（环境科学专业论文）珠江网河主要水道人类活动引起的床沙变化研究.pdf

a b s t r a c t w i t ht h ea c c e l e r a t i o no ft h eu r b a n i z a t i o np r o c e s s ，h u m a na c t i v i t i e sh a v eb e c o m e m o r ea n dm o r ef r e q u e n ti nt h ep e a r lr i v e rd e l t a a n dt h e yh a v em o r ea n dm o r e e x q u i s i t ei n f l u e n c eo nt h ep e a r lr i v e rd e l t a ，e s p e c i a l l yg r a v e l l i n g ，i th a sa f f e c t e dt h e b e dl o a dc h a r a c t e r i s t i ca c u t e l yb e s i d e st h ed y n a m i c a la n dt h eb o u n d a r yc o n d i t i o n s t h ec h a n g ea n di t st r e n dr e s u l t e df r o mg r a v e l l i n gi nt h em a i nc h a n n e lo fw e s tr i v e r a n dn o r t hr i v e rd e l t ar e l a t et os e a r o u t sr e c t i f i c a t i o n ，g r a v e l l i n g se f f e c t ，t h er a t i o n a l u t i l i z a t i o na n de x p l o i t a t i o no fp e a r lr i v e rd e l t a t h i ss t u d yp r o v i d e st h ev a l u a b l e r e f e r e n c et oc h a n n e lr e c t i f i c a t i o n ，f l o o da n ds u d d e nt i d ec o n t r o l ，b r i n ei n b r e a ka n dt h e p r o t e c t i o no fe c o l o g y t h i sp a p e rt a k e sa d v a n t a g eo ft h ev i e w p o i n to fs e d i m e n t o l o g ya n a l y t i cd y n a m i c g e o m o r p h o l o g y ，t h er i v e r b e de v o l u t i o n ，t h ee s t u a r yd y n a m i c sa n df l u n i v i a ld y n a m i c s y n t h e t i c a l l y b a s e do nt h es e d i m e n tg a t h e r i n gi n2 0 0 0a n d2 0 0 4a n dt h eh i s t o r i c a l d a t ao f1 9 7 7o r1 9 7 9 ，a n a l y z ec o n t r a s t i v e l yt h ec h a n g eo ft h es e d i m e n t s c o m p o n e n t s a n dd i s t r i b u t i n ga f t e rg r a v e l l i n g a n dt h i sp a p e ra p p l i e sm c l a r e n sa n dg a o c o l l i n s g r a i ns i z et r e n d sa n a l y s i sa n dm p e j u r p sn e wt r i a n g u l a rd i a g r a mt or e v e a lt h e s e d i m e n t a r ye n v i r o n m e n ta n ds e d i m e n t a r yt r a n s p o r tt r e n dp a t t e r s t h er e s u l t si n d i c a t et h a tt h es e d i m e n t sa r es t i l l t h i n n i n gi nt h em a i nc h a n n e lo f t h ep e a r lr i v e rd e l t ae x c e p tl i a n s h a r o n gc h a n n e la n dt h ec h a n n e lf r o mg a n z h u x it o h u t i a o m e no ft h ew e s tr i v e rn e t w o r k t h et h i n n i n gr a t i oi s2 0 5 8 i nt h el o w e r r e a c h e so ft h en o r t hr i v e r ( f r o mq i n g y u a nt oh e k o u ) a n dt h ew e s t r i v e r ( f r o m g a n z h u x it oh u t i a o m e 曲t h ec o n t e n to fs a n d st h a ta r ec o a r s e rt h a nc o a s e - m e d i u n s a n d si n c r e a s e s ，b u tf i n es a n d sc o n t e n ta n dt h et h i n n e rt h a nt h o s er e l a t i v e l yd e c r e a s e s a f t e rg r a v e l l i n g t h et r a n s p o f tt r e n dp a t t e r so fs e d i m e n t si nt h em a i nc h a n n e lo ft h ep e a r lr i v e r d e l t ac h a n g ei nt h ei n f l u e n c eo fh u m a na c t i v i t i e s t h et r a n s p o r tt r e n do fs e d i m e n t sb y t h ea c t i o no f1 1 1 1 1 0 f fo rt i d a lf l o wi nt h es m o o t ha n ds t r a i g h tr e a c h e si sl o w e rr e a c h e so r u p p e rr e a c h e s i ti so p p o s i t ew h e nt h ec h a n n e lt o p o g r a p h yi ss p e c i a l t h et r a n s p o r t t r e n do fs e d i m e n ti s c o m p l e xi nt h eb r a n c h e sa n dr i f f l ea r e a s i nag e n e r a lw a y , s e d i m e n t so fb r a n c h e sa n dr i f f l ea r e a sa r et r a n s p o r t e dt od e e pr i v e r b e d ，a n dt h o s eo f r i v e r - r o u ta r et r a n s p o r t e dt oi t sr i f f l ea r e ai nt h ei n f l u e n c eo fc h a n n e lr e c t i f i c a t i o na n d t h ew a v er e s u l t e df r o ms h i p p i n g t h et r a n s p o r tt r e n do fs e d i m e n t so u to ft h ee s t u a r y u o fh u t i a o m e ni sn o r t h w e s t t h e r ea r em a i n l yf o u rk i n d so fs e d i m e n t a r ye n v i r o n m e n ti nt h em a i nc h a n n e lo f t h ep e a r lr i v e rd e l t an e t w o r k ：( 1 ) t h es e d i m e n t a r y - e n v i r o n m e n to ft h eu p p e rr e a c h e s t h a ta c t e db yr i v e rf l o w ( 2 ) t h es e d i m e n t a r ye n v i r o n m e n to fe r o s i o nr e a c h e sn e a r e s t u a r y ( 3 ) t h es e d i m e n t a r ye n v i r o n m e n to fd e e pr i v e r b e di nt h et i d ew a yo fe s t u a r y r e a c h e sa n dt h er e a c h e sn e a ri t ( 4 ) t h es e d i m e n t a r ye n v i r o n m e n to ft h ee s t u a r y r e a c h e sa c t e db yt i d e t h e s ek i n d so fs e d i m e n t a r ye n v i r o n m e n tr e f l e c tt h ee f f e c to f g r a v e l l i n ga tac e r t a i ne x t e n ta n dp r o v i d er e f e r e n c e st or a t i o n a lg r a v e l l i n g k e y w o r d s ：h u m a n a c t i v i t i e s ；g r a i ns i z ep a r a m e t e r ；t h i n n i n g ：s e d i m e n t a r y e n v i r o n m e n t ；g r a i ns i z et r e n da n a l y s i s ；t h ep e a r lr i v e rd e l t an e t w o r k 1 1 1 第1 章绪论 1 1 河流自然概况 1 1 1 珠江网河水系的组成 珠江是由西江、北江、东江、溪流河、潭江及其流域诸小河组成，并由这些 河流汇聚于珠江口大古海湾发育形成的复合三角洲，其河网密布，水道纵横。西、 北江从思贤浯以下东江从石龙以下即进入珠江三角洲网河区。网河水道由基本南 北向的纵向水道和大致东西向的横向水道交错成网状。纵向水道有8 条，自东向 西分别为：珠江干流一虎门水道、蕉门水道、北江干流一顺德水道一李家沙水道一 洪奇沥水道、西江干流一磨刀门水道、鸡啼门水道、虎跳门水道、潭江一崖门水道。 横向水道为纵向水道的连结水道，如思贤浯、潭洲水道、平洲水道、江门水道、 容桂水道、沙湾水道及上横沥和下横沥等( 图1 1 ) 。 1 _ 西江水系 西江是珠江水系的干流，发源于云南省曲靖市的马雄山，流经云南、贵州、 广西与广东，是我国南方最大的河流。西江干流经广西梧州市向东流至界首大源 涌口进入广东省境，至三水区思贤浯折向东南与北江相通后流入珠江三角洲网河 区。主流经磨刀门水道至企人石注入南海，全长2 2 1 4 k m 。干流水道从思贤沼西 活口至磨刀门长约1 3 9 公里，习惯上将网河的思贤洛西洛口至百顷头长约8 5 公里 河段称西江干流水道，百顷头至磨刀门河口约5 4 公里河段称磨刀门水道。 西江干流水道是西江的行洪主水道，沿程分汉众多。在新会市天河向左分出 容桂水道，容桂水道又向右分出小榄水道、鸡鸭水道、洪奇沥水道，分别由横门、 洪奇门出海。干流白天河流至江门市北街向右分出江门水道，流向银州湖，由崖 门出海。至百顷头分为两汉，左汉为主流，称磨刀门水道，由磨刀门出海，右汉 为支流，称虎跳门水道，由虎跳门出海。 2 北江水系 北江为珠江流域的第二大水系，发源于江西省信丰县石碣大茅山。干流全长 4 6 8 k m ，流域面积4 6 7 1 0 k m 2 ，占珠江流域面积的1 0 3 。干流上游称浈水，至广 东省韶关市与支流武水汇合后始称北江，自此以下为中游，出清远市飞来峡白庙 后为下游，至思贤沼与西江相通后入注珠江三角洲。北江干流水道由思贤活北淄 口起至洪奇沥水道至洪奇门入伶仃洋，共长1 1 4 公里，习惯将北江干流水道分为 四段1 ) 思贤浯北洛口至紫洞河段通常称为北江干流，也为东平水道上段；( 2 ) 顺 德水道段；( 3 ) 李家沙水道段；( 4 ) 洪奇沥水道段。 北江干流水道是北江的行洪主水道，沿程分汉众多，有些河汉有分有合，组 成北江网河。北江干流水道向左分汉的主要有西南涌、东平水道中下段、沙湾水 道。北江干流水道向右分出南沙涌、顺德支流等，南沙涌在大岸流回北江干流水 道，顺德支流与甘竹溪沟通后汇入容桂水道。 1 1 2 地质地貌条件 距今2 万年前后，随着全球气候的逐渐转暖引起海平面上升，珠江河口区各 河道的全面冲刷下切趋缓，河口湾珠江向三角洲演变。至1 7 世纪，以八个口门 入海的复合三角洲的格局基本形成。晚更新世以来，三角洲平原基底一直在沉 降，近期沉降速率为0 5 9 0 8 8 m m a ；周边地区在抬升，抬升速率约为1 0 3 1 8 r n m a 0 1 。这导致珠江三角洲平原的东、西、北三面为山丘围绕。三角洲由冲 积平原和积水洼地等构成。河口区的沉积作用导致珠江三角洲逐渐形成和向海推 进，三角洲分流河道逐步演变为典型的河流地貌。西江和北江正是在响应上述地 质背景和地貌特征的情况下在三角洲区域形成了各具特色的多河道体系。 1 西江下游( 肇庆虎跳门) 地质地貌条件 西江肇庆至思贤浯，除肇庆峡为低山峡谷外，两岸基本上属低山间的河岸冲 积平原和集水洼地，沿岸有零星残丘或台地。思贤沼以下进入三角洲平原网河区， 沿岸以高平原和集水地为主，间有丘陵和台地沿河分布。但东西两侧地貌截然不 同，谣缘为基岩山地且有低山间的高平原沿河分布，东侧为三角洲平原。虎跳门 水道西侧为高平原，东侧为低平原，近口门段为丘陵夹持，并有少许残丘分布其 问。 西江下游西缘高明以北主要为晚古生代的石英砂岩、灰岩、白云质灰岩，金 利附近为中生代侏罗纪海陆交互相的砾岩、页岩及凝灰岩。高明以南主要为中生 代燕山三期的花岗岩。西缘山体岩石多沿走向伸入三角洲构成基底，与三角洲平 原上的残丘相连接。 2 莲沙容水道地质地貌条件 莲沙容水道位于珠江三角洲的中部沉积区，两岸为广阔的三角洲平原。地貌 以平原上突起的许多岛丘为特色，地势西北高，东南低，成陆年代较新，网河十 分发育。该水道两岸以高平原、低平原和集水地三种地貌类型为主，并有零星残 丘分布其间。高平原位于西、北江三角洲的中部和北部，包括容桂水道火烧头至 板沙尾的河段两岸，是年代较老围垦较早的平原。沙湾水道和浮莲岗水道两岸主 要是以粘土和淤泥为底质的低平原。 莲沙容水道沿岸的基底地质，主要是砂石和砂砾岩，局部为花岗岩、粉砂岩。 下伏地层主要是白垩系下第三系的红色岩系，震旦系变质岩、燕山期花岗岩。 2 3 北江下游( 清远大尾角) 地质地貌条件 泥盆纪至侏罗纪，该地区接受了一定厚度的海相碳酸盐及陆相碎屑和含煤沉 积，在中生代，形成清远翁地边缘分布的花岗岩侵入体，地壳出现明显的正负分 异运动，进而形成“红岩盆地”。新第三纪初期，通过相邻盆地分水岭的河流劫 夺切穿各个峡谷，将各盆地孤立的水域贯穿起来，形成今日北江水系的雏形。在 地壳升降过程中河流下切与堆积作用相巨交替，在北江河谷先后形成三级河流阶 地，在此基础卜，形成发育了现在清远以下由细砂、粉砂及粘土组成的，地势自 北向南倾斜的北江冲积平原。 1 2 研究范围、研究目的和意义 1 2 1 研究的范围 根据资料的搜集情况和水道状况，本论文的研究范围见图l 一1 ：包括北江 下游的清远至河口和整个东平水道共约1 4 8 k m 河段，西江下游肇庆至虎跳门约 1 6 8 k m 河段，珠江三角洲莲沙容水道( 包括浮莲岗水道、沙湾水道、李家沙水道 及容桂水道) 约9 0 k m ，总计约4 0 6 k m 的三角洲河段。 1 2 2 研究目的和意义 本文所研究的珠江网河主要水道在三角洲经济和社会发展及航运中发挥着 重要作用：北江下游( 清远河口) 河道是赣、湘、桂货物水路运输进入珠江 三角洲地区的主要水路交通要道，上行可至韶关、湖南、江西、云南，下接广东 黄金水道一东平水道，可达珠江三角洲各个地区。东平水道( 河口大尾角) 是 珠江三角洲网河区内由广州通往西江干流的距离最短的黄金水道。西江下游( 肇 庆虎跳门) 河段是贯穿珠江三角洲经济发达地区的河网地带。西江既是直接连 通“两广”的水上交通要道和辐射连结大西南地区的纽带，又是通往湛江、汕头 地区和海南、福建等省的捷径。对开展江海联运，发展与港澳和东南、东北亚地 区的贸易与交流，具有非常有利的条件。莲沙容水道位于珠江三角洲网河区腹地， 地处西、北江三角洲的中部，是连接两大运输干线西江和广州出海航道的主 干河道。该河段河流纵横交错，水路四通八达，贯穿珠三角经济腹地，是沟通西、 北江的又一黄金水道。 河流中河床物质的组成和性质反映了河道水流的动力状况，反之，不同的床 沙组成对水流结构也有一定影响，床沙随河流动力的季节变化和历史变化而改 变。相对而言，自然状况下的珠江三角洲河道是比较稳定的。床沙的历史变化比 较缓慢，床沙的季节变化周而复始。但大规模的人类活动，尤其是八十年代中期 后的采沙，在短期内极大的改变了河槽形态，进而改变水流结构。河床动力、形 态及床沙会在几年内做出新的调整反应。一般地，采沙或航道整治后的河段水流 顺畅，河流深泓水流流速预期会加大，水流挟沙力将呈指数级增加，河床刷深， 河道断面不同部位的床沙组成都将作出相应调整。挖沙或整治后的河道及沿河道 上下水流结构也会产生纵、横向改变，床沙会被冲刷、搬运和在新的场所经历又 一次再沉积过程。这些变化最终都将被调整后的河床底质所记录。因此，为了掌 握和分析人类活动对河床动力、形态和沉积的影响，进行珠江网河主要水道人类 活动引起的床沙变化研究是非常必要的。 图1 一l 研究范围在珠江三角洲中的位置 4 目前关于人类活动引起的床沙变化研究很少，国内外此类研究成果都少见； 另外，国际上对于推移质的研究也比较欠缺，进展较为缓慢，开展此项研究可以 填补国内外关于采沙引起床沙变化研究的空白及推移质研究的欠缺。 珠江网河主要水道人类活动引起的床沙变化及其趋势研究是人与环境关系 的其中一个重要方面，随着社会迅速发展，人类活动引起的珠江网河床沙变化愈 来愈大，已经到了必须给予高度关注的时候了，它关系到珠江三角洲航道整治的 方向、河床采沙的影响效应和航道资源的丌发利用等，对珠江三角洲河道治理、 防洪、防暴潮和咸水入侵、生态环境保护都有重要的参考价值。因此对珠江网河 主要水道人类活动引起的床沙变化进行研究，可以为三角洲的航道整治、合理采 沙等提供科学依据，减少因人类活动带来的不良影响，使这三条河道为珠江三角 洲的发展发挥更大的作用。 1 3 研究动态 国内外关于河口和河流区河道人类活动引起床沙变化的研究成果很少，但对 于沉积物的研究却比较深入，下面就沉积物的研究对国内外及本区的研究现状进 行概述： 1 3 1 国外研究现状 早在1 9 1 4 年，j a u d d e n ( 1 9 1 4 ) 就认识到粒度与碎屑沉积物的搬运营力、 搬运距离有关，碎屑沉积物的粒度组成受沉积时的水动力条件的控制，他最早研 究不同环境沉积物的粒度分布特征，力图找出粒度组成与环境的关系。j i b 鲁欣( 1 9 5 8 ) 。3 认为沉积相是沉积物特征及其生成环境的总和，综合地考虑了水 动力、泥沙和地貌三方面因素；g m f r i e n d m a n ( 1 9 6 1 、1 9 6 7 ) “”利用粒度统计 参数作出各种粒度离散图来区分河流和海( 湖) 滩沉积，取得良好效果。与此同 时，r p a s s e g a ( 1 9 6 4 ) “1 提出c ( 最大粒径) m ( 平均粒径) 图解，它在分析沉 积作用、区分浊流和牵引流方面取得了成功。此外，b k s a h u ( 1 9 6 4 ) 提出应用 多参数作判别分析，j e k l o v e n ( 1 9 6 6 ) 对粒度资料进行了因子分析用来判另u 环 境。v i s h e r ( 1 9 6 9 ) 对1 5 0 0 多个样品进行粒度分析和在正态概率纸上作图后， 得出了沉积物搬运方式与粒度分布之间的关系，为沉积物的运动与泥沙的粒径之 间的关系提供了一种简便的方法；众多国外学者对于粒度参数的计算与定义给出 了他们自己的观点：根据不同现代沉积环境中沉积物粒度参数的比较，确定鉴别 沉积环境的判别参数，并“将今论古”，分析研究古代沉积环境( f o l k ，1 9 5 7 ， 1 9 6 6 ) i s 9 3 。 随着水力学和沉积学的不断深入，不同环境的不同水动力条件和搬运方式， 以及它们所形成的粒度特征的大量资料的积累，使得粒度分布成为反映原始沉积 状况和沉积物输移过程的环境标志。m c l a r e n 和b o w e ls ( 1 9 8 5 ) “”。发展了一维 沉积物粒径趋势模型，用来判别沉积物的净搬运方向。 在河道采沙引起的床沙变化研究方面，g m a t h i a sk o n d o l f ( 1 9 9 4 ) ”用沉 积物的预算分析来研究采沙对现用航道的影响，他对沉积物的预算分析注重于河 道的来沙量、输沙量以及床沙的开采量，这种预算分析是通过用计算机模型简化 沉积物输移的自然过程来实现；m i c h e ld e s p r e z ( 2 0 0 0 ) “3 1 通过在离采沙点不同距 离处布点取样，并对这些样品进行粒度测定，来研究英吉利海峡东部法国海岸的 迪拜近区因采沙引起的河床形态变化，结果得出由于采沙主要采沙质砾砂，使得 河床床沙组成趋向同质，主要由细砂和卵石组成，其中细砂占多数，最后河床呈 现出由大的砾石和卵石分隔成的小沟。 1 3 2 国内研究现状 在中国，关于沉积物的研究最为著名的是高抒和c o l l i n s 等( 1 9 9 2 ) “”啪1 他们在m c l a r e n 模型的基础上建立的一种称为“粒径趋势分析”( g r a i ns i z e t r e n da n a l y s i s ) 的方法，用这种找出粒度特征与沉积物输移格局之间的关系， 建立沉积物输移趋势的二维数学模型，并用以反映沉积物输移格局。 上述诸多的理论成果和研究方法大大推动了中国对于沉积物的研究。孙顺才 ( 1 9 8 1 ) ”以历史的观点研究了长江三角洲全新世的沉积特征；蔡爱智( 1 9 8 2 ) “”采用传统的动力地貌学观点，研究了长江入海泥沙的扩散问题；杨世伦( 1 9 9 4 ) ”3 1 对长江口表层沉积物的粒度参数进行统计研究，结果表明不同的沉积环境下， 沉积物的粒度参数相差较大，总体表现为水下环境的沉积物粗于潮滩，口内河道 的粗于口外海滨，并从沉积动力学角度做了较为合理的解释；朱鉴远( 1 9 9 9 ) ”4 1 就长江上游涪陵一万县以上地区床沙粒径沿程变化和垂直变化以及床沙从主槽 到边滩上的变化进行了分析，分析表明；床沙粒径沿程具有细化趋势，原因是推 移质运动过程中的沿程分选、淤积和磨损的综合作用，在垂向上具有表层粗于下 层的现象，这是由水流对床面浅层床沙作剪切运动时，产生同剪切力方向垂直向 上的离散力造成的，另外，由于河床主槽冲刷强烈，边滩常有淤积，使得主槽床 沙粗于边滩，文章最后还得出在搞地河流卵砾石推移质输沙不平衡沿程递减；贾 海林、刘苍字( 2 0 0 0 ) o ，陈祥峰、贾海林、刘苍字( 2 0 0 0 ) 。”等采用对应分析 法，研究了长江口北支和连云港南部近岸带的沉积物粒度特征及其沉积环境；杨 欧、刘苍字( 2 0 0 2 ) 。”，程鹏、高抒( 2 0 0 0 ) ”，汪亚平、高抒、贾建军( 2 0 0 0 ) ”，石学法等( 2 0 0 2 ) o ，杨雪舞、王文介( 1 9 9 4 ) 。“，陈子粲( 1 9 8 4 ) ”，王 爱军、汪亚平( 2 0 0 4 ) 等分别运用m c l a r e n 模型和g a o c o l l i n s 粒径趋势分析 6 模型，对长江口北支，北黄海西部海底沉积物，胶州湾及临近海域，粤东拓林湾 进行研究，获得了该区域沉积物粒径趋势的矢量分布和搬运趋势，取得了很好的 效果。 在国内对于河道采沙引起的床沙变化研究很少，多数都是就采沙引起的河床 变形进行论证。如毛野( 2 0 0 0 ) “对河道采沙从流态变化和对河床的影响进行了 分析，分析表明：采沙使河床局部变形，打破了水沙运动的平衡，采沙坑对水流 的作用类似于跌坎，相应的横向次生流和平面流场也被迫调整，水流流态变化引 起溯源冲刷，进而导致河床全面调整，影响河床稳定；江海洋、卢祥兴( 2 0 0 2 ) 。“】等根据钱塘江富春江富阳河段近1 0 年的采砂情况和近3 0 年的河道实测资料分 析大规模无序采砂对河床形态及河势稳定的影响。 1 3 3 本区研究现状 从上个世纪七十年末代开始，中山大学河口海岸研究所就开始对珠江三角洲 的沉积物进行研究。李春初、王鸿寿等( 1 9 7 9 ) ”“对西江下游( 梧州至磨刀门) 河床床沙进行了研究，做了粒度分析，总结了床沙的组成分布特点和沿程运动规 律；陈志永、李春初等( 1 9 7 9 ) ”“从西江下游( 梧州至磨刀门) 不同河段的概率 曲线来分析其河床沙的特征；罗宪林、杨清书等( 2 0 0 2 ) ”对西、北江三角洲网 河区的床沙做了系统深入的研究，分析了床沙的组成分布和来源，讨论了床沙的 季节与历史变化特征及床沙的运动特征，并且论述了采沙对河床演变的影响；郑 兆勇( 2 0 0 3 ) ”对东江三角洲网河床沙特征及人类活动( 主要是采沙) 造成的细 化问题进行了研究。梁娟( 2 0 0 4 ) ”通过对磨刀门河口表层沉积物的粒度特征的 研究，结合水流动力作用，来分析磨刀门河口泥沙运移趋势及动力沉积环境特征。 1 4 研究的方法及资料搜集 1 4 1 主要研究方法 在收集大量相关资料的基础上，研究方法理论上采取沉积学、河流动力学、 泥沙运动力学和河床演变学相结合的方法，实践中采取现场调查和室内实验计算 相结合的方法，分析上采取宏观( 空间分布) 与微观( 个样粒度特征) 相结合的 方法。 主要方法包括： 沉积学：利用筛析法、沉析法、综合法和激光粒度仪对床沙的粒度特征进行 测量和计算，研究床沙粒度组成、河床底质类型及床沙粒度特征沿河道纵、横方 向的分布规律，并依计算结果作图，研究泥沙的运动特征和规律。 动力学：包括河流动力学、河口动力学和泥沙运动力学等，依此来分析研究 7 区域在采沙前后水动力与泥沙运动的变化情况。 数学方法及模型：利用m c l a r e n 和g a o - - c o l l i n s 的泥沙粒径趋势分析模型 研究人类活动影响下床沙的输移趋势和搬运方向的变化；根据m p e j u r p 的新三 角图式对珠江网河主要水道沉积动力环境进行研究。 河床演变学：对研究区河道挖沙前后的河床形态、水下地形变迁和冲淤演变 规律进行分析。 1 4 2 资料搜集情况 沉积物样品资料：2 0 0 0 年2 月和7 月、2 0 0 4 年9 月采集的西江下游( 肇庆 虎跳门) 、北江下游( 清远河口) 及莲沙容洪、枯季床沙底质样品，每次采集 约3 8 0 个样品，共约1 1 4 0 个样品，三次采样点位置相同；1 9 9 8 年洪、枯季1 0 0 0 多个样品中所包含的研究区河床沙样品；另外还有1 9 7 7 年和1 9 7 9 年西、北江 历史河床沙粒径资料和1 9 8 2 年东平水道床沙历史资料。 水文资料：收集多个水位站月均与年均潮汐统计资料、径流量和含沙量资料； 高要、马口、三水站的多年洪水位资料。 河道地形资料：1 9 5 2 年、1 9 6 2 年的全套l ：5 0 0 0 河道地形图，二十世纪七 十年代、八十年和九十年代三套部分河道地形图。 8 第2 章珠江网河主要水道动力特征 2 1 径流特征 2 1 1 西江下游( 肇庆虎跳门) 径流概况 珠江流域出海径流总量多年平均为3 2 6 1 2 亿m 3 ，西江思贤浯以上多年平均 径流量为2 3 0 0 7 亿m 3 ，约占全流域径流总量的7 0 ，水量充沛，虎跳门水道西 炮台的多年平均径流量为2 0 2 1 亿r r l 3 ，占八大口门总径流量的6 3 。 据多年统计资料，西江肇庆至思贤浯多年平均流量为7 1 5 2 m 。s ，进入三角洲 网河区后，由于支流汇入和汉道分流，各河段流量差异较大，马【_ 】站多年平均流 量为7 4 9 0 m 3 s ，经天河分汉后减至4 2 7 0 m 3 s ，至百顷头再次分流，右汊虎跳门水 道百顷头入口处多年平均流量为2 5 2 0 m 3 s ，占马口站流量的3 3 6 。由于虎跳门 水道分汉较多，沿程汉道有：石板沙涌、石板沙水道、睦洲水道、劳劳溪、荷麻 溪等，经以上各汉道分流后，最后经虎跳门下游水道的流量约为百顷头分汉后的 1 8 。睦洲水道建闸后，睦洲水道分流比减小，从而增加了荷麻溪横坑虎跳 门下游水道分流比，相应地虎跳门下游水道分流量加大，约为百顷头分汉后的 2 0 。 受流域降水条件地制约，径流量的年内分配及不平衡，即季节变化显著。以 马口站为例，汛期4 9 月流量占全年的7 7 8 ，枯季流量仅占2 2 2 ，表2 一l 为 各月多年平均流量分配情况。 表2 - 1 马口站径流量年内分配表 弋 l23456 7 89 1 01 1 1 2全年 径流比( ) 2 52 53 37 51 1 21 6 11 7 01 6 49 65 84 83 31 0 0 流量( m 3 s )2 2 5 02 2 5 0 2 9 6 06 7 4 01 0 1 0 01 4 5 0 01 5 3 0 01 4 7 0 08 6 3 05 2 1 0 4 3 1 0 3 0 0 0 7 4 9 0 注：资料来源于广东省航道勘测设计科研所，两江下游肇庆虎跳门航道整治工程初步设计报告，1 9 9 5 西江洪水的特点是峰高、量大、历时长，洪水过程线呈多峰或宽大的单峰形 式，一次洪水历时一般为3 4 天。西江洪水多发于5 g 月，略迟于北江洪水期。 思贤滔以上洪水完全由西江流域暴雨形成，集中于6 8 月，占8 6 ，以7 月出 现次数最多，思贤沼以下受西、北江共同调节，集中于5 - - 8 月，占9 3 ，以6 月出现最多。西江马口站多年平均最大洪峰流量为2 7 4 0 0 m 3 s ，马口站以下至横坑 的最高水位为上游洪水与河口潮水顶托而产生，横坑以下最高水位主要受风暴潮 影响。高要、马口洪水特征值见表2 2 。 表2 - 2 高要、马口站洪水特征值表( 资料来源同表2 1 ) 火 设计洪峰流量m 3 s ) 实测最大实测最高 流量( m 3 s )水位( m ) 1 2 3 高要 5 2 5 0 04 9 2 0 04 5 4 0 04 9 2 0 01 3 5 6 马口 4 8 9 0 0 4 6 0 0 04 1 9 0 0 4 7 0 0 0 1 0 0 1 西江枯水期一般为1 0 月至次年4 月，最枯月一般为每年的1 月或2 月，马 口站月平均流量仅2 0 0 0 m a s 左右。枯季因受潮流和径流双向控制，流量随潮汐 作用而呈周期变化，潮区界移至肇庆以上，天河以下基本为双向流。 话江流域面积大，干流的径流年际变化在珠江各干、支流中最小，其变差系 数为0 1 8 ，如马口站的多年平均流量为7 4 9 0 m 3 s ，1 9 7 3 年丰水年的平均流量为 1 0 0 0 0 m 3 s ，1 9 6 3 年枯水年的年平均流量为3 8 4 0 m 3 s 。 2 1 2 莲沙容水道径流概况 莲沙容水道位于珠江三角洲网河区，连通东四门及西江。据多年统计资料， 西江马口站多年平均流量为7 4 9 0 m 。s ，北江三水站多年平均流量为1 2 4 0 m 3 s ，容 桂水道分流量约占马口站4 2 ，经小榄水道及鸡鸦水道两次分流和顺德支流汇入 后，流量减小大约一半。容桂水道李家沙段是莲沙容水道流量最小的河段，其流 量约为2 0 0 m 3 s ，沙湾水道入口处平均流量约为8 7 0 m 3 s ，经紫坭和市桥水道先后 汇入及蕉门、溜岗水道两次分流后，至下游段年均流量约为5 5 0 m 3 s ，浮莲岗水 道以涨落潮往复流为主，径流量所占比重较小，山朝比为o 2 5 左右，径流仅占 2 0 。 由于莲沙容水道特殊的地理位置，其径流年际变化受西、北江径流的影响。 西江流域面积比北江大，其径流年际变化小于北江，且于流年际变化小于支流。 西、北江径流经思贤滔调节后，三角洲内出海径流的年际变化进一步减小，相应 的莲沙容水道的年际变化也减小。 2 1 3 北江下游( 清远大尾角) 径流概况 北江多年平均径流大约是西江年均径流的六分之一，北江三水站年均径流量 约为3 9 5 亿m 3 ，占珠江三角洲入海河川总径流量的1 2 1 ，西江马口站的年均径 流量约为2 3 8 0 亿m 3 ，占7 3 。北江水系的洪水来源主要由降水造成，但飞来峡 水库建成后，北江径流特别是汛期来临时间受其影响较大，汛期一般在4 8 月， 较西江早。北江支流常受干流洪水顶托，马房等站同时还受到西江水的顶托，三 l o 水站有时会受【j 门潮汐风暴的综合影响，直接受降雨影响较小。各主要水位站历 年流量特征值见表23 。 由表2 3 可以看出，清远至河口段三个水位站中，以石角站径流量最大， 多年平均径流量横石站为石角站的8 1 7 ，三水站多年平均径流量为石角站的 9 5 ；时流量差异更大，横石站瞬时最大流量为最小流量的1 8 0 倍，石角站为11 6 倍，三水站为3 4 8 倍。 流量分配不均，年内和年间流量的变化差异较大。各年汛期的径流量约占全 年总量的7 0 以上，除枯水年外，4 6 月的月平均流量一般都在1 0 0 0 m 3 s 以上。 横石站丰水年的年径流总量是枯水年径流总量的4 7 3 倍，石角站为4 4 4 倍，三 水站为6 5 3 倍。横石站、石角站多年平均年内径流量分配情况见表2 4 。 表2 3 横石、石角、三水站历年流量特征值 项目巡塑 横石石角三水 年径 多年平均3 3 3 0 14 0 7 5 6 3 8 71 流量历年最人5 9 6 07 2 1 7 6 1 9 3 ( 亿m 3 ) 历年最小 1 2 6 11 6 2 79 4 7 变幅 4 7 24 4 36 5 3 年均 多年平均1 0 5 5 11 3 0 0 61 2 2 32 流量 历年最大 1 8 9 02 2 9 01 9 6 0 ( m 3 s )历年最小4 0 05 1 63 0 0 年最 多年平均9 2 7 8 29 6 5 7 8 6 大流量历年最大1 8 0 0 01 5 2 0 01 2 1 0 0 ( m 3 s )历年最小2 6 6 02 7 4 01 8 1 0 年最多年平均 1 8 9 6 2 2 2 1 小流量 历年最大 3 3 64 0 6 ( m 3 s ) 历年最小 1 0 0 1 3 1 注：资料来源于广东省航道勘测设计科研所，北江下游清远河口航道整治工程初步设计报告，1 9 9 5 表2 4 横石站、石角站多年平均年内径流量分配表( 资料来源同表2 3 ) 测站贡旷硷 1 34 67 - 9l o - 1 2 月平均流量( m 3 s ) 6 0 3 02 2 1 1 71 0 2 5 54 5 8 4 横石 径流占年总量百分比( )1 3 9 95 1 3 32 4 0 31 0 6 4 月平均流量7 0 3 62 6 8 8 71 3 5 5 75 7 0 。7 石角 径流占年总量百分比( )1 3 25 0 62 5 5 21 0 7 4 月平均流量( m 3 i s ) 1 6 8 72 0 0 7 32 3 9 3 33 8 6 3 三水 径流占年总量百分比( ) 3 4 4 0 54 8 378 据多年统计结果，丰水年水位变幅最大，枯水年水位变幅最小。二者的倍比 是：横石站为3 0 8 ，清远站为2 5 9 ，石角站为2 6 9 ，三水站为2 9 9 。而且历年 来，最高水位的变幅较大：横石站为8 7 m ，清远站为5 6 m ，石角站为6 2 6 m ， 三水站为6 9 3 m 。历年最低水位变幅较稳定：横石站为1 0 1 m ，清远站为1 1 6 m 石角站为0 8 7 m 。 2 2 潮汐动力特征 珠江三角洲海洋潮汐相对较弱，但对网河区水文、泥沙影响较大。正如径流 作为河流动力的代表一样，潮汐( 包括潮流) 可作为海洋动力的象征。海岸地貌 学上用平均潮差的大小来衡量海岸和河口的类型时，珠江河口因平均潮差小于 2 o m ，而归属于弱潮河口。 珠江河口的潮汐属不正规半日混合潮型，在一太阳同内两涨两落，出现两次 高潮且均不相等，各潮潮差、大小和历时也不一样。此外，还有一年以上的长周 期的变化。潮位升降与潮流进退颇有规律、周而复始。河口区的潮汐运动受上游 来水、地形及及边界条件等制约或影响，则变得比较复杂。网河区几乎全年受潮 汐入侵的影响，洪汛时期因大量径流f 压缘故，使网河区顶部河道潮汐影响变得 十分轻微甚至消失，但口门附近仍受潮汐影响，从网河区总体而言，洪水期是径 强潮弱。但枯水期径流锐减，潮汐动力得以加强并控制网河区，呈现潮强径弱局 面。研究表明：河川径流与海洋潮汐在网河区具有互相对立、互为依存、此消彼 长的特点。 2 2 1 西江下游( 肇庆虎跳门) 潮汐动力特征 西江下游( 肇庆虎跳门) 日潮不等现象明显月内有朔望大潮和上下弦小潮， 一年中夏潮高于冬潮，最高最低潮位虎跳门水道出现在秋分和春分前后。由于洪 季西江径流强度远远大于潮汐强度，北街以上的最高潮位基本为洪峰水位。该河 段潮差较小，随着潮流动力沿口门向内河衰减，潮差逐渐减小。涨落潮历时比值 不大，落潮平均历时大于涨潮平均历时，涨潮平均历时枯季大于洪季，落潮相反。 距口门越远，落潮历时越长，涨潮历时越短。西江下游洪季部分时期不受潮汐影 响，而部分小潮被演化吞噬，平均历时规律不明显。下游各站潮位、潮差及历时 见表2 5 。 西江下游洪季径流强，潮流弱，潮流影响的范围小。但枯季潮流可上溯至思 贤浯以上，最上可达肇庆。据多年统计分析表明：平均每年实测期内潮流界共有 3 0 5 0 天上溯至马口以上，涨潮时最大瞬时流量可达4 0 0 0 m 3 s 以上，与同期落 潮流量相当，枯季潮流对西江下游上段( 肇庆马口) 段影响还较大。虎跳门水 道多年平均涨落潮量分别为5 7 亿i n 3 、2 5 0 亿m 3 ，实测枯季大潮时，涨潮最大流 速大于落潮最大流速，涨落潮量受卜游径流年内分配的影响较大。西江下游潮区 界、潮流界与上游马口流量有关，当马 _ j 站枯水流量为2 5 0 0 m 3 s 时，潮区界在 鸡笼洲梧州附近，潮流界在肇庆以上，成水界在灯笼山、挂定角、西炮台带； 当马口洪水流量为2 0 0 0 0 m 3 s 时，潮区界在江fj 、外海一带，潮流界移至灯笼山、 西炮台，咸水界推移至石栏洲、三虎以南；当马口洪水流量大于2 5 0 0 0 m 1 s 时， 潮流界推至外海。 表2 5 两江r 游各站潮汐统计表( 资料来源同表2 1 ) 、 站名高要马口甘竹大河北街 横山 西炮台 潮汐要争、 潮 古 最高1 2 5 19 1 1 6 0 4 5 4 54 3 8 2 3 02 ，0 9 同 位潮平均1 1 7o 9 6 1 0 8 1 0 30 8 9 o 5 9 o 5 3 ( 1 7 1 )低最低 一o 2 4 0 4 5 0 6 10 6 3o 7 2- 1 1 811 9 潮 平均 0 9 90 7 8o 7 10 6 50 4 5一o 3 6o 6 5 涨最大0 7 9 1 0 71 3 41 5 72 0 22 3 52 4 9 潮潮 最小 0 0 1o 0 1o 0 10 0 10 0 1o 0 50 1 3 平均 0 2 00 2 60 3 8o 3 80 4 4o 9 5