刘秋海　吴超羽

　　改革开放的近20年珠江三角洲网河经历了前所未有的变化。大量围垦和港口、航道工程、大规模采砂等人类活动出现在河口三角洲，使河流入海水沙发生了趋势性变化，加剧了河口-近岸地貌的演变。近年来，国际与国内研究者注意到一定空间尺度地貌过程的演进与一定的时间尺度联系［1-2］，同时IGBP与LOICZ都提出了发展10-100年尺度的预测理论与模型的任务。因此，掌握近几十年来珠江三角洲网河在全球变化过程下的水陆演变过程与变化机理，建立其水陆演变的10-100年尺度预测模型，并用以预测在自然作用与人类活动干预下今后数十年的重大环境变化与可能演变趋势，具有重大的理论和现实意义。

　　本文采用一维水动力数值模拟方法［3-5］，以思贤滘以上约5km为上界，各口门为下界，对西、北江网河（不包括东江网河）进行建模和验证，同时对20世纪50年代网河水动力特征进行分析，为10-100年尺度网河河床演变预测模型的建立打下坚实的基础。

　　1　一维水动力数学模型

　　1.1　控制方程、边界条件和模型算法

　　河网区水流控制方程用下列一维圣维南方程来描述:

　　连续性方程： 1BQx+Ht=qL

　　动力学方程： ut+uux+gHx+guuC2SR=0

　　式中，H为断面水位；Q为流量；u=QS为平均流速；S为河道过水断面面积；g为重力加速度；B为不同水位下的水面宽度；qL是旁侧入流流量；R是水力半径；CS是谢才(Chezy)系数；x、t是位置和时间座标。

　　模型的流量边界条件为西江高要和北江石角的流量过程；潮位边界条件为老鸦岗、黄埔、三沙口、万顷沙东、万顷沙西、横门、神湾、白蕉、西炮台的潮位过程。

　　模型算法采用一维隐式三级河网算法。

　　1.2　地形的概化

　　根据西、北江三角洲河网区的基本情况，将河道与河道之间的交叉点概化为节点，节点与节点之间的河道概化为河段。为了尽可能真实地模拟河网区的水动力特征，尽量按照河道地形及河网结构的原貌进行概化。参考现有的地形资料情况（广州珠江段为1960-1970年组合地形，其余河道为1952年1:5000航道图），将西、北江河网概化为88个节点(70个内点,18个外点)，142个河段（图1）。河段共设置断面840个（断面间距约1km）。

　　1.3　模型率定与验证

　　选取19个固定水位站，对已建立的西、北江河网一维水动力模型进行水位验证。验证站位分别为：马口、白石、下圩、甘竹（1）、天河、外海、叠石、三水、下滘、紫洞、三多、小布、南华、莺哥咀、容奇（2）、板沙尾、三善滘、百花头、浮标厂。验证时段分别取：（1）1956年6月2日0时-4日1时（50h），高要流量约30 000m3/s，代表洪季；（2）1956年7月28日0时-30日1时（50h），高要流量约8 000 m3/s，代表中水；（3）1956年12月2日0时-4日1时（50小时），高要流量约1 500 m3/s，代表枯季。计算时间步长1 200s。

　　验证的结果表明：19个验证站的计算值和实测值吻合较好，整体平均误差基本在0.100m以内。由此可见，水位验证的效果良好，表明数学模型中各概化断面基本代表河道的实际情况，其选取的糙率值（0.015－0.036）能够反映现时河道的综合水流阻力，因而可用二十世纪五十年代网河水动力特征的分析，并可进一步建立10-100年尺度网河的河床演变模型。

　　2　水动力特征分析

　　2.1　潮区界与潮流界

　　三角洲的河道同时受径流和潮汐的控制。涨潮潮水从八大口门进入各河道，汛、枯期沿各河道上溯。水流受潮流和潮水位顶托影响（潮流界和潮区界）情况如表1。

　　注：表中距口门(km)值，西江指与磨刀门距离，北江指与洪奇沥距离，珠江正干指与狮子洋距离。表中各位置与口门距离的统计，除老鸦岗、黄埔据1984年《水文年鉴》及老鸦岗-中大-黄埔距离关系计算外，其余地点据1956年《水文年鉴》整理。

　　2.2　水位

　　珠江河口为不规则半日潮。12.5h的水位计算结果表明：（1）上游径流量增大时，高低水位的沿程变化率较大。6月（洪季）时，西、北江高、低水位沿程减少趋势一致，近似为一直线，水位变化率为-8.73~6.94cm/km； 7月（中水）时，西、北江高、低水位维持沿程减少趋势，但水位变化率远小于6月（洪季）时的值，为-2.80~1.41cm/km；12月（枯水）时，西、北江高、低水位沿程仍然呈减少趋势，但水位变化率较小，为-1.17~0.71cm/km。水位沿程变化率，低水位时大于高水位时。（2）西、北江沿程高低水位变化值的大小，跟上游的径流量、与河口的距离等因素有关。当上游径流增大时，同一控制断面高低水位的差值减少；西江神湾、北江万顷沙西位于河口，其高低水位变化值均大于思贤滘的水位变化值。西、北江半天高、低水位变化值在0.04~1.99 m之间，说明西、北江水位在12.5h内变幅不大。

　　数值计算还表明：西、北江水位年变幅大，思贤滘洪枯季变幅约7-8m。西、北江航道沿程水位变化较缓，并随季节而变，洪季时的水位梯度远大于中水、枯水时的水位梯度。思贤滘以下的西北江流域航道呈平原河流的态势。

　　2.3　流量及分流比

　　根据计算结果得到20世纪50年代珠江网河主要控制节点不同季节的流量、分流比和年平均分流比。落潮时：（1）三水流量远小于马口流量；三水平均分流比约18％，洪季大于枯季；马口平均分流比约82％，洪季小于枯季。（2）南华流量小于天河流量；南华平均分流比约44％，洪季大于枯季；天河平均分流比约56％，洪季小于枯季。（3）百顷头左流量大于百顷头右流量；百顷头左平均分流比约52％，洪季小于枯季；百顷头右平均分流比约48％，洪季大于枯季。（4）竹洲头左流量远大于竹洲头右流量；竹洲头左平均分流比约87％，洪季大于枯季；竹洲头右平均分流比约13％，洪季小于枯季。（5）莺哥咀左流量远大于莺哥咀右流量；莺哥咀左平均分流比约83％，洪季大于枯季；莺哥咀右平均分流比约17％，洪季小于枯季。（6）紫洞左流量远小于紫洞右流量；紫洞左平均分流比约27％，洪季大于枯季；紫洞右平均分流比约73％，洪季小于枯季。（7）登洲头左流量远大于登洲头右流量；登洲头左平均分流比约78％，洪季小于枯季；登洲头右平均分流比约22％，洪季大于枯季。（8）火烧头左流量远大于火烧头右流量；火烧头左平均分流比约87％，洪季大于枯季；火烧头右平均分流比约13％，洪季小于枯季。（9）板沙尾左流量远小于板沙尾右流量；板沙尾左平均分流比约11％，洪季小于枯季；板沙尾右平均分流比约89％，洪季大于枯季。（10）珠江网河一级控制节点思贤滘处三水站的分流比约为10％-22％，马口站的分流比约为78％-90％。思贤滘下游各水道流量受马口、三水流量控制，各级节点分流比年变幅不大。

　　20世纪90年代与50年代相比，珠江网河各控制节点的流量与分流比有不同程度的差异［4］。一级控制节点思贤滘处三水站的分流比约为20％-27％，平均25％，比五十年代大；马口站的分流比约为73％-80％，平均75％，比五十年代小。有关学者［6-7］认为，引起这种变化的原因主要是：（1）沿北江正干、东平水道建筑多处挑水、壅水坝群，引起剧烈冲刷和水位变异；（2）二十世纪九十年代初，珠江三角洲干支河道采砂兴盛，北江思贤滘以下的顺德水道存在高强度采砂活动。在冲刷加强和人为采砂的共同作用下，顺德水道深泓不断冲深。因此，尽管思贤滘以上西江高要站和北江石角站的来水量保持逐年递增，但在思贤滘处，由于西江向北江的分水不断增加，导致三水的分流比逐年增大，马口的分流比逐年减少。

　　计算结果还表明：西、北江流量年变幅大，洪季流量远大于枯季流量。以马口、三水为例，马口洪季流量约30 000m3/s，约为枯季流量的18倍；三水流量约8 000m3/s，约为枯季流量的40倍。

　　3　结论

　　（1）利用一维水动力数学模型，对珠江网河范围的水动力进行建模和验证。从水位验证的结果可以看出，分布在网河的19个固定水位站水位的计算值和实测值吻合较好，表明数学模型可用于网河水动力特征的分析。

　　（2）珠江三角洲网河同时受到上游径流和口门潮汐的影响。洪季时，径流量增大，潮流作用减弱，潮区界和潮流界向口门方向下移，甚至退至口门外；枯季时，径流量减少，潮流作用增大，潮区界和潮流界向河流上游方向位移，可推至思贤滘以上。

　　（3）珠江河口为不规则半日潮。12.5h内，西、北江水位变幅不大，变化值在0.04~1.99 m之间。口门处潮汐作用明显，其高低水位变化值均大于思贤滘的水位变化值。洪季时上游径流量增大，径流作用增强，西、北江高、水位沿程变化率比枯季时大。

　　（4） 珠江河网区内河道纵横交错、大小河汊星罗棋布，各级控制节点起着主要的分水作用。一级控制节点思贤滘处三水站的分流比约为10％-22％，平均18％；马口站的分流比约为78％-90％，平均82％。由于航道工程及挖沙等人为活动的影响，至二十世纪九十年代，三水平均分流比升至25％，马口平均分流比降至75％，大多数控制点的分流比有不同程度的变化。10-100年尺度网河水动力、河床地貌与人类重大活动的响应关系，正是我们继续研究的重点。

　　（致谢:

　　感谢国家基金委员会对本研究的资助。在数据处理、结果分析和论文编写过程中，中山大学近岸海洋科学与技术研究中心的许多老师和同学给予了很大的帮助，在此一并致谢。)

　　原载：水运工程，2005，（3）：66-69.