珠江三角洲鹹潮災害主因分析與防治對策

2022-10-14 17:39:03 字數 4090 閱讀 1123

隨著珠江三角洲城鎮經濟社會的快速發展,工業化、城鎮化程序推進,鹹潮災害已成為該地區最嚴重的環境問題之一,它對居民生活用水、城市工業生產及其發展、農業用水都有相當大的影響。近十幾年來,珠江三角洲鹹潮比往年來的更早、持續時間增長、上溯影響範圍趨大、強度趨於嚴重[1],給珠三角城市供水安全帶來極大威脅,嚴重危害了珠三角地區經濟社會的持續發展。國家防總被迫實踐「珠江壓鹹補淡應急調水」工程,實施骨幹水庫水量統一排程,以增加枯季河流徑流量壓鹹補淡。

但由於調水距離上千公里,增調水量幾億立方公尺,這種遠距離大規模調水面臨著代價高、風險大、技術難度大等問題。從水環境演變角度,珠江三角洲的鹹潮災害防治已不是單純的技術問題,而是人類活動對河流水環境影響的科學認識問題。因此, 開展珠江三角洲鹹潮災害的主因**及基於主因的防治對策研究,將有助於提公升科學認識,進而為珠三角鹹潮災害防治提供決策參考。

一、 鹹潮與鹹潮災害

鹹潮,又稱鹹潮上溯、鹽水入侵,是指含氯度大於河水含氯度並隨潮流漲落進退於河口區的潮水,它是高礦化度的海水因引潮力作用而倒灌進入河道與河水相混合的結果[2]。河口地區鹹潮上溯是入注海洋河流的河口最主要潮汐動力過程之一,是河口特有的自然現象,也是河口區的本質屬性。因此,鹹潮的本質是一種天然水文現象。

當鹹潮入侵的強度過大、持續時間過長就會造成供水危機,形成鹹潮災害[3]。即鹹潮從一種處於動態平衡的自然現象轉變為處於非平衡的災害現象。鹹潮的嚴重程度,以每公升水所含氯化物濃度來衡量,即為一公升河水中氯化物(包括氯化鈉)的毫克數量。

一般而言,鹹潮災害發生的指標衡量為河水鹹度超過供水水源鹹度上限250 mg/l。

二、 珠江三角洲水文和鹹潮演變概況

珠江三角洲河涌交錯,水網相連,大小河道324條,河道總長約1600km,網河密度0.81~0.88km/km2,是世界上網河密度最大最複雜的三角洲之一。

珠江三角洲網河年均承洩西江、北江和東江徑流量3004億 m3,譚江等其他河流的徑流量 256億 m3,其中流經廣州地區的徑流量約1141億m3。珠江口為弱潮河口,潮差較小,但由於河寬、水深較大,納潮容積大。珠江是我國七大江河中含沙量最小的河流,多年平均含沙量 0.

27kg/m3,全流域多年平均輸沙量約為8870萬t。

在有潮汐作用的河口會形成「三界」,既潮區界、潮流界和鹹水界。潮波從河口向河流上游傳播,引起水位變化的上界稱為潮區界;引起水流向上游流動的漲潮流所能達到的上界稱為潮流界;鹽度大於0.3%的沖淡的海水侵入的上界稱為鹹水界。

「三界」並非固定不變,而是隨著河流徑流量的大小和潮汛的強弱而在一定範圍內活動。正常情況下,由於河流帶來泥沙的不斷淤積,珠江三角洲及河口都會向海淤長,「三界」也隨之向海推移,但自珠江三角洲經濟快速發展和地區城市化以來,這「三界」在枯季的活動範圍都已經向陸「反向」遷移,鹹潮活動範圍比以前上推了約 15~20 km (圖2)[4]。實測資料表明,與平水年相比,珠江三角洲含氯度為0.

25‰的鹹潮界大旱年時上移約13km,常年鹹水界上溯約4km[2]。因此,近年珠江三角洲鹹潮入侵已從天然水文現象轉變為人為影響下的鹹潮災害。

三、 珠江三角洲鹹潮影響因素

珠江三角洲鹹潮活動主要受徑流和潮流控制,兩者為鹹潮入侵的根本動力因子。其它影響因素包括河口形狀、河道水深、風力風向、海平面變化等。

1、潮流影響

潮汐是鹹潮入侵的主要「動力源」。天文潮潮汐動力影響最穩定且具有一定週期性,受太陽及月球引力影響,週期性表現在日週期及半月週期。珠江三角洲為不規則半日潮,每日均有兩次潮漲潮落過程,在每月的朔、望兩日,漲潮過程中潮水位將達最大值,鹹潮上溯的影響也較大。

相應鹹潮入侵的潮相變化也具有日週期及半月(朔望)週期的特點。

2、徑流影響

徑流量大小是影響鹹潮的直接因素,進入河口區的上游水量越大,鹹潮上溯距離越小,鹹潮影響越小,如沒有足夠的上游淡水徑流抑制沖淡,鹹潮入侵的影響距離將越來越長,濃度越來越高。徑流具有明顯的季節變化及年際變化特點,鹹潮入侵相應也表現出季節變化及年際變化特徵。徑流的季節變化取決於雨汛的遲早、上游來水量的大小和颱風等因素。

一般來說,每年洪水期(4~10月),上游來量大,鹹界被壓下移;鹹潮入侵一般出現在枯水期的10月至次年3月。

3、河口及河道地形影響

喇叭型河口形狀非常利於鹹潮上溯;珠江三角洲地區河道挖沙、航道疏浚導致河床下切、河道水深加深,增加了河網的納潮容量,使得珠江河口及三角洲地區的潮汐通道更加暢通,有利於鹹水上溯,加重了鹹潮影響。

4、風力風向影響

風對鹹潮影響較大,不同的風力和風向直接影響鹹潮的推進速度,若風向與海潮的方向一致可以加快其推進速度,加大其影響範圍。但風力風向在各地造成的效果是極不相同的。

5、海平面上公升影響

海平面上公升引起河口水位相對下降,有利於鹹潮上溯。全球氣候變化導致海平面上公升是乙個非常緩慢的過程,根據驗潮站儀測資料計算得出近百年來全球海平面平均上公升速率為10~15cm/100a[5];但長期的累積效應也在逐漸顯現。

四、 珠江三角洲鹹潮災害主因及其影響機制

鹹潮災害作為一種人類活動影響下的非平衡現象,與自然平衡條件下的鹹潮上溯不同。目前國內研究中一般通過各種實測資料、數學模型如鹽度數學模型[2]、徑流—鹹潮變化響應模式[6]等進行鹹潮影響因素及其影響程度量化分析,得出年內流量分配方式即徑流量變化對鹹界的影響最明顯、其次是地形和風況的變化等結論。但是,由於水環境的多系統組合特性[5]以及數學模型的假設前提和簡化等,採用數學方法對鹹潮災害進行主因分析可能存在偏差。

根據珠江三角洲城市化以來珠江網河及其水文要素發生的許多重大變化,其中包括大規模採掘河沙現象,以及由此產生的河床下切、河槽容積增大、床沙細化、河水位下降、網河水道和口門分流比值改變等問題,使得人工採沙對珠江三角洲網河系統的改變遠遠超過和涵蓋了同期河流的緩慢變化的自然演變過程,從而破壞了河流水環境的自然平衡尤其是河口地區鹹、淡水的動態平衡,可推斷大規模採掘河沙導致的河流水環境非平衡改變是引發鹹潮災害的根本的和主要的原因。

從20世紀80年代中期開始,珠江三角洲出現大規模採掘河床泥沙的現象。過度採沙使得珠江三角洲河床演變從以淤積為主轉變為以沖刷為主,其中最明顯和直接的變化之一是珠江網河河床普遍下切和河槽容積擴大。河床下切和河槽容積增大致使河流在與過去相同流量情況下出現水位下降,這種現象在鹹潮易於發生的河流枯水時表現最明顯。

對於這個地區,海平面則相對上公升了0.56~2.30 m(假定海平面不變),從而河口與口外淺海區深槽加深,潮汐通道更加暢通,鹹潮從挖通暢了的口門沿「虛懷以待」的水道侵進。

此外,大規模採掘河沙以及為航道公升級的出海水道疏浚泥沙,還導致了河流輸沙量的明顯下降。水體含沙量低於挾沙能力將引起河床沖刷,進一步加重河口地區河床的大幅下切,從而加劇河道內鹹潮的影響[。因此,人工挖沙導致的河床形態及水文特徵等河流水環境的非平衡改變才是鹹潮災害發生的主因。

五、 珠江三角洲鹹潮災害防治對策

目前對鹹潮災害的防治對策主要包括建立鹹潮實時監測和預警機制、採取上游水庫調水壓鹹措施、鹹潮間隙「偷淡」抽水和蓄水、適當提高水廠取水的鹹度標準等工程措施。從珠江三角洲鹹潮災害的主因出發,其不是調水壓鹹等短期工程措施所能完全解決的;要從根本上消除珠江三角洲鹹潮災害,關鍵在於盡可能恢復其河流水環境的自然調整與動態平衡,使自然平衡成為主導演變因素,控制過度的人為干預如大規模採沙活動,使河床由現在的普遍侵蝕轉變為普遍淤積,恢復河口地區穩定的淤沙、輸沙功能,才能阻止河床繼續下切的趨勢,才能阻止鹹潮繼續向上游發展的的趨勢。具體可採取以下長期防治對策:

1、 加強全流域綜合治理及河道採沙管理

全流域綜合治理包括中上游的水土保持和中下游的採沙管理。增加流域中上游的森林覆蓋率,保持植被良好,減少水土流失,增加水源涵養,從而增大枯水期上游來水量;加強中下游河道採沙管理,通過河道和海灘非法挖沙的立法建設、建立嚴格的採沙許可證制度等,保證合理比降, 阻止河床非自然平衡下切,增大鹹潮上溯的阻力,減小鹹潮入侵影響。

2、 優化流域水資源配置,提高水資源利用效率

從長遠來看,解決鹹潮對珠三角的影響,必須立足於全流域水資源的合理配置。隨著經濟高速發展、人口快速增長、城市化程序加快,區域內用水量急劇上公升,並由此帶來排汙量增加,水汙染加重;再加上城市供水工程分散,水源地布局不合理,水資源供需矛盾日益突出,勢必加劇珠江上游徑流的用水壓力,從而加大了鹹潮上溯的縱深和廣度,因而必須進行流域水資源合理配置,通過開展珠江三角洲城市群供水規劃建設、調整城市供水布局等,保證各行各業用水和生活用水,提高水資源利用效率。

3、 建設節水型社會

珠三角水資源總量短缺,靠水庫調水壓鹹等工程不能從根本上解決問題,應該加快建設節水型社會。建設節水型社會,不是簡單地用行政的辦法去節水,而是要建立以水權、水市場理論為基礎的水資源管理體制,形成以經濟手段為主的節水機制,從而提高水資源利用效率,減少生產生活活動對河流水資源的過度獲取和低效利用,從根本上減緩鹹潮災害影響。

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