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珠江泥沙主要来源及时空变化初步分析

沈鸿金,王永勇
(珠江水利委员会水文局,广东  广州  510611)

    摘要:珠江是一条少沙河流,泥沙问题不太引起关注,研究也相对缺乏。本文选取珠江主要控制站的长系列泥沙资料,对珠江泥沙的主要来源、年内变化、年际变化等时空演变以及重要河段的冲淤变化进行了初步分析,为珠江流域防汛抗旱工作提供一定的参考。
    关键词:珠江 泥沙 主要来源 时空演变

一、概述

    珠江流域是一个复合流域,由西江、北江、东江及注入珠江三角洲水系所组成。干流西江发源于云南省曲靖市的马雄山,自西北向东南流至广东省佛山市三水区思贤滘进入珠江三角洲,在珠江三角洲汇集北江、东江后,分别从虎门、洪奇门、蕉门、横门、磨刀门、鸡啼门、虎跳门、崖门八大口门注入南海,全长2214km,跨越滇、黔、桂、粤、赣、湘六省(区),流域面积45.37万km2,其中国内部分面积44.21万km2。
    珠江流域主要河流大多为少沙河流,主要控制站多年平均含沙量在0.10~3.12kg/m3之间,是我国七大流域水系中含沙量较小的流域之一。虽然含沙量较小,但由于年径流量大,因此输沙量较大,每年平均约有7700万t泥沙从西江、北江、东江输入珠江三角洲,其中西江占88.3%,北江和东江仅占11.7%。
    珠江流域多年平均含沙量具有西部大于东部,东南部与东北部差别不大的分布特点。南盘江、北盘江、红水河及北流河、罗定江一带含沙量大于0.50kg/m3,西江中下游、郁江、桂江、贺江、北江、东江含沙量都小于0.50 kg/m3,其中东江含沙量最小,为0.107kg/m3。

二、珠江泥沙的主要来源

    河流泥沙的形成和大小的影响因素很多,综合起来有两个:一是气候因素,二是下垫面因素。气候因素中影响最大的是降水,降水强度大,地面径流增加,侵蚀加剧,使泥沙增多;下垫面因素,如土壤、植被和地形等的差异,都会影响河流泥沙含量的多少。同时,还与人类活动如水利工程、采矿等各种因素有关。
    选取珠江流域南盘江小龙潭站、红水河迁江站、浔江大湟江口站、西江梧州(四)站、西江高要站、柳江柳州(二)站、郁江南宁(三)站、北江石角站和东江 博罗站等9个具有长系列资料的主要水文控制站,以及部分支流水文控制站,对珠江流域主要河流泥沙来源进行初步分析。
    从所选站的资料看出,珠江各主要河流年平均产沙量(输沙模数)最大的是北盘江,达到1400t/km2;其次是黄坭河、罗定江、红水河、北流河,输沙模数在376~510t/km2;再次是南盘江、蒙江,输沙模数在256~321t/km2;其后是西江干流、绥江、洛清江、北江、桂江、贺江、郁江、柳江、东江、郁江等,输沙模数为116~198t/km2;最小的是东江和郁江,输沙模数为95.8~97.2t/km2,不超过100t/km2。
    表2-1列出汇入珠江各主要河流的输沙量。从表中可以看出,珠江多年平均输沙量为7700万t(高要+石角+石狗+博罗),主要来源于西江,占88.3%,北江占8.5%,而东江仅占3.2%;西江泥沙又主要来源于浔江,占86.5%,其次为北流河,占5.2%,再次是桂江和罗定江,最小是蒙江,仅占1.0%;浔江的泥沙主要来源于红水河,占73.5%,其次为郁江,占15.1%,最小为柳江,占11.4%;而红水河的泥沙主要来源于北盘江和南盘江,分别占48.2%和42.8%,另一支流蒙江仅占9.0%。

2-1    珠江流域各主要河段泥沙输入情况表

河名

站名

年输沙量(万t

比例(%)

南盘江

江边街+乃格沙

1057

42.8

北盘江

大渡口

1190

48.2

蒙江

八茂

222

9.0

合计(汇入红水河)

2469

100

红水河

迁江

4190

73.5

柳江

柳州+对亭

649

11.4

郁江

贵港

860

15.1

合计(汇入浔江)

5699

100

浔江

大湟江口

5720

86.5

蒙江

太平

64.0

1.0

桂江

马江

230

3.5

贺江

古榄

109

1.6

北流河

金鸡

342

5.2

罗定江

官良

149

2.3

合计(汇入西江)

6614

100

西江

高要

6800

88.3

北江

石角+石狗

652

8.5

东江

博罗

246

3.2

合计(汇入珠江)

7700

100

    对于红水河至西江段的各支流汇入的年平均输沙量见表2-2。西江干流河段的泥沙主要来源于南、北盘江,占46.1%;其次为郁江,占17.7%;再次为柳江,占13.3%;最小为广西境内的蒙江,仅占1.3%。

2-2   各主要支流输入西江主干流河段泥沙情况一览表

河名

南盘江

北盘江

蒙江

柳江

郁江

桂江

蒙江

贺江

北流河

罗定江

合计(汇入西江干流河段)

年输沙量(万t

2247

222

649

860

230

64.0

109

342

149

4872

比例(%)

46.1

4.6

13.3

17.7

4.7

1.3

2.2

7.0

3.1

100

三、珠江主要河流泥沙年内变化

    表3-1列出珠江流域主要河流水文控制站2002年以来汛期4~9月和主汛期6~8月径流量和输沙量占全年径流量、输沙量的比例。从表中可以看出,珠江流域主要河流泥沙年内分布是极不均匀的。对于径流量,汛期4~9月占全年67.6~83.5%,主汛期6~8月为45.5~62.5%;对于输沙量,汛期4~9月占全年86.9%以上,红水河迁江站更是高达99.1%,主汛期6~8月占全年69.1%以上,迁江站达到94.0%。。说明在一年之内,珠江的泥沙主要来自汛期4~9月,其中又主要来自于主汛期6~8月。

3-1    珠江流域各主要河流控制站汛期径流量、输沙量占全年比重表

河流

水文站

项目

49月占全年比例(%)

68月占全年比例(%)

南盘江

小龙潭

径流量(亿m3)

67.6

47.7

输沙量(t)

86.9

75.0

红水河

迁江

径流量(亿m3)

77.8

56.3

输沙量(t)

99.1

94.0

浔江

大湟江口

径流量(亿m3)

80.7

58.1

输沙量(t)

98.7

88.3

西江

梧州()

径流量(亿m3)

79.7

56.5

输沙量(t)

91.0

77.8

西江

高要

径流量(亿m3)

80.0

56.6

输沙量(t)

98.2

84.9

柳江

柳州()

径流量(亿m3)

83.5

56.5

输沙量(t)

98.9

75.3

郁江

南宁()

径流量(亿m3)

80.7

62.5

输沙量(t)

96.4

90.8

北江

石角

径流量(亿m3)

77.8

46.6

输沙量(t)

93.4

69.1

东江

博罗

径流量(亿m3)

70.7

45.5

输沙量(t)

90.9

71.6

四、珠江主要河流泥沙年际变化

    河流泥沙的年际变化,主要是指年际间的变化幅度和多年变化规律。年际变化通常用变差系数Cv值来表示,也可以从不同系列的均值变化幅度来反映,同时考虑水利工程建设带来的影响分析。
4.1 年际变化参数分析
    表4-1列出珠江流域主要河流水文控制站历年径流量、输沙量、含沙量均值和变差系数Cv。从表中可以看出,泥沙(输沙量和含沙量)的Cv要比径流量大,说明泥沙的年际变化要比径流量大。而输沙量的Cv又比含沙量大,含沙量的Cv在0.28以上,最大是柳州站达到0.63;而输沙量的Cv则在0.40以上,最大也是柳州站为0.76,说明柳江柳州站的泥沙年际变化最大,其次为红水河迁江站,输沙量和含沙量的Cv分别为0.66、0.57。

4-1    珠江流域主要河流水文站历年水沙均值和Cv一览表

河名

站名

径流量

输沙量

含沙量

均值(亿m3)

Cv

均值(t)

Cv

均值(kg/m3)

Cv

南盘江

小龙潭

38.26

0.35

494

0.52

1.29

0.28

红水河

迁江

667.2

0.22

4190

0.66

0.628

0.57

浔江

大湟江口

1716

0.20

5720

0.46

0.333

0.40

西江

梧州

2043

0.20

6360

0.46

0.311

0.40

西江

高要

2200

0.20

6800

0.40

0.309

0.33

柳江

柳州

396.7

0.24

525

0.76

0.132

0.63

郁江

南宁

375.1

0.26

904

0.54

0.241

0.31

北江

石角

418.6

0.28

541

0.47

0.129

0.36

东江

博罗

230.8

0.30

246

0.52

0.107

0.38

4.2 泥沙年际变化与径流量的关系
    总的来说,对一特定流域,河流泥沙与流域水量具有一定的正相关关系:径流量越大,年输沙量也越大;反之,年水量(径流量)越小,年输沙量也越小。图4-1为西江高要站历年径流量与输沙量变化图。从图上可以看出,各站径流量和输沙量的变化大体上是相应的。

图4-1  西江高要站历年径流量与输沙量变化图

4.3 泥沙年际变化与水利工程的关系
    流域水量、土壤、植被、季节等因素影响河流泥沙的形成与大小,人类活动如水利工程建设等更加与河流泥沙密切相关。
    经对各控制站点绘径流量~输沙量曲线,发现关系点据往往出现2条或2条以上的带状分布,如梧州站以1992年为分界,1992年以前的点据成一带状,1993年以后的点据成另一带状分布,且明显低于上一年段的点据,而岩滩电水库正好建成于1992年。其它控制站的径流量~输沙量点据分布,也随上游水库建成而呈现出2条以上的带状分布的特点,如东江博罗站,1960年建成了新丰江水库,1973年建成了枫树坝水库,1984年又建成了白盆珠水库,径流量~输沙量点据分布呈4条带状,分别为未建三大水库前1条,每建成一座水库后,出现新的一条分布带。
    图4-2为梧州、博罗水文站在上游水利工程建设前后的年径流量与年输沙量的相关情况。

             

(a)西江梧州站                                                (b)东江博罗站

图4-2  年径流量与输沙量关系图

    同时经计算,西江红水河岩滩水库建设后,对下游各控制水文站的平均输沙量都不同程度减少,如红水河迁江站减少了68.5%,浔江大湟江口站减少了40.3%,西江梧州站减少了48.5%,西江高要站减少了28.6%。当然,各时期泥沙的减少,不完全是由于水利工程建成后所引起的,与森林覆盖率提高也应该有一定的关系,但经上面的分析,水库的建成与输沙量的变化有着明显的相关关系。

五、西江主要河段泥沙冲淤变化

    选取西江主要河段红水河、郁江、浔江和西江等主要河段,忽略比例较小的区间来沙,分析各主要河段泥沙的冲淤变化情况。
5.1 红水河岩滩、大化水库的拦沙情况
    大化水库建成于1983年,岩滩水库建成于1992年9月。以两水库上、下游控制站天峨、迁江水文站的输沙量变化来考虑水库的拦沙情况(见表5-1)。从1960年至1983年大化水库建成前的24年里,红水河天峨站至迁江站河段总的来说是冲刷的,冲刷总量为6816万t,平均每年冲刷量为284万t;而大化水库建成至1992年岩滩水库建成前的9年时间里,表现为淤积,淤积量为3528万t,平均每年淤积392万t;当岩滩水库在1993年建成后至2005年这13年时间里,淤积量更大,达到33631万t,平均每年淤积2587万t。

5-1   红水河大化、岩滩水库建成前后的输沙量变化情况表

年段

平均年输沙量(万t

区间冲淤量(t)

备注

天峨站

迁江站

年平均

总量

1960-1983

4935

5219

+284

+6816

1)区间冲淤量:“+”为冲,“-”为淤。

2天峨站1959年前缺泥沙资料。

5.2 郁江西津水库的拦沙情况
    西津水库建成于1964年。以其上、下游控制南宁站、贵港水文站的输沙量变化来分析水库的拦沙情况(见表5-2)。西津水库1964年建成前南宁和贵港水文站都有泥沙资料的1954-1957年4年里,郁江南宁站至贵港站河段是冲刷的,冲刷总量为1412万t,平均每年冲刷量为353万t;而西津水库(水电站)建成后从1967年至2005年这39年时间里,河段是淤积的,淤积量4602万t,平均每年淤积118万t。

5-2   郁江西津水库建成前后的输沙量变化情况表

年段

平均年输沙量(万t

区间冲淤量(t)

备注

南宁站

贵港站

年平均

历年总量

1954-1957

761

1114

+353

+1412

1)区间冲淤量:“+”为冲,“-”为淤。

2贵港站1958-1966年间缺泥沙资料。

5.3 黔江武宣、郁江贵港至浔江大湟江口河段泥沙冲淤变化
    从1954年至2005年年间,该河段平均每年从黔江武宣站、郁江贵港站进入的泥沙分别为5020万t、860万t,而从浔江大湟江口站下泄的泥沙为5720万t,平均每年淤积约97.8万t,占总量的1.68%。考虑到年代间平均水量略有变化等因素,该河段冲淤变化基本平衡并略有淤积。
5.4 浔江大湟江口至西江梧州河段泥沙冲淤变化
    据不完全统计,该河段平均每年从浔江大湟江口站、蒙江太平、桂江原马江站、北流河金鸡站进入的泥沙分别为5720万t、64.0万t、230万t、342万t,合计为6356万t,而从西江梧州站下泄的泥沙为6360万t,总体上冲淤基本平衡。
5.5 西江梧州至西江高要河段泥沙冲淤变化
    据不完全统计,该河段平均每年从西江梧州站、贺江古榄、罗定江官良站进入的泥沙分别为6360万t、109万t、149万t,合计为6618万t,而从西江高要站下泄的泥沙为6796万t,平均每年冲刷约为178万t,占总量的2.66%,该河段冲淤变化基本平衡并略有冲刷。

六、近几年珠江主要河流泥沙变化趋势

    比较珠江主要控制站2001-2005年水沙量平均值与多年均值,见表6-1。发现2001-2005年期间,各站径流量与多年均值比较都呈减小趋势,减小最大的是东江博罗站,为15.5%;各站泥沙除郁江南宁站稍有增大外,其余各站都呈减小趋势:其中红水河迁江站减小最大达78.6%,依次为西江梧州站54.4%、浔江大湟江口站54.0%、西江高要站47.2%、东江博罗站43.5%、北江石角站35.1%、南盘江小龙潭站17.4%,最小为柳江柳州站12.4%。

6-1   20012005年珠江主要控制站水沙特征值与多年均值比较

项目

  

南盘江

红水河

 

西

西

柳江

郁江

北江

东江

水文站

小龙潭

迁江

大湟江口

梧州

高要

柳州

南宁

石角

博罗

径流量

(亿m3)

多年平均

38.26

667.2

1716

2043

2200

396.7

375.1

418.6

230.8

2001-2005年平均

34.16

597.8

1704

2024

2100

375.3

367.3

410.2

195.1

差值(%)

-10.7

-10.4

-0.7

-0.9

-4.5

-5.4

-2.1

-2.0

-15.5

年输沙量

(t)

多年平均

494

4187

5717

6363

6800

508.1

904

541

246

2001-2005年平均

408

897

2632

2900

3590

445

918

351

139

差值(%)

-17.4

-78.6

-54.0

-54.4

-47.2

-12.4

1.5

-35.1

-43.5

含沙量

(kg/m3)

多年平均

1.23

0.628

0.333

0.312

0.309

0.128

0.241

0.129

0.107

2001-2005年平均

1.19

0.150

0.154

0.143

0.171

0.119

0.250

0.086

0.071

差值(%)

-3.3

-76.1

-53.8

-54.2

-44.7

-7.0

3.7

-33.3

-33.6

    从表6-1可以看出,2001-2005年期间,虽然所有控制站的径流量都减少,除南宁站外的其余站输沙量、含沙量也都减少,但泥沙的指标却比水量指标要减少得多,如迁江、大湟江口、梧州、高要、石角、博罗等珠江干流站,径流量减少在16%以下,而输沙量减少却达到35.1%~78.6%,含沙量减少达到33.3%~76.1%,表明西江、北江和东江这些干流的泥沙在2001年以来有明显减少的趋势。
    干流泥沙近年来明显减少,除受新建梯级水库和下游部分河段采砂的影响外,森林覆盖率也影响着河流泥沙。经查有关资料,广西区森林覆盖率在1980年约为22%,1990年约为25%,2000年为39.26%,2005年为52.71%;广东省森林覆盖率在1985年为27.7%,2005年为55.9%。改革开放以来两广的森林覆盖率有较大的提高,有利于水土保持,对河流泥沙的减少有一定的作用。珠江泥沙的减少趋势应该还将持续一段时间,待水库建设和植被覆盖率等趋于稳定后,河流泥沙也将趋于稳定。

七、初步结论

    (1)珠江的泥沙主要来源于西江。珠江主要来沙路线为:珠江→西江→浔江→红水河→南北盘江,西江泥沙的46.1%来源于南北盘江,而珠江泥沙的88.3%来源于西江。珠江各主要河流输沙模数最大的是北盘江,达到1400t/km2;最小的是东江和郁江,低于100t/km2。
    (2)珠江主要河流泥沙年内分布极不均匀。汛期4~9月占全年86.9%以上,主汛期6~8月占全年69.1%以上。
    (3)珠江各主要河流控制站径流量和输沙量的变化大体上呈正相关,水库对泥沙的拦蓄作用明显。
    (4)珠江各重要河段随着下游大型水库的建成,不同程度地出现淤积现象。
    (5)近年各主要河流来沙大幅减少。2001-2005年,除郁江外各主要河流来沙大幅减少,减少幅度远高于径流量,随着后续大型水库的逐步建成,以及森林覆盖率的进一步提高,进入三角洲的年平均输沙量还将会进一步减少。

 

参考文献:
[1]钟华昌,覃杰.岩滩水库泥沙淤积分析.中国科协2004年学术年会电力分会暨中国电机工程学会2004年学术年会论文集,2004年.
[2]水利部.中国河流泥沙公报.2005.中国水利水电出版社.
[3]黄镇国,张伟强.珠江三角洲近期水沙分配的变化及其影响与对策[J].云南地理环境研究,2006,18(2):21-27.


2009-01-19
 
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