20世纪80年代以来珠江三角洲网河区河性演变

谢凌峰,申其国,徐治中

(广东省交通运输规划研究中心,广东 广州 510101)

20世纪80年代以来珠江三角洲网河区河性演变

谢凌峰,申其国,徐治中

(广东省交通运输规划研究中心,广东 广州 510101)

针对20世纪80年代以来珠江三角洲网河受大规模采沙影响,其河道特性发生的显著变化,基于实测资料,从网河区河道的河床演变、水沙条件、同流量水位变化、西江和北江分流分沙变化、河槽容积及河道行洪能力等方面分析了珠三角网河区河性的演变情况。结果表明:20世纪80年代以来,网河区河床下切严重,来流量变化不大,来沙量大幅下降,同流量下水位下降明显,思贤滘对西江、北江的分水分沙有所调整,河槽容积增大,河道的行洪能力提高。随着规模取沙的减少,2005年后网河区河道进入新的平衡演变阶段。

珠江三角洲;网河区;河性演变;河床演变;水沙条件;河道采沙;河槽容积;行洪能力

珠江三角洲网河是由西江、北江、东江及诸小河流组成的河道密布的三角洲河网,河域水多沙少[1]。20世纪80年代以前,河床以轻微淤积为主,河势基本稳定;80—90年代末,流域内出现大规模的河床采沙活动,河道转变为以冲刷为主并向窄深方向发展[2-3];2000—2005年,采沙活动逐步受到控制,取沙量较之前有所减少,但由于大洪水的造床作用,网河区河床演变仍然激烈,河床继续下切;2004、2005年后,珠江三角洲网河区的演变逐渐趋缓,河道进入新的平衡稳定期[4]。

20世纪80年代以来,由于珠江三角洲网河区的水沙条件变化较大,引起了国内诸多学者的重视与研究。徐海亮[5]就西、北江三角洲网河区水面线的变异情况进行了初步探讨,但未就河床演变及其他水文特征进行分析;杨清书等[6]研究了珠江三角洲网河区水位的变化趋势,但仅局限于水位的研究;陈晓宏等[7]就2000年前珠江三角洲网河区域内水文与地貌特征的变异及其成因进行了研究,但2000年之后的河道演变又有所不同;欧素英等[8]对珠江三角洲网河区径流潮流相互作用进行了分析,但未分析河床演变等河性特征;李静[2]研究了珠江三角洲网河区近20年来的河床演变特征,但未分析水文特征演变情况;蔡华阳等[9]分析了西、北江网河来水来沙及分水分沙变化特征,但局限于水沙条件的分析;郑国栋等[10]就珠江三角洲河道地貌变化对网河水情的影响进行了研究,主要研究了地貌变化对水位壅高的影响;蒋陈娟等[11]初步探讨了1957—2003年间珠江三角洲网河水位时空变化及原因,亦局限于水位的分析。

以上研究多集中于珠江三角洲网河区的水位或河床等单个水沙特征,未能全面、系统地对流域内的河性变化进行分析,因此,现阶段有必要对网河区河道特性进行综合研究。为了解20世纪80年代以来大规模河道采沙活动对网河区河性演变的影响程度,本文根据西江、北江与东江主要水文控制站和重要主干河道长系列的实测资料,从河道河床演变、来水来沙、水位变化、汊道分水分沙、河槽容积及河道行洪能力等方面对珠江三角洲网河区河性演变特征进行分析,以揭示河道的河性演变特征。

由于收集的水文、地形等资料的时间、时长不尽一致,故本文各小节研究的时间略有不同,2010年后的资料仅收集了网河区部分河段的地形测图,其他水文资料暂未收集到。本文主要根据所收集资料情况进行分析,虽然资料时间不统一,但不影响分析的结论。

1 网河区内河道河床演变

采用珠江三角洲网河主要河道1985—2005年间不同时间测量的河道地形图进行分析,该时段珠江三角洲河道取沙或冲刷的总量达10亿m3以上,河床平均下切深度达1.5 m以上。表1统计了1990—2005年间西、北江三角洲主要河段的冲淤量,6个河段共长249.76 km,统计的14年间共冲刷7.9535亿m3,平均每延米冲刷3 148 m3,年均每延米冲刷225 m3,年均冲刷深度至少0.17 m。

表1 西、北江三角洲主干水道河床冲刷量统计

另外,东江下游自20世纪70年代末始,河床普遍加深,特别是90年代以来深泓大幅下切,河床的大规模加深先在石龙以下河段开始,逐年向上游推进。2002—2009年,东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统计了西、北江三角洲主干水道2004或2005年后的河床冲刷深度,此后河段河床不再大幅下切,年均冲刷深度仅0.01～0.02 m,且有部分河段略有淤积,但年均淤积厚度很小(最大0.04 m),说明河床进入新的平衡稳定期。

表2 西、北江三角洲主干水道河床冲刷深度统计

注：“-”表示淤积。

2 来水来沙

西、北江下游在思贤滘相汇,思贤滘就成了两大水系水沙交换的关键通道,网河区河道河床剧烈变化引起的过思贤滘水沙情况的变化直接影响西、北江网河的径流动力及水沙的分配与调整。思贤滘上游的高要、石角的实测资料可分别代表西、北江水沙交换前的水沙情况,对网河区的来水来沙研究极具代表意义。

选取西江、北江、东江干流上的主要控制站高要、石角、博罗三测站为代表测站,统计其近50年的年均流量与年均输沙率,分析网河区来流量与来沙量的变化。代表测站来水来沙的年代变化统计如表3所示。从20世纪60—70年代,珠江三角洲来水来沙均处于增长阶段;70—80年代略为下降,总体较稳定;80年代以后,来沙量全面下降，在2000—2008年的9年间,珠江三角洲各站的来水量与多年平均接近或略小,来沙量大幅下降至前期平均水平一半以下。

表3 代表测站来水来沙年代变化

3 水位变化

图1为思贤滘下游西江马口站、北江三水站以及东江博罗站同流量下的水位变化曲线。由图1可知,各测站同流量条件下的水位在20世纪90年代后明显下降,其中马口站在流量分别为7 500 m3/s、15 000 m3/s和20 000 m3/s的情况下,水位分别下降了约0.8 m、1.7 m和2.1 m。

图1 同流量下的水位变化

4 分流比与分沙比变化

表4给出了马口站和三水站1960—2009年分流比与分沙比的变化。由表4可知:

表4 思贤滘节点分流比与分沙比多年平均变化 %

a. 1993年是马口、三水水文站分流比和分沙比变化的一个转折点,1993年之前两站的分流比基本稳定,保持在85.5%和14.5%左右。

b. 1993—1998年马口、三水站的分流比变化明显,三水站分流比增加近1倍,表明西江流入北江的径流量显著增加。这种变化远远超出河道自身调整和上游来水情况变化的范围,其原因是大规模河床采沙首先在北江三角洲主要水道展开,而同时期西江干流采沙量较小,河床下切幅度小于北江,形成横向水位差使得西江增加了经思贤滘注入北江三水站的流量,由此导致分流比急剧变化。

c. 2006—2009年马口、三水站分流比调整为79.4%和20.6%,马口站分流比有所增大,其原因是此段时期内北江网河水道由于沙源减少和政府的严格监控,采沙规模和河床下切幅度远小于西江。马口、三水水文站分流的变化也引起了西、北江分沙比的变化,由表4可知,分沙比的变化趋势与分流比的变化基本一致。

5 河槽容积变化情况

表5给出了1997—1999年和2005—2006年两个时间段西江、北江干流与东江部分河段0.0 m、2.0 m水位下河道容积的变化情况,2005—2006年各河段河槽容积相对于1997—1999均增加;从西江、北江干流河槽容积的变化可看出,越往上游,容积增幅越大,说明上游河床下切的幅度大于下游;西江干流河槽容积的变化大于北江干流,0.0 m水位下西江干流的容积差与增幅分别为37 103.0万m3、28.5%,北江干流分别为4 429.5万m3、10.8%。

表5 西江、北江干流与东江部分河段河槽容积变化

注:表中水位为珠江基面高程下水位,河槽容积差为2005—2006年与1997—1999年两个时间段的河槽容积差值。

6 河道行洪能力变化的概化分析

河道的行洪能力是指某特定水位下河段的过流能力,是河道防洪特性的重要体现,其计算公式为

(1)

式中:Q为行洪能力;K为流量模数;I为水面比降;n为糙率;B为水面宽度;H为断面平均水深。

20世纪80年代以来,珠江三角洲网河区河道的水面宽度基本没有变化,但断面平均水深有变化:受取沙影响,河道发生纵向下切,平均水深增加,同时也导致水面线发生变化。

现假定河道的水面宽度及糙率不变,将20世纪80年代以来的河床断面变化概化为一个由平均水面宽度和平均水深组成的平均断面,利用行洪能力计算公式,考虑平均水深及水面比降两大因子的变化,估算出东平水道三水站与西江干流马口站9.0 m水位时的河道行洪能力,计算结果见表6。

表6 三水站、马口站9.0 m水位时行洪能力估算

由表6可知,相比于起始状态,水位为9.0 m时,三水站与马口站1996年、1999年、2005年的河道行洪能力变强,且增值比不断加大,说明20世纪80年代以来河道的行洪能力有了较大的提高。

7 结 论

a. 1985—2005年珠江三角洲网河区河床下切严重,平均下切深度达1.5 m以上;2005年后,网河区河床不再大幅下切,河床冲淤进入新的平衡稳定期。

b. 20世纪80年代以后,珠江三角洲来流量变化不大,来沙量全面下降,在2000—2008年的9年间,珠江三角洲各站的来水量与多年平均接近或略小,来沙量大幅下降至前期平均水平一半以下。

c. 马口站、三水站、博罗站在20世纪90年代后水位明显下降。

d. 思贤滘对西江、北江的分流分沙比在1993年前基本稳定,其后有较大调整,至2009年又逐渐趋于新的平衡。

e. 2005—2006年西江、北江干流与东江部分河段河槽容积相对于1997—1999均增大,且越往上游增幅越大。

f. 同水位条件下,20世纪80年代以来东平水道与西江干流的河道行洪能力有了较大的提高。

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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

谢凌峰(1963—),男,广东广州人,教授级高级工程师,博士,主要从事综合交通规划研究。E-mail:xlf2088@21cn.com

10.3880/j.issn.1006-7647.2015.04.003

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1006-7647(2015)04-0010-04

2014-04-24 编辑：熊水斌)