珠江三角洲网河低水位变化及潮汐动力增强

3.3.2.1　水位明显下降

大规模采砂引起河床普遍大幅度下切和过水面积增大，使得珠江三角洲网河水位普遍大幅度下降；表现在水位—流量（Z—Q）关系曲线上，就是使其逐年向右下方偏转，即同流量级的水位出现明显下降（图1.3）。如图1.3所示，可见自1994年以来，博罗站Z—Q关系曲线逐年右偏趋势就已明显存在，并在1999年之后随着采砂区域距离的接近，这一趋势逐年加大，并在2003～2005年达到最大变幅；1994～2005年博罗站同流量级的水位下降已达3m。博罗站由于不受潮汐影响，下游河段的大规模采砂使其近年中、枯水水位下降严重，年最低水位连创新低；截至2005年底，年最低水位已降至2.38m，较1997年的5.51m下降3.13m（图3.19）。西江马口站和北江三水站由于中、枯水期受到潮汐影响，因此低水位变化较小，中、洪水水位下降显著，截至2000年，三水站同级流量水位比20世纪90年代初下降1.9～2.5m，马口站水位下降约1.1m［2］。近年来网河区的水位普遍下降表明，挖掘河床泥沙已使水位变化由过去河道的水位上升而变为水位下降。这是性质不同、与海面上升方向相反的特殊的变化。

图3.19　博罗站历年水位变化

3.3.2.2　水面比降沿程波动

网河区河道采砂是不均匀的，上段、中段河道沙源丰富，沙质好，上段采砂多于下段，造成上段河槽容积增大相对多，河床下切幅度相对大；靠近口门区的下段由于河沙含泥质较多，采砂量与河槽容积增大相对少，河床下切幅度相对小。例如东江干流的博罗—石龙段河床平均下切6.48m，向下游到石龙—新塘段下切4.82m，到新塘—东江口段下切了2.4m；北江干流清远—大塘、大塘—河口、东平水道、顺德水道、李家沙水道和洪奇沥口门段分别下切了0.34m、0.84m、2.54m、4.22m、1.53m和0.99m。当洪水进入网河区后，中上段由于河床下切幅度较大使得输水输沙能力增强，洪水位较低；而近口门段由于采砂量较少，使得口门稍上河段行洪能力相对减弱。因此，河道沿程采砂的不均衡使得网河区水位普遍降低的同时，也导致水位沿程波动，出现局部河段洪水位异常壅高的现象［14，15］。如“94.6”洪水在三水站和马口站都为接近50年一遇的水位，分别进入西江、北江网河区后，在西江的天河和北江的三多下降为20年一遇的洪水水位，然后，在北江的水藤复上升到超过50年一遇，三洪奇超过100年一遇，三善滘超过200年一遇，再到口门附近的三沙口和万顷沙西降为低于20年一遇（表3.16）。同样，在西江的北街洪水位也复上升为超过50年一遇，再到口门的灯笼山站降为低于20年一遇。“98.6”洪水也有类似的水面比降波动过程。当然，近年这种水面比降沿程波动除采砂作用的影响外还有其他原因，如河身束窄，河道分流比变化，桥梁和河障增多，水闸的调洪作用等。

表3.16　珠江三角洲网河区“94.6”和“98.6”洪水位形势［14］

续表

采砂区下游河段由于河床下切，河床坡降变缓，加上潮汐影响范围的上溯，水面比降明显减小，比降集中在采砂区上游一定范围的河段内，形成一比降集中的“跌水”河段。如图3.20所示，东江干流博罗附近的“跌水”河段平均水面比降可达0.476‰，最大处近0.68‰，较之下游0.08‰增加6～8倍。这种陡比降现象是由于上、下游采砂规模强度不同造成的，其会随采砂区向上游的推进而上移，2003～2005年已向上游推进了约3.5km。“跌水”河段因水面比降陡峻，形成一急流浅滩，流速沿程变化非常明显。据2003年1月实测资料，陡比降河段H1、H7、H10、H13各测流断面的平均流速分别为0.40m/s、0.84m/s、0.97m/s和1.16m/s；但在采砂区下游约1km的H16断面，由于水面比降平缓，平均流速仅0.41m/s。

图3.20　博罗浅滩河段沿程水面线

3.3.2.3　泄洪与纳潮能力增强，咸潮上溯加剧

大规模采砂使河槽容积增大，河床过流能力增加，泄洪进潮较前顺畅。浅滩段河床对泄洪进潮阻碍较大，通常浅滩段的床沙最易挖，为采砂者的首选，故浅滩段大多为挖得较深的地段，对泄洪进潮的作用更大。

泄洪能力增强主要体现在同洪峰流量级下水位出现下降的趋势。对比分析西江高要站“94.6”、“98.6”和“05.6”洪水可知，三次洪水的洪峰流量呈上升趋势，2005年的洪峰流量分别比1994年和1998年大了6200 m3/s和2200m3/s，但洪峰水位却分别下降了0.94m和0.64m（表3.17）。出现流量增加、水位降低这种反常现象的主要原因是近年来西江受河床采砂影响，河床普遍下切，过水断面面积增大，使得河道泄洪能力增强所致。在相同的水位10m时，高要站1994年、1998年和2005年的大断面面积分别为17800m2、18600m2和19300m2，平均水深也呈逐渐增大趋势（表3.17）。北江和东江流域泄洪能力也具有同样的变化规律。1995年8月东江流域洪水时博罗站洪峰流量为6650 m3/s，洪峰水位12.28m；2005年6月洪峰流量为7840 m3/s，较1998年有所增加，但洪峰水位却只有9.81m，较1998年下降了2.47m。

表3.17　西江高要水文站洪水要素比较［46］

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潮汐动力增强主要表现为最低潮水位降低，潮差、年最大涨潮流量和涨潮历时增大。靠近口门的常年感潮河段，潮位和潮差变化较小，位于三角洲网河区上游的河段则出现明显增大的趋势。如北江三水站1998年的最低潮水位比1984年降低了0.25m，但年平均潮差从0.29m增加到0.60m，同时三水站的年最大涨潮流量也明显增大。西江马口站的最大涨潮流量则从1990年的4580 m3/s增加到2003年的5590 m3/s。东江三角洲网河区上段的石龙站的平均低潮位也有明显降低，从20世纪50年代的0.76m降至90年代的—0.06m；平均潮差则从1975年的0.22m增大至2004年的0.97m，增加了3.4倍［10］。其潮差发生较大变化的时段是在1985～1990年，潮差呈直线上升趋势，1990年后潮差变化不大。这主要是因为1985～1990年期间正是东江北干流和东莞水道采砂最强烈的时段，河槽容积迅速增加使得石龙河段的潮汐动力大大增强；1990年后虽然采砂进一步向上游推进，但由于有稳定潮水的补充，本河段潮汐呈相对稳定的状态，故其潮差和水位变化不大。石龙站的涨潮历时也具有同样变化的趋势，平均涨潮历时从20世纪70年代的4h5min增加到2002～2004年的5h12min。

河道潮汐动力增强的另一明显特征是潮流界、潮区界和咸水界向上游河段的推移。如表3.18所示，20世纪50年代，东江三角洲网河区潮区界位于企石，潮流界位于新塘、莞城、咸潮界位于石洲赤岭。60～80年代中期，由于三大水库调节作用，枯水流量增大等原因，使“三界”全面下移，分别位新塘—上屯、南洲—板樟和口门附近。与50年代相比，潮区界下移约48km，潮流界下移18～20km，咸潮界下移8～10km。80年代中期至90年代，主要受河床采砂影响，“三界”明显上溯。潮区界上移至合竹洲，潮流界至樊屋，咸潮界至紫坭和莞城。“三界”比60～80年代中期上移72km、43km和12～18km，咸潮界北干流比50年代上移约5km，东莞水道上移约15km。根据2005年10月水文测验资料，东江枯水期的潮区界已继续上溯到博罗城下的新角水闸附近。

表3.18　东江三角洲水道的潮区界、潮流界和咸潮界变化［47］

目前的情况是采砂到哪里潮汐影响就可以到哪里。2005年底，东江下游主要采砂区已经上移至博罗河段的新角水闸附近，受此影响东江枯水期的潮区界已上溯至博罗中学（水尺H8）（图3.21）。2003年1月，在博罗站流量为420 m3/s的情况下，博罗河段严鱼角（水尺H13）附近始受潮汐作用的影响，潮位过程曲线仍呈不规则的单峰型，其上游河段仍受径流动力的单一作用；至2005年10月，在相同流量的情况下，感潮河段已上移至水尺H8附近，H13的潮差也从原来的0.7m增加至1.2m，潮区界共上移了4.6km。北江干流2001年枯水期的潮区界在界牌上游10km处附近，即石角站附近，和20世纪90年代比较，潮区界上溯了36km。

图3.21　博罗河段420m3/s流量下的潮位过程

珠江三角洲网河河床下切、河口与口外浅海区深槽加深，使得珠江河口及三角洲地区的潮汐通道更加畅通，潮动力增强，有利于咸水上溯，加重了咸潮影响；同时，由于盐度水平变化产生的斜压压强梯度力与水深成正比，河槽浚深会引起梯度力增加，也会加大咸潮上溯的程度。受此影响，近年来珠江三角洲地区咸潮活动越来越频繁、持续时间增加、上溯影响范围越来越大、强度趋于严重［26，27］。1999年春，虎门水道咸水线上移到白云区的老鸦岗，沙湾水道首次越过沙湾水厂取水点，横沥水道以南则全受咸潮影响。2003～2004年枯水期咸潮活动期间，广州番禺区沙湾水厂取水点咸潮强度及持续时间更是远远超过历年同期水平，在东江北干流咸潮前锋（250mg/L）已靠近新建的浏渥洲取水口。在西江下游磨刀门河段，1992年咸潮上溯至大涌口，1995年至神湾，1998年到南镇，2001年上溯至全禄水厂，2003年更是越过全禄水厂，2004年中山市东部的大丰水厂也受到影响。2004年10月至2005年3月，咸潮持续时间超过5个月，咸潮已经越过老鸦岗，沙湾水厂含氯度最高达4220mg/L，盐度超标时间近200h，番禺区的东涌水厂、石基水厂、东乡水厂、顺德水道的广州紫坭热电有限公司以及西航道的石门水厂、西村水厂只能间歇取水，蕉门水道的蕉门水厂、后航道的白鹤洞水厂、石溪水厂以及磨刀门的全禄水厂等被迫全部停机，给珠江三角洲地区的工业生产、人民生活带来极大影响。

3.3.2.4　网河水道与口门分水分沙变化

珠江三角洲网河互相连通，分泄流量有着此消彼长的关系。西江与北江在进入网河区前首先在思贤滘汇水和分流，然后再经马口（马口站）和河口镇（三水站）分别进入西江网河区和北江网河区，然而，1993年以后北江三水站的分流比急剧增大，1996年达到最大比值25.7%（表3.19），比1992年增大12.5%［2，19］。这使得北江干流流量增大约1倍，西江干流流量则相应减少。三水一侧河床被挖深了2.5～5.2m，而马口一侧河床被挖深了1.2～1.7m，北江河床采砂深度比西江的大是重要原因。沙随水移，北江的分流比增大，分沙比亦增大。1993年前，三水站多年平均输沙量占两江来沙的比例变化不大，为10%～11.2%，1993年后分沙比开始增大，1993～1995年为17.9%，1996～1997年进一步增大为20.2%。输沙量从1990年的880万t增大到1620万t，后者为前者的1.84倍［21］。网河区中腹部一些分水分沙河段由于不同分汊水道不均匀采砂，导致过水面积对比的变化，从而改变分水分沙形势。西江干流天河附近的东海水道（容桂水道）与西海水道（西江干流）两分汊，东海水道入口处河床采砂量和断面增加面积比西海水道大。容桂水道1977～1996年平均过水断面增加35%，而西江干流天河—潮莲洲河段1977～1997年平均过水断面才增加21.5%。因此，近年西江经东海水道向东分水量有所增加，分流比也从20世纪70年代的42.7%增至90年代的48.2%。

表3.19　马口站、三水站分流比的变化［2］

网河区顶部水沙分配的变化必然引起珠江三角洲八大口门分水分沙的调整。由表3.20可知，东四口门分流比由20世纪60～70年代的61.4%减至80年代的53.4%，其中以洪奇门变化最为显著；相应西四口门的分流比有所增加，从38.6%增至46.6%，以磨刀门增加较多。进入20世纪90年代之后，东四口门的分水分沙又大幅度上升，其中分流比与80年代相比增加10.1%，分沙比增加9.1%，而西四口门分流、分沙比则相应减少。口门分水分沙出现如此重大变化的最根本的原因是，人工采砂改变了思贤滘北滘口和西滘口两端相邻河段原有的北江高、西江低的河床地形，导致西江水过滘入北江的分流量剧增，从而造成东四口门分流比与分沙比的增大。

表3.20　珠江八大口门水沙分配的变化［16］

东江三角洲顶点北干流与南干流（东莞水道）的分流比也具有类似的变化趋势［4］。在20世纪60～80年代，其流量分配规律为北干流大于东莞水道，当石龙流量约为500 m3/s时两水道分流比为0.55∶0.45。近20多年来，河床采砂使北干流河床过水断面面积从1976年的851 m2增加到2003年的1022m2，增大约20%，东莞水道则从688m2增加到1846m2，增大约168%。河道过水断面的巨大变化，直接影响南、北水道的流量分配规律，使两水道的分流形势逆转。目前，当石龙流量约为500m3/s时，北干流与东莞水道的分流比约为0.43∶0.57。