近50年海南三大河入海水沙通量特征及变化

2013-08-14杨志宏贾建军王欣凯高建华

海洋通报 2013年1期

杨志宏，贾建军，王欣凯，高建华

（1.国家海洋局第二海洋研究所，浙江杭州 310012；2.南京大学，江苏南京 210093）

河流入海物质在陆—海相互作用和全球生物地球化学循环中扮演着重要角色（Newton et al，2008；Wang et al，2011；Pacyna et al，2005；Xu et al，2009），一方面它的丰枯变化将直接影响流域内粮食生产、旅游、航运、渔业等产业的发展；另一方面入海泥沙是沿途风化产物和污染物质的重要载体（程天文等，1985），并直接影响近海生态环境。因此，研究河川入海径流量与输沙量的变化特征，有助于对流域水资源的时空分布和流域的下垫面性质有更加全面的认识，对于近岸海域的环境变化也提供了一个可追踪的方向（李瑞环等，2011）。

海南岛是由山地、台地、平原和阶地顺次组成环绕中央山地的穹隆状层圈地貌，地势中间高，四周低，河流呈放射状由中心流向周围，属于放射状水系。境内集水面积超过3 000 km2的河流有三条，即南渡江、昌化江和万泉河，分别向北、西、东汇入南海；这三大河流的流域面积占海南岛面积的47%（曾昭璇等，1989）。作为岛内的主要水源，海南岛三大河流的径流量和输沙量特征及其变化对于了解海南省气候、水质变化以及生态保护具有重大意义，对于海南岛沿岸海域生态环境及沉积地貌演化的研究也有参考价值。

南渡江是海南第一大河，全长334 km，流域面积7 033 km2（海南地方志办公室，2005），发源于海南省白沙县南峰山，支流较少，斜贯海南岛中北部，在海口汇入琼州海峡。南渡江入澄迈之前，穿行在山丘之中，比降大，河岸陡，河谷狭窄，多为石底河床，水力充足；从澄迈入金江镇后，南渡江主要在玄武岩台地和浅海沉积台地中流过，地势开阔，河床坡度较缓，河谷较宽。

昌化江是海南岛的第二大河，干流全长232 km，流域面积5 150 km2（海南地方志办公室，2005），发源于海南省琼中县黎母山林区的空示岭，横贯海南岛的中西部，在昌江县昌化镇汇入北部湾；干流上中游坡陡水急，洪水暴涨暴落，下游河床宽阔，水流宣泄通畅。

万泉河是海南岛第三大河，全长163 km，流经海南岛东南部，流域面积3 693 km2（海南地方志办公室，2005）。万泉河有两源，南支乐会水为干流，发源于五指山林背村南岭，北支定安水，源出黎母岭南，两水在琼海市合口嘴汇合始称万泉河，经嘉积至博鳌入南海；上游流经深山峡谷，过合口嘴以后河槽渐宽，水流平缓。

1 材料与方法

1.1 数据来源

考虑到地理位置的代表性和资料完整性，本文选取海南三大河下游靠近河口的控制水文站——南渡江龙塘水文站、昌化江宝桥水文站和万泉河加积水文站作为分析站点，各站点位置如图1所示。各站点资料来源有两部分，其中1957-1970年的水文数据（1970年万泉河输沙量资料缺测）来源于广东省水文总站提供的《广东省水文资料统计手册：海南岛诸河》（广东省水利电力局，1971），1971-1987与2006-2008两个阶段的水文数据来源于《中华人民共和国水文年鉴·第八卷·第十册》（广东省水利电力局，2009）。两个时段的时间跨度为52 a、共有34 a的实测水文资料；从统计意义上说，34 a的时间序列能够获得较为可信的分析结果。

图1 海南岛三大河及其下游近河口控制水文站位置示意图

1.2 研究方法

本文采用数理统计、相关分析等方法对海南三大河流不同时间尺度的入海水、沙变化规律和相互关系进行分析和探讨。

根据海南气候情况（高纱华等，1988），本文取每年12月至来年2月为冬季；3月至5月为春季；6月至8月为夏季；9月至11月为秋季。

影响海南岛的台风活动期很长，一年四季都可以出现，统计表明（高纱华等，1988），海南台风最集中的时期是7-10月，约占全年总数的78%，因此本文将7-10月视为海南岛台风季节。

河流各年年径流量的丰、枯情况，可按照一定的保证率（P）的年径流标准划分（黄锡荃等，1999），即以P<25%为丰水年，P>75%为枯水年，25%75%为少沙年，25%

2 结果与讨论

2.1 海南三大河多年入海月平均径流量、输沙量分布

南渡江、昌化江和万泉河近河口控制水文站多年月平均径流量和输沙量、季节性平均径流量和输沙量以及年平均径流量和输沙量数据的整理结果见表1、表2和表3。

由资料可知，南渡江龙塘站最大日平均径流量为6.523×108m3（1958年9月13日），昌化江宝桥站为17.280×108m3（1963年9月8日），万泉河加积站为 8.726×108m3（1970年10月17日）。龙塘站最大日平均输沙量为 8.312×104t（1976年9月28日），宝桥站为 119.232×104t（1977年7月21日），加积站为31.363×104t（1977年7月21日）。

从图2、3、4可以看出，海南三大河流多年平均月入海径流量的分布都为典型的单峰型，南渡江和万泉河峰值出现在10月，分别达12.030×108m3和11.586×108m3，占相应河流年径流总量的34.1%和24.2%；昌化江峰值出现在9月，达8.880×108m3，占全年百分比为24.4%。三大河流径流量的年内分配极不均匀，台风季节（7-10月）的径流量占全年的绝大多数，其中南渡江台风季节径流量占到全年的62.3%，昌化江占71.4%，万泉河占56.9%。每年的1-3月为海南三大河的枯水时段，该时段径流量均不足全年径流总量的4%。

表1 南渡江、昌化江、万泉河河口控制水文站多年（1957-1988年、2006-2008年）平均月径流量和输沙量

表2 南渡江、昌化江、万泉河河口控制水文站多年（1957-1988年、2006-2008年）平均季节性径流量和输沙量

海南三大河流多年平均月入海输沙量趋势在图中也能很好地表现出来：南渡江最大月输沙量出现在9月，达9.878×104t，占全年总量的25.5%；昌化江最大月输沙量也出现在9月，达22.723×104t，占全年总量的33.5%；万泉河最大月输沙量出现在10月，达16.048×104t，占全年35.4%。台风季节为海南三大河流主要输沙时期，在台风季节，南渡江输沙量占全年输沙量的74.4%，昌化江输沙量占全年输沙量的89.3%，万泉河占77.4%。每年12月和次年1月的输沙量不到全年输沙量的1%，为海南三大河流输沙较少的时段。

表3 南渡江、昌化江、万泉河河口控制水文站（1957-1988、2006-2008）年际平均径流量和输沙量

总体来看，海南三大河流多年平均月入海径流量和输沙量分布基本保持一致，即洪水多沙，枯水少沙。

4 万泉河加积站多年平均月径流量及输沙量分布

2.2 海南三大河多年平均季节性径流量、输沙量分布

由图5可以看出，南渡江龙塘站径流量由大到小的顺序为：秋季、夏季、春季、冬季，秋季平均径流量为9.400×108m3、占全年总量的49.7%；不同季节平均输沙量由大到小的顺序为：秋季、夏季、春季、冬季，与径流量顺序一致；最大值出现在秋季、达6.884×104t，占全年输沙量的53.3%，最小值出现在冬季，为0.267×104t，仅占全年输沙量的2.1%。

由图6可以看出，昌化江宝桥站径流量由大到小的顺序为：秋季、夏季、春季、冬季，秋季平均径流量为6.455×108m3、占全年径流总量的53.2%；春季和冬季相差不大，都约为0.8×108m3。不同季节平均输沙量由大到小的顺序为：秋季、夏季、春季、冬季，与径流量顺序一致，最大值出现在秋季为13.103×104t，秋季输沙量占全年56.2%，夏季为9.392×104t，夏秋两季输沙量占全年总量的96.6%；最小值出现在冬季，平均输沙量为0.057×104t，输沙量仅占全年的0.2%。

图5 南渡江龙塘站多年平均季节性径流量与输沙量分布

图6 昌化江宝桥站多年平均季节性径流量与输沙量分布

由图7可以看出，万泉河加积站径流量由大到小的顺序为：秋季、夏季、冬季、春季，不过秋季和夏季相差很大，秋季平均径流量为8.809×108m3、径流量占全年总量的55.3%，而夏季平均径流量为 3.441×108m3，春季最小，平均径流量为1.626×108m3，仅占全年总量的10.2%。不同季节平均输沙量由大到小的顺序为：秋季、夏季、春季、冬季，与径流量顺序不一致，输沙量最大值出现在秋季为10.889×104t，该季输沙量占全年总量72.1%，最小值出现在冬季，平均输沙量为0.180×104t，仅占全年总量的1.2%。

综合来看，海南三大河流入海最大径流量和最大输沙量都出现在秋季，秋季的径流量和输沙量都占到全年的50%及以上。

2.3 海南三大河入海水沙通量年际变化分布

2.3.1 南渡江龙塘站水沙通量年际变化特征

图7 万泉河加积站多年平均季节性径流量与输沙量分布

根据水文资料统计分析，南渡江龙塘站多年平均径流量为57.369×108m3，最大和最小年平均径流量分别为 93.347×108m3（1973年）和24.787×108m3（1977年），相应的模比系数K值分别为1.63和0.43，两者之间的比值为3.79，变差系数Cv为0.326。从径流量的年际变化来看（图8），20世纪50年代至70年代围绕平均值波动较大，进入20世纪80年代后，径流量围绕平均值波动较小。根据保证率的划分标准结合累积经验频率，南渡江丰水年多出现在20世纪80年代以前，而且多次出现连续两年的丰水年（1957-1958年，1963-1964年，1972-1973年），枯水年也有两次连续出现（1968-1969年，2006-2007年）；20世纪80年代以后大多以平水年出现。

图8 龙塘站径流量、输沙量年际分布

由图 8可知，龙塘站多年平均输沙量为37.305×104t，最大和最小年平均输沙量分别为102.807×104t（1958年）和6.805×104t（1987年），模比系数K值分别为2.76和0.16，两者之间比值约17.25，变差系数Cv为0.676。从输沙量的年际变化来看（图8），20世纪80年代以前输沙率围绕平均值变幅较大，20世纪80年代以后年平均输沙量大都小于平均值。并且，多沙年主要出现在20世纪80年代以前，最长连续时间3 a（1963-1965年）；1987年以前，少沙年没有连续出现，多数为平沙年；2006-2008年期间，只有2008年为中沙年，其它两年都是少沙年。总体来看，龙塘站年际输沙量变化与径流量变化表现出了较好的相关性。

2.3.2 昌化江宝桥站水沙通量年际变化特征

由图9可以看出，昌化江宝桥站多年平均径流量为36.284×108m3，最大和最小年平均径流量分别为 85.380×108m3（1964年）和 11.227×108m3（1969年），相应的模比系数K值分别为2.35和0.31，两者之间比值约 7.58，变差系数 Cv为0.421。根据累积经验频率，昌化江丰水年有一次连续出现（1963-1964年），枯水年没有连续出现；大多以平水年出现。

图9 宝桥站径流量、输沙量年际分布

宝桥站多年平均输沙量为69.910×104t，最大和最小年平均输沙量分别为 298.331×104t（1963年）和3.595×104t（1969年），模比系数K分别为4.27和0.52，两者之间的比值约8.21，变差系数Cv为0.968。根据累积经验频率，昌化江多沙年有两次连续出现（1963-1964年和1977-1978年），少沙年有一次连续出现（2006-2007年）。

2.3.3 万泉河加积站水沙通量年际变化特征

由图10可以看出，万泉河加积站径流量多年平均值为48.363×108m3，最大值出现在1973年，达到78.209×108m3，最小值出现在1977年，值为17.313×108m3，相应的模比系数 K值分别为1.62和0.36，两者之间比值为4.50，变差系数Cv为0.317。根据累积经验频率，34 a的统计资料中，平水年出现次数较多，丰水年有两次连续出现（1957-1958年及1972-1973年），枯水年有一次连续出现（1968-1969年），且持续时间都为两年。2006-2008年为平水年。

加积站多年平均输沙量为45.325×104t，最大值出现在1978年，达到142.543×104t，最小值出现在1987年，值为2.428×104t，模比系数K分别为3.15和0.05，二者比值约63.00，变差系数Cv为0.693。根据累积经验频率，万泉河在20世纪80年代以前多沙年出现次数较多，并且最长连续时间达4 a（1971-1974年），少沙年连续出现有三次（1968-1969年、1986-1987年及 2006-2008年）最长持续时间3年。

图10 加积站径流量、输沙量年际分布

2.4 海南三大河入海径流量、输沙量空间变化特征

不少学者曾对国内相关河流水沙配合做过研究（汪亚平等，2006；宋乐等，2012；唐从胜等，2001；王焕松等，2010），本文试图以每条河流河口控制水文站的径流量作为横坐标，输沙量作为纵坐标，呈现各河流控制水文站的水沙配合特征。如图11所示。可以看出，海南三大河流年内最大径流量由大到小顺序为南渡江>万泉河>昌化江，通过资料分析，各条河流年径流量也服从这一顺序。

图11 海南三大河流的年内水沙配合曲线

从研究区概况可以得知，地处海南西部的昌化江流域面积远大于处于东部的万泉河流域面积，然而前者的年均径流总量却小于后者，究其原因主要有以下几个方面。第一，万泉河流域年降水量大于昌化江流域年降水量。黄露菁等（1994）用主分量分析方法得出海南省降水量变率甚大，可达190mm以上，以五指山为中心，东部和东北部降水大于西部和西南部。吴恒强（1984）从季风绕流的角度分析，认为中部五指山区和东部最湿润，而西部和西南部较干旱。第二，万泉河流域年蒸发量小于昌化江流域年蒸发量，主要是由于海南西部光照和热量比较丰富、并且处于五指山雨影地带，导致蒸发量加大，而东部因为雨期长雨量大、海风湿润，蒸发量相对较少。张黎明等（2006）通过分析近30年的数据，同样得出海南西部蒸发量大于东部蒸发量的认识。第三，由于下垫面的因素，万泉河流域下渗能力较弱、昌化江流域的下渗能力稍强。在岛的东部山地，多为花岗岩，下渗少，集流快，径流量大，而岛的西部多为第四纪的砂质砾岩，下渗较多，径流量较少。

从图11得知，各代表水文站水沙配合曲线中，南渡江斜率最小，万泉河次之，昌化江最大，表明昌化江为海南省输沙最强河流。南渡江和万泉河水沙配合曲线都为典型的顺时针方向，表明输沙量与径流量呈现较好的正相关关系，而昌化江水沙配合曲线出现了“七上八下”现象，即在7月径流少输沙大，8月径流大输沙反而减小，主要原因是昌化江流域水土流失较为严重，在洪季到来之前的少雨枯水季节、流域内堆积了大量的风化产物，这些物质被6-7月初洪的流水冲进河槽，导致洪水季节初期的7月即形成一个输沙量的峰值；进入8月份，虽然降水和径流有所增大，但是流域来沙反而减少，9月随着径流的增大、输沙又逐渐增强。

与中国大陆河流和面积相近的台湾岛河流相比，海南岛三大河流的含沙量仍然很低。与中国大陆河流相比，海南岛三大河的流域降水较多，而流域的植被覆盖率较高、水源涵养林破坏较少，相对来说水多沙少。与台湾河流相比，虽然同为岛屿型河流，流短水丰，落差较大，降水和植被条件又比较相似，但是，由于海南岛地质构造相对稳定，地震较少，山崩滑坡等地质灾害较为少见，流域产出的碎屑沉积物相对较少，即使有台风带来的强降雨和洪水，也不会在短时间内形成巨量的输沙峰；而覆盖在台湾背斜上部的第三纪地层多为脆弱的粘板岩（陈俊伟，2012），加之台湾岛地震频度较高，在暴雨和急流的冲刷下，洪水挟带巨量的沙石送往下游，使台湾各河的流水成泥浆状，输沙远远大于海南河流。

2.5 讨论

海南热带气旋降水平均占年降水总量的30%（吴胜安等，2007），所以热带气旋通过影响降水量间接支配着海南三大河径流量的多寡。近年来，不少学者对中国和西北太平洋热带气旋的年代际变化及其影响因子做过分析，指出海洋状况和大气环流是影响热带气旋活动的重要因子。有研究表明（吴慧，2005），秋季登陆海南岛的热带气旋平均占全年的45.3%，因而海南岛多降秋雨，以致秋季易受洪灾。

由输沙量的年际变化可知，海南三大河流输沙呈减少趋势，究其原因，人类活动产生了巨大影响，比如上游的农田灌溉，堤坝和桥梁等水利设施的拦蓄，以及河口采砂等（罗宪林等，1993；宋玉梅等，2010；曾红娟等，2009）。以南渡江为例，松涛水库为南渡江上游大型水利枢纽，库容量31×108m3；1959年建成以后，龙塘站年均输沙量由之前的 68.05×104t，减少到 52.10×104t，减少了23%；1969年建成龙塘滚水坝后，龙塘站年均输沙量再减少到32.37×104t；换言之，松涛水库和龙塘滚水坝的建设，导致南渡江年入海沙量总共减少了52%（罗宪林等，1993）。由此产生的影响是，南渡江东部废弃三角洲的老河口和海岸得不到河流泥沙的充分补给，原突出的河口和曲折的岸线逐渐被波浪夷平，海岸线调整到与盛行东北浪直交，海岸线呈现出不自然的直线状，水边线以每年6～8 m的速率被蚀退（陈吉余等，2010）。而在南渡江口西部的活动三角洲海岸，原有两条向海凸出的弧形沙坝链代表了新老海岸线，但是从20世纪80年代开始，外侧的沙坝因得不到沙源迅速向陆后退，沙坝体积萎缩，至20世纪90年代初，与内侧的沙坝链合并，原本存在于两条沙坝链之间的泻湖也不复存在了（王宝灿等，2006）。

3 结论

（1）根据跨度50余年、总计34年的水文资料来看，南渡江、昌化江、万泉河入海径流量年内分配悬殊，三大河径流量主要集中在台风季节（7-10月）；南渡江和万泉河峰值出现在10月，最大值分别为449.153 m3/s和432.567 m3/s，昌化江峰值出现在9月，最大值为342.578 m3/s，分别占全年总流量的20.9%、23.8%和24.8%。

（2）海南三大河输沙量年内分配不均衡，南渡江和昌化江丰水期主要集中在8、9、10三个月，径流量可以占到全年总量的50%以上，对应的输沙量可以占到全年总量的65%以上。万泉河丰水期主要集中在9、10、11三个月，这三个月径流量占全年总量的55.4%，对应的输沙量约占全年总量的72.2%。

（3）近55年来南渡江、昌化江、万泉河入海径流量年际变化并不明显，三条河流总体呈缓慢下降趋势，与海南岛降水丰沛、降水变率小的气候特点相适应。丰水年主要出现在20世纪80年代之前；进入20世纪80年代之后，由于水库建设和流域开发等原因，丰水年较少出现。1959、1966、1969、1977年是典型的枯水年。

（4）海南三大河输沙量的年际变化与各条河流径流量年际变化趋势基本一致，总体具有大水多沙，小水少沙的规律。昌化江和万泉河输沙率的变化幅度与径流量的变化幅度大体相当，而南渡江输沙率的变化幅度大于径流量的变化幅度，这可能是由于南渡江流域内各项水利工程的开展以及水土保持措施的实施引起水土流失的面积逐年减少，导致入海输沙量减少。

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