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珠江河口概况及其主要水利问题
李文泰 韦舍信 陈念慈 沈灿燊
1 珠江河口(三角洲网河区)的基本情况
1.1 地理形势
珠江流域是由发源于云贵和越南民主共和国的西江,发源于湘赣的北江以及发源于赣省的东江所构成。全流域面积约共437,200平方千米,其中西江流域、北江流域、东江流域,三角洲网河区面积分别为341,400、45,940、27,400和10,109平方千米;其余为流入三角洲诸水的面积。
珠江三角洲网河区是指西北江在三水思贤滘汇流以下以及东江在东莞石龙以下的广大冲积平原,按照苏联专家隆莫伊洛夫教授对河口所下的定义,我们所指的三角洲网河区就是珠江流域的河口段,而近口段则在西江为思贤滘至德庆以上,北江芦苞附近至思贤滘,东江铁岗附近至石龙;海滨段为南海。
珠江三角洲网河区位于广东省中南部,在北纬22~23°和东经112°~114°之间,是珠江流域的最大平原和最富饶的地区,人口约有520万人。
珠江三角洲网河区,河涌密布,纵横交错,西北江水流相互沟通,相互影响,东江水流则较为独立流入伶仃洋。
本区东西北外围山地较多,南濒南海。区内除有丘陵如南海的西樵山、广州附近的白云山等散见于各处,尚有个别的山地如中山县南部的五桂山、斗门的黄杨山分布。地貌以平原为主,有少量丘陵低山分布,为本区特点之一。
本区地势一般是西北稍高,东西和南部较低(东江河口部分则自东向西平缓倾斜) 。
1.2 水系概述
西江近口段自德庆向东流135千米至思贤滘与北江沟通,但主流转向南流,由磨刀门入海,流长约150千米,另外尚分数支由横门、崖门、虎跳门、泥湾门入海并有小股水流经洪奇沥和蕉门出海。近口段内高要上下有三榕峡和羚羊峡收束河床,三榕峡宽370米,长5.5千米,最深点达70米以上,羚羊峡宽约330米,长7.5千米,最深处有80米。德庆以下有较大的支流罗定江和新兴江汇入,进入河口段以后,思贤滘以下约3千米的马口峡宽约500米,最深处约40米,在河口段还有高明河和潭江两支流汇入。
北江近口段从芦苞南流至思贤滘23千米与西江相汇,进入河口段后,经顺德水道及沙湾水道为其主流(流长92千米),部分分流至广州前航道与东江南北支流汇于狮子洋(莲花山水道)经虎门出海,另分数支由蕉门、洪奇沥出海。洪水时期由芦苞西南二涌分洪与流溪河汇经广州前航水道出虎门入于南海。
东江近口段由铁岗至石龙约28千米;河口段由石龙至狮子洋,主流为北支长约40千米,另一南支及其分流倒运海入狮子洋经虎门入海,河口段内有较大的支流增江加入。
三角洲河网河区由西、北、东三条江的河口段所构成,水流分经八门出海:自西向东为崖门、虎跳门、泥湾门、磨刀门、横门、洪奇沥、蕉门和虎门。河口成漏斗湾。
1.3 气候特性
本区属于副热带气候,没有冬季,以广州为例,见表1,一月平均温度在13.2℃,七月平均温度是28.2℃,年平均温度为22.1℃,絶对最高温度38℃,最低0℃,变幅为38℃,月平均温度在20℃以上的月份有7个月,幷且雨量充沛,年平均雨量在1800毫米左右,雨量集中在5-8月份,约占全年雨量60%(珠江流域本以4-9月为汛期,50~55年统计汛期雨量平均占全年85%,其中最集中的1955年为94.1%—9个站的平均值),在9月后期,台风盛行期间,也常有大暴雨。
本区虽然没有冬季,但隔几年偶尔会有一、两次大寒潮南侵,三角洲一带地区亦可降到0℃以下。如1955年1月12日的大寒潮,广州市中山大学最低气温为-0.7℃,最低地面温度竟达-6℃,广州东郊石牌农场气温为-1.5℃,中山县沙蓢最低温也在-1.5℃。1957年1月的大寒流,广州最低气温也在0℃以下,广州及其附近的小河内边缘结成2-3mm厚的冰块,普遍发生霜冻。这对遍植热带和副热带农作物的本区,是一个极大威胁。
本区所发生的霜冻是平流辐射霜冻。霜冻一来,气候骤然急降,寒潮来临前气温在20℃以上,寒潮一来,48小时内气温可降到0℃附近,温差可达20℃以上,骤暖骤寒,植物便会加速凋萎。
本区雨量充沛,但雨量变率极大,不论年度变率和季节变率都很大,大旱年、大涝年也常常发生。见表2。且常雨不适时,又多暴雨,神湾的最高日暴雨量为446.2毫米,历时11小时44分钟,而最大暴雨强度达每小时135毫米(1955年5月10日)。1926年7月19日香港24小时雨量记録有达534.0毫米的,1955年台山县一次台风过境(1955年7月12日降雨730.4mm),暴雨形成急流,伴以强风,使表土流失,农作物损失极大。
还有一点,就是年内降雨季节分配不均且不适时,当最需水插秧时3、4月和水稻吐穗扬花的9、10月的雨量较少。以广州为例,9、10两月多年平均雨量仅为53.4毫米,3、4月仅为144.4毫米,而蒸发量(指蒸发器内)竟达154.3和142.4毫米,超过了同时期的雨量,为三角洲带来旱患。
本区雨的类型:春季多气旋雨和锋面雨,夏秋之间多热雷雨,秋季则多台风雨,至秋季锋面过境时,因锋面移动迅速,降雨历时短、雨量较少,而冬季则在高压控制,1500米以上高空常有一较稳定层存在,固降雨之机会稀少。
此外,台风也是本区一个很大的威胁,台风发源于菲律宾以东洋面和中国南海两处,以在菲律宾以东洋面发生的台风侵袭的机会较多。根据中山大学研究,50年来侵袭广东的台风,在本区发生约占62.2%,多通过Bacco-mamila间袭粤,(约占63%),这一线可说出侵粤台风的危险线。台风在广东登陆,以海南岛——雷州半岛,珠江三角洲一带及韩江三角洲附近三处居多,按1884-1941和1946-1949香港的记録来研究,侵袭珠江口及其附近的台风达74次,6月到11月都有出现,以7-9月的次数最多(约占全部的1/3)。
台风来时,带来极大风力和暴雨,1951年9月2日台风在本区附近海面发生12级大风,风速达30m/s,按照香港天文台的观测成果换算,风压达5500kg/㎡,十分巨大;一般风速也在26m/s左右,进入三角洲内部风力仍达八级上下,如果防御不好,则禾稻倒伏、果树摧折、船复屋毁、堤塌浪涌、城乡均受破坏,损失很大。
台风来袭时,以东偏北的强风次数最多,东风次之,东偏南风又次之,而西风及北风较少。
1.4 地质和地形
珠江三角洲及其附近地区,属于华南古地块一部分,中生代以前,已被剥蚀得相当平坦,中生代后期,剧烈造山运动使古地块受到褶曲运动和火山活动,花岗岩侵入,掀起成高山。白垩纪以后,向斜谷大部分被红色岩系所填充,此后,经过不断侵蚀,第三纪-第四纪时间,海平面数度升降,红色岩系以及一些花岗岩的丘陵再次被削平,成为今日的残丘。第四纪以后,河流侵蚀较盛,加以近期地殻上升的结果,原来的浅海湾和谷底,盖上了一层冲积物,造成了今日东、西、北三江下游的广大平原。
本区的地质构造和岩层的分布较简单,除了广阔的近代冲积层以外,以红色岩系及花岗岩分布最广,寒武纪前的变质结晶岩及古生代以至侏罗纪的页岩、、硅岩、石英岩等均有零星露头。结晶片麻岩见于中山平庙的五桂山,顺德禺南一带以石炭纪水口系的石英砂岩分布较广。红色岩系的分布则遍见于全区,广州附近,又见小坪系露头出现,这些地层,被削得相当低平,或成为基岩,只有小部分露头。
本区地势除西北部有较高的山岭外,在平原上散见100m以下的丘陵。它们大部分是由第三纪的红色岩系,及石炭纪的石英砂岩所造成。其分布散乱无章,可能由于未经强大横压力,只受挠曲或重力断层作用。另一方面,本区普遍存在多级的侵蚀面,如浪蚀阶地、岸坡、海穴之类地形。
本区北部丘陵散落,冲积平原和丘陵犬牙交错,靠北部外缘有花岗岩形成较高的山岭——莲花山和罗浮山脉等。在三角洲内也见有200-400米的花岗岩丘陵,为西樵山和广州附近的白云山等等,这种多丘地形为其他三角洲所少见。在本区南部顺德——沙湾以南,为广阔平原,有些沙田区地面高程甚至低于河面,全靠堤围保护,南北两种景观截然不同。
中大师生最近曾到东莞,博罗一带考察,发现数处有介殻近代化石层,表明本区在不久以前,海水面曾几度发生升降运动。
在本区地层中发现了下列几种地层:
(1)三水 60m卵石层,40m、20m侵蚀面,8m、15m和22m三级岩成阶地。
(2)广州 60 m、40 m和20m侵蚀面 <5m海穴
(3)博罗 15-20m介殻层
(4)东莞 40m和20m台地 10-15m介殻层
(5)中山 40m、20和15m台地,10-15m海边岸坡,5-10m海蚀平台、海穴。
诸如此类的证据很多,不再一一列举。深入三角洲北部的花县联珠和西部高要七星岩,皆有近代洞穴和堆积。
由上证明:第四纪以来,海水面在本区至少曾经分别到达过60、40、20、15、10和5米的高度。
珠江三角洲究竟在什么时候开始形成?这虽然不能严格刻画各个时代的界限,但可由下列事实,得到一个梗概:
(1)顺德板泥层,深度30-30.6m,见有腐木,可见堆积时代不久。
(2)南海,东莞,顺德,中山,高要皆产蚝殻,分布遍于整个三角洲,有些地区(如中山涌头)浅丘谷地,仍见蚝殻层。
其它如番禺大洲,有龙船挖出;12年前中山石岐开井,有铁锚出土。
由此可见,三角洲露出水面,仅仅是千百年来之事,我们从古籍中找到下列资料:
(1)汉末(1600年前)广州外围的冲积地,仍处在水面之下(见元丰九域记)
(2)宋朝海防设在三水,可见该处当时仍是海防要地。三水段的北江大堤,在明朝时开始修筑,当时海水达到欧边(见广东通志)
(3)顺德建制于明景泰三年(1452)距今不过504年,查该县清咸丰县志图载,境内由30余个沙岛组成,当时容奇桂州仍分离不相连。
(4)宋景炎三年(678年前)顺德以南和中山北部仍是汪洋(广东通志)。
(5)根据清木刻板香山县志图载,当时中山北部仅有横档、大小黄圃、港口铺和海心沙等十余个沙岛露出水面。横门——浮圩一线以东,仍处在波涛中。
由上述历史记载可见下列事实:唐朝以前,三角洲大部分尚未露出水面;元明之间,顺德一带已有许多沙洲;清初,三角洲北部已全成陆地,中部成漫流状态期,中山一带,开始形成沙洲;目前,三角洲南部正在漫流状态期中,沙洲已向更南的漏斗湾进攻。
从历史上考证,道光十三年(1882年)到1953年,万顷沙伸延了81.5千米,其伸长率每年为110米。由实地调查可知,在最近25年内,万顷沙确实向海方伸长2800米,平均数字与上述相差无几,世界上其它著名三角洲,如尼罗河每年伸长24m,波河13m,密西西比河104m,皆不及珠江三角洲。
再补充一点,珠江河口成一漏斗湾形状,而三角洲仍在继续发育过程中。从华南的里亚式海岸及沿海小岛浪蚀遗迹来看,古海岸线在上升,但是否为大降小升,这是专门问题,留待以后专家重新考证。
1.5 水文特征
1.5.1由于珠江流域水量充沛,流域面积虽较黄河为小,但产生的径流总量及洪峰流量都大于黄河,仅次于长江而成为全国水量第二的大河。
可以知道珠江流域的年平均总径流量达3,516×108公方,流量甚为充沛,其径流模数亦较大。
这两年的年平均含沙量在梧州为0.406 kg/m3,在清远为0.143 kg/m3,比黄河、永定河和长江等河流都小,说明含沙量不是珠江流域的严重问题。
1.5.4 潮汐现象
广东潮汐现象与中国南海的潮汐有密切的关系,南海的潮汐受两种潮波的影响,一为由东北经台湾岛与吕宋岛间的水道而来的潮波,一为由东南经菲律宾岛与西里伯岛间的水道而来的潮波。此外,还受季候风和台风的影响,故广东沿岸的潮汐现象颇为复杂,特别是珠江三角洲网河区所受的影响更为复杂。
珠江三角洲网河区的潮水是河中的淡水受海潮的顶托,每日随着海潮的涨落,有规律地往返于珠江口中,但潮水感应的范围,则随着季节的不同和河水流量的不同而异。枯水期潮水的影响东可到惠阳县的铁岗,西可达西江的梧州德庆,北可扺北江芦苞以上;中水期可到三水和东江石龙;根据1955年的资料,洪水期潮水影响范围则仅及于西江的天河、江门和南华至莺哥咀一带,北江的三善滘和板沙尾,以及东江的大盛附近。由于有些年份干流的枯水流量小,珠江口外的咸潮可上涌侵入广州地区。例如1955年春旱,咸潮由虎门直侵广州,使广州的食水也带有10%以上的盐分,濒海的沙田早造禾也不能依时插秧。夏季西、北、东江带来大量洪水扺御咸潮上涌,使濒海的沙田在晚造可得到大量淡水的灌溉而获得丰收。但西、北、东江的洪水位抬高也可使沿江堤围受到很大的威胁。旱年洪水不大,则珠江口一带沙田的晚造生产,也受到咸潮威胁,轻则减产,重则失收。三角洲网河区上下游对水位的要求存在矛盾。
珠江三角洲的水文复杂情况还在于:西、北、东江洪水涨水时间先后不同,淡水经过纵横交错、相互沟通的河汊,流向8个河口才能出海,每日的涨潮或大或小、或先或后,潮水分别从8个河口灌入各干支流,顶托淡水滞留于三角洲内,潮退时河中淡水随着咸潮向外排泄。这种来自多种途径、作用方向相反的水力相互消长,造成了混乱而复杂的水文现象。要搞好珠江三角洲网河区的防洪、排水、灌溉和航运等事业,必须彻底研究清楚这种特别混乱而又复杂的水文现象。
珠江三角洲网河区的一些潮汐现象:
(1)近口门的河段或受洪水影响微弱的地方,日潮不等现象各月均有发生,且过程大致是相应的。但由于影响因素复杂,同一月的最高潮位或最低潮位可能不在同一日出现,例如,西江口的神湾、洪奇沥口的万顷沙西和广州前航道口的黄埔都有这种情况。
(2)在春秋分期间以上下弦附近、夏冬至期间则以朔望附近发生的日潮不等现象,潮差往往是最小甚至接近零,也有成为日潮的;最大潮差多发生于朔望前1日至后4日。
(3)假潮现象
1)气象假潮:以气压台风影响最为显着,例如干雾水文站(在虎跳门与泥湾门之间的一个测站,现已撤销)在实际观测过程中曾发现若未来1~3天内有较大台风吹袭时,则可觉察到水面在无风的情况下会有极短暂(2~5分钟)而幅度在10厘米以上之起伏。
2)天体分转分潮:当日潮不等潮差极小时,往往在一个太阳日可出现几次高低潮,这些混杂假潮有时还会很显着,幷且上下游站甚至前后数日的发展都很相应使人难以分辨的。例如,三江口、神湾、叠石三个测站。
在宽阔的珠江口高潮出现时间较早,其次为西江,最迟为北江,等潮时线接近一个倒W形。从西北江思贤滘处汇潮的现象来看更可说明西江高潮出现的时间较北江早,有时西江高潮甚至可越过思贤滘进入北江。1955年实测资料中枯季的高潮出现时间的比较可说明这一点。
这也可以说明河面宽,河床平缓,潮波传播速度大,上溯距离较远的情况(潮波在西江可上溯到距河口约300千米的地方,而在北江仅上溯约100千米左右,按距离约为3∶1)
涨潮历时上游站比下游站短,而退潮历时则比下游站长。53年1月马口站资料:平均涨潮历时为4 h 41min,退潮历时为4 h 50 min,而神湾站同期相应的平均涨潮历时为5 h 54 min,退潮历时为3 h 37 min,即马口站涨潮历时比神湾站短1 h 13 min,而退潮历时则长1 h 13 min。北江水藤站与万顷沙西站情况也类似,水藤站1月份平均涨潮历时为5 h 05 min,比万顷沙西站的5 h 33 min短28 min,而平均退潮历时为7 h 11 min,比万顷沙西站的6 h 43 min长28min。
(6)洪水对潮汐的影响
1953年5月,西江洪水波于2日初达梧州,2日至5日之间涨势较为平缓,至5日10时以后,涨势转剧。18时之后高要站洪水涨势也转剧。马口站以上河段已无显着之高潮。涨率达7cm/h时,潮相已全部消失。24日水位于3.0米处相对稳定,28日又以2cm/h的涨率上涨,但至30日水位涨至4.0米时却仍有潮汐现象(27日为望日大潮期),6月洪峰退落,水位在3.2米时潮汐现象渐显;这说明洪水期间潮区界下移之情况不仅取决于水位之高低,同时也与洪水之涨落速率,即洪水波之前进速度及潮波之强弱有密切关系。上游站受洪水影响潮汐现象消失的时间比下游站长,潮波消失开始的时间更早、终了的时间更迟。
(7)一些潮汐特征情况
从西北江枯季的一些月份的高潮位及最低潮位的记録不难看出,在同一个水系中的高潮位及潮差(在一个潮周期内)是向上游递减的,而最低潮位是向上游递增的。
1.6 土地利用
本区耕地大部分属冲积土,尤以“沙田”为主。沙田指地势平坦、土壤肥沃,可利用潮水灌溉的土地。据历史上的考证,公元972年(宋代开宝五年)即开始有沙田的围垦。当时东莞一带海边,先开为盐田,后河流泥沙滩日积,终成稻田。
面积较大的沙田区万顷沙,在清干隆年间(公元1736-1795年)还只是低潮时露出沙脊的沙洲,干隆18年(公元1753年)开始有人用石椿围筑堤坝开始耕作,至1764年共成田150顷,目前万顷沙已有沙田50000亩以上,发展十分迅速。
沙田的形成,大致分为五个阶段:首先是沉沙渐多,鱼族聚游,称为“鱼游”;以后积土增多,水深逐渐变浅,可看水下浅土,鸟鹤可立其中,称为“鹤立”(统称水坦),此时初具沙田条件;若再加以人工签椿沉石,打好基底,并在要隘处垒石成坝,放水沉泥,至积土浮现水面,但因积土卤性很强,只生咸草,称为“脊卤”;以后积土日高,可开沟引灌,虽仍为潮水所侵,但可种植抗咸性较强的赤谷,便可称为“潮田”。再过几年,地势更高,其外围又有新“潮田”出现,老潮田咸性减弱,潮水影响减少,加固堤坝后,可以改种一年两熟的“挣槁”称为围田,也即是沙田。故沙田区的堤坝,是形状大小不一,相连毗接的。
本区耕地中土壤多为冲积层,土质大半属沙质壤土,多属低地土系中的珠江系、西江系。土色灰至灰黑。此外粘壤土、壤土、粘土和淤土亦有分布。至于唐家系、龙眼洞系、江村系、石牌系及高地土系中的广州系、羚羊系、钟村系、小坪系和常平系等也有发现。
根据中山大学对万顷沙的调查报告,其耕地土壤成分(%)。
沙田初成时,土壤肥力大,但含盐度大,最大达5‰-7‰,土层厚度2-3米,易于渗透,新冲积沙田含氮过多,多植水草或莲藕除咸,再植水稻。但耕作多年水稻后,若不施肥,则土质肥力大减,除钾含量外,磷和氮不足,土性微酸。
本区的农作物主要是粮食作物,占全部耕地面积的79%左右,其次为鱼塘。甘蔗、桑蚕、果树(荔枝、芭蕉、菠萝、黄皮、风眼果、龙眼、板杨桃、番石榴等热带果品)也占有重要地位。在顺德、南海一带,桑基鱼塘,星罗棋布,大量养蚕,桑叶每年可收七造,蚕抽丝后,蚕蛹及蚕粪放在鱼塘内饲鱼,塘泥又肥桑基,使土壤肥力得以继续持久,是本区一个特色。
本区水稻耕作一般有二种方式。
(1)翻耕
翻耕指一年内植早晚稻两造。早造于一月中旬开始耕犁耙田,三月初旬浸种播秧,秧期一个月,四月下旬移植,移植15天后进行一次中耕,隔10天再进行一次中耕,七月上旬收割。接着八月中旬插晚造秧,十一月中旬收割,丰产田最高亩产可达千斤以上,如万顷沙裕安围亩产高达1243.4斤,一般亩产也有5-6百斤。
(2)挣槁
挣槁指在劳动力或肥料缺乏的沙田、或在田地低洼、雨季及汛期易受淹的沙田,进行早晚两造间作的种植方式,也即是在早熟种早稻插秧后10天就间插晚熟种晚造秧,晚造秧生长期比早造秧长4-5个月,分两次收割。
目前,沙田一般不进行冬耕,但部分民田预晚稻收割后种一次杂粮或蔬菜,合计共三造。如冬季不进行冬耕,则一般会实施入泥施肥、犁白晒田、修筑水利、放水浸田杀虫等备耕工作。
在各江下游还有大量洼地,这些洼地可分为半年积水和全年积水两类。如北江下游三水县内的横山涡、稔涌涡和大塑涡,都是大片的洼地,面积共185k㎡;东江下游的东莞、惠阳、茶山一带,洼地受淹面积达136086亩;西江下游的高要附近也有许多洼地。不少洼地分布在人口稠密交通方便的地区之间。洼地一般在汛期全部积水,水深2到3米不等。冬秋两季,部分洼地积水消退,可以耕作,为半年积水类;其余仍积水1米左右,为全年积水类。
洼地成因主要是田面低,内涝无法排除。如三水县,洼底低于海平面的洼地达十余处,潮水可以到达。农民对洼地围以堤围,在雨季虽然洪水被堤围所阻无法进入,但内涝亦无法排出。中山大学曾做过研究,对部分洼地进行评细勘查。目前小部分洼地已改为农场,但大部分仍因无法排水而被荒弃。
在清远的洼地区,部分地方曾发生血吸虫病。一般洼地易滋生蚊虫,成为疟疾的大本营。
1.7 珠江三角洲的洪水灾害情况
珠江三角洲洪水灾害日趋严重。公元800年以前很少有大洪水的记载;宋朝(约在10世纪)开始筑堤。根据历史资料统计,15世纪发生洪灾14次,16世纪23次,17世纪29次,18世纪26次,19世纪36次,20世纪到1949年解放止共24次,可见洪灾情况越来越严重。最大的一次水灾发生于1915年,当时除了极少数的几个堤围以外,几乎所有的堤围都崩决了。西江的洪水冲破景福围经过旱峡流到北江,冲决北江左岸石角至芦苞一带堤防直下广州,右岸穿过水口峡到高明河。受灾农田共460万亩,农作物损失折合稻谷61.85万吨,受灾居民286万人。广州市西部受水淹浸六天,其他许多中小型城市也受淹,损失非常之大。1924、1931、1947和1949年的洪水也很大,受灾地区广阔。解放后由于政府带领人民大力修堤防汛,加以没有发生较大的洪水,水灾损失较小。
珠江下游和三角洲地区基本上是冲积平原,地势较低,而下游河床又不能安全容纳上中游干支河流汇集下来的洪水,因此不可避免经常遭受洪水威胁。根据1953年的调查资料,有堤围(长3100千米)保护的耕地约500余万亩,没有堤围保护的约100余万亩。此外,沙田区约200余万亩耕地也受洪水影响,但沙田区原来排水较为通畅,洪水威胁不算严重,主要的威胁来自台风涌高大潮水位。不过河口不断形成新的冲积地减缓了比降,加上近年沙田区的联围工程堵塞一些泄洪河道涌口,减少了排洪断面,影响洪水的宣泄,使水灾的可能性有所增加。
珠江三角洲洪水淹没的农田面积,比国内其它大河流来说虽不算大,但珠江三角洲是广东的主要产粮区和经济作物区,因此发生大洪水对广东省国民经济的危害很大。中山县每年提供的商品粮比潮汕地区三个丰产县(潮安、揭阳、澄海)所提供的商品粮还要多。特别是广州市及其附近地区的工商业和交通运输业快速发展,如遭受水灾,将打乱整个地区的经济部署。
2 珠江三角洲网河区河口主要水利问题
2.1 水利措施的要求
珠江三角洲的水利措施必须满足综合利用的规划原则要求,使防洪、排灌、航运、给水以及其它有关的国民经济部门的需求都要相应得到解决。
其主要目的如下:
(1)在珠江三角洲防洪的任务首先是要保障华南经济政治文化中心的广州市及其附近人口密集地区免于较大洪水的灾患。其它较小城市及农业区也应视其经济价值及技术可能给与相应的保障。
(2)农业方面在集体化的基础上对水利提出如何最大限度地保证农业生产的要求。也就是如何改善现有农田的排灌系统以配合农业技术改革,增加单位面积产量。以及水利建设如何适应将来农业机械化的发展;如何利用河口区已淤积的坦地,加速其淤积以便围垦,扩大垦地面积,以适应将来国民经济发展对农业的需要。
(3)航运方面的任务首先是整理现有的航道,使目前广州港及黄埔港的出海水道能够畅通。除此之外,应积极研究开辟由广州至西江最短的和可能维持最深的航线的可能性,以方便桂粤两省物资交流。将来湘桂运河的开辟,以满足粤湘运输量大大增加的需要。
(4)城市给水方面首先要保证广州市将近二百万居民的用水和工业用水的质量,以及相应解决河口地区特别是虎门水道两岸农民扺抗咸潮的淡水量。
2.2 有关水利措施的问题
2.2.1 现有的防洪初步意见
目前珠江流域的全面规划正在进行中,除在中上游修建综合利用中大型水库以调节一部分洪水外,三角洲防洪问题在第一期工程(15年到20年)看来,主要还是靠堤防结合开辟泄洪道解决。
(1)堤防方面:
1)在三水河口建闸,使现在的北江大堤(在北江左岸和西江思贤滘以下左岸直至甘竹的堤线联成一堤系,以保障堤内农田面积约150万亩,及广州、佛山两大城市的安全。并利用河口水闸以调节北江下游中下水位,以利两岸农田排水。
2)在思贤滘建闸,调节西北江过滘流量,特别是洪水时防止西江过量洪水侵入北江威胁北江大堤及广州市的安全。并修建从陶冶口至甘竹的西江左岸大堤,使整个北江下游及西江下游左岸免受西江洪水的威胁,保护广州和佛山两大城市以及160万亩农田。北江洪水由北江大堤防御。利用思贤滘建闸调节北江中枯水流量,增加北江下游枯水流量以冲刷北江下游河道,增加航运水深,同时解决一部分给水问题。
3)修建北江大堤内侧遥堤,从现在石角遥堤起,经官窑至紫洞,连结残丘及高地,在白泥水及西南涌修筑限流工事。以备西北江洪水同时爆发超过北江大堤防御能力时,仍能保证广州市及其附近地区约七十万亩农田的安全。
以上三个意见,均在考虑中。
(2)在沙田区联围筑闸,在西江甘竹以下、北江紫洞以下和东江石龙以下的所谓沙田地区,分别沿着现有的主要河道系统,联成大小不等的堤围。视农业上的需要、经济的合理性等,修筑防洪防潮闸以扺御洪水及潮水。在咸潮地区利用挡潮闸以扺御咸潮,在上游开闸引淡,以减轻咸潮灾害。在洪水时关闭上游防洪闸,利用潮谷变化开启下游闸门排水。已按这些原则联围56万余亩,樵北大围等(约18万亩)均能配合农业技术改革,达到增产的目的。但因对潮水规律认识不足,发生过一些问题和缺点,例如个别闸孔过小,潮水进量不够,达不到自流灌溉,及过闸流速过大,妨碍小艇交通甚至冲毁护坦等毛病。
(3)关于开辟泄洪道的初步意见:
珠江三角洲洪水来源主要为西江和北江,而西江洪峰最大历时较长,为了避免西江左岸决堤(西江左岸堤防因土质关系,防洪能力较差),洪水涌入北江冲决北江左右岸堤防,造成类似于1915年式的大水灾。因此建议从西江右岸宋隆水闸附近开辟一分洪道,至富湾水闸上游附近重新汇入西江干流,全长约39千米。其主要目的在于减轻高要至马口河段左岸堤防的负担,间接保护北江下游两岸包括广州及佛山等城市的安全;并使联安围和金安围的积水问题(联安围约2万亩,金安围约5.2万亩)得到较好的解决。如此将使泄洪道下游的防洪压力增加,因此在第一泄洪道口的下游约四十千米处的天河附近开辟第二泄洪道,在江门下游附近经过出潭江下游崖门出海,长约34千米,并将江门河改道长约6千米,共约40千米。
若堤防的方案和泄洪的方案结合,估计可能解决西江约100年一遇以上的大洪水,但如两江同时发洪则危险性仍可能存在。因此对中上游流域规划便需要提出一定的蓄洪要求。
2.2.2 农田水利的排灌问题
(1)灌溉:珠江三角洲的沙田区的灌溉问题主要是由潮水涌高河水,大部分时间及地区可以自流入田解决。但因防洪防潮及排水的需要,要求联围筑闸,因此闸孔的大小取决于维持潮水自流灌溉所需潮量的大小。由于潮水涨退有一定的时间,这就需要建筑较多涵闸以缩短进潮的距离和时间,灌溉闸孔的数量需求比排水闸孔大得多。地方劳动人民总结出“逢涌筑闸”和“高田活闸,低田窄闸”的原则和经验。当然,“逢涌筑闸”也不能把它看成絶对化,因沙田区涌滘太多,有些小涌野可以堵塞以免工程费用过巨。目前,对建闸尚没有很好的规范和依据,负责规划设计的技术人员必须进行野外详细调查和研究,并征询和分析群众意见,以定出正确的方法。
(2)三角洲排水问题
由于各年降雨不同,三角洲内涝区面积大约在20余万亩至80万亩之间变动。主要受该年西江汛期中水位持续时间(一般七月中下旬至八月上旬)、洪峰间隙时间长短、水位的标高及闭闸时间的雨量分布影响。洪水较大年份缺堤情况缺乏统计资料,估计内涝面积最大可能达100万亩以上。积水地区又可分为围田区和沙田区两种类型。围田区多分布于西江三榕峡以下至甘竹、北江飞来峡以下至紫洞、东江惠阳至石龙一带。北江在石角以下地区主要受西江洪水过思贤滘顶托影响,积水情况比西江和东江方面轻。围田区围内田面较低,均在中水位以下,历年西江和东江中水位延续时间长达3-5个月,且围内山岭丘陵面积比重较大,积水较为严重,最严重地区水深可达2-3米。这些地区,除一部分可利用作为将来的排洪道来排泄一部分积水外,其余大部分地区需要在将来有大量的廉价电力作为动力来源,设置强有力的排水泵站方能彻底解决。另一类型为沙田区内涝,一般积水只有4-8分米深。大部分可利用联围筑闸,控制上游汊口,在联围的基础上向下游开挖排水河道,利用潮谷排水。例如中顺大围工程,就解决了约14万亩积水区的排涝问题。有些沙田区因上游汊口太宽,筑围工程费用太大,或与其他方面存在矛盾,短时内不能筑闸,仍需利用机械抽水。新会县出现此种情况最多,该县用联围筑闸及机械抽水解决了30余万亩(机械抽水约占1/3)的排涝问题,但仍有40余万亩尚待解决。
2.2.3 航运问题
目前珠江水系内河航运以广州港为中心,出海及对外贸易则以黄埔港为中心。三角洲区间内运量达627万吨,与西北江通航运量259万吨,合计886万吨。而广州港内河运量为400余万吨(包括机帆船),海运量160余万吨,合计500余万吨,黄埔港吞吐量约200万吨。从上列数字不难看出,广州货运量以内河为主,黄埔港以对外贸易海运占絶大部分。三角洲区间内运输量甚大,而广州与西北江通航运量中,西江的运量占有重要地位。
(1)出海水道:黄埔出海水道长约120千米,其中伶仃水道一段长约30千米,是解放后(1951年)由交通部前广州海务办事处新开辟的一条航道,水深约为负6.1米。以减去航行安全系数再加上普通潮高约2.15米计算,实际可通航水深为7.52米。重8000吨、吃水8.5米的海轮,需要卸轻部分货物使吃水减至7.52米,纔可乘潮驶过本段水道。在进入黄埔港前尚需经过另一浅段莲花山水道,其长约8千米,1955年浚挖至-5.9米,但因施工不够严密,有些水域漏挖,加上局部回淤关系,目前实际可利用深度减小至-5.7米,加上2.15米的普通高潮潮高后减去安全系数,可通航水深只得7.32米,由于莲花山水道的水较淡,密度较小,轮船吃水尺度增加0.24米,因此在进入本水道之前需再次下锚停泊卸货过驳船后,才能再利用潮水通过航槽。为使远洋巨轮能利用潮水一潮进港,拟继续浚深莲花及伶仃水道。但因资料不足,尚难拟定浚挖计划。
黄埔港至广州航道:黄埔港至广州有两条水道可通轮船,称为前后航道。前航道淤浅明显,且为海珠铁桥所阻,目前较大轮船皆走后航道。1841鸦片战争时林则徐曾以铁椿石块封锁沙口河面,1905年开辟了宽150米深-4.8米的航道,使吃水较大的轮船经新造三枝香水道进入广州港。抗战后,三枝香水道已淤浅,1948年,前珠江水利局在沥滘水道清除沥滘封锁闸的一部分椿石,开辟了-3.6米的航道。此后,轮船改由沥滘水道驶入广州。1955年广州港务局清除沥滘残存石块,并使用人力挖沙,将该水道挖深至-4.0米。目前吃水5.5米的海轮可利用潮水经珠江后航道进出广州港。未来将视运输发展需要,再行规划浚挖深度。
(2)内河航运
1)航道现状:广州港通西北江及珠江三角洲各港主要航道目前有二条:①陈村水道,经甘竹滩入西江干流至思贤滘120千米,②较大船只则绕道莲花山,经沙湾水道和容桂水道,由西马宁入西江干流,至思贤滘185千米,航线迂逥,里程较长,莲花山风浪对内河轮船也是一个威胁。但对沿海小港如阳江、海南岛及湛江港,较小型的近海轮船也多取道此路线出西江转入虎跳门水道或崖门水道出海。洪水季节甘竹滩水流过急(最大可超过5m/s),船只过滩危险,即便封滩断航,往西江上游船只改走平洲水道,经沙口紫洞,北江干流至三水过思贤滘入西江,往西江下游船只则仍走陈村水道但改走紫泥、容奇和西马宁一线。
陈村水道及甘竹滩航道情况:陈村水道全长约22千米,为北江分流至广州后航道及市桥小道各涌道的联络水道。入口为佛山涌三山口起,穿过大石涌、伦教涌(已堵塞)和陈村涌,至河滘口止。右岸(面向北)除大石角外各支涌均已堵塞。流向各段不同,洪水时陈村涌口的碧江水位站为最高,分向南北流。黄 涌接纳单洲水道一部分洪水后从左岸汇入大石涌。潮水则经由大石涌水道至陈村水道中部互相顶托。水流情况颇为紊乱,淤积较为严重。抗战期间淤积至水深只有约4分米。抗战结束后,前珠江水利局曾经疏浚使水深达1.30-1.50米。1951年以最枯水位时水深达2.0米为目的,大举疏浚,共挖58.4万m3,52年又复疏挖21万m3。以后每年疏挖10余万 m3左右,(连解放前共挖去150万m3以上),勉强维持2.0米水深。但其中三山口及石壁附近最浅的河段水深只有1.6-1.7米。
甘竹滩在思贤滘下游55千米,为西江分流甘竹溪入口处,也是陈村水道进入西江的枢纽点,滩上礁石很多,最大的礁石有天后营对岸的龟背石及香炉石两处,石顶标高为-1.0及-2.0米,在河床凸起达60-70厘米。1937年民族渡轮在此触礁沉没,死亡200余人。航船过滩均提心吊胆,一不小心便可造成海损事故。1951年前珠江水利工程总局在不影响下游安全的情况下,曾炸去部分礁石,使情况有所改善,但仍未彻底解决。
莲花山至西马宁航道水深一般均在2.0米以上,但花烧至板沙尾一段由于西北二江洪水在此段相互顶托,水面比降很小,有淤积现象,水深只有1.8-2.0米。淤积段长度约8千米,吃水超过2.0米的轮渡候潮方能通过。
2)初步改善意见:由于国民经济发展迅速,广州港工商业日趋发达,陈村水道维持2.0米水深已不能满足运输的要求。因此寻求一条广州港至西江较深而又较短的航道已成为规划上的问题了。目前提出方案有三个:
方案1:利用平洲水道经沙口紫洞至北江干流,由思贤滘出西江,全长75.5千米,即现在之洪水期的航道,但北江枯水流量一部分由思贤滘流入西江(可达1/2-2/3),因此此段北江干流淤积较为严重。鲤鱼沙至沙口一段最浅处水深仅0.3-0.4米,长约1千米;其次为沙口段,水深仅为0.9米;此外西南涌口外老沙一段,枯水时水深也不足1.0米,长度约300米。
方案2:开辟花地水道,连接佛山水道出紫洞至北江干流,全长62.5千米,各方案中航路最短。但自沙口至广州,河道淤浅,弯曲、狭窄、困难很多。如花地水道全长9.8千米,一般水深只有0.5米,其中局部枯季甚至可能断流,沙口至上沙段最枯水时水深0.45米,沙口则完全断流,因此工程费用大,维持困难。
方案3:拟利用第一个方案之平洲水道,以及陈村水道至甘竹水道之间从勒流至甘竹一段现有水深超过3米的天然航槽,再于南川页第二联围的陆地上开挖一长约7千米的人工水道将其连接。此航路由广州至思贤滘全长约109千米,比陈村水道一线缩短11千米,比莲花山水道一线缩短70余千米。由于对水文资料尚需深入研究,此方案经济上是否合理可行也尚需配合广州港远景货运量规划来确定。甘竹滩亦需改善,或局部堵塞限流、或全部堵塞另在右岸开一长约5-7千米的水道延长比降,以减低流速,达到航运畅通的目的。
以上意见均未成熟,在此仅提出初步建议,以供指正。
2.2.4 给水及防咸
三角洲给水及防咸问题本不甚严重,但在1955春季大旱(连续半年以上没有大雨)咸潮上涌至广州以上,严重威胁城市给水及工业用水。主要原因该年春雨太迟,北江、东江及流溪河枯水流量大大减小,加以上游农田春耕需水,封江堵河把仅有的枯水流量堵截上田,因此更增加下游咸潮上涌的严重性。现在流溪河上游水力发电站已在施工,水电站水库建成后调节流量比天然枯水流量增加10多倍(流溪河1955年枯水流量只得1.2m3/s)。东江新丰江水电站亦已进入初步设计阶段,库容巨大,可增枯水流量100m3/s。该水库建成后就大大增加虎门水道的淡水流量,可大大改善珠江三角洲东部的淡水来源缺乏的严重情况。再结合思贤滘筑闸,把北江的大部分枯水流量堵向沙湾水道及平洲水道,最终流向虎门水道,也可帮助解决部分问题;将来北江亦建设综合性水库,将可解决虎门口至广州一带的淡水供应来源,即使再遇到类似1955年的大旱,亦可保证供应广州佛山等城市居民及工业用水。也可考虑在北江下游及西江下游河汊建闸控制水量,如在马口筑闸以人工分配枯水流量,达到调盈济亏的目的。
三角洲西南部虎跳门及崖门水道两岸,特别是近河口一带春旱期间淡水相当缺乏,拟利用建议的第二泄洪道(即由天河至银洲湖这一条)分引西江一部分流量流至崖门水道及虎跳门水道,以补充这一带两岸农田灌溉淡水,但是否会影响横门及洪奇沥一带淡水来源尚待深入研究。西江枯水流量较大,上游水电站也在查勘规划中,如建有一两个大型的综合性水库估计亦可解决问题。
3 存在问题及对河口研究的要求
对珠江三角洲的治理,下列问题有待进一步深入研究,期待各方面专家提出解决的办法和途径:
(1)珠江三角洲河口段及滨海区河汊多、出海口门也多,如果开展测验和研究,机构和人员如何建立和组织?若由一个部门或单位承担研究则人力物力恐怕不能胜任。
研究的重点区域建议放在航运出海水道即洪水主要出海水道,包括黄埔出海水道(莲花山至虎门伶仃洋)、崖门水道(三江口至崖门及其滨海区)和磨刀门水道(神湾至出海口段)。研究的内容包括泥沙运行及淤泥情况、洪水和潮汐的相互影响和作用、洪水及潮流的流向、风及浪的影响和作用、咸潮和径流及其他因素的关系等。围垦区的测量和规划、垦区的土壤及其改良办法的研究也都是新的复杂问题,应如何研究解决?
(2)水文研究办法及测站布局问题,如何根据现有资料合理决定基本站网,以避免设站过多造成浪费或设站太少、人力财力不足、资料过少无法解决研究需求的问题?
(3)在河汊多、洪水与潮水相碰的条件下,如何简化水面线计算的问题?我们在附件一中提出了一种粗略的简化推算方法,请求专家鉴定,看是否可用。
(4)河口治理应如何规划以及治导线的规划原则等问题。
(5)防风、防浪和农作物防冻问题,如何研究解决。
假设条件:
(1)在潮区界洪水来量基本不变及水位变化甚微时,其影响可以忽略。
(2)潮流界在汛期大流量洪水作用下已退出河口之外,即全流程(由潮区界至河口)在整个涨潮时段为“一流水”的情况,即潮涨时无倒流现象。
(3)从现有的水位过程线观察,发现汛期大潮前的一段时间(约两个小时)内水位和比降很稳定。(参阅神湾、叠石和外海三站1954年6月3日、当年上游水位最高一日的水位过程线)
因此可以说此时全流程的流量和上游洪水来量q相等。因为若不相等,则必反映于水位和比降的不稳定;既然现在水位和比降稳定,则其流量也应是稳定的且与上游洪水来量q相等。
(4)假设现有最靠近河口之水位站已够靠近河口,因此此类水位站之水位过程线足以代表海面变化情况而不受洪水流量之影响(事实上现有各河口水位站,均在不同程度上靠近河口,因此其水位在不同程度上受洪水影响)。
(B)要求:在上游较大的洪水来量之下和汛期大潮峰影响之下,推算出全河道各点的水面线。
(C)推算方法:根据苏联B、A,阿尔汉盖里斯基着“河渠中不稳定流动的计算”王承树译本5页。见图1。
方程式(1)是根据动力公式,方程式(2)是根据水流的连续性而成的。在每个流段△ι采用正(+)的下标以表示有流入量的上断面的数值,负的下标以表示有流出量的下断面的数值;上、下标中的星号分别则表示相应于△t时段终了时和起始时的数值。
如q+*表示上断面在时段起始时的流量,q+*表示上断面在时段终了时的流量。
q-*表示下断面在时段起始时的流量,q+*表示下断面在时段末了时的流量。
水位方面的表示方式相同。
(D)工作程序
(1)根据假设条件(3)在大潮前的一段时间(即小潮谷)适当选择小潮谷水位为起算点水位,作为稳定流及按稳定流分配数据,算出相应的水面线。见图2。
(2)初步假设潮区界点,并由上(1)条算出的小潮谷水面线定出潮区界的相应水位。
(5)由各流段两端的q*值(即q+*,q-*)用别尔拿得斯基工程师方法(水力学专门教程上册157页)推算出各流段上端的水位(Z+*)值,由此得出一新的水面线(1)。
(6)由新水面线(1),再复算各流段△ι的新的容积△V。
(7)由新的△V再复算出各流段末的q*-n值。
(8)再由新的各流段两端的q*值(即q+*,q*_)用别尔拿得斯基方法推算一新的水面线(2),这条水面线已是比较按近实际的、能够满足目前工程要求的水面线。如有必要可再重复推算一次。
因q+*在全个流程而言,即上断面的洪水进入量=q0,V为全河段因△t时段内水位增加所增加容水体积。
根据“河渠中不稳定流动的计算”中第60页的论述:“即使在惯性项的省略不太合理的场合中,根据这个方法求得的结果仍有工程上足够的精确度,其原因在于利用此法进行计算时,连续性条件是严格地满足的。因此在现有工程上被认为可以满足要求。但是这个推算方法仍然是粗略的,因潮峰在全流程中同时出现的假定与实际情况有一定的出入。但限于目前的技术条件和网河区的复杂情况,目前还不能进行更精确的计算,这个计算方法应用于联围筑闸工程,应该可以满足规划设计的目标。
(原载:河口学习班论文集,1968。)