近20年来西北江三角洲主要水道水量分配比规律分析

2021-10-29苏定洪李清海

广西水利水电 2021年5期

苏定洪，苏晨，李清海

（1.水利部珠江水利委员会水文局，广州 510370；2.四会市大沙镇水利水电管理站，广东四会 526241；

3.内蒙古锡林郭勒水文水资源中心，内蒙古锡林浩特 026000）

珠江三角洲是一个复合型的三角洲，由西、北江三角洲和东江三角洲组成。自思贤滘以下的西、北江三角洲面积8370 km2，河网密度为0.81 km/km2，自石龙以下的东江三角洲面积1380 km2，河网密度为0.88 km/km2。三角洲区内河道纵横交错，主、支汊发育各异又相互影响。区内同时受径流和潮汐的共同作用，水流条件复杂多变。

西北江三角洲及河口属粤港澳大湾区，区域内人口众多、经济发达。洪涝灾害严重地影响区域内的防洪安全，咸潮上溯加剧威胁到区域供水安全。郭志强[1]在2001 年、侯卫东[2]在2004 年、香靖宇[3]在2006年、姚章民[4]在2009年都有对西北江三角洲主要水道的水量分配比作过研究。随着社会经济的发展和自然环境的变化，再加原始资料积累的增加，有必要对近20年来西北江三角洲主要水道的水量分配比作一系统的分析，为西北江三角洲的防汛抗旱和水资源开发利用，以及科学、合理制定粤港澳大湾区水安全保障措施提供基础的数据支撑。

1 水量分配比计算技术路线

为分析西北江三角洲主要水道的水量分配状况，以“水量分配比”的概念描述。技术路线是以西北江三角洲上游顶点马口、三水作为总控制点，采用树状结构向下游逐步展开的方式，推算出各个分流节点的水量分配比。即以马口、三水站的总净泄量和为入流总量，分析计算出马口、三水的分配比，对马口、三水以下各断面，则每当河汊分流一次，以各河汊的净泄量除以本级河汊的总净泄量，为各河汊百分占比，再乘以上一级河流对入流总量的分配比，即为该级河汊对总入流量的分配比，如此逐级往下计算，求出所有河汊口的分配比。

八大口门水量分配比是在不考虑从马口、三水向下逐级分配的情况下，由各八大口门净泄量直接计算各口门水量占马口、三水总净泄量的百分比，其中虎门水道大虎站的净泄量为减去老鸦岗和博罗以及麒麟嘴来水量，崖门水道黄冲站的净泄量则为减去潭州水道石咀的来水量。

1.1 分析资料的选择

马口、三水，天河、南华以及八大口门的水量分配比是以珠江水利委员会组织开展的常规水文测报项目水文测验实测资料为主进行计算分析。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日三期专项水文测验，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日三期专项水文测验实测资料进行计算。

1.2 分流节点的选定

由于部分小河汊和水闸未布设测流断面，但主要水道均设有测流断面，整体而言，对水量分配比的计算无太大影响，具体节点选定如下图1、图2所示。

图1 分流节点概化图（一）

图2 分流节点概化图（二）

1.2.1 西江水系

西江的一级节点为马口站，以下分汊为西海水道和东海水道，二级节点分别为天河和南华站。西海水道以下主要分汊为江门河、荷麻溪、螺洲溪及磨刀门水道，三级节点分别为北街水闸、睦洲口、竹洲、挂定角站。北街水闸、睦洲口、竹洲3 个节点控制的水量分别流向崖门水道、虎跳门水道和鸡啼门水道，这3 条水道的节点分别为黄冲、西炮台和黄金站，属四级节点。东海水道以下主要分汊为容桂水道、桂洲水道、鸡鸦水道、小榄水道，三级节点分别为容奇、海尾、南头、小榄断面。鸡鸦水道与小榄水道的水量主要流向横门水道、黄圃沥和黄沙沥。

1.2.2 北江水系

北江的一级节点为三水站，以下分汊为顺德水道和潭洲水道，二级节点分别为石仔沙和紫洞断面。顺德水道和潭洲水道的水量分别流向平洲水道、李家沙水道、沙湾水道，分流节点分别为三级节点沙洛围、三围、三沙口断面。洪奇沥水道较为复杂，上游主要有李家沙水道、容桂水道、桂洲水道、黄圃沥、黄沙沥的来水，分流节点为三围、容奇、海尾、乌珠和黄沙沥断面，下游往上横沥、下横沥、洪奇门分流，出流节点为上横、下横和冯马庙站。

2 水量分配比分析

2.1 马口、三水水量分配比分析

（1）20 世纪90 年代。20 世纪90 年代以来，大规模的河道采砂、航道整治，以及接连发生的数次大洪水对河床的冲刷，导致马口、三水断面河床严重下切，水流条件发生了较大的变化[5～7]，20世纪90年代三水站的水量分配比较80 年代有较大幅度的提升，马口站则大幅度的降低；1999—2005 年趋势延续，到了本世纪近15 年，分配关系有所回复。马口、三水两站的水量分配比统计表见表1。

表1 马口、三水站水量分配比统计表%

（2）1999—2005 年。2005 年前马口站洪季的水量分配比较枯季小，三水则相反，到了本世纪近15 年，分配关系发生，马口站的洪季水量分配比较枯季大，三水站则洪季较枯季小。

（3）2006—2020年。两站的水量分配比基本稳定，总体上马口站洪季水量分配比较枯季高，洪季各测次的水量分配相近，枯季也相差不大，基本保持在一定的变动范围内，只是由于水情的不同而略有差别。这是由于两站的河床变动不大，处于天然的冲淤平衡状态。

2.2 八大口门水量分配比分析

西北江来水主要通过东四口门和西四口门八大口门注入出海口，其中东四口门包括虎门、蕉门、洪奇门和横门，控制断面分别为大虎、南沙、冯马庙和横门站，西四口门由磨刀门、鸡啼门、虎跳门和崖门组成，其控制断面分别是挂定角、黄金、西炮台和黄冲站。八大口门的水量分配比统计成果见表2。

表2 八大口水量分配比统计成果表%

（1）时间变化。20 世纪90 年代东四口门的水量分配较80年代有明显的提升，而西四口门则有明显的降低，1999—2005 年分配比关系有所回复，到了2006—2020年回复至20世纪80年代相近的分配比关系。

（2）洪枯季变化。2006—2020年东四口门的洪季水量分配比较枯季高，西四口门则相反；西四口门的黄冲、西炮台和黄金都是枯季大于洪季，挂定角则相反；东四口门的大虎和南沙为洪季大于枯季，冯马庙由于下泄的水量包括了流经东海水道的一部分西江来水和流经洪奇沥的部分北江来水，横门下泄水量主要为流经东海水道后注入小榄水道的西江来水，这两个站的枯季水量分配比大于洪季的水量分配比。

（3）各测次变化。分析各个年份的实测水量分配比资料，1999—2020年各测次的八大口门水量分配比变化不大，只是由于上游来水水情的不同而略有差别。

从表2 可以看出，东四口门以南沙站的水量分配比最大，2006—2020年平均值为17.2%，而西四口门以挂定角站的水量分配比最大，平均值为30.6%。

2.3 主要河汊水量分配比分析

各期同步水文测验布设的断面略有不同，本文只针对6期测验都布设了测流断面的河汊作水量分配比分析。

2.3.1 天河、南华水量分配比分析

20世纪80年代天河、南华两站只有两个测次的实测水文资料，90 年代两个站没有进行过流量测验，到了1999 年才开始组织了13 期的洪季专项水文测验和20 期的枯季专项水文测验，本文主要以1999 年后的实测水文资料对天河南华的水量分配比作简单的分析。

1999—2005年，天河站无论是洪季还枯季的水量分配比都较20 世纪80 年代有较明显的减少，相应的南华站有明显的增大，枯季较洪季增加更明显，天河站又较南华站明显，2006 年后两站的水量分配比变化趋向稳定，这和两站河床的冲淤变化相对应。

从2006—2020 年各期水文专项测验实测资料分析，近15 年来两站洪季的水量分配比相近，枯季也变动不大，只是由于水情的不同而略有变化。

总体上天河站枯季的水量分配比较洪季大，而南华站则相反，无论是洪季还枯季天河的水量分配比都较南华大。

天河、南华站的水量分配比统计表见表3。

表3 天河、南华站水量分配比统计表%

2.3.2 西江水系主要河汊水量分配比分析

西江上游来水流经天河南华后分别注入东海水道和西海水道，分别对东海水道以主要河汊和西海水道以下主要河汊作一简单分析。依据6期专项水文测验实测资料统计的西江水系主要河汊水量分配比成果见表4。

表4 西江水系主要河汊水量分配比统计表%

（1）东海水道以下主要河汊水量分配比分析。南头、容奇断面是西海水道来水的主要下泄通道，其水量分配比较小榄（二）、海尾断面大；南头、海尾断面的洪季水量分配比较枯季有所降低，容奇则相反；小榄（二）、乌珠和黄沙沥断面洪枯季相差不大。

（2）西海水道以下主要河汊水量分配比分析。百顷站和大敖站的水量分配比相近，两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，而竹洲和竹银则洪枯季相差不大，北街口断面的水量分配比较小，而竹银站最大。

2.3.3 北江水系主要河汊水量分配比分析

东平水道下游出口控制断面中，顺德水道的石仔沙断面分配比最大，其洪枯多年平均值为14.7%，潭洲水道的澜石只有3.8%；顺德水道来水和潭洲水道一部分来水汇合后主要经沙湾水道下泄注入狮子洋，沙湾水道（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统计表见表5。

表5 北江水系主要河汊水量分配比统计表%

洪奇沥的来水比较复杂，北江来水通过东平水道、顺德水道、顺德支流与西江来水在容桂水道汇合后流向洪奇沥，洪奇沥再加上桂洲水道、黄圃沥及黄沙沥的西江来水一部分流向洪奇门，另一部分流向上横沥和下横沥。从实测资料分析，洪奇沥门（冯马庙站）为洪奇沥上游来水的主要下泄通道；洪枯季对比来看，三个站都是洪季多年平均分配比较枯季大。

2.4 水量分配比变化成因分析

引起各分流节点的水量分配比变化原因是多方面的，下面主要以从各分流节点的过水断面面积变化以及上游来水的水情不同两方面作简单的分析。

2.4.1 过水断面面积变化引起水量分配比变化

西北江干流水道的水量分配比的变化规律和分流节点的河床演变有很大的关系，以西北江干流几个主要控制断面为例分析近20 年来西北江三角洲主要水道的河床变化引起水量分配比的变化情况（见表6）。

表6 断面面积及变动比

由表6 可以看出，马口、三水站的断面面积2005 年较1999 年都有较大的增加，说明两个断面都发生较明显的冲刷，三水较马口冲刷更明显，引起三水站的水量分配比相应增大，三水的水量分配比由1999 年7 月的24.7%提升为2005 年6 月的26.5%，到了2005 年后两站断面面积基本稳定，水量分配比变化也相对稳定。

西海水道的天河站2005年较1999年有明显的冲刷，而东海水道的南华站相对稳定，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%提升为2004 年7 月的40.3%，2005年后两站断面面积基本呈稳定的态势，两站的水量分配比也呈现相对稳定。

2.4.2 上游来水水情不同引起水量分配比变化

在过水断面相对稳定的情况下，上游来水水情的不同引起西北江干流水道的水量分配比发生变化。

从西北江干流水道几个主要下泄通道近20 年来的水量分配比变化来看，马口、南华和挂定角站洪季的水量分配比较枯季高，三水和天河站相反；网河区的石仔和容奇断面枯季的水量分配比较洪季有所提升。

研究水量分配比变化规律，引入“连通性”概念”，节点间的连通性变化与人类活动、过水断面面积变化、上游来水、断面形态变化紧密相关。根据朱晨春[7]等2020 年的研究，1958—2005 年西北江网河区大部分河道纵向连通性呈现明显“先降后升”的现象，西北江三角洲主要水道纵向连通性与上游来水存在显著负相关关系，纵向连通性北江片水道高于西江片、枯水期高于洪水期。结合上述水量分配比规律分析可以看出，西北江三角洲主要水道的水量分配比变化和各节流节点的连通性变化相一致。