí)節(jié)點(diǎn)為三水站，以下分汊為順德水道和潭洲水道，二級(jí)節(jié)點(diǎn)分別為石仔沙和紫洞斷面。順德水道和潭洲水道的水量分別流向平洲水道、李家沙水道、沙灣水道，分流節(jié)點(diǎn)分別為三級(jí)節(jié)點(diǎn)沙洛圍、三圍、三沙口斷面。洪奇瀝水道較為復(fù)雜，上游主要有李家沙水道、容桂水道、桂洲水道、黃圃瀝、黃沙瀝的來(lái)水，分流節(jié)點(diǎn)為三圍、容奇、海尾、烏珠和黃沙瀝斷面，下游往上橫瀝、下橫瀝、洪奇門分流，出流節(jié)點(diǎn)為上橫、下橫和馮馬廟站。

2 水量分配比分析

2.1 馬口、三水水量分配比分析

（1）20 世紀(jì)90 年代。20 世紀(jì)90 年代以來(lái)，大規(guī)模的河道采砂、航道整治，以及接連發(fā)生的數(shù)次大洪水對(duì)河床的沖刷，導(dǎo)致馬口、三水?dāng)嗝婧哟矅?yán)重下切，水流條件發(fā)生了較大的變化[5～7]，20世紀(jì)90年代三水站的水量分配比較80 年代有較大幅度的提升，馬口站則大幅度的降低；1999—2005 年趨勢(shì)延續(xù)，到了本世紀(jì)近15 年，分配關(guān)系有所回復(fù)。馬口、三水兩站的水量分配比統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表1。

表1 馬口、三水站水量分配比統(tǒng)計(jì)表%

（2）1999—2005 年。2005 年前馬口站洪季的水量分配比較枯季小，三水則相反，到了本世紀(jì)近15 年，分配關(guān)系發(fā)生，馬口站的洪季水量分配比較枯季大，三水站則洪季較枯季小。

（3）2006—2020年。兩站的水量分配比基本穩(wěn)定，總體上馬口站洪季水量分配比較枯季高，洪季各測(cè)次的水量分配相近，枯季也相差不大，基本保持在一定的變動(dòng)范圍內(nèi)，只是由于水情的不同而略有差別。這是由于兩站的河床變動(dòng)不大，處于天然的沖淤平衡狀態(tài)。

2.2 八大口門水量分配比分析

西北江來(lái)水主要通過(guò)東四口門和西四口門八大口門注入出?？?，其中東四口門包括虎門、蕉門、洪奇門和橫門，控制斷面分別為大虎、南沙、馮馬廟和橫門站，西四口門由磨刀門、雞啼門、虎跳門和崖門組成，其控制斷面分別是掛定角、黃金、西炮臺(tái)和黃沖站。八大口門的水量分配比統(tǒng)計(jì)成果見(jiàn)表2。

表2 八大口水量分配比統(tǒng)計(jì)成果表%

（1）時(shí)間變化。20 世紀(jì)90 年代東四口門的水量分配較80年代有明顯的提升，而西四口門則有明顯的降低，1999—2005 年分配比關(guān)系有所回復(fù)，到了2006—2020年回復(fù)至20世紀(jì)80年代相近的分配比關(guān)系。

（2）洪枯季變化。2006—2020年?yáng)|四口門的洪季水量分配比較枯季高，西四口門則相反；西四口門的黃沖、西炮臺(tái)和黃金都是枯季大于洪季，掛定角則相反；東四口門的大虎和南沙為洪季大于枯季，馮馬廟由于下泄的水量包括了流經(jīng)東海水道的一部分西江來(lái)水和流經(jīng)洪奇瀝的部分北江來(lái)水，橫門下泄水量主要為流經(jīng)東海水道后注入小欖水道的西江來(lái)水，這兩個(gè)站的枯季水量分配比大于洪季的水量分配比。

（3）各測(cè)次變化。分析各個(gè)年份的實(shí)測(cè)水量分配比資料，1999—2020年各測(cè)次的八大口門水量分配比變化不大，只是由于上游來(lái)水水情的不同而略有差別。

從表2 可以看出，東四口門以南沙站的水量分配比最大，2006—2020年平均值為17.2%，而西四口門以掛定角站的水量分配比最大，平均值為30.6%。

2.3 主要河汊水量分配比分析

各期同步水文測(cè)驗(yàn)布設(shè)的斷面略有不同，本文只針對(duì)6期測(cè)驗(yàn)都布設(shè)了測(cè)流斷面的河汊作水量分配比分析。

2.3.1 天河、南華水量分配比分析

20世紀(jì)80年代天河、南華兩站只有兩個(gè)測(cè)次的實(shí)測(cè)水文資料，90 年代兩個(gè)站沒(méi)有進(jìn)行過(guò)流量測(cè)驗(yàn)，到了1999 年才開(kāi)始組織了13 期的洪季專項(xiàng)水文測(cè)驗(yàn)和20 期的枯季專項(xiàng)水文測(cè)驗(yàn)，本文主要以1999 年后的實(shí)測(cè)水文資料對(duì)天河南華的水量分配比作簡(jiǎn)單的分析。

1999—2005年，天河站無(wú)論是洪季還枯季的水量分配比都較20 世紀(jì)80 年代有較明顯的減少，相應(yīng)的南華站有明顯的增大，枯季較洪季增加更明顯，天河站又較南華站明顯，2006 年后兩站的水量分配比變化趨向穩(wěn)定，這和兩站河床的沖淤變化相對(duì)應(yīng)。

從2006—2020 年各期水文專項(xiàng)測(cè)驗(yàn)實(shí)測(cè)資料分析，近15 年來(lái)兩站洪季的水量分配比相近，枯季也變動(dòng)不大，只是由于水情的不同而略有變化。

總體上天河站枯季的水量分配比較洪季大，而南華站則相反，無(wú)論是洪季還枯季天河的水量分配比都較南華大。

天河、南華站的水量分配比統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表3。

表3 天河、南華站水量分配比統(tǒng)計(jì)表%

2.3.2 西江水系主要河汊水量分配比分析

西江上游來(lái)水流經(jīng)天河南華后分別注入東海水道和西海水道，分別對(duì)東海水道以主要河汊和西海水道以下主要河汊作一簡(jiǎn)單分析。依據(jù)6期專項(xiàng)水文測(cè)驗(yàn)實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)的西江水系主要河汊水量分配比成果見(jiàn)表4。

表4 西江水系主要河汊水量分配比統(tǒng)計(jì)表%

（1）東海水道以下主要河汊水量分配比分析。南頭、容奇斷面是西海水道來(lái)水的主要下泄通道，其水量分配比較小欖（二）、海尾斷面大；南頭、海尾斷面的洪季水量分配比較枯季有所降低，容奇則相反；小欖（二）、烏珠和黃沙瀝斷面洪枯季相差不大。

（2）西海水道以下主要河汊水量分配比分析。百頃站和大敖站的水量分配比相近，兩站都是枯季水量分配比大于洪季。睦洲口枯季水量分配比大于洪季，而竹洲和竹銀則洪枯季相差不大，北街口斷面的水量分配比較小，而竹銀站最大。

2.3.3 北江水系主要河汊水量分配比分析

東平水道下游出口控制斷面中，順德水道的石仔沙斷面分配比最大，其洪枯多年平均值為14.7%，潭洲水道的瀾石只有3.8%；順德水道來(lái)水和潭洲水道一部分來(lái)水匯合后主要經(jīng)沙灣水道下泄注入獅子洋，沙灣水道（三沙口）的多年洪枯季平均水量分配比占了6.1%。北江水系主要河汊水量分配比統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表5。

表5 北江水系主要河汊水量分配比統(tǒng)計(jì)表%

洪奇瀝的來(lái)水比較復(fù)雜，北江來(lái)水通過(guò)東平水道、順德水道、順德支流與西江來(lái)水在容桂水道匯合后流向洪奇瀝，洪奇瀝再加上桂洲水道、黃圃瀝及黃沙瀝的西江來(lái)水一部分流向洪奇門，另一部分流向上橫瀝和下橫瀝。從實(shí)測(cè)資料分析，洪奇瀝門（馮馬廟站）為洪奇瀝上游來(lái)水的主要下泄通道；洪枯季對(duì)比來(lái)看，三個(gè)站都是洪季多年平均分配比較枯季大。

2.4 水量分配比變化成因分析

引起各分流節(jié)點(diǎn)的水量分配比變化原因是多方面的，下面主要以從各分流節(jié)點(diǎn)的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e變化以及上游來(lái)水的水情不同兩方面作簡(jiǎn)單的分析。

2.4.1 過(guò)水?dāng)嗝婷娣e變化引起水量分配比變化

西北江干流水道的水量分配比的變化規(guī)律和分流節(jié)點(diǎn)的河床演變有很大的關(guān)系，以西北江干流幾個(gè)主要控制斷面為例分析近20 年來(lái)西北江三角洲主要水道的河床變化引起水量分配比的變化情況（見(jiàn)表6）。

表6 斷面面積及變動(dòng)比

由表6 可以看出，馬口、三水站的斷面面積2005 年較1999 年都有較大的增加，說(shuō)明兩個(gè)斷面都發(fā)生較明顯的沖刷，三水較馬口沖刷更明顯，引起三水站的水量分配比相應(yīng)增大，三水的水量分配比由1999 年7 月的24.7%提升為2005 年6 月的26.5%，到了2005 年后兩站斷面面積基本穩(wěn)定，水量分配比變化也相對(duì)穩(wěn)定。

西海水道的天河站2005年較1999年有明顯的沖刷，而東海水道的南華站相對(duì)穩(wěn)定，引起天河站的水量分配比增加，天河站的水量分配比也由1999年7 月的38.0%提升為2004 年7 月的40.3%，2005年后兩站斷面面積基本呈穩(wěn)定的態(tài)勢(shì)，兩站的水量分配比也呈現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定。

2.4.2 上游來(lái)水水情不同引起水量分配比變化

在過(guò)水?dāng)嗝嫦鄬?duì)穩(wěn)定的情況下，上游來(lái)水水情的不同引起西北江干流水道的水量分配比發(fā)生變化。

從西北江干流水道幾個(gè)主要下泄通道近20 年來(lái)的水量分配比變化來(lái)看，馬口、南華和掛定角站洪季的水量分配比較枯季高，三水和天河站相反；網(wǎng)河區(qū)的石仔和容奇斷面枯季的水量分配比較洪季有所提升。

研究水量分配比變化規(guī)律，引入“連通性”概念”，節(jié)點(diǎn)間的連通性變化與人類活動(dòng)、過(guò)水?dāng)嗝婷娣e變化、上游來(lái)水、斷面形態(tài)變化緊密相關(guān)。根據(jù)朱晨春[7]等2020 年的研究，1958—2005 年西北江網(wǎng)河區(qū)大部分河道縱向連通性呈現(xiàn)明顯“先降后升”的現(xiàn)象，西北江三角洲主要水道縱向連通性與上游來(lái)水存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，縱向連通性北江片水道高于西江片、枯水期高于洪水期。結(jié)合上述水量分配比規(guī)律分析可以看出，西北江三角洲主要水道的水量分配比變化和各節(jié)流節(jié)點(diǎn)的連通性變化相一致。

3 主要結(jié)論

通過(guò)以上對(duì)近20 年來(lái)珠江三角洲主要水道及河汊的水量分配比計(jì)算，并和歷史資料對(duì)比分析得出以下主要結(jié)論：

（1）河床演變[8，9]、各分流節(jié)點(diǎn)斷面形態(tài)改變[10]以及上游來(lái)水的不同[11，12]造成水道的連通性發(fā)生改變，各分流節(jié)點(diǎn)的水量分配比變化與水道的連通性變化相一致。

（2）近20 年來(lái)，馬口、三水的水量分配比變化幅度不大，總體上馬口站洪季水量分配比較枯季有所提升，三水站則相反；兩站枯季的水量分配比相對(duì)穩(wěn)定，洪季因上游來(lái)水不情的不同而略有差異。

（3）天河站枯季的水量分配比較洪季大，而南華站則相反，無(wú)論是洪季還是枯季天河站的水量分配比都較南華站大。

（4）八大口門水量分配比規(guī)律為以東四口門為主，磨刀門最大，蕉門次之。

（5）主要河汊的水量分配比隨上游來(lái)水水情不同而相應(yīng)變化，但總體變化幅度不大，主流干道承擔(dān)著主要的洪水下泄流量，水量分配比較其他支汊大。