北江干流石角斷面過流能力變化及影響因素分析

◎ 王寧 何勇 廣東省水文局清遠水文分局

1.基本概況

北江是珠江第二大水系，發源于江西省信豐縣石碣大茅坑，經大余縣進入廣東，自東北往西南穿山越嶺，流經南雄、始興、曲江等市（縣），至韶關市沙洲尾與支流武江匯合，始稱北江；再自北向南流經英德、清遠至三水河口，在思賢滘與西江相通，注入珠江三角洲網河區。北江干流至三水區思賢滘全長468km（廣東省境內458km），平均坡降0.26‰，流域集雨面積46710km2，其中廣東省境內集雨面積達42930km2，其余位于湖南、江西等省境內。北江干流總比降平緩，洪水漲快退慢，持續時間長。上游高山峽谷眾多，集水面積超過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，其中一級支流9條，按葉脈狀排列，從東西兩側匯入干流。

石角水文站設立于1924年8月，集水面積38363km2，為北江干流總控制站，對下游珠三角城市防洪等方面起著關鍵作用。該站測驗河段順直，屬易沖淤沙質河床，測驗斷面為復式斷面，河寬約1060m，水位低于5m時水流歸右岸主槽，過水斷面收窄至300～600m。受上游水利工程調節及下游潮汐頂托影響，高水期或受西江洪水頂托，水位流量關系復雜。

2.斷面過流能力變化情況

過流能力是衡量河道防洪能力的重要指標之一，而某一特征水位下的流量變化是衡量河道過流能力的重要指標[1-2]。通過對1994年6月、2006年7月、2013年8月、2022年6月北江發生的四場典型洪水（見表1）的水位流量關系進行對照分析，發現北江干流石角斷面過流能力在近20年間發生明顯變化。

通過將“1994·06”“2006·07”“2013·08”“2022·06”四場典型洪水水位流量關系曲線進行單值化處理（見圖1），查算不同水位級所對應的流量，分析得出2006年、2013年、2022年過流能力明顯大于1994年，且1994～2013年呈明顯遞增趨勢，與對應年份水位～流量關系逐漸右偏趨勢一致。2013年與2022年斷面過流能力較為接近，與該兩年斷面面積相差不大、水位流量關系曲線重合度較高情況一致。

圖1 石角斷面典型洪水水位～流量關系曲線

如果利用“1994·06”“2006·07”洪水水位～流量關系查算19500m3/s（“2022·06”洪水實測最大流量）對應的水位，查算結果均高于實測水位12.24m（“2022·06”洪水實測最高水位）；而利用“2022·06”洪水水位～流量關系曲線查算“1994·06”“2006·07”洪水實測最大流量所對應的水位，查算水位均遠低于當時實測水位。說明隨著時間的先后，相同水位情況下對應的流量增大，相同流量情況下對應的水位降低。

3.石角斷面過流能力變化影響因素分析

3.1 斷面形態變化

石角斷面河床屬于易沖淤沙質河床[3]，由斷面圖（見圖2）可以看出，1994～2013年河床下切趨勢嚴重，導致石角斷面河底平均高程不斷降低，各級水位所對應斷面面積逐漸增大。2010年～2013年間斷面下切最為明顯，斷面起點距520m～880m范圍內河床平均下切近7m，2013年過流面積達到最大后趨于穩定，至2022年斷面出現一定程度回淤，不過變化不大。

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，對比起點距470m～1000m河底平均高程與12.00m以下斷面面積（見表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

四場典型洪水高水部分水位～流量關系曲線右偏趨勢與斷面下切趨勢完全一致，說明河床下切最直接的影響是斷面過流能力增強，相同流量對應的水位降低，從而影響水位～流量關系，造成了四場洪水高水部分水位～流量關系曲線呈右偏趨勢。

3.2 下游河段水位落差變化

石角斷面過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，四場典型洪水石角斷面至蘆苞斷面水位落差均不相同（見表4），說明四場洪水漲落率、下游西江頂托和潮水頂托頂托的情況不盡相同。“2006·07”“2013·08”洪水為北江單江發洪，未受下游頂托的影響，二者洪峰落差明顯并大過另外兩場受西江頂托的洪水；“1994·06”及“2022·06”洪水為西、北江同時發洪，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照（兩站洪峰水位）

該情況可以反映四場洪水高水部分水位～流量關系曲線的不同，但是無法反映關系曲線按照時間先后呈右偏趨勢，說明石角站斷面變化對過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處建有飛來峽水利樞紐（1999年10月建成運行），上游約5k m處建有清遠水利樞紐（2 01 2 年1 2月建成運行）。“19 94·0 6”洪水發生時，北江基本上為天然狀態；“2006·07”洪水受飛來峽水利樞紐調度影響；“2013·08”“2022·06”洪水受飛來峽水利樞紐、清遠水利樞紐調度影響。水利工程的調度改變了洪水在河道中的狀態，與天然狀態相比，洪水在水文站測驗斷面的漲落率、洪峰水位及流量都發生變化，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生明顯變形，對水位～流量關系產生影響。

4.結論

基于石角斷面長序列實測地形及水文資料，分析了石角斷面過流能力的變化及影響因素，得出如下結論：

（1）石角斷面過流能力變化受多種因素影響，其水位流量關系處于不穩定狀態。在多種影響因素中，以測驗斷面河床下切造成的影響最為顯著，斷面下切直接增強了斷面的過流能力，使得相同流量所對應的水位降低。

（2）水文站所在河段的水利工程調度、下游洪水頂托、洪水漲落率等因素對過流能力也有一定影響，但在影響程度的定量分析上還需進一步收集相關資料。

（3）各種原因導致的河床變化，是影響斷面過流能力變化的主因，從河段水安全層面出發，建議進一步加強河道管理。