北江干流石角斷面過(guò)流能力變化及影響因素分析

◎ 王寧 何勇 廣東省水文局清遠(yuǎn)水文分局

1.基本概況

北江是珠江第二大水系，發(fā)源于江西省信豐縣石碣大茅坑，經(jīng)大余縣進(jìn)入廣東，自東北往西南穿山越嶺，流經(jīng)南雄、始興、曲江等市（縣），至韶關(guān)市沙洲尾與支流武江匯合，始稱北江；再自北向南流經(jīng)英德、清遠(yuǎn)至三水河口，在思賢滘與西江相通，注入珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)。北江干流至三水區(qū)思賢滘全長(zhǎng)468km（廣東省境內(nèi)458km），平均坡降0.26‰，流域集雨面積46710km2，其中廣東省境內(nèi)集雨面積達(dá)42930km2，其余位于湖南、江西等省境內(nèi)。北江干流總比降平緩，洪水漲快退慢，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。上游高山峽谷眾多，集水面積超過(guò)1000km2的支流有墨江、錦江、武江、南花溪、南水、滃江、煙嶺河、連江、青蓮水、潖江、濱江、綏江、鳳崗河等13條，其中一級(jí)支流9條，按葉脈狀排列，從東西兩側(cè)匯入干流。

石角水文站設(shè)立于1924年8月，集水面積38363km2，為北江干流總控制站，對(duì)下游珠三角城市防洪等方面起著關(guān)鍵作用。該站測(cè)驗(yàn)河段順直，屬易沖淤沙質(zhì)河床，測(cè)驗(yàn)斷面為復(fù)式斷面，河寬約1060m，水位低于5m時(shí)水流歸右岸主槽，過(guò)水?dāng)嗝媸照?00～600m。受上游水利工程調(diào)節(jié)及下游潮汐頂托影響，高水期或受西江洪水頂托，水位流量關(guān)系復(fù)雜。

2.斷面過(guò)流能力變化情況

過(guò)流能力是衡量河道防洪能力的重要指標(biāo)之一，而某一特征水位下的流量變化是衡量河道過(guò)流能力的重要指標(biāo)[1-2]。通過(guò)對(duì)1994年6月、2006年7月、2013年8月、2022年6月北江發(fā)生的四場(chǎng)典型洪水（見(jiàn)表1）的水位流量關(guān)系進(jìn)行對(duì)照分析，發(fā)現(xiàn)北江干流石角斷面過(guò)流能力在近20年間發(fā)生明顯變化。

通過(guò)將“1994·06”“2006·07”“2013·08”“2022·06”四場(chǎng)典型洪水水位流量關(guān)系曲線進(jìn)行單值化處理（見(jiàn)圖1），查算不同水位級(jí)所對(duì)應(yīng)的流量，分析得出2006年、2013年、2022年過(guò)流能力明顯大于1994年，且1994～2013年呈明顯遞增趨勢(shì)，與對(duì)應(yīng)年份水位～流量關(guān)系逐漸右偏趨勢(shì)一致。2013年與2022年斷面過(guò)流能力較為接近，與該兩年斷面面積相差不大、水位流量關(guān)系曲線重合度較高情況一致。

圖1 石角斷面典型洪水水位～流量關(guān)系曲線

如果利用“1994·06”“2006·07”洪水水位～流量關(guān)系查算19500m3/s（“2022·06”洪水實(shí)測(cè)最大流量）對(duì)應(yīng)的水位，查算結(jié)果均高于實(shí)測(cè)水位12.24m（“2022·06”洪水實(shí)測(cè)最高水位）；而利用“2022·06”洪水水位～流量關(guān)系曲線查算“1994·06”“2006·07”洪水實(shí)測(cè)最大流量所對(duì)應(yīng)的水位，查算水位均遠(yuǎn)低于當(dāng)時(shí)實(shí)測(cè)水位。說(shuō)明隨著時(shí)間的先后，相同水位情況下對(duì)應(yīng)的流量增大，相同流量情況下對(duì)應(yīng)的水位降低。

3.石角斷面過(guò)流能力變化影響因素分析

3.1 斷面形態(tài)變化

石角斷面河床屬于易沖淤沙質(zhì)河床[3]，由斷面圖（見(jiàn)圖2）可以看出，1994～2013年河床下切趨勢(shì)嚴(yán)重，導(dǎo)致石角斷面河底平均高程不斷降低，各級(jí)水位所對(duì)應(yīng)斷面面積逐漸增大。2010年～2013年間斷面下切最為明顯，斷面起點(diǎn)距520m～880m范圍內(nèi)河床平均下切近7m，2013年過(guò)流面積達(dá)到最大后趨于穩(wěn)定，至2022年斷面出現(xiàn)一定程度回淤，不過(guò)變化不大。

圖2 石角斷面典型洪水年大斷面圖

分析典型洪水年與斷面下切較大年份斷面沖淤變化情況，對(duì)比起點(diǎn)距470m～1000m河底平均高程與12.00m以下斷面面積（見(jiàn)表3），其中2013年較1994年河底高程下切約8.5m，斷面面積增大70.5%；2022年較2013年河底高程回淤0.9m，斷面面積縮小3.2%。

表3 石角斷面典型年變化情況

四場(chǎng)典型洪水高水部分水位～流量關(guān)系曲線右偏趨勢(shì)與斷面下切趨勢(shì)完全一致，說(shuō)明河床下切最直接的影響是斷面過(guò)流能力增強(qiáng)，相同流量對(duì)應(yīng)的水位降低，從而影響水位～流量關(guān)系，造成了四場(chǎng)洪水高水部分水位～流量關(guān)系曲線呈右偏趨勢(shì)。

3.2 下游河段水位落差變化

石角斷面過(guò)流能力還受到洪水漲落率、下游西江洪水頂托、潮汐等影響。其下游約26k m為蘆苞斷面，四場(chǎng)典型洪水石角斷面至蘆苞斷面水位落差均不相同（見(jiàn)表4），說(shuō)明四場(chǎng)洪水漲落率、下游西江頂托和潮水頂托頂托的情況不盡相同。“2006·07”“2013·08”洪水為北江單江發(fā)洪，未受下游頂托的影響，二者洪峰落差明顯并大過(guò)另外兩場(chǎng)受西江頂托的洪水；“1994·06”及“2022·06”洪水為西、北江同時(shí)發(fā)洪，水位落差較“2006·07”“2013·08”洪水明顯偏小，其中“2022·06”洪水落差最小。

表4 石角－蘆苞水位落差變化對(duì)照（兩站洪峰水位）

該情況可以反映四場(chǎng)洪水高水部分水位～流量關(guān)系曲線的不同，但是無(wú)法反映關(guān)系曲線按照時(shí)間先后呈右偏趨勢(shì)，說(shuō)明石角站斷面變化對(duì)過(guò)流能力的影響要大于水位落差變化造成的影響。

3.3 河道水利工程影響

石角斷面過(guò)流能力同樣受到水利工程的影響，其上游約50k m處建有飛來(lái)峽水利樞紐（1999年10月建成運(yùn)行），上游約5k m處建有清遠(yuǎn)水利樞紐（2 01 2 年1 2月建成運(yùn)行）。“19 94·0 6”洪水發(fā)生時(shí)，北江基本上為天然狀態(tài)；“2006·07”洪水受飛來(lái)峽水利樞紐調(diào)度影響；“2013·08”“2022·06”洪水受飛來(lái)峽水利樞紐、清遠(yuǎn)水利樞紐調(diào)度影響。水利工程的調(diào)度改變了洪水在河道中的狀態(tài)，與天然狀態(tài)相比，洪水在水文站測(cè)驗(yàn)斷面的漲落率、洪峰水位及流量都發(fā)生變化，尤其是洪水起漲、消退期間水利樞紐控制或加大下泄流量，往往使得洪水期繩套曲線發(fā)生明顯變形，對(duì)水位～流量關(guān)系產(chǎn)生影響。

4.結(jié)論

基于石角斷面長(zhǎng)序列實(shí)測(cè)地形及水文資料，分析了石角斷面過(guò)流能力的變化及影響因素，得出如下結(jié)論：

（1）石角斷面過(guò)流能力變化受多種因素影響，其水位流量關(guān)系處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在多種影響因素中，以測(cè)驗(yàn)斷面河床下切造成的影響最為顯著，斷面下切直接增強(qiáng)了斷面的過(guò)流能力，使得相同流量所對(duì)應(yīng)的水位降低。

（2）水文站所在河段的水利工程調(diào)度、下游洪水頂托、洪水漲落率等因素對(duì)過(guò)流能力也有一定影響，但在影響程度的定量分析上還需進(jìn)一步收集相關(guān)資料。

（3）各種原因?qū)е碌暮哟沧兓怯绊憯嗝孢^(guò)流能力變化的主因，從河段水安全層面出發(fā)，建議進(jìn)一步加強(qiáng)河道管理。