劉秋海　吴超羽

　　改革開放的近20年珠江三角洲網河經歷了前所未有的變化。大量圍墾和港口、航道工程、大規模採砂等人類活動出現在河口三角洲，使河流入海水沙發生了趨勢性變化，加劇了河口-近岸地貌的演變。近年來，國際與國内研究者注意到一定空間尺度地貌過程的演進與一定的時間尺度聯繫［1-2］，同時IGBP與LOICZ都提出了發展10-100年尺度的預測理論與模型的任務。因此，掌握近幾十年來珠江三角洲網河在全球變化過程下的水陸演變過程與變化機理，建立其水陸演變的10-100年尺度預測模型，並用以預測在自然作用與人類活動干預下今後數十年的重大環境變化與可能演變趨勢，具有重大的理論和現實意義。

　　本文采用一維水動力數值模擬方法［3-5］，以思賢滘以上約5km爲上界，各口門爲下界，對西、北江網河（不包括東江網河）進行建模和驗证，同時對20世紀50年代網河水動力特徵進行分析，爲10-100年尺度網河河床演變預測模型的建立打下堅實的基礎。

　　1　一維水動力數學模型

　　1.1　控制方程、邊界條件和模型算法

　　河網區水流控制方程用下列一維聖維南方程來描述:

　　連續性方程： 1BQx+Ht=qL

　　動力學方程： ut+uux+gHx+guuC2SR=0

　　式中，H爲斷面水位；Q爲流量；u=QS爲平均流速；S爲河道過水斷面面積；g爲重力加速度；B爲不同水位下的水面寬度；qL是旁側入流流量；R是水力半徑；CS是謝才(Chezy)系數；x、t是位置和時間座標。

　　模型的流量邊界條件爲西江高要和北江石角的流量過程；潮位邊界條件爲老鴉崗、黄埔、三沙口、萬頃沙東、萬頃沙西、横門、神灣、白蕉、西砲臺的潮位過程。

　　模型算法采用一維隱式三級河網算法。

　　1.2　地形的概化

　　根據西、北江三角洲河網區的基本情况，將河道與河道之間的交叉點概化爲節點，節點與節點之間的河道概化爲河段。爲了盡可能真實地模擬河網區的水動力特徵，盡量按照河道地形及河網結構的原貌進行概化。參考現有的地形資料情况（廣州珠江段爲1960-1970年組合地形，其餘河道爲1952年1:5000航道圖），將西、北江河網概化爲88個節點(70個内點,18個外點)，142個河段（圖1）。河段共設置斷面840個（斷面間距約1km）。

　　1.3　模型率定與驗证

　　選取19個固定水位站，對已建立的西、北江河網一維水動力模型進行水位驗证。驗证站位分别爲：馬口、白石、下圩、甘竹（1）、天河、外海、叠石、三水、下滘、紫洞、三多、小布、南華、鶯哥咀、容奇（2）、板沙尾、三善滘、百花頭、浮標廠。驗证時段分别取：（1）1956年6月2日0時-4日1時（50h），高要流量約30 000m3/s，代表洪季；（2）1956年7月28日0時-30日1時（50h），高要流量約8 000 m3/s，代表中水；（3）1956年12月2日0時-4日1時（50小時），高要流量約1 500 m3/s，代表枯季。計算時間步長1 200s。

　　驗证的結果表明：19個驗证站的計算值和實測值吻合較好，整體平均誤差基本在0.100m以内。由此可見，水位驗证的效果良好，表明數學模型中各概化斷面基本代表河道的實際情况，其選取的糙率值（0.015－0.036）能够反映現時河道的綜合水流阻力，因而可用二十世紀五十年代網河水動力特徵的分析，並可進一步建立10-100年尺度網河的河床演變模型。

　　2　水動力特徵分析

　　2.1　潮區界與潮流界

　　三角洲的河道同時受逕流和潮汐的控制。漲潮潮水從八大口門進入各河道，汛、枯期沿各河道上溯。水流受潮流和潮水位頂托影響（潮流界和潮區界）情况如表1。

　　注：表中距口門(km)值，西江指與磨刀門距離，北江指與洪奇瀝距離，珠江正干指與獅子洋距離。表中各位置與口門距離的統計，除老鴉崗、黄埔據1984年《水文年鑒》及老鴉崗-中大-黄埔距離關系計算外，其餘地點據1956年《水文年鑒》整理。

　　2.2　水位

　　珠江河口爲不規則半日潮。12.5h的水位計算結果表明：（1）上游逕流量增大時，高低水位的沿程變化率較大。6月（洪季）時，西、北江高、低水位沿程减少趨勢一致，近似爲一直綫，水位變化率爲-8.73~6.94cm/km； 7月（中水）時，西、北江高、低水位維持沿程减少趨勢，但水位變化率遠小於6月（洪季）時的值，爲-2.80~1.41cm/km；12月（枯水）時，西、北江高、低水位沿程仍然呈减少趨勢，但水位變化率較小，爲-1.17~0.71cm/km。水位沿程變化率，低水位時大於高水位時。（2）西、北江沿程高低水位變化值的大小，跟上游的逕流量、與河口的距離等因素有關。當上游逕流增大時，同一控制斷面高低水位的差值减少；西江神灣、北江萬頃沙西位於河口，其高低水位變化值均大於思賢滘的水位變化值。西、北江半天高、低水位變化值在0.04~1.99 m之間，説明西、北江水位在12.5h内變幅不大。

　　數值計算還表明：西、北江水位年變幅大，思賢滘洪枯季變幅約7-8m。西、北江航道沿程水位變化較緩，並隨季節而變，洪季時的水位梯度遠大於中水、枯水時的水位梯度。思賢滘以下的西北江流域航道呈平原河流的態勢。

　　2.3　流量及分流比

　　根據計算結果得到20世紀50年代珠江網河主要控制節點不同季節的流量、分流比和年平均分流比。落潮時：（1）三水流量遠小於馬口流量；三水平均分流比約18％，洪季大於枯季；馬口平均分流比約82％，洪季小於枯季。（2）南華流量小於天河流量；南華平均分流比約44％，洪季大於枯季；天河平均分流比約56％，洪季小於枯季。（3）百頃頭左流量大於百頃頭右流量；百頃頭左平均分流比約52％，洪季小於枯季；百頃頭右平均分流比約48％，洪季大於枯季。（4）竹洲頭左流量遠大於竹洲頭右流量；竹洲頭左平均分流比約87％，洪季大於枯季；竹洲頭右平均分流比約13％，洪季小於枯季。（5）鶯哥咀左流量遠大於鶯哥咀右流量；鶯哥咀左平均分流比約83％，洪季大於枯季；鶯哥咀右平均分流比約17％，洪季小於枯季。（6）紫洞左流量遠小於紫洞右流量；紫洞左平均分流比約27％，洪季大於枯季；紫洞右平均分流比約73％，洪季小於枯季。（7）登洲頭左流量遠大於登洲頭右流量；登洲頭左平均分流比約78％，洪季小於枯季；登洲頭右平均分流比約22％，洪季大於枯季。（8）火燒頭左流量遠大於火燒頭右流量；火燒頭左平均分流比約87％，洪季大於枯季；火燒頭右平均分流比約13％，洪季小於枯季。（9）板沙尾左流量遠小於板沙尾右流量；板沙尾左平均分流比約11％，洪季小於枯季；板沙尾右平均分流比約89％，洪季大於枯季。（10）珠江網河一級控制節點思賢滘處三水站的分流比約爲10％-22％，馬口站的分流比約爲78％-90％。思賢滘下游各水道流量受馬口、三水流量控制，各級節點分流比年變幅不大。

　　20世紀90年代與50年代相比，珠江網河各控制節點的流量與分流比有不同程度的差异［4］。一級控制節點思賢滘處三水站的分流比約爲20％-27％，平均25％，比五十年代大；馬口站的分流比約爲73％-80％，平均75％，比五十年代小。有關學者［6-7］認爲，引起這種變化的原因主要是：（1）沿北江正干、東平水道建築多處挑水、壅水壩群，引起劇烈冲刷和水位變异；（2）二十世紀九十年代初，珠江三角洲干支河道採砂興盛，北江思賢滘以下的順德水道存在高强度採砂活動。在冲刷加强和人爲採砂的共同作用下，順德水道深泓不斷冲深。因此，盡管思賢滘以上西江高要站和北江石角站的來水量保持逐年遞增，但在思賢滘處，由於西江向北江的分水不斷增加，導致三水的分流比逐年增大，馬口的分流比逐年减少。

　　計算結果還表明：西、北江流量年變幅大，洪季流量遠大於枯季流量。以馬口、三水爲例，馬口洪季流量約30 000m3/s，約爲枯季流量的18倍；三水流量約8 000m3/s，約爲枯季流量的40倍。

　　3　結論

　　（1）利用一維水動力數學模型，對珠江網河範圍的水動力進行建模和驗证。從水位驗证的結果可以看出，分佈在網河的19個固定水位站水位的計算值和實測值吻合較好，表明數學模型可用於網河水動力特徵的分析。

　　（2）珠江三角洲網河同時受到上游逕流和口門潮汐的影響。洪季時，逕流量增大，潮流作用减弱，潮區界和潮流界向口門方向下移，甚至退至口門外；枯季時，逕流量减少，潮流作用增大，潮區界和潮流界向河流上遊方向位移，可推至思賢滘以上。

　　（3）珠江河口爲不規則半日潮。12.5h内，西、北江水位變幅不大，變化值在0.04~1.99 m之間。口門處潮汐作用明顯，其高低水位變化值均大於思賢滘的水位變化值。洪季時上游逕流量增大，逕流作用增强，西、北江高、水位沿程變化率比枯季時大。

　　（4） 珠江河網區内河道縱横交錯、大小河汊星羅棋佈，各級控制節點起着主要的分水作用。一級控制節點思賢滘處三水站的分流比約爲10％-22％，平均18％；馬口站的分流比約爲78％-90％，平均82％。由於航道工程及挖沙等人爲活動的影響，至二十世紀九十年代，三水平均分流比昇至25％，馬口平均分流比降至75％，大多數控制點的分流比有不同程度的變化。10-100年尺度網河水動力、河床地貌與人類重大活動的響應關系，正是我們繼續研究的重點。

　　（致謝:

　　感謝國家基金委員會對本研究的資助。在數據處理、結果分析和論文編寫過程中，中山大學近岸海洋科學與技術研究中心的許多老師和同學給予了很大的幫助，在此一並致謝。)

　　原載：水運工程，2005，（3）：66-69.