韩江干流潮安站泥沙变化分析

张郁坡

摘 要：研究了1951—2011年韩江干流潮安站泥沙的基本变化特征。结果表明，潮安站年输沙量年内分配不均，月际变化明显，输沙量主要集中在4—9月，且前汛期大于后汛期。1994年以后，由于上游多个梯级电站、水库和枢纽的建成，年平均含沙量及年输沙量呈现明显减少的趋势。M-K突变检验显示，2001年以后输沙量快速减少。

关键词：输沙量；汛期；河床；水资源

中图分类号：P333 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.15.078

1 流域概况

韩江流域位于粤东、闽西南地区，地理位置在东经115°13′～117°09′，北纬23°17′～26°05′，是广东省仅次于珠江流域的第二大流域。该流域包括广东、福建和江西三省，干流全长470 km（自河源至东溪口），落差920 m，平均坡度为0.4‰，流域面积为30 112 km2。梅江是韩江的主流，发源于广东省紫金县的七星岽，在三河坝与汀江汇合后，经潮州市进入韩江三角洲，分北、东、西溪出南海。

潮安水文站是国家重点基本水文站，其控制流域面积为29 077 km2，占总流域面积的96.6%，是韩江干流的控制站。本文通过1955—2011年潮安站的输沙量资料，分析了韩江输沙量的年内、年际变化，可以为该流域河床变化、河沙开采及水资源的发展与合理利用提供一定的参考。

2 泥沙的年内变化

2.1 分析方法

2.1.1 不均匀系数

不均匀系数Cu（Unevenness Coefficient）又称变差系数，是反应时间序列分配不均匀程度的一个综合性指标，能用于多种性质的时间序列的分析研究，因其具有良好的时间空间可比性，在我国得到了广泛应用。本文用来分析输沙量年内分布的不均匀性，其计算公式为：

式（3）中：Wsi 为第i个月输沙量；WS为全年输沙量。CI取值介于8.33～100.当CI=8.33时，年输沙量均匀地分配在12个月内；当8.3320时，输沙量月际变化明显；当CI=100时，年输沙量全部集中在一个月内。

2.2 潮安站泥沙年内变化情况分析

2.2.1 不均匀性分析和集中指数分析

通过式（1）（3）分别计算逐年Cu和CI值，并点绘逐年变化过程线，如果图1所示。从图1可以看出，潮安站输沙量年内分布的Cu值基本上都大于1，平均值为1.38，最大值为2.43（2007）；CI值均大于10，大部分年份大于20，平均值为25.1，最大值为57.5（2007）。由此可见，输沙量月际变化明显。

计算不同时间段输沙量年内分配系数Cu，并点绘逐时段变化过程线，如图2所示。由图2可知，1975—1984年的Cu值是最小的，之后逐渐变大。由此可见，潮安站输沙量年内分配不均匀现象越来越明显。

2.2.2 泥沙月分配分析

图3为潮安站各月输沙量和径流量的分布情况。从图3中可以看出，与径流的月分布相同，潮安站的输沙量主要集中在4—9月，占全年输沙量的87%以上，表现出该站泥沙年内分布集中、极不均衡的特点。但相比径流量的分布，沙量的分布更加不均匀，且出现了前汛期沙量大于后汛期的情况。

给定显著性水平a，查正态分布表得到临界值Ua，如果|UFk|>Ua，则表明序列存在明显的趋势变化。将所有UFk组成一条曲线C1，通过信度检验可知其是否具有趋势。同理，将此方法引用到反序列，将反序列Xn，Xn-1，…，X1表示为X1，X2，…，Xn，重复上述计算过程，并使计算值乘以-1，得到UBk，其在图中表示为C2。分析绘出的UF和UB曲线图，如果UF或UB>0，则表明序列呈上升趋势；如果UF或UB<0，则表明序列呈下降趋势。当其超过临界值线（信度线）时，表明上升或下降的趋势明显。超过临界线的范围确定为出现突变的时间区域。如果UF和UB出现两线相交，且交点在临界区域之内，则交点对应的时刻便是突变开始的时间。

3.2 潮安站泥沙年际变化情况分析

3.2.1 年际变化趋势分析

用M-K趋势分析了1955—2011年泥沙序列。趋势检验结果表明，潮安站年平均含沙量和年输沙量的Z值分别为-5.14和-3.91，Z的绝对值均大于2.32，表示通过了置信度99%的显著性检验。由此可见，潮安站年平均含沙量和年输沙量减少的趋势十分明显。具体如表1所示。

绘制了潮安站年平均含沙量差积累计曲线，如图4所示。在图4中可以看出，1987年以前呈上升趋势，1994年以后呈下降趋势，原因为90年代以后，韩江中上游多个梯级电站、水库和枢纽建成，使上游来沙在区间沉积，大量泥沙被拦截，因此，韩江中下游含沙量及年输沙量明显减少。

3.2.2 年际变化突变检测

利用Mann-Kendall法对潮安站的年输沙量数据进行了突变检验，趋势检验结果如图5所示。由图5可见，潮安站的年输沙量从1994年以来有明显的减少趋势，20世纪末，这种减少的趋势通过了a=0.05的显著性检验，甚至通过了a=0.001的检验。这表明潮安站的年输沙量的减少趋势是十分明显的，再通过UFk和UBk两条曲线的交点位置，可以确定年输沙量的减少属于突变现象，具体是从2001年开始的。其原因为2000年以后潮州供水枢纽的建设改变了水的流速，进而影响了含沙量和年输沙量。

3.2.3 输沙量径流量累积分析

水沙累积关系线表示的是径流量与输沙量的关系。如果流域的水沙关系发生系统变化，则水沙累积关系线上将出现明显的转折，即累积曲线斜率发生变化。潮安站径流量输沙量累积关系线点如图6所示。

从图6可以发现，潮安站在1993年以前的累积关系线基本呈一条直线，表明输沙量与径流量的关系未发生系统变化；1994年以后，累积线偏向径流量轴，表明1994年以后潮安站年输沙量相比于径流量出现了系统减少。

4 结论

河流泥沙的产生是降水径流、自然地理因素和人类活动等综合作用的结果，泥沙的变化过程也是极其复杂的。通过本文的分析，韩江干流潮安站的年输沙量月际变化显明显，输沙量主要集中在4—9月，且前汛期大于后汛期。1994年以前，输沙量与径流量的关系是相对稳定的；1994年以后，年输沙量相比于径流量出现了系统减少，这是因为90年代以后，上游多个梯级电站、水库和枢纽的建成拦截了部分泥沙。此外，上游河段的水土保持工作减少了泥沙的冲刷量，使潮安站年平均含沙量及年输沙量呈现明显减少的趋势。M-K突变检验显示，2001年以后年输沙量快速减少。

参考文献

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〔编辑：张思楠〕