黃偉民

（廣東省水文局馬口水文站，廣東 佛山528132）

珠江流域由西江、東江、北江、三角洲諸河4大水系組成。西江發(fā)源于云南省曲靖市沾益縣境內(nèi)的馬雄山，橫跨云南、貴州、廣西、廣東4省區(qū)，自西北向東南流至廣東省佛山市三水區(qū)思賢滘進入珠江三角洲，在珠江三角洲匯集北江、東江后，分別從虎門、洪奇門、蕉門、橫門、磨刀門、雞啼門、虎跳門、崖門八大口門注入南海，全長2214km。

馬口水文站是西江干流水道匯入珠江三角洲河口區(qū)的一個重要控制站，位于西江干流水道、著名的思賢滘下游約5km處，同時受西江、北江上游來水、來沙的影響，流域概況見圖1。

圖1 流域概況圖

據(jù)馬口水文站觀測資料統(tǒng)計，1954—2010年多年平均年含沙量為0.281kg/m3，多年平均輸沙量為6152萬t，多年平均輸沙率為1317kg/s。西江是廣東各河流含沙量最大的河流。

1 泥沙的主要來源

據(jù)有關(guān)資料分析發(fā)現(xiàn)，西江各主要河流年平均產(chǎn)沙量（輸沙模數(shù)）最大的是北盤江，達到1400t/km2；其次是黃坭河、羅定江、紅水河、北流河，輸沙模數(shù)在376～510t/km2；再次是南盤江、蒙江，輸沙模數(shù)在256～321t/km2；最后是西江干流、綏江、洛清江、北江、桂江、賀江、郁江、柳江等，輸沙模數(shù)為116～198t/km2。

研究發(fā)現(xiàn)，珠江多年平均輸沙量約為7700萬t，其中西江占80.3%，北江占8.5%，而東江僅占3.2%。西江泥沙又主要來源于潯江，占86.5%，其次為北流河，占5.2%，再次是桂江和羅定江，最小是蒙江，僅占1.0%。潯江的泥沙主要來源于紅水河，占73.5%，其次為郁江，占15.1%，最小為柳江，占11.4%。而紅水河的泥沙主要來源于北盤江和南盤江，分別占48.2%和42.8%，另一支流蒙江僅占9.0%。

西江干流河段的泥沙主要來源于南、北盤江，占46.1%；其次為郁江，占17.7%；再次為柳江，占13.3%；最小為廣西境內(nèi)的蒙江，僅占1.3%。

綜合上述的分析及上游到馬口站來水來沙的實際運行區(qū)間，可以確定本站泥沙測驗影響最大的主要產(chǎn)沙區(qū)應(yīng)該屬于潯江、北流河、桂江、羅定江與北江等。

為了研究馬口站懸移質(zhì)泥沙的變化，我們收集了馬口站近40a的水沙資料。

2 輸沙量的時空分布特性及粒徑變化

2.1 泥沙年內(nèi)分配

泥沙年內(nèi)分配與水量分配密切相關(guān)。圖2為馬口水文站1970—2010年月平均流量和輸沙率年內(nèi)分布圖。從圖2可以看出，月平均輸沙率與月平均流量的變化基本一致。但泥沙年內(nèi)分布極不均勻。對于徑流量，汛期4—10月占全年67.6%～83.5%，主汛期6—9月為45.5%～62.5%；對于輸沙量，汛期4—10月占全年86.9%以上，主汛期6—9月占全年69.1%以上。說明西江的泥沙主要來自汛期4—10月，其中又主要來自于主汛期6—9月。

圖2 馬口1970—2010年多年水沙逐月平均過程線

將年內(nèi)月均輸沙率與月均流量繪制成相關(guān)圖，如圖3。從圖中可以看出，相關(guān)點分布比較集中，對兩組變量進行分析，相關(guān)系數(shù)為0.928。

圖3 馬口1960—2000年年內(nèi)各月水沙相關(guān)圖

2.2 年際變化規(guī)律

2.2.1 上下游（鄰站）年際變化參數(shù)對照分析

表1列出西江流域主要河流水文控制站徑流量、輸沙量、含沙量均值和變差系數(shù)Cv。從表中可以看出，馬口站年輸沙量偏差系數(shù)Cv為0.46，年徑流量Cv為0.18。與上游站的Cv系數(shù)基本一致。

表1 西江流域主要河流水文控制站各水文要素均值和變差系數(shù)

2.2.2 上下游（鄰站）年際變化與徑流量關(guān)系的對照分析

總體分析，徑流量越大，年輸沙量也越大；反之，徑流量越小，年輸沙量也越小。圖4為西江干流馬口站歷年徑流量與輸沙量變化圖。從圖4與表2上可以看出，西江流域上下游各站徑流量和輸沙量的變化大體上相對應(yīng)。

圖4 馬口站1981—2010年徑流量與年輸沙量變化過程線

表2 2001—2005年西江主要控制站水沙特征值與多年均值比較

從表2可以看出，2001—2005年期間，雖然所有控制站的徑流量都偏少，除南寧站外的其余站輸沙量、含沙量也都偏少，但泥沙的指標(biāo)卻比水量指標(biāo)要減少得多，如遷江、大湟江口、梧州、馬口等西江干流站，徑流量減少在11%以下，而輸沙量減少卻達28.8%～78.6%，含沙量減少達44.7%～76.1%，表明西江干流的泥沙在2001年以來有明顯減少的趨勢。

圖4為西江馬口站歷年徑流量與輸沙量變化圖。從圖中可以看出，馬口站年徑流量和年輸沙量趨勢線為下降直線，年輸沙量趨勢明顯大于年徑流量趨勢，表明馬口站年徑流量和年輸沙量均呈下降趨勢，且年輸沙量減小速率明顯大于年徑流量減小速率。由圖4可以看出，馬口站徑流量和輸沙量的變化趨勢在1991年前后發(fā)生顯著變化。1991年以前，年輸沙量與年徑流量過程較一致，1991年以后，年輸沙量與年徑流量形成了一個明顯的喇叭口——年徑流量處在喇叭口的上方，年輸沙量則處在喇叭口的下方；而且年輸沙量下降的趨勢非常明顯。

2.2.3 單站含沙量年際變化分析

圖5為馬口站1981—2010年年平均含沙量及年最大單位含沙量過程線圖。由圖5可以看出，1999年以前，年最大值突出明顯，1999年以后趨于緩和。但年平均含沙量與年最大含沙量整體上都處于下降趨勢。

圖5 馬口站1981—2010年年平均及年最大單位含沙量過程線

2.2.4 單站懸移質(zhì)泥沙顆粒級配分析

泥沙特性不僅包括泥沙的數(shù)量，還包括泥沙的質(zhì)量，即泥沙的粒徑組成：礦物成分和化學(xué)成分等。泥沙粒徑特征，是決定水流挾沙能力及對中下游河道沖、積變化的重要因子。因此，泥沙粒徑變化的研究具有重要意義。

抽取馬口站1999年、2005—2010年測洪峰流量相應(yīng)的懸移質(zhì)泥沙顆粒分析級配，對泥沙的粒徑進行分析研究。其中1999年以前使用移液法篩分法進行研究，2005年開始通過馬爾文MS2000激光粒度儀進行懸移質(zhì)泥沙顆粒級配分析。

由表3 可以看出，1999年洪峰流量為27000m3/s，2005—2010年洪峰流量最大為53200m3/s，最小為28000m3/s。即2005—2010年，每年洪峰流量較1999年大，大者甚至將近一倍之多。但由圖6可以清楚地看出，1999年的顆粒級配均比2005—2010年的顆粒大。

表3 1999—2010年實測洪峰流量及相應(yīng)的最大單位含沙量

圖6 1999—2010年洪峰流量相應(yīng)的懸移質(zhì)泥沙顆粒分析級配曲線

3 變化影響要素分析

流域水量、土壤、植被、季節(jié)等因素影響河流泥沙的形成與大小，人類活動如水利工程建設(shè)等與河流泥沙密切相關(guān)。結(jié)合馬口站上游流域地質(zhì)土壤特性及水文氣象特征，對輸沙量跳躍原因進行分析，影響最大的因素可能有以下幾點：洪水規(guī)律變化情況、上游干支流水利工程影響、下游咸潮上溯及海平面上升的影響、水土保持工作的影響，下面進行逐一分析。

3.1 馬口歷年洪水特性分析

由于洪水期水量大，河流輸沙率高于枯水期，對年輸沙量的貢獻突出，為了分析馬口站多年輸沙量變化相關(guān)因素，重點對馬口水文站洪水變化特征進行分析。采用歷年洪水總場次和歷年洪水總歷時兩個指標(biāo)來反映洪水變化特征。

根據(jù)馬口水文站的河流特性，采用8000m3/s作為洪水衡量流量標(biāo)準(zhǔn)。將1981—2009年洪水特征及輸沙量進行統(tǒng)計分析（見圖7）發(fā)現(xiàn)：①1993年以前，輸沙量基本位于洪水總歷時的上方；1993年以后，洪水總歷時位于輸沙量的上方。②輸沙量下降趨勢明顯。

圖7 歷年洪水特性分析

3.2 水利工程

西北江上游骨干水庫包括天生橋一級、龍灘、巖灘、惡灘水電站、百龍灘水電站、大化水電站、橋鞏水電站、大藤峽水電站（在建）、長洲壩、百色水庫，以及西江支流——北流河的交口電站、蒙江的和平電站、三江電站、桂江的昭平水電站、賀江的合面獅、白垢、都平電站和廣東清遠飛來峽等，通過紅水河、黔江、潯江和郁江支流，經(jīng)西江匯合后，再與北江調(diào)度水量一并進入珠江三角洲，調(diào)度水量行程總和超過2000km，總控制面積253.8km2，總庫容1.5563億m3。這些水利工程對馬口上游水沙在年內(nèi)分配起到直接影響作用，并對輸沙量有一定程度的削減作用。如西江紅水河巖灘水庫建成后，下游各控制水文站的平均輸沙量都不同程度減少，如紅水河遷江站減少了68.5%，潯江大湟江口站減少了40.3%，西江梧州站減少了48.5%，三角洲西江干流水道馬口站減少了50.0%。上游蓄水抬高水位，過水?dāng)嗝嬖龃?，水流速度減小，挾沙能力降低。水庫在發(fā)揮蓄水功能時，蓄水沉沙，下泄清水，改變了天然河道中的水沙條件。

3.3 水土保持工作

泥沙減少除受新建梯級水庫和下游部分河段采砂的影響外，森林覆蓋率也影響著河流泥沙。

西江作為珠江流域最大的支流，自建國后至20世紀(jì)七八十年代曾出現(xiàn)過盲目砍伐森林的現(xiàn)象。森林植被嚴重破壞，水土流失嚴重。各種成因的水土流失面積近2000km2。廣西全省每年人為造成水土流失約占當(dāng)年治理的25%。20世紀(jì)90年代后，在國家政策引導(dǎo)下，經(jīng)過十幾年的整治，群眾性的治山治水、開發(fā)“四荒”及退耕還林、推廣沼氣、電、煤氣代燃料等面上恢復(fù)性治理4800km2。西江上游水土流失得到了較好控制。廣西自治區(qū)森林覆蓋率在1980年約為22%，1990年約為25%，2000年為39.26%，2005年為52.71%。廣東省森林覆蓋率在1985年為27.7%，2005年為55.9%。改革開放以來兩廣的森林覆蓋率有較大提高，水土保持對河流泥沙的減少有一定作用。

3.4 上游來水減小、海平面上升、下游水位異常壅高等因素導(dǎo)致含沙量減小

據(jù)資料統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，1981—2002年的平均年徑流量為2284億m3，2003年以后平均年徑流量為1941億m3，減少了15%；1981—2002年，出現(xiàn)年徑流量小于2000億m3的次數(shù)只有3次，為13.6%。其中最大值為3042億m3，最小值為1536億m3；2003年以后出現(xiàn)年徑流量小于2000億m3的次數(shù)有5次，達62%之多，其中最大值為2641億m3，最小值為1548億m3；江河水位偏低。另外，觀測數(shù)據(jù)顯示，過去100a中海平面升高了12cm。最近幾年來，中國全海域海平面都高于常年，其中2006年比常年高71mm。持續(xù)干旱、海平面上升等自然條件的影響，導(dǎo)致下游水位壅高。從馬口站與甘竹站的實測資料中得知，2011年9月19日開始，兩站日平均水位之間的差值已經(jīng)出現(xiàn)了負值。這再次證明了“珠江三角洲腹部壅高、兩頭低”的結(jié)論。上游來水偏少、下游水位壅高大大削弱了上游來水的挾沙能力，導(dǎo)致含沙量減小。

3.5 城市化建設(shè)的進程也影響到洪水的發(fā)生

近幾年我國的經(jīng)濟突飛猛進，中國城市化水平不斷提高。2010年中國城鎮(zhèn)人口近6.66億人，城鎮(zhèn)化率49.68%，全國已有近一半的人口居住在城鎮(zhèn)，這意味著中國將進入城市圈。城市化建設(shè)面積擴大后，鋼筋水泥覆蓋在泥土表面，使得不透水、固化地面、城市綠化增加，從而控制了水土流失。

4 結(jié)語

（1）馬口站泥沙年內(nèi)分布極不均勻。汛期水量大，河流輸沙率高于枯水期，對年輸沙量的貢獻突出。汛期4—10月輸沙量占全年86.9%以上，主汛期6—9月占全年69.1%以上。

（2）馬口站徑流量和輸沙量的變化呈正相關(guān)，年徑流量和年輸沙量呈減小趨勢。上游水利工程的攔蓄對泥沙的削減作用明顯。

（3）近年西江流域各主要河流來沙大幅減少。2001—2005年，除郁江外各主要河流來沙大幅減少，減少幅度遠高于徑流量，隨著后續(xù)大型水庫的逐步建成，以及森林覆蓋率的進一步提高，進入三角洲的年平均輸沙量還將會進一步減少。

（4）隨著泥沙減少的趨勢，粒徑細化現(xiàn)象明顯。

［1］周芬.Kendall檢驗在水文序列趨勢分析中的比較研究［J］.人民珠江，2005（S2）：35－37.

［2］謝平，陳廣才，夏軍.變化環(huán)境下非一致性年徑流序列的水文頻率計算原理［J］.武漢大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2005，38（6）：6－7.

［3］童娟.珠江流域概況及水文特性分析［J］.水利科技與經(jīng)濟，2007，13（1）.

［4］水利部.中國河流泥沙公報［M］.北京：中國水利水電出版社，2005.

［5］黃鎮(zhèn)國，張偉強.珠江三角洲近期水沙分配的變化及其影響與對策［J］.云南地理環(huán)境研究，2006，18（2）：21－27.

［6］鐘華昌，覃杰.巖灘水庫泥沙淤積分析［A］.中國科協(xié)2004年學(xué)術(shù)年會電力分會暨中國電機工程學(xué)會2004年學(xué)術(shù)年會論文集［C］.2004.

［7］錢寧.珠江三角洲歷史地貌學(xué)研究［M］.廣州：廣東高等教育出版社，1987.

［8］黃偉民.西、北江及思賢滘水文特性變化的分析研究［J］.人民珠江，2011.

［9］杜文印.河道變化對珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)洪水的影響［J］.佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2002.