近60年来韩江入海泥沙通量变化及其对邻近海域的影响

王宇飞,刘秀娟*，王 洋，王万虎，王红兵，义家吉

(1.海洋地质资源湖北省重点实验室 中国地质大学(武汉)，湖北 武汉 430074；2.中国地质调查局海口海洋地质调查中心，海南 海口 570100)

河流入海泥沙通量既是流域在气候变化和人类活动影响下产沙与输沙变化的结果，同时也是引起河口及其邻近海域环境变化的重要因素。学者们对全球部分河流入海泥沙通量的变化、主要影响因素及其对河口海岸的影响进行了大量的研究[1-4]。其中大型河流，比如密西西比河[5]、尼罗河[6]、科罗拉多河[7]、黄河[8]、长江[9]、珠江[10]等，是该方向的研究热点。研究认为，近几十年来，这些大型河流普遍经历了入海泥沙通量的显著减少，流域人类活动(主要是水库修建)是引起入海泥沙通量显著减少的主要原因，入海泥沙通量的减少造成了这些大河三角洲的侵蚀。

韩江三角洲土地富饶，人口众多，经济发达。位于韩江三角洲的汕头市，是中国最早的4个经济特区之一，也是全国著名侨乡、华南重要港口城市，为粤东和闽西南出海的门户。因此，对近几十年来韩江入海泥沙通量变化及其对邻近海域影响的研究具有重要的经济社会价值。前人在这方面做了一些研究[11-12]，均认为近几十年来韩江入海泥沙通量呈现显著下降的趋势，大量水电站的修建及森林草地面积的增加是韩江流域近几十年输沙量减少的主要因素。但也存在研究成果明显偏少、研究有待深入的问题。

因此，本文在分析韩江入海泥沙通量变化趋势的基础上，通过对比韩江入海泥沙通量开始剧减及减少更为剧烈的时间节点对大型水电站修建的响应，分析其主要因素，并探讨韩江入海泥沙减少对邻近海域冲淤态势转变及三角洲岸线变迁的影响。

1 区域概况

韩江是中国东南沿海最重要的河流之一，也是广东省仅次于珠江的第二大河。韩江上游为发源于广东紫金的梅江和发源于福建宁化的汀江，两江在三河坝会合后始称韩江。韩江的正源为梅江，自梅江源头至东溪口，全长470 km，流域面积30 112 km2。韩江流域北部和中部为山地地貌，下游和三角洲地区为平原。地势由西北向东北向东南倾斜，海拔在20～1 500 m。韩江在流经潮州时逐渐分叉，分为北溪、东溪、西溪三条水道，汇入南海(图1)。潮安水文站是韩江的总出口控制站，集水面积29 077 km2，占流域总面积的96%[13]。

韩江流域地处亚热带东南亚季风区，属亚热带季风气候，气候温和，降水充足。受海洋性东南季风影响较大。流域年平均气温20～21.5℃，年平均降水量1 611 mm左右，70 % 集中在4—9月。暴雨主要集中在夏季，受海上东南季风影响严重。受降雨季节性的影响，韩江流域每年4—9月为洪季，10月至次年3月为枯季。该区的沿岸潮汐主要是由太平洋潮波经巴士海峡传入引起，为不规则的半日潮，潮差较小，平均潮差约1 m[14]。波浪方向以SE为主，与海岸线几乎垂直。波浪作用强烈，平均波高0.87～1.10 m[13]。

2 材料与方法

在这个研究中所使用的水文数据为韩江潮安站1958—2019年的水沙数据。其中1958—1987年和2006—2014年逐日水沙数据来源于水文年鉴，2015—2019年逐日水沙数据系从汕头市水文分局收集，1988—2005年年水沙数据来源于文献[12]。根据以上潮安水文站的径流量和入海泥沙通量资料，采用Mann-Kendall(M-K)统计检验法[11-13]，估计径流量和泥沙通量的长期变化趋势，并对径流量和泥沙通量的变化特征及突变点及减少更为剧烈的时间节点进行了分析。

M-K趋势检验中，如果统计值Z值为正，则说明序列整体呈上升趋势；如果统计值Z值为负，则说明序列整体呈下降趋势。当Z值的绝对值小于显著性水平0.05的临界值1.96时，则说明其变化趋势不显著；当Z值的绝对值大于显著性水平0.05的临界值1.96时，则说明其变化趋势显著。在M-K突变检验中，若UFk>0，则表明序列呈上升趋势，反之呈下降趋势。当同时满足以下条件时，认为存在突变点：① UFk曲线超过临界值，即|UFk|>Uα/2，一般取α=0.05，临界值Uα/2= ± 1.96；②UFk和UBk曲线相交，交点在2条临界直线(Uα/2=±1.96)之间。

3 结果

3.1 韩江径流量、入海泥沙通量的年际变化

1958—2019年韩江入海径流量和泥沙通量的波动表现出相似的特征，入海径流量越大，入海泥沙通量越大(图2)，反之亦然。采用M-K趋势检验分析了水沙变化特征，结果表明，1958—2019年径流量趋势检验统计值Z值为0.30，绝对值小于显著性水平0.05的临界值1.96，说明年径流量整体呈现增加趋势，但趋势不显著。由图2可知，1963—1982年UFk< 0，径流量呈减少趋势，1958—1962年和1983—2019年UFk>0，径流量呈增加趋势。UFk曲线没有超过显著水平0.05的临界线，说明径流量变化趋势不显著(图3)。虽然UFk和UBk曲线存在交点，且交点位于显著性水平临界线之间，但是UFk和UBk曲线没有超过临界线，所以不存在显著的突变点。

入海泥沙通量的趋势检验统计值Z值为-5.22，绝对值大于显著性水平0.01临界值2.58，说明年入海泥沙通量整体为减少趋势，且减少趋势十分显著。1958—1962年和1980—1990年UFk>0，入海泥沙通量呈增加趋势，在1983年达到最大值1 754万t，1963—1979、1991—2019年UFk<0，入海泥沙通量呈减少趋势。UFk和 UBk曲线相交于1998年左右，且在临界直线之间，因此认为潮安站入海泥沙通量的突变点为1998年。从2001年开始入海泥沙通量UFk值超过了显著水平0.05的临界线，入海泥沙通量剧烈减少(图4)。突变点前后年入海泥沙通量多年平均值分别为 745 万 t(1958—1997年)和230 万 t(1998—2019年)，减少了 69.1 % 。2001年前后多年平均入海泥沙通量分别为716.3万t(1958—2000年)和214.1万t(2001—2019年)，减少了70.1%。

3.2 韩江径流量、入海泥沙通量的季节性变化

根据潮安站1958—1987、2006—2019年逐日流量和含沙量的统计结果，洪季(4—9月)的径流量占全年径流量的73.1%，且比重在55.6%～85.2%范围内波动，洪季径流量占全年径流量比重的标准差为0.071，洪季径流量占全年径流量比重年际分布较为均匀。洪季的入海泥沙通量占全年入海泥沙通量的87.0%(图5)，洪季入海泥沙通量占全年入海泥沙通量比重的标准差为0.127，洪季入海泥沙通量占全年入海泥沙通量比重年际分布较为均匀。洪季平均径流量与全年平均径流量的变化具有良好的一致性(图2)。韩江入海泥沙量显著减少前后(1958—1987、2006—2019年)洪季平均径流量分别为187.5亿、178.1亿m3；洪季占全年径流量的多年平均值分别为74.5%、70.2%。这说明韩江入海径流量的季节性受到大量水库修建和流域植被覆盖率增加的轻微影响。这2个时期洪季平均入海泥沙通量分别为676.0万、194.7万t，减少了71.2 %；同时期洪季泥沙通量占全年的比值分别为87.7%、85.5%。这说明在韩江入海泥沙量剧减的背景下，入海径流量和泥沙量的季节性特征仅受到轻微影响。

4 讨论

4.1 韩江入海泥沙通量变化驱动因素分析

韩江1958—1969、1970—1979、1980—1989年均入海泥沙通量分别为714.6万、767.3万、843.1万t，略有增长。20世纪50s～80s，韩江上游地区虽然兴建了一批水电站，但由于规模较小(表1)，并未导致入海泥沙通量减小。1997年竣工的青溪水电站装机总量144 MW，总库容0.75亿m3，几乎同一时期(1998年)，韩江入海泥沙通量开始急剧减少。1997年韩江入海泥沙通量为587.1万t，而1998年则降低为280.7万t，仅超过1991年的263.9万t，1999年的入海泥沙通量仅为255.5万t，其后的年入海泥沙通量持续降低(图2)。1998—2003年修建的棉花滩水电站装机总量600 MW，总库容20.35亿m3(表1)，在这期间(2001年)，韩江入海泥沙通量剧烈减少，2000、2001年的入海泥沙通量分别为466.6万、322.0万t，但2002年的泥沙通量剧减为69.5万t，其后年入海泥沙通量虽有波动，但均值明显降低(图2)。此后的二十年间，韩江流域有多个水电站竣工，使得韩江流域入海泥沙通量持续减少，从2000—2009年均入海泥沙通量269.8万t，减少到2010—2019年均183.9万t。将入海泥沙通量的突变年份及剧烈减少发生年份与大型水电站竣工时间进行比对，发现两者高度一致，因此认为正是由于大型水电站的投入使用，使得韩江入海泥沙通量开始显著减少及剧烈减少。

表1 韩江流域水电站资料

本文总结了前人的相关研究成果(表2)。杨传讯等[11]对1955—2012年潮安站水文资料进行了分析，认为2000年以来，输沙量显著减少，并认为大量水电站的修建以及土地植被覆盖率的增加是导致韩江入海泥沙通量减少的主要原因。赵兰[12]用M-K检验对1955—2016年的水沙资料进行分析，结果表明，输沙量在1998年产生突变。张郁坡[16]基于对1951—2011年潮安站输沙量变化特征的分析，认为突变点在2001年，产生突变的主要原因是20世纪90s以后，上游多个梯级电站、水库和枢纽的建成拦截了部分泥沙。以上研究检测出的突变点年份相差不大，可能是水文数据起止年份不一致导致的结果。以上研究在分析潮安站输沙量突变的驱动因素时，均认为大量水库修建、植被覆盖率增加(水土保持)是主要影响因素，并没能识别出大型水库的主控作用。胡巍巍[17]分析了1954—1987、2006—2012年潮安站年输沙量的变化，发现潮安站输沙量自2006年开始明显减少，主要原因是大型的东山水利枢纽工程(2006—2010)的兴建，和本文的观点相似。韩江流域森林草地面积在1986—1996及1996—2006年持续增长[18]，对韩江入海泥沙通量的减少也有一定的影响，但猜测森林草地面积的增加是渐变的过程，很难造成流域产沙的急剧减少，因此造成韩江入海泥沙通量急剧减少的最主要因素是大型水电站的修建。大型水利枢纽工程对河流的拦沙作用，也是引起许多大河入海泥沙量锐减的主要影响因素[10,19-21]。

表2 韩江入海泥沙变化相关研究成果

4.2 韩江入海泥沙通量变化对邻近海域的影响

关于韩江河口附近海域地形冲淤及岸线变迁的研究成果明显较少。前人对韩江三角洲的形成、发育、演变进行了较全面和深入的研究，但受限于海域样品和资料的缺乏，该研究重点关注三角洲陆上部分，对三角洲水下部分的地形演变涉及较少[14]。张家豪等[22]对比了韩江口门附近海域1971、2010和2016年海图，分析了1971—2016年该海域地形演变，发现1971—2016年总体呈现略微淤积的态势，在1971—2010年处于小幅淤积的态势，在2010—2016处于小幅冲刷的态势(图6、表3)。该研究认为该海域的冲淤变化是地形、水动力与泥沙输运共同作用下的结果，并没有分析同时期韩江入海泥沙量的锐减(由1971—2010年的594万t减少为2011—2016年的194万t)对水下地形冲淤态势转变的影响。大量的研究表明，河流入海泥沙量的锐减会引起水下三角洲冲淤态势的转变[6,9,23]。因此推测韩江入海泥沙量在1990s末的锐减对韩江河口邻近海域冲淤态势的转变有重要的影响。由于地形数据的稀缺，已有的研究成果仅局限在南澳岛附近海域。对韩江口门附近的其他海域，尚缺乏基础的历史地形数据。查清韩江口门临近海域目前所处的冲淤态势，可为该海域的开发利用比如海洋风电、航道维护等提供重要基础信息。

前人对汉代至1980s初韩江三角洲岸线的演变过程进行了深入的分析，发现北溪、东溪、西溪附近岸线在1830s—1964年的平均前积速率分别为5.38、2.31、4.10 m/a。岸线前积速率的大小和各汊道来沙的多寡有密切的关系。在1964—1983年，由于围垦活动的影响，岸线向海推进速率几乎为自然状态下速率的十倍[14]。刘秀娟等[24]基于卫星遥感资料，研究了1980—2020年韩江三角洲岸线的变迁，发现除人工围填海造成的莱芜岛-榕江河口段岸线快速扩张外，其余岸线均处于较为稳定的状态(图7)。这说明在韩江入海泥沙锐减的背景下，三角洲岸线由1980s之前的持续前积演变为1980s以来较为稳定的状态。在河流入海泥沙量锐减的背景下，河口附近海域局部冲刷产生的沉积物有可能为海岸带提供了部分物源，一定程度上弥补了河流供沙的不足，使海岸带保持稳定或缓慢淤涨的态势，在其他三角洲也有类似的发现[25-26]。

时间I区II区III区总体1971—2010淤积厚度在0.5～3m冲淤平衡局部区域淤积幅度超过10m小幅淤积2010—2016冲淤平衡冲淤平衡冲刷幅度在2～10m小幅冲刷1971—2016冲淤平衡冲淤平衡略微淤积略微淤积

5 结论

本文根据1958—2019年韩江入海径流量和入海泥沙通量资料，研究了它们的长期变化趋势，主要驱动因素，以及该变化对河口邻近海域的影响，得出如下结论。

a)韩江入海径流量没有显著的变化趋势，入海泥沙量整体呈现显著减少的趋势，开始显著减少和剧烈减少分别发生在1998、2001年。

b)大型水库的修建是引起韩江入海泥沙通量急剧减少的主要因素。将入海泥沙通量显著减少和剧烈减少的时间节点与大型水电站(青溪、棉花滩水电站)建成时间进行比对，发现两者高度一致。因此，造成入海泥沙通量急剧减少的主要因素是大型水电站的修建。

c)韩江入海径流量和泥沙通量呈现明显的季节性特征，洪季入海径流量和入海泥沙通量年内分布较为均匀。在发生显著下降前后的2个时期(1958—1987、2006—2019年)，洪季径流量和入海泥沙通量占比均略有降低，说明流域人类活动(大量水库修建、水土保持)对韩江入海径流量和泥沙通量的季节性有轻微影响。

d) 在入海泥沙自1990s末显著减少的背景下，韩江河口附近海域由1971—2010年的小幅淤积转变为2010—2016年的小幅冲刷。三角洲岸线由1830s—1964年的向海推进(2.40～5.38 m/a)转变为1980s以来的较为稳定。这些都表明韩江入海泥沙的显著减少已经对河口邻近的海域产生了明显的影响。

致谢：感谢中国地质调查局海口海洋地质调查中心的曹纯武、沈成等同志对本文的水文数据整理提供帮助。感谢中国地质大学(武汉)海洋学院周良、李慧玲、刘佳等同学提出宝贵意见。