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珠江三角洲咸潮灾害主因与防治对策探讨

摘要：随着珠江三角洲城镇经济社会的快速发展，咸潮灾害已成为该地区最严重的环境问题之一。本文在对咸潮与咸潮灾害两者概念辨析、咸潮发生影响因素总结的基础上，初步探讨了珠江三角洲咸潮灾害的主因及其影响机制，指出大规模采掘河沙导致的河床下切、河槽容积增大等河流水环境非平衡改变是引发该地区咸潮灾害的根本的和主要的原因，并提出基于主因的咸潮灾害长期防治关键在于恢复水环境的自然调整与动态平衡，控制过度的人为干预如大规模采沙活动，具体对策包括加强全流域综合治理及河道采沙管理、优化流域水资源配置、建设节水型社会等。
关键字：咸潮灾害；主因；水环境；珠江三角洲

随着珠江三角洲城镇经济社会的快速发展，工业化、城镇化进程推进，咸潮灾害已成为该地区最严重的环境问题之一，它对居民生活用水、城市工业生产及其发展、农业用水都有相当大的影响。近十几年来，珠江三角洲咸潮比往年来的更早、持续时间增长、上溯影响范围趋大、强度趋于严重[1]，给珠三角城市供水安全带来极大威胁，严重危害了珠三角地区经济社会的持续发展。国家防总被迫实践“珠江压咸补淡应急调水”工程，实施骨干水库水量统一调度，以增加枯季河流径流量压咸补淡。但由于调水距离上千公里，增调水量几亿立方米，这种远距离大规模调水面临着代价高、风险大、技术难度大等问题。从水环境演变角度，珠江三角洲的咸潮灾害防治已不是单纯的技术问题，而是人类活动对河流水环境影响的科学认识问题。因此, 开展珠江三角洲咸潮灾害的主因探讨及基于主因的防治对策研究，将有助于提升科学认识，进而为珠三角咸潮灾害防治提供决策参考。

1 咸潮与咸潮灾害
咸潮，又称咸潮上溯、盐水入侵，是指含氯度大于河水含氯度并随潮流涨落进退于河口区的潮水，它是高矿化度的海水因引潮力作用而倒灌进入河道与河水相混合的结果[2]。河口地区咸潮上溯是入注海洋河流的河口最主要潮汐动力过程之一，是河口特有的自然现象，也是河口区的本质属性。因此，咸潮的本质是一种天然水文现象。
当咸潮入侵的强度过大、持续时间过长就会造成供水危机，形成咸潮灾害[3]。即咸潮从一种处于动态平衡的自然现象转变为处于非平衡的灾害现象。咸潮的严重程度，以每升水所含氯化物浓度来衡量，即为一升河水中氯化物（包括氯化钠）的毫克数量。一般而言，咸潮灾害发生的指标衡量为河水咸度超过供水水源咸度上限250 mg/L。

2 珠江三角洲水文和咸潮演变概况
珠江三角洲河涌交错，水网相连，大小河道324条，河道总长约1600km，网河密度0.81～0.88km/km2，是世界上网河密度最大最复杂的三角洲之一（图1）[2]。珠江三角洲网河年均承泄西江、北江和东江径流量3004亿 m3，谭江等其他河流的径流量 256亿 m3，其中流经广州地区的径流量约1141亿m3。珠江口为弱潮河口，潮差较小，但由于河宽、水深较大，纳潮容积大。珠江是我国七大江河中含沙量最小的河流，多年平均含沙量 0.27kg/m3，全流域多年平均输沙量约为8870万t。

图1 珠江三角洲水道图
Fig.1 Pearl River estuary map

在有潮汐作用的河口会形成“三界”，既潮区界、潮流界和咸水界。潮波从河口向河流上游传播，引起水位变化的上界称为潮区界；引起水流向上游流动的涨潮流所能达到的上界称为潮流界；盐度大于0.3%的冲淡的海水侵入的上界称为咸水界。“三界”并非固定不变，而是随着河流径流量的大小和潮汛的强弱而在一定范围内活动。正常情况下，由于河流带来泥沙的不断淤积，珠江三角洲及河口都会向海淤长，“三界”也随之向海推移，但自珠江三角洲经济快速发展和地区城市化以来，这“三界”在枯季的活动范围都已经向陆“反向”迁移，咸潮活动范围比以前上推了约 15～20 km (图2)[4]。实测资料表明，与平水年相比，珠江三角洲含氯度为0.25‰的咸潮界大旱年时上移约13km，常年咸水界上溯约4km[2]。因此，近年珠江三角洲咸潮入侵已从天然水文现象转变为人为影响下的咸潮灾害。

图2 珠江三角洲咸潮活动范围变化图
Fig.2 Change of saline water intrusion range in Pearl River Delta
3 珠江三角洲咸潮影响因素
珠江三角洲咸潮活动主要受径流和潮流控制，两者为咸潮入侵的根本动力因子。其它影响因素包括河口形状、河道水深、风力风向、海平面变化等。
3.1潮流影响
潮汐是咸潮入侵的主要“动力源”。天文潮潮汐动力影响最稳定且具有一定周期性，受太阳及月球引力影响，周期性表现在日周期及半月周期。珠江三角洲为不规则半日潮，每日均有两次潮涨潮落过程，在每月的朔、望两日，涨潮过程中潮水位将达最大值，咸潮上溯的影响也较大。相应咸潮入侵的潮相变化也具有日周期及半月（朔望）周期的特点。
3.2径流影响
径流量大小是影响咸潮的直接因素，进入河口区的上游水量越大，咸潮上溯距离越小，咸潮影响越小，如没有足够的上游淡水径流抑制冲淡，咸潮入侵的影响距离将越来越长，浓度越来越高。径流具有明显的季节变化及年际变化特点，咸潮入侵相应也表现出季节变化及年际变化特征。径流的季节变化取决于雨汛的迟早、上游来水量的大小和台风等因素。一般来说，每年洪水期（4～10月），上游来量大，咸界被压下移；咸潮入侵一般出现在枯水期的10月至次年3月。
3.3河口及河道地形影响
喇叭型河口形状非常利于咸潮上溯；珠江三角洲地区河道挖沙、航道疏浚导致河床下切、河道水深加深，增加了河网的纳潮容量，使得珠江河口及三角洲地区的潮汐通道更加畅通，有利于咸水上溯，加重了咸潮影响。
3.4风力风向影响
风对咸潮影响较大，不同的风力和风向直接影响咸潮的推进速度，若风向与海潮的方向一致可以加快其推进速度，加大其影响范围。但风力风向在各地造成的效果是极不相同的。
3.5海平面上升影响
海平面上升引起河口水位相对下降，有利于咸潮上溯。全球气候变化导致海平面上升是一个非常缓慢的过程，根据验潮站仪测数据计算得出近百年来全球海平面平均上升速率为10～15cm/100a[5]；但长期的累积效应也在逐渐显现。

4 珠江三角洲咸潮灾害主因及其影响机制
咸潮灾害作为一种人类活动影响下的非平衡现象，与自然平衡条件下的咸潮上溯不同。目前国内研究中一般通过各种实测资料、数学模型如盐度数学模型[2]、径流—咸潮变化响应模式[6]等进行咸潮影响因素及其影响程度量化分析，得出年内流量分配方式即径流量变化对咸界的影响最明显、其次是地形和风况的变化等结论。但是，由于水环境的多系统组合特性[5]以及数学模型的假设前提和简化等，采用数学方法对咸潮灾害进行主因分析可能存在偏差。
通过水文数学模型计算，一般得出枯水季节径流量的减少是珠江三角洲咸潮灾害发生主因的结论。据水利部门统计，2004年9月份北江流域月平均流量 378 m3/s，西江7476 m3/ s，东江542 m3/ s，都比多年同期均值低很多，因此，9月中旬大潮期间便早早地引发了咸潮，如果今后几个月流域无大量降水，预计近冬明春的咸潮将更厉害。但根据历史资料，最枯水的 1月份北江月平均流量 149 m3/ s，西江2340 m3/ s，东江351 m3/ s，比2004年9月份的流量小得多，特别是流量最大的西江，9月份的流量是1月多年平均流量的3倍以上，往年最枯水的1月份很少发生咸潮，而 2004年9月珠江仍有这么多水量时发生了咸潮，这种异常情况用枯水季节径流量减少是解释不了的[4]，从而说明其并非珠江三角洲咸潮灾害的主因。
根据珠江三角洲城市化以来珠江网河及其水文要素发生的许多重大变化[7-8]，其中包括大规模采掘河沙现象，以及由此产生的河床下切、河槽容积增大、床沙细化、河水位下降、网河水道和口门分流比值改变等问题，使得人工采沙对珠江三角洲网河系统的改变远远超过和涵盖了同期河流的缓慢变化的自然演变过程，从而破坏了河流水环境的自然平衡尤其是河口地区咸、淡水的动态平衡，可推断大规模采掘河沙导致的河流水环境非平衡改变是引发咸潮灾害的根本的和主要的原因。
从20世纪80年代中期开始，珠江三角洲出现大规模采掘河床泥沙的现象。现场调查、河道图件对比和建设用沙量3种不同计算方法得出的采沙总量基本一致，至2003年整个珠江三角洲的采沙总量约有13亿m3；如果无强有力的管制措施，灰色系统 GM (1,1)模型预测，至2012年，将达到8000 ×104m3[4]。不管是采沙总量还是年采沙量都是十分巨大的，使河流水环境造成了极大的改变。过度采沙使得珠江三角洲河床演变从以淤积为主转变为以冲刷为主[7]，其中最明显和直接的变化之一是珠江网河河床普遍下切和河槽容积扩大。从网河区顶部到河口：西江干流从肇庆—金本—九江—江门—中山—磨刀门，河床平均下切了0.72、1.73、1.23、0.90、1.42和1.62 m；北江干流从清远—三水—紫洞—勒流—紫坭—横沥—洪奇沥口门，河床平均下切了0.34、0.82、2.54、4.22、3.07、1.98和0.99m；东江干流从惠州—博罗—石龙—新塘—东江口，河床平均下切1.77、6.48、4.82和2.41 m。总体而言，根据历年河道地形对比分析资料，从1999至2005年，西江干流平均下切2.0 m，容积较1985年增加29%；北江干流平均下切1.5 m，容积较1985年增加36%[9]。河床下切和河槽容积增大致使河流在与过去相同流量情况下出现水位下降，这种现象在咸潮易于发生的河流枯水时表现最明显。据初步计算，在三角洲中上部水位下降幅度达0.56～2.30 m，换言之，对于这个地区，海平面则相对上升了0.56～2.30 m（假定海平面不变），从而河口与口外浅海区深槽加深，潮汐通道更加畅通，咸潮从挖通畅了的口门沿“虚怀以待”的水道侵进（图3）[4]。此外，大规模采掘河沙以及为航道升级的出海水道疏浚泥沙，还导致了河流输沙量的明显下降。水体含沙量低于挟沙能力将引起河床冲刷，进一步加重河口地区河床的大幅下切,从而加剧河道内咸潮的影响[2]。因此，人工挖沙导致的河床形态及水文特征等河流水环境的非平衡改变才是咸潮灾害发生的主因。

图3 河床人工挖沙导致咸潮入侵示意图
Fig.3 Saline water intrusion brought by river-bed excavation

5 珠江三角洲咸潮灾害防治对策
目前对咸潮灾害的防治对策主要包括建立咸潮实时监测和预警机制、采取上游水库调水压咸措施、咸潮间隙“偷淡”抽水和蓄水、适当提高水厂取水的咸度标准等工程措施。从珠江三角洲咸潮灾害的主因出发，其不是调水压咸等短期工程措施所能完全解决的；要从根本上消除珠江三角洲咸潮灾害，关键在于尽可能恢复其河流水环境的自然调整与动态平衡，使自然平衡成为主导演变因素，控制过度的人为干预如大规模采沙活动，使河床由现在的普遍侵蚀转变为普遍淤积，恢复河口地区稳定的淤沙、输沙功能，才能阻止河床继续下切的趋势，才能阻止咸潮继续向上游发展的的趋势。具体可采取以下长期防治对策：
5.1 加强全流域综合治理及河道采沙管理
全流域综合治理包括中上游的水土保持和中下游的采沙管理。增加流域中上游的森林覆盖率，保持植被良好，减少水土流失，增加水源涵养，从而增大枯水期上游来水量；加强中下游河道采沙管理，通过河道和海滩非法挖沙的立法建设、建立严格的采沙许可证制度等，保证合理比降, 阻止河床非自然平衡下切，增大咸潮上溯的阻力，减小咸潮入侵影响。
5.2 优化流域水资源配置，提高水资源利用效率
从长远来看，解决咸潮对珠三角的影响，必须立足于全流域水资源的合理配置。随着经济高速发展、人口快速增长、城市化进程加快，区域内用水量急剧上升，并由此带来排污量增加，水污染加重；再加上城市供水工程分散，水源地布局不合理，水资源供需矛盾日益突出，势必加剧珠江上游径流的用水压力，从而加大了咸潮上溯的纵深和广度，因而必须进行流域水资源合理配置，通过开展珠江三角洲城市群供水规划建设、调整城市供水布局等，保证各行各业用水和生活用水，提高水资源利用效率。
5.3 建设节水型社会
珠三角水资源总量短缺，靠水库调水压咸等工程不能从根本上解决问题，应该加快建设节水型社会。建设节水型社会，不是简单地用行政的办法去节水，而是要建立以水权、水市场理论为基础的水资源管理体制，形成以经济手段为主的节水机制，从而提高水资源利用效率，减少生产生活活动对河流水资源的过度获取和低效利用，从根本上减缓咸潮灾害影响。

参考文献（References）：
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