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        西江流域干支流水沙時(shí)空分布變化分析

        2020-04-15 05:54:16許景鋒尹開霞侯貴兵
        中國農(nóng)村水利水電 2020年1期
        關(guān)鍵詞:西江流域水沙輸沙量

        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%??梢姡笮退畮旖ㄔO(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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