西北江三角洲年内水沙特征及其影响因素.pdf

:/.:/第 卷 第 期 人民珠江 年 月 收稿日期:作者简介:张泳华()女硕士助理工程师主要从事水文与水资源分析研究 :.张泳华陆永球.西北江三角洲年内水沙特征及其影响因素.人民珠江():.西北江三角洲年内水沙特征及其影响因素张泳华陆永球(广东省水文局佛山水文分局广东 佛山)摘要:对西北江三角洲马口站和三水站近 各月实测水文资料进行年内水沙特征分析研究表明马口站和三水站各月径流量、输沙量和含沙量表现均为明显的“单峰型”水沙集中在汛期的 月 西北江三角洲水沙在年内集中度高集中度有减少趋势集中期基本集中在 月初略有延后 西北江三角洲水沙年际变化趋势主要受控于汛期变化并受非汛期一定的调节影响 径流在年际间随降水有一致的变化趋势但年内水沙集中度受水利工工程影响较大 河道采砂通过改变分流分沙比影响水沙分布关键词:年内水沙特征集中期与集中度法 检验法西北江三角洲中图分类号:文献标识码:文章编号:().珠江是中国第二大河流 由东江、西江、北江以及三角洲各条河流组成 西江和北江在思贤滘处交集后又分流形成水文情势复杂的河网区西北江下游控制站分别是马口站和三水站 由西北江三角洲和东江三角洲组成的珠江三角洲是中国经济持续快速发展的三大增长极之一 由于独特的地理条件和迅速的城市发展西北江三角洲水沙情势年际间与过去相比已发生不同程度的突变 而水沙在年内分配不均亦有一定变化规律 通过西北江三角洲水沙近 实测资料着眼于年内水沙特征人民珠江 年第 期研究采用集中度和集中期法、检验法等多种水文分析方法对马口站和三水站月径流量序列和月输沙量序列进行变异分析为西北江三角洲的年内防洪调度、水资源利用和航道整治等提供科学的决策依据 研究方法.集中度和集中期法借鉴年内分配的向量法定义水文序列年内集中度和集中期能有效表征年内水文序列非均匀性分配特点 本文将此方法应用于水沙年内特征分析集中度可以反映水沙在年内的集中程度其大小为年内各月径流量或输沙量按月分解为水平和垂直 个向量力后其各分量叠加得到的矢量和占全年的百分比 集中期是全年径流量或输沙量中的重心所出现的时间可量化为 个方向向量合成的矢量方向以 个月分量和的比值正切角度表示 各月份代表和包含角度值见表 集中度越大表示水沙越集中集中度越小则水沙越分散集中期表示的角度值则可推算出年中最大径流量或输沙量出现的日期表 各月份包含范围和代表角度单位:()月份代表角度包含范围 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月.检验法 检验法现广泛应用于水文序列趋势和突变研究中 值是此方法中用于表征水文序列突变和趋势特征的标准化检验统计值计算方法见式()():()()()若 若 若 若 ()若 ()式中 序列年份 所对应的水文气象值 序列年份 所对应的水文气象值 序列长度 第 个数对应的捆绑值 序列随时间的变化趋势统计值当 大于说明水文序列随着时间呈增长趋势当 小于 表示序列呈减小趋势 取显著水平为.当 的绝对值大于.说明水文序列通过的双边显著检验 另外在 检验法中可以得到顺逆时间累积得到的两个统计值曲线当 个统计值曲线相交说明水文序列在两曲线相关对应的年份存在趋势转变的突变点即为突变年份 西北江三角洲水沙特征.年内水沙特征分析 年西江下游马口站年均径流量为 年均悬移质输沙量(以下简称输沙量)为 而北江下游三水站年均径流量为 年均输沙量为 马口站和三水站的多年平均含沙量分别为.、./根据图 所示马口站和三水站的年内径流量和输沙量都集中在汛期 个月(每年 月)个站点汛期的径流量分别占全年.和.输沙量分别占全年的.和人民珠江 年第 期.马口站和三水站多年各月径流量和输沙量表现均为较明显的“单峰型”不论是马口站还是三水站两站点的径流量从非汛期 月到翌年 月径流量较稳定进入汛期 月明显增加在夏季 月达到最大流量后逐步减少在 月重新达到稳定与径流量和输沙量的规律相似年内含沙量曲线呈“单峰型”个站点均呈先增加而后波动减少的规律 月含沙量最小而 月含沙量最大图 西北江三角洲水沙年内月变化(:马口站:三水站)、月的径流量和输沙量均是两站全年占比最大的 个月将 个月相加与全年进行相关性分析发现 月的马口站输沙量、三水站径流量和输沙量与全年的相关系数分别为.、.和.均超过.相关性高 月的马口站径流量与全年相关系数只有.前后延长 个月 月径流量与全年相关系数提高为.亦超过.因此选取 月作为马口站径流量特征月 月为马口站输沙量、三水站径流量和输沙量特征月从表 和图 可知两站点年径流量年际间的变化趋势与汛期、特征月一致汛期与全年相关系数均超过了.三者的离散系数 也相近 而两站点年输沙量年际间的变化趋势亦与汛期、特征月一致相关系数接近于 三者的离散系数也相近输沙量的相关性大于径流量这与输沙量在年中的集中度高于径流量有关 马口站径流量变化率均为每年减少.而三水站则是每年增加.马口站输沙量变化率均为每年减少 而三水站则是每年减少.表 西北江三角洲水沙不同时段多年统计特征时段径流量多年平均/马口站三水站径流量 马口站三水站径流量变化率/()马口站三水站全年.汛期.特征月.时段输沙量多年平均/马口站三水站输沙量 马口站三水站输沙量变化率/()马口站三水站全年.汛期.特征月.)径流量 )输沙量图 西北江三角洲水沙年际(:马口站:三水站)人民珠江 年第 期.年内集中程度分析根据集中期和集中度等多种统计方法的计算方法分别计算马口站和三水站各年径流量和输沙量的集中期和集中度得出西北江三角洲水沙集中情况年内分配特征在表 中马口站和三水站径流量和输沙量的集中度均大于.说明西北江三角洲水沙在年内分配集中程度较高 马口站和三水站的径流量集中度相近分别为.和.输沙量的集中度高于径流量分别达到.和.输沙量年内分布比径流量更集中 但输沙量的集中度变化趋势与径流量不同两站径流量的集中度 均为负值有减少趋势其中三水站程度达到显著(.)而三水站输沙量集中度减少趋势远小于径流量 只有.同时马口站输沙量集中度呈不明显增加趋势说明西北江三角洲水沙集中度变化趋势是不一致的从图 可以看出马口站的径流量集中期范围为.对应时间范围为 月到 月初输沙量集中期为.时间范围为 月中旬到 月中旬而三水站的流量集中期范围为.时间范围为 月底到 月初输沙量集中期为.时间范围为 月中旬到 月中旬 结合表 马口站和三水站径流量年内分配较为相似多年平均集中期为 月 日和 月 日变化率均为每年减少约.即每年延后约.马口站输沙量集中期为 月 日时间与径流量集中期一致而三水站输沙量则为 月 日比径流量集中期早 但延后的速度要大于径流量每年延后约.两站点的径流量和输沙量集中期序列的 值不高集中期相对稳定但均为负值整体上存在不显著的减少趋势与线性拟合趋势一致 马口站径流量和输沙量集中度的突变年份分别为、年三水站输沙量集中度突变年份晚于马口站为 年这与水利枢纽工程建成运行有关西北江三角洲水沙在年内均有明显的集中分布集中程度在减缓集中期在 月初略有延后但不明显表 西北江三角洲水沙年内集中程度统计特征站点类型集中度平均值突变年份集中期平均值/()对应时间年均变化/()马口站径流量.月上旬.输沙量.月上旬.三水站径流量.月上旬.输沙量.月下旬.注:表示通过显著水平为.的显著性检验)径流量 )输沙量图 西北江三角洲水沙集中期人民珠江 年第 期.年内突变检验分析对马口站和三水站各月份径流量、输沙量和含沙量进行 突变检验分析 由表、图 可知马口站径流量汛期各月均是不显著的减少趋势非汛期除了 月其余各月均是增长趋势即全年占比较大的汛期径流量在减少而非汛期在增加使各月径流量差距在减少全年集中程度减缓与前文一致 而三水站径流量全年各月份均是增长趋势其中非汛期 个月均达到显著程度即全年各月径流量均有增长但非汛期的增长势头强于汛期导致全年集中度减少集中度减少的趋势亦达到显著程度在输沙量方面马口站与三水站各月变化趋势较为相近汛期各月均是减少趋势马口站的减少趋势要明显于三水站而在非汛期三水站各月均是增长趋势而马口站除了、月其他 个月保持减少趋势非汛期各月的变化趋势程度基本弱于汛期各月马口站输沙量集中度呈不明显增长趋势而三水站呈不明显减少趋势 年内集中度变化趋势与汛期和非汛期均有关马口站全年径流量、输沙量和含沙量在年际间的趋势均为减少趋势其中输沙量和含沙量趋势达到显著程度而且在汛期的下降趋势均比非汛期更明显 三水站的全年输沙量和年均含沙量虽呈显著的减少趋势但径流量呈显著的增长趋势 三水站汛期径流量呈不显著增长趋势叠加了非汛期呈显著的增长趋势全年径流量达到显著增长与各月份分析一致 两站点水沙全年的变化趋势和突变年份与汛期、特征月保持一致 三水站水沙突变年份晚于马口站输沙量突变年份比径流量晚根据两水文站径流量和输沙量的趋势变化可知西北江三角洲水沙年际变化趋势主要受控于汛期变化并受非汛期一定的调节影响表 西北江三角洲水沙趋势分析统计特征站点类型全年全年突变年份汛期汛期突变年份非汛期非汛期突变年份特征月特征月突变年份马口站径流量.输沙量.含沙量.三水站径流量.输沙量.含沙量.注:表示通过显著水平为.的显著性检验图 西北江三角洲 值(:马口站:三水站)水沙影响因素分析.自然因素.降水降水在流域汇集成河是所有气象要素中对径流影响最大的要素 珠江流域地处亚热带季风气候区年降水总量近 集中于每年 月 降水的年内分布不均直接导致了径流集中于汛期马口站和三水站每年 月径流量亦占全年近 西江流域和北江流域年降水量在年际间分别呈不显著的减少趋势和增加趋势 径流随降水有一致的变化趋势马口站和三水站径流量在年际间亦分别是减少和增加的趋势 但径流量年内集中度不止受控于降水以北江流域为例流域降水集中度、集中期均主要表现为上升但不显著但马口站径流量年内集中度呈明显减少趋势 三水站水沙年内集中度亦呈减少趋势即西北江三角洲水沙年人民珠江 年第 期内集中度受其他因素影响.海平面上升根据 年中国海平面公报年中国沿海海平面上升速率为每年.高于同时段全球平均水平 年珠江口沿海海平面达到 年以来第二高位海平面较常年高约 预计未来 广东沿海海平面将上升 海平面上升海水顶托会使得西北江下游水位壅高 马口站与同一河道的下游甘竹站实测水位相比从 年开始已出现甘竹站水位高于马口站的情况且这情况在近年来有加剧频繁的趋势 壅高的下游水位影响了水流的流动规律亦加剧了含沙量减小趋势.人类活动.水利工程西北江三角洲水沙受西江流域、北江流域和西北江三角洲水利工程的影响此区域的水利工程主要功能为防洪排涝 西江流域防洪排涝体系由上游的龙滩水库和大藤峡水库等水库以及除涝工程联合形成北江流域防洪排涝体系则是湾头水库和乐昌峡水库以及其他水库和除涝工程联合运用在西北江三角洲由北江飞来峡水利枢纽潖江滞洪区西北江中上游的龙滩、大藤峡水利枢纽等联合形成防洪工程体系 龙滩水电站 年底全部投产建成大藤峡水利枢纽工程 年正式开工全部工程于 年建设完毕湾头水利枢纽工程 年顺利完工并投入使用乐昌峡水利枢纽 年主体工程完工 年水库下闸蓄水 除大藤峡水利枢纽工程未建成使用影响西北江的水利工程大多在 年前后完工与西北江三角洲水沙集中度突变年份相当 年前后马口站和三水站径流量集中度多年平均值分别为.和.分别减少为.和.汛期径流量占全年比重分别从.和.减少为.和.两站输沙量集中度多年平均值分别为.和.年后分别减少为.和.汛期输沙量占全年比重分别减少为.和.径流量受大型水库的调节影响比输沙量更深远水利工程特别是大型水库的建成对西北江三角洲径流量有直接影响汛期蓄水非汛期调节放水在时间和空间上可以重新分配径流使径流量年内集中度减少各月间差异减少 水库只要是通过建设和运行阶段的环境变化对输沙量产生间接影响 珠江流域内水库拦洪蓄水时流速减少拦沙但水库下泄时无法通过冲刷河床补给河道输沙量.河道采砂 世纪 年代珠江三角洲开始出现大规模、不均衡的河道采砂活动 大规模的河道采砂除了直接使河道中含沙量下降还会造成河床下切河道水位下降加剧河道冲刷会改变原来的河床形态、水流流态和河汊及三角洲网河区水道的分流比在 年代中期至 年代末采砂高峰期中三水站附近采砂规模比马口断面更大时间更早使得三水站河道下切更严重断面增幅更大 年后河床下切幅度有所减小对马口站分流分沙比进行比较见表 可知在 年马口分流比和分沙比在全年、汛期、非汛期均有明显下降但在 年后相对稳定 而马口站径流量和输沙量三水站的径流量亦在 年代发生显著突变可见与这时段内河网区大规模无序采沙活动密切相关表 西北江三角洲马口站分流分沙比值 年份分流比全年汛期非汛期分沙比全年汛期非汛期.人民珠江 年第 期.其他人类活动除了水利工程拦截调蓄和河道采砂的影响城市化进程的土地硬化和水土保持恢复也对西北江三角洲水沙演变有一定影响中国繁荣的经济发展伴随着城市化推进城市化进程不可避免带来土地利用的变化 根据第七次全国人口普查公报 年中国城镇人口约.亿城镇化率达到.比 年增加超 很多自然生态的疏松泥地和植物覆盖的原始土地逐步被坚硬密实、干燥不透水的硬化地面覆盖钢筋混凝土的覆盖一方面固化了原地水土另一方面也减少了雨水冲刷地面流入河流的泥沙 水流在硬化的地面也加快了流速影响降水汇流入河的机制 世纪 年代以来随着各项水土保持政策和治理措施逐步明确水土保持工作的有序开展珠江流域水土保持恢复工作取得了显著成效 根据珠江流域片水土保持公报 年珠江流域片水土流失面积为.万 占流域片土地总面积的.比 年流域片水土流失面积减少了.万 减幅.与 年相较减少.水土流失治理成效逐年显著对河流输沙量的减少有明显的作用 结论)西江下游马口站年均径流量为 年均悬移质输沙量(以下简称输沙量)为 而北江下游三水站年均径流量为 年均输沙量为 马口站和三水站的多年平均含沙量分别为.、./马口站和三水站多年各月径流量、输沙量和含沙量表现均为明显的“单峰型”两站点水沙年际间的变化与汛期、特征月一致)西北江三角洲水沙在年内分配集中程度高马口站和三水站径流量和输沙量的集中度均大于.集中程度在减缓集中期在 月上旬略有延后但不明显)根据两水文站径流量和输沙量的趋势变化可知西北江三角洲水沙年际变化趋势主要受控于汛期变化并受非汛期一定的调节影响)西北江三角洲径流随降水有一致的变化趋势但年内集中度受水利工程影响较大河道采砂通过改变西北江三角洲分流分沙比影响河网区水沙分布海平面上升等自然因素和土地硬化、水土保持恢复等人类活动也对西北江三角洲水沙演变有一定影响参考文献:潘文卿李子奈.三大增长极对中国内陆地区经济的外溢性影响研究.经济研究():.倪培桐闻平刘剑宇.珠江三角洲水沙年际变化趋势分析.人民珠江():.谢平唐亚松陈广才等.西北江三角洲水文泥沙序列变异分析:以马口站和三水站为例.泥沙研究():.刘贤赵李嘉竹宿庆等.基于集中度与集中期的径流年内分配研究.地理科学():.邓汗青罗勇.近 年珠江流域降水时空特征分析.气象科学():.苏恒徐宗学李鹏等.年西江流域降水特性分析.水力发电学报():.刘占明魏兴琥陈子燊等.广东北江流域降水集中度和集中期的时空变化特征.南水北调与水利科技():.刘霞.广东省流域重点水库建设规划 .广东水利水电():.沈鸿金王永勇.珠江泥沙主要来源及时空变化初步分析.人民珠江():.蔡华阳杨清书.西北江网河来水来沙及分水分沙变化特征.热带地理():.杨二静胡涛.西北江三角洲河道水力几何形态对水沙异变的响应研究.水电能源科学():.陈文贵.珠江流域水土保持工作的回顾与展望.人民珠江():.(责任编辑:李燕珊)