珠江河口咸情變化形勢及抑咸對策探討

楊 芳，何穎清，盧 陳，鄒華志

（珠江水利委員會珠江水利科學(xué)研究院，水利部珠江河口治理與保護(hù)重點實驗室，510611，廣州）

咸潮是河口地區(qū)特有的自然現(xiàn)象，咸潮入侵是指河口外高鹽水隨潮漲潮落沿河口向上輸運(yùn)和混合，造成上游河道水體變咸的現(xiàn)象。珠江口是我國受咸潮影響較為嚴(yán)重的三大河口之一。20世紀(jì)80年代以來，隨著城市化進(jìn)程的加速發(fā)展，珠江河口咸潮影響范圍越來越廣，涉及廣州、珠海、中山、東莞、佛山、江門等市以及澳門特別行政區(qū)，影響人口約1 500萬人。21世紀(jì)初，珠江河口咸潮災(zāi)害連年發(fā)生，面臨“守著珠江無水飲”的局面。在水利部的統(tǒng)一指揮下，2005年年初水利部珠江水利委員會成功組織實施首次壓咸補(bǔ)淡應(yīng)急調(diào)水。經(jīng)過多年的探索與實踐，“調(diào)水壓咸”可基本保障珠江河口主要城市正常年份的供水安全。然而，在珠江三角洲河網(wǎng)區(qū)河道地形、沿海海平面等多重因素影響下，珠江河口咸潮開始呈現(xiàn)出“來得早、去得晚”的特點，具體表現(xiàn)為咸潮上溯距離增加、發(fā)生時間提前、持續(xù)時間變長，取淡水的概率減少，壓咸流量增加等。珠江河口地區(qū)是粵港澳大灣區(qū)核心區(qū)域，咸潮的持續(xù)加劇已經(jīng)對粵港澳大灣區(qū)供水構(gòu)成嚴(yán)重威脅。通過系統(tǒng)梳理珠江口咸情面臨的新形勢及主要問題，提出了珠江河口的若干抑咸策略。

一、珠江河口咸情面臨的新形勢

1.河口區(qū)未來十年來水偏枯

徑流是影響鹽水入侵最主要的甚至是決定性的因素，咸潮上溯強(qiáng)度與流量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。根據(jù)實測資料分析，珠江三角洲西江干流主要徑流站馬口站枯水期主周期為28年，北江干流三水站枯水期主周期為10年，分別存在18年和7年的平均周期，通過小波分析預(yù)測珠江口徑流量未來發(fā)展趨勢，結(jié)果表明：2019—2028年為水量較少年份，珠江河口未來將面臨較長時間的枯水年。

2.干流河道大幅度、不均衡下切

河床下切意味著水深增大，底部鹽水楔厚度增加、前鋒上移，底層高鹽水入侵顯著增強(qiáng)，咸潮上溯加劇。由于上游水庫建設(shè)、水土流失治理等，使得下游河道來沙量驟減，降幅達(dá)到80%，加之高強(qiáng)度的航道整治及采砂活動，干流河道呈現(xiàn)大規(guī)模、不均衡下切。如1999—2016年間，珠江三角洲河道整體下切明顯，西江干流平均下切2.54 m，北江干流平均下切1.21 m，咸界進(jìn)一步上移約1.22 km。未來，流域上游來沙量持續(xù)減少態(tài)勢不變，加之西江黃金水道、磨刀門出海航道、廣州港出海航道等航運(yùn)工程的建設(shè)，預(yù)測未來一定時期內(nèi)珠江三角洲河道地形變化整體仍將處于河床下切的態(tài)勢，但其下切速率會有所減緩。

3.磨刀門攔門沙萎縮

攔門沙外坡對底層高鹽水入侵具有“阻咸效應(yīng)”：小潮期潮汐動力較弱，漲潮階段口外高鹽水體難以越過攔門沙；同時，攔門沙局部淺水區(qū)流速增大，垂向混合增強(qiáng)，一定程度減緩咸潮上溯。受20世紀(jì)80年代開始的磨刀門河口整治工程影響，磨刀門入?？谕庖?，2000年磨刀門河口東汊、西汊一主一支格局基本形成。近年受上游來水來沙變化及人類活動的影響，磨刀門河口攔門沙萎縮，總體呈現(xiàn)“東沖中淤、東西并進(jìn)、中心開挖”的特征。

4.河口海平面持續(xù)上升

一定徑流量下，海平面上升將增大河口咸潮入侵的距離，沿程咸水強(qiáng)度增加，咸潮入侵的持續(xù)時間更長。當(dāng)海平面上升40~100 cm時，珠江各口門含鹽度0.3‰的鹽水入侵距離將增加1~3 km，最大可增加5 km。在海平面上升1 m的情況下，珠江東四口門高鹽天數(shù)將明顯增加，其中蕉門增加最多，可達(dá)3個多月。據(jù)《2018年中國海平面公報》，2000—2019年海平面上升6.6 cm。根據(jù)眾多學(xué)者的研究成果，珠江口平均海平面還將持續(xù)上升。高海平面若同時疊加風(fēng)暴增水和天文大潮，將進(jìn)一步加劇咸潮入侵的程度。

5.河口區(qū)枯季離岸北風(fēng)的發(fā)生頻率顯著增加

向岸風(fēng)加強(qiáng)淺水區(qū)水體的鹽淡水混合，導(dǎo)致其垂向分層與縱向環(huán)流減弱；而離岸風(fēng)會使表層低鹽水流失速率增快，同時在底層形成逆風(fēng)向補(bǔ)償流，高鹽水入侵加劇，從而增強(qiáng)河口水體的縱向環(huán)流，更有利于咸潮上溯。據(jù)統(tǒng)計資料，20世紀(jì)末以來，珠江河口枯季離岸北風(fēng)的發(fā)生頻率顯著增加，導(dǎo)致咸潮上溯加劇。

綜合考慮未來珠江河口上游來水偏枯、珠江三角洲河道演變?nèi)詫⑻幱诰徛虑小⒛サ堕T攔門沙萎縮、海平面持續(xù)上升、不利風(fēng)況出現(xiàn)概率增加等因素，珠江河口咸潮上溯仍將繼續(xù)朝著不利的趨勢發(fā)展。

二、珠江河口咸情防控面臨的問題

1.粵港澳大灣區(qū)建設(shè)戰(zhàn)略時期供水需求進(jìn)一步增大

粵港澳大灣區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口稠密、用水總量需求大，2017年用水總量為199.65億m3，其中珠三角9市用水量為186.1億m3，香港用水量為12.58億m3，來 自 東 江 的 供 水 量 占51.7%，澳門用水量為0.97億m3，主要依靠珠海供水系統(tǒng)供給。在粵港澳大灣區(qū)建設(shè)的戰(zhàn)略時期，隨著產(chǎn)業(yè)及人口的不斷聚集，大灣區(qū)用水總量需求將進(jìn)一步加大，在咸潮逐年加劇、未來上游來水偏枯的情勢下，珠海、澳門、中山、廣州等大灣區(qū)重要城市1 500萬人供水安全面臨較大的威脅。

2.連續(xù)枯水年或特枯水年供水仍面臨較高風(fēng)險

經(jīng)過多年的探索與實踐，珠江委壓咸補(bǔ)淡工作積累了較豐富的經(jīng)驗，從“被動應(yīng)急，壓制咸潮”（2005—2006年）到“主動應(yīng)對，統(tǒng)籌兼顧”（2006—2010年），再到“水量配置，統(tǒng)一管理”（2011年至今），連續(xù)16年實施珠江枯水期水量調(diào)度，基本保障了粵港澳大灣區(qū)正常年份的供水安全。但上游水庫隸屬多個部門，水庫的主要功能不一致，調(diào)節(jié)能力不一致，要保證實現(xiàn)目標(biāo)壓咸流量并非易事。以各斷面1980—2016年枯水期逐月平均流量系列評價控制指標(biāo)的枯水期月滿足程度，以各斷面自然年內(nèi)枯水期各月平均流量均滿足控制指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)評價枯水期年滿足程度，西江梧州、北江石角、東江博羅、西北江匯合口思賢滘（馬口+三水）控制斷面壓咸流量枯水期月滿足程度分別為61.7%、94.6%、98.2%和74.3%，年滿足程度分別為13.5%、78.4%、91.9%和29.7%。2010年以來，在流域統(tǒng)一調(diào)度情況下，供珠海與澳門的重要取水口平崗泵站枯水期平均有48天超標(biāo)，17天不可取水，特枯水年取淡概率不足60%。可見，在對現(xiàn)有已建成水利工程實施調(diào)度的情況下，現(xiàn)狀主要控制斷面枯水期下泄流量控制指標(biāo)滿足程度不足，一旦流域出現(xiàn)連續(xù)枯水年或特枯水年，粵港澳大灣區(qū)供水安全將面臨較高風(fēng)險。

3.咸潮防控技術(shù)儲備不足，咸潮防控風(fēng)險大

河口咸潮防控是一個系統(tǒng)工程，涉及區(qū)域包括：流域上游、三角洲河網(wǎng)、河口。目前珠江河口的咸潮防控僅依靠流域上游梯級水庫群“調(diào)水壓咸”,通過十余年的枯水期水量統(tǒng)一調(diào)度，該項技術(shù)已較為成熟。但珠江三角洲河網(wǎng)區(qū)以及河口區(qū)的咸潮防控技術(shù)未得到充分發(fā)掘。在河網(wǎng)區(qū)，以“蓄淡”為核心功能的三角洲原水取輸蓄供系統(tǒng)在應(yīng)對咸潮方面還存在諸多技術(shù)難題有待突破。在河口區(qū)，由于以往對咸潮運(yùn)動機(jī)理和影響因子作用規(guī)律認(rèn)識不夠深刻和全面，河口咸潮防控理念還有待轉(zhuǎn)變和提升，口門治導(dǎo)線控導(dǎo)、攔門沙治理等對咸潮上溯阻滯的長期效應(yīng)未得到充分論證，河口阻咸技術(shù)手段研發(fā)和應(yīng)用也未在相關(guān)規(guī)劃中予以明確。因此，僅依靠單一手段的咸潮防控存在“一損俱損”的風(fēng)險。

三、珠江河口抑咸策略

1.完善珠江河口本地供水體系，提高河網(wǎng)區(qū)的蓄淡能力

通過增加蓄淡庫容、優(yōu)化管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、調(diào)整取水口等措施進(jìn)一步完善珠江河口本地供水體系，從而提高蓄淡調(diào)咸能力。同時，應(yīng)逐步替換供水系統(tǒng)的經(jīng)驗調(diào)度運(yùn)行模式，充分利用數(shù)值模擬技術(shù)建立區(qū)域原水取輸蓄供系統(tǒng)調(diào)度模型，實現(xiàn)水量與含氯度的精準(zhǔn)模擬，并應(yīng)及時響應(yīng)新工程格局，優(yōu)化原水調(diào)度模型，保證供水系統(tǒng)調(diào)度方案的最優(yōu)化。

2.充分利用三角洲聯(lián)圍河涌調(diào)蓄淡水資源，提高淡水利用率

探索以多汊河口聯(lián)圍水閘水泵群工程調(diào)度的方式，提高骨干水庫群調(diào)度淡水利用率。建立聯(lián)圍閘泵群“引、換、蓄、補(bǔ)”水量調(diào)度體系，調(diào)控聯(lián)圍內(nèi)和取水河道的水量和水質(zhì)。“引”即適時將外江淡水引入聯(lián)圍；“換”即置換內(nèi)河涌污水，改善河涌水質(zhì)；“蓄”即盡可能多地蓄積淡水資源，在盡可能短的時間內(nèi)使得調(diào)度期末內(nèi)河涌蓄水量最大；“補(bǔ)”即利用流域骨干水庫群調(diào)水壓咸期間釋放的淡水補(bǔ)充至外江河段抑咸，保障下游河道取水口取水安全。

3.高度重視河口治理對于咸潮防控的整體、宏觀、長遠(yuǎn)效應(yīng)

河口咸潮防控、咸害治理是一項系統(tǒng)工程，除了做好上游流域梯級水庫群調(diào)度、三角洲供水系統(tǒng)科學(xué)調(diào)配外，河口區(qū)本身的治理也應(yīng)加大力度?；谙坛边\(yùn)動機(jī)理和變化規(guī)律的認(rèn)識，在以往泄洪、納潮、輸沙等治理目標(biāo)基礎(chǔ)上，充分考慮咸害治理功能和需求，將抑咸列入河口治理目標(biāo)。在規(guī)劃口門治導(dǎo)線、制定攔門沙開發(fā)治理保護(hù)方案時，充分考慮咸潮的影響，進(jìn)一步規(guī)范、優(yōu)化河口平面布局、水下地貌形態(tài)，實現(xiàn)治導(dǎo)線規(guī)劃、攔門沙治理方案對咸潮防控的整體、宏觀、長遠(yuǎn)效應(yīng)。

4.從咸潮上溯的源端進(jìn)行抑制，研發(fā)河口阻咸技術(shù)

加大阻咸技術(shù)的研究，從咸潮上溯的源端進(jìn)行抑制。工程措施阻咸對策的基本思路為：通過擋潮閘工程、擋咸潛壩工程、攔門沙以及水幕工程等措施，在咸潮發(fā)生期間，阻止鹽度隨水流運(yùn)動向上游輸運(yùn)，將咸界控制在取水口下游鄰近水域，確保取水口不受咸潮影響。

5.做好特枯年份提高壓咸流量保障程度的可行性研究及應(yīng)急方案

西北江匯合口的思賢滘（即馬口＋三水）控制斷面最小壓咸流量為2 500 m3/s。在現(xiàn)有已建成水利工程調(diào)度情況下，根據(jù)1954—2010年長系列逐月調(diào)節(jié)計算，思賢滘壓咸流量的保證率為65%。大藤峽工程建成后，思賢滘壓咸流量的保證率可提高到93%。一旦流域出現(xiàn)連續(xù)枯水年或特枯水年，粵港澳大灣區(qū)供水安全仍面臨較高風(fēng)險。目前，珠江流域正在規(guī)劃建設(shè)思賢滘、天河南華生態(tài)控導(dǎo)工程，應(yīng)研究探討聯(lián)合這兩項工程在特枯年份提高壓咸流量保證率的可行性及應(yīng)急方案，進(jìn)一步保證特枯年枯水期下泄流量的保障程度。

6.加強(qiáng)咸潮監(jiān)測預(yù)警預(yù)報

綜合運(yùn)用咸情觀測站、遙感、數(shù)模、物模等手段，聯(lián)合海洋、氣象、水利、電力等部門，建立氣象、海洋、水文信息的一體化咸潮監(jiān)測預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)，實現(xiàn)近期咸情的精確預(yù)報，在咸害發(fā)生之前提前防范與規(guī)避風(fēng)險。充分運(yùn)用珠江河口原型觀測平臺取得長時間序列、可比對、一致性的觀測數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確把握上游徑流、潮汐活動、風(fēng)速風(fēng)力及海平面上升等與咸潮活動的響應(yīng)關(guān)系，掌握咸潮的動態(tài)變化，為咸潮活動規(guī)律研究以及咸情發(fā)展趨勢預(yù)測提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)期咸情變化趨勢的準(zhǔn)確預(yù)測，為咸潮災(zāi)害防治奠定基礎(chǔ)。

7.建立統(tǒng)籌流域、三角洲、河口的珠江河口咸潮“上補(bǔ)、中蓄、下阻”綜合防控體系

“上補(bǔ)”即目前每年開展的珠江枯水期水量統(tǒng)一調(diào)度。以流域上游西江、北江骨干水庫群為調(diào)度對象，以三角洲壓咸流量為調(diào)度目標(biāo)，在咸潮預(yù)報等技術(shù)支持下，采用“避漲壓落”“打頭壓尾”等調(diào)度方式，滾動優(yōu)化水庫群調(diào)度方案，動態(tài)調(diào)整水庫下泄水量，確保補(bǔ)水過程滿足壓咸目標(biāo)流量，在保障三角洲水量需求的同時，實現(xiàn)發(fā)電、航運(yùn)、生態(tài)等綜合效益最大化。

“中蓄”即以珠海-澳門供水系統(tǒng)、珠江三角洲聯(lián)圍閘泵群等取淡蓄淡工程為調(diào)度對象，以提高取水概率或蓄水水量為調(diào)度目標(biāo)，在咸情預(yù)報基礎(chǔ)上，結(jié)合上游水庫群補(bǔ)水調(diào)度，采用取輸供蓄系統(tǒng)模擬調(diào)度技術(shù)、聯(lián)圍閘泵群蓄淡技術(shù)，實現(xiàn)河網(wǎng)區(qū)水利工程精細(xì)化調(diào)度及水資源高效利用。目前，珠江河口咸潮防控主要依賴“上補(bǔ)”和“中蓄”，可基本保障一般枯水年的供水安全。

“下阻”即以水下拍門、河口治導(dǎo)及攔門沙治理、航道方案布局優(yōu)化等工程措施，配合“上補(bǔ)”及“中蓄”，從源頭上削弱咸潮影響。

“上補(bǔ)、中蓄、下阻”一體化的珠江河口咸潮綜合防控體系可有效保障珠江河口特枯年份或連續(xù)枯水年份應(yīng)急供水安全。