人類活動(dòng)對(duì)北江下游水動(dòng)力和河床演變的影響研究.pdf

1、本文應(yīng)用水文及水力學(xué)計(jì)算、地形資料分析對(duì)比、傅氏變換的低通濾波和小波方差譜分析、一元線性回歸、灰色模型、二維數(shù)學(xué)模型等理論，采用實(shí)測(cè)資料分析與數(shù)值模擬相結(jié)合，現(xiàn)代與歷史相對(duì)比的方法，分析了北江下游清遠(yuǎn)至河口段的水動(dòng)力、河床演變變化及人類活動(dòng)對(duì)它們影響。 分析得出北江下游清遠(yuǎn)至河口段北江的水沙變幅大，來(lái)水來(lái)沙的年際變化較明顯，來(lái)沙量的變化比流量受人類活動(dòng)的影響更為敏感。水位—流量過(guò)程線顯示，石角與三水曲線逐年向右下偏轉(zhuǎn)，同流量下的

2、水位出現(xiàn)明顯下降，并且三水站在上世紀(jì)九十年代已經(jīng)出現(xiàn)水位下降，清遠(yuǎn)、石角站水位則是在2000年之后才發(fā)生明顯下降。三水站潮差在20世紀(jì)90年代后，波動(dòng)顯著，呈增加趨勢(shì)，且增加趨勢(shì)不斷加劇。北江下游的潮汐可上溯至界牌洲附近，從下游至上游漲潮潮差逐漸增大。 自二十世紀(jì)八十年代后期以來(lái)，以采砂和航道整治為主的人類活動(dòng)對(duì)河床自然演變強(qiáng)烈的擾動(dòng)，北江下游河床平均高程下降相當(dāng)明顯。上世紀(jì)九十年代以前的寬深比沿程普遍較高，河道較為寬淺；至20

3、07年河床寬深比減小迅速，河道表現(xiàn)為窄深。從總體上看，清遠(yuǎn)至河口段沿程，同一流量下，比降隨年份呈增大趨勢(shì)；流量越大，比降越小。航道整治工程前北江下游沿程灘槽高差小幅增大；整治工程后，灘槽高差明顯增大，表明經(jīng)過(guò)整治工程影響，壩田區(qū)至2004年已經(jīng)明顯淤高，設(shè)計(jì)水位下河槽加深，特別是石角—黃塘段變化顯著；2004-2007年，經(jīng)過(guò)幾年的適應(yīng)和調(diào)整以及潮汐動(dòng)力的作用，石角下游灘槽高差變化相對(duì)較小，上游明顯增大。1987-1998年，北江下游沿

4、程以沖為主，河槽容積增大顯著；1998-2004年河床河槽容積繼續(xù)增大，石角以上河段河槽容積增加幅度較小，以下河段河槽容積增加幅度大；2004-2007年河段沿程河槽容積變化相對(duì)穩(wěn)定。 應(yīng)用二維數(shù)學(xué)模型對(duì)水動(dòng)力進(jìn)行數(shù)值模擬，所得結(jié)果顯示：在同一流量下，北江下游河段各年水面線變化明顯，整治工程后的水面線較之前的顯著下降。水面縱比降分析指出，隨著流量增大，清遠(yuǎn)至河口沿程水面線峰谷交替變化明顯，但流量越大，河道水面越平緩；從上游至下游

5、，地咀至石角、界牌、大塘、蘆苞至黃塘附近有較大比降，石角至大塘在中洪水流量及以下時(shí)形成陡降段。1987-2007年北江下游斷面平均流速增幅呈現(xiàn)大小交錯(cuò)的現(xiàn)象，地咀—石角、黃塘—河口段增長(zhǎng)幅度十分顯著，清遠(yuǎn)—地咀及石角—黃塘增長(zhǎng)幅度較小。 以采砂和航道整治為主的人類活動(dòng)嚴(yán)重改變了北江下游河段水力半徑及水面縱比降，從而對(duì)清遠(yuǎn)至河口沿程的流速變化產(chǎn)生重要影響；自上游到下游影響流速變化的因素中，水面縱比降在石角—界牌段比水力半徑影響大，

6、而黃塘以下河段則是水力半徑占據(jù)了主要地位。水力半徑對(duì)流速的影響由下游向上游逐漸擴(kuò)展，在時(shí)間上與人類活動(dòng)向上游轉(zhuǎn)移一致；水面陡降段的形成，造成了溯源沖刷現(xiàn)象。上世紀(jì)七十年代人工采砂并未在北江下游河段發(fā)生，河床演變除了受整治工程影響外，其它的人類活動(dòng)并未造成太大的影響；至九十年代后，河槽容積變化十分巨大，并趨向于不斷增長(zhǎng)，強(qiáng)人類活動(dòng)使河床由淤向“沖”性質(zhì)轉(zhuǎn)變十分顯著?；疑Ｐ皖A(yù)測(cè)清遠(yuǎn)至河口河槽容積變化為河段中間大、兩端小，表明人類活動(dòng)對(duì)清遠(yuǎn)