第3章 珠江三角洲水资源调度形势与现状分析

3.1 珠江三角洲水资源调度形势

3.1.1 珠江三角洲来水丰枯遭遇分析

3.1.1.1 Copula函数介绍

1.Copula函数的定义和性质

n维Copula函数是具有以下性质的函数C：Iⁿ→I。

（1）C的定义域Iⁿ∈［0,1］ⁿ。

（2）∀u_a、u_b∈Iⁿ，只要u_a有一个分量大于u_b中的对应分量，则C（u_a）≥C（u_b），称为n维递增 （nincreasing）。

（3）∀u∈Iⁿ，如果至少有一个u的分量等于零，则C（u）=0；如果除了u_k（X＜x）， Z＜z的其他分量均为1，则C（u_k）=u_k。

显然，如果F₁,F₂,…,F_n特征为连续一维，令u_i=F_i，则函数C(u₁,u₂,…,u_n)的边缘分布呈现均匀［0,1］。

Skar's定理是Copula函数理论的核心，可表述如下。

定理3-1 令F为n维分布函数，其边缘分布是F₁,F₂,…,F_n，则存在着n维Copula函数C，对任意x∈Rⁿ都有

式(3.1-1)中，若F_i(x_i)是连续的，则Copula函数C是唯一确定的;否则，C在ranF₁×ranF₂×…×ranF_n上唯一确定。

定理3-2 令F、C，F₁，F₂，…，F_n如定理3-1中所定义，分别为F₁，F₂，…，F_n的反函数，则∀u∈Iⁿ有

定理3-3 令X₁,X₁,…,X_n随机变量，其分布是F₁,F₂,…,F_n，联合分布式F，则必存在Copula函数C使得式（3.1-1）成立。若F_i（x_i）是连续的，则Copula函数C是唯一确定的;否则，C在ranF₁×ranF₂×…×ranF_n上唯一确定。

以n维Copula为例，Copula函数C还具有以下性质。

（1）C是有界的，0≤C（u₁,u₂,…,u_n）≤1。

（2）∀u_a、u_b∈Iⁿ，令（i=1，2，…，n），则

若n=2，则由式(3.1-3)可得

（3）C（u₁,u₂,…,u_n）满足Fréchet-Hoeffding边界不等式，即

2.Archimedean Copula函数

采用的构造方法差异，可获得不同的Copula函数，比较常用的类型为椭圆Copula函数、Archimedean Copula函数和Plackett Copula函数等。但在水文学领域Archimedean Copula应用得最为广泛，故此处重点介绍该类型的Copula函数。

Archimedean Copula函数的构造相对简单，适应性也较强，具有广泛的应用价值。Archimedean Copula函数分对称型和非对称型两种。

对称型的构造形式为

式中：φ为生成元，且为连续严格递减的凸函数；φ^(-1)为φ的反函数，也是连续且严格递减的凸函数。

只需确定φ，则可确定一种相应的Copula函数。水文中常采用的4种二维对称Archimedean Copula函数如下。

（1）Gumbel-Hougaard （GH） Copula。

式中:u、v即边缘分布;θ为Copula函数的参数，下同，其生成元φ(t)=(-lnt)^θ。

(2)Clayton Copula。

其生成元φ(t)=t^-θ-1。

(3)Ali-Mikhail-Haq (AMH) Copula。

其生成元φ（t）=ln。

(4)Frank Copula。

其生成元为φ（t）=。

与前文中二维对称Copula相对应的三维对称Copula函数如下。

(1)Gumbel-Hougaard (GH) Copula。

（2）Clayton Copula。

(3)Ali-Mikhail-Haq (AMH) Copula。

（4）Frank Copula。

n维对称型Archimedean Copula函数在使用上存在一定的限制。它要求两两变量间的结构是相同或类似的；当生成元只有一个参数时，所构造的n维对称型Archimedean Copula函数也只有一个参数，因此对于非常复杂的相关性结构，其使用受到限制。

将二维对称Archimedean Copula函数通过n-1重嵌套，可得出n维非对称型Archimedean Copula函数，即

相应的三维表达式为

以下是4种常采用的三维非对称型Archimedean Copula表达式。

（1）Gumbel-Hougaard （GH） Copula，即

（2）Clayton Copula，即

（3）Ali-Mikhail-Haq （AMH） Copula，即

（4）Frank Copula，即

3.边缘分布函数

（1）分布类型。在水文统计中，Pearson-Ⅲ分布在拟合暴雨、洪水中运用得最为广泛，且其为各类水利水电工程设计中推荐使用的水文频率分析线型。当然，不同地域的不同水文变量可能服从着不同的分布，一律使用Pearson-Ⅲ分布则可能无法达到最佳的拟合效果。因此，在本次统计运用中，使用Pearson-Ⅲ分布（P-Ⅲ）广义极值分布（GEV）、指数分布（EXP）和对数正态分布（LOGN）对各变量进行拟合，再确定各自所需选用的最佳边缘分布类型。

（2）参数估计。本书一律采用线性矩法（L-moments）对各边缘分布进行参数估计。对于小样本参数估计，极大似然估计量具有很大的不稳定性，而水文序列一般较短，故本书使用线性矩估计各边缘分布的参数。线性矩是Hosking基于Greenwood提出的概率权重矩（Probability Weighted Moments）概念而提出的，已成为水文分析计算中广泛使用的重要方法之一。与常规矩法类似，线性矩法估计参数的原理是用样本线性矩代替总体线性矩，根据总体的线性矩与参数的关系求得总体分布的参数，此处不再赘述。

（3）拟合优度检验。随机变量的理论分布能否代表其总体分布，需要进行相应的假设检验，且需进行拟合优度评价，选择出能够最恰当地代表总体分布的理论分布。本书使用Kolmogorov-Smirnov（KS）进行检验，且使用均方根误差（RMSE）和概率点距相关系数法（PPCC）评价拟合优劣，再用AIC信息准则确定最优分布。

1）KS检验。设有大小为n的样本X，其经验分布为

式中:m_i是X≤x_i的个数。

检验原假设：样本X服从理论分布F(x)，则KS统计量为

比较D与临界值D_c：若D＞D_c，拒绝原假设，即样本X不服从理论分布F(x)；否则，不拒绝原假设，认为服从理论分布F(x)。

2)RMSE。

式中：和x_i分别为理论频率和经验频率；n为样本大小。

RMSE越小，则理论频率和经验频率越接近。

3)PPCC。设一个待检验序列(x₁,x₁,…,x_n)，将x_i递增排列后计算的经验频率分布点据Pe_i为概率点据。结合理论分布计算出各Pe_i对应分位数y_i，为理论值，排列后x_i与对应y_i的相关性系数为

式中:x和y分别是x_i和y_i的均值。

4)AIC信息准则。AIC信息准则由Akaike提出，包括两部分，即模型偏差和模型参数个数引起的不稳定性。AIC的计算公式为

式中：m为分布函数参数的个数。

以上方法中涉及经验频率计算，即

式中:i为样本从小到大排列后各值的序号；n为样本总量。

3.1.1.2 丰枯遭遇数据资料

本书以西江、北江、东江为研究对象，收集西江高要站、北江石角站1956—2010年的实测月径流量资料和东江博罗站1954—2010年的实测月径流量资料，且根据咸潮影响时间段，选取每年10月至次年3月非汛期序列资料，利用Copula函数进行非汛期丰枯遭遇分析。

3.1.1.3 丰枯遭遇结果分析

1.三大水系分布函数拟合与优选

（1）边缘分布拟合结果。采用4种分布函数对西江、北江、东江三大水系非汛期的河川径流量进行拟合，并进行检验与优选，确定出最优的边缘分布，拟合度检验结果见表3.1-1。由表3.1-1中可以看出，4种分布函数皆通过KS检验，拟合结果满足要求。根据AIC值最小、PPCC值最大以及均方根误差（RMSE）最小准则，分别选择三大水系的最优边缘分布函数。其中，西江高要站最优边缘分布函数为P-Ⅲ分布，北江石角站最优边缘分布函数为P-Ⅲ分布，东江博罗站为GEC分布函数，相应分布函数的参数见表3.1-2。

（2）二维Copula函数拟合结果。对于三大水系非汛期径流量两两间的联合分布，采用4种二维Copula函数进行参数估算，并对拟合结果分别依据AIC最小准则、离差平方和最小准则（OLS）确定拟合度最优的Copula函数，结果见表3.1-3。由表3.1-3中可以看出，三大水系两两间联合分布最优结果皆为GH Copula函数，分布拟合效果见图3.1-1～图3.1-3。由图3.1-1~图3.1-3中可以看出，理论频率与经验频率的散点分布，基本上沿斜率为45°的直线分布，且两者相关性系数分别达到0.9943、0.9986及0.9957，因此判定拟合效果相对较好。

（3）三维Copula函数拟合结果。对于三大水系非汛期径流量的三维联合分布，首先利用极大似然法进行参数估计，然后进行拟合检验与评价，见表3.1-4。从三维对称型Gumbel-Hougaard Copula和三维非对称型Gumbel-Hougaard Copula中选择拟合度最优的。由表3.1-4中可以看出，三大水系三维联合分布最优结果皆为对称型GH Copula函数，拟合效果见图3.1-4。由图3.1-4中可以看出，理论频率与经验频率的散点分布，基本上沿斜率为45°的直线分布，两者相关性系数达到0.9946，因此判定拟合效果相对较好。

2.二维丰枯遭遇分析

本书中把三大水系非汛期径流量丰枯水平定为枯、平、丰三级，且枯、丰水分割的累积概率阈值p_k=37.5%和p_f=62.5%，判断准则如下。

式中：X_i为i非汛期径流量；为枯、丰水分界值。

对于西江高要站、北江石角站与东江博罗站非汛期径流量二维丰枯遭遇的研究，主要着重于两两测站间同时发生枯水的情形，利用公式表述为

式中：u=F_X(x)和v=F_Y(y)分别是变量X和Y的边缘分布。上述公式表述为：变量X<x且Y<y同时发生的概率，根据选择的联合分布类型，相应联合概率分布图见图3.1-5~图3.1-7。

三大水系两两间丰、平、枯划分的遭遇概率见表3.1-5。由表3.1-5中可以看出，总体上三大水系两两间丰枯同步（包括同丰、同平和同枯的情形，下同）的概率大于丰枯异步的概率。这与区内的实际情况一致：西江、北江、东江皆地处亚热带地区，在地理位置上相距较近，且各水系范围内水文、气候性质相似，导致丰枯一致性相对较高。

在两两组合的情形下，北江与东江丰枯同步的概率最高，达61.73%，考虑到北江与东江集水面积相差不大，地理位置上又相互紧邻且跨越纬度范围相似，水文气候最为一致，故此结果较为合理；西江与东江丰枯同步的概率最小，但仍有51.53%，由于东江与西江地理位置较远且跨域经度、纬度皆有所差异，此外西江流域面积大，上游又有黔江、郁江、桂江等支流，各支流同时发生洪水或枯水的概率都不大，而东江不单受锋面雨的影响，且流域面积较小，中、下游又经常受台风雨的袭击，所以导致西江与东江丰枯同步的概率偏小。

丰枯同步的遭遇情形下，三大江河非汛期径流量两两组合情况下，同丰、同枯水情遭遇的概率较为接近，皆在20%～30%之间；同平水情遭遇的概率最低，位于7%～10%之间。

丰枯异步的遭遇情形下，两江发生一平一枯的组合概率最高，位于8%～10%之间；两江发生一丰一平的组合概率次之，位于7%～9%之间；两江发生一丰一枯的组合概率最低，位于8%以下，极端组合时仅为3.34%。

对两江同枯的情形进行着重分析，西江、北江组合情况下同枯概率为22.71%，西江、东江组合情况下同枯概率为21.31%，宝桥加积组合情况下同枯概率为25.49%，皆处于较高水平。考虑到枯水水情遭遇对咸潮上溯的影响，此种高概率的同步性，对下游保障供水造成的压力是不容忽略的。

3.三维丰枯遭遇分析

三变量联合概率分布为

式中:变量X、Y和Z的边缘分布分别为u=F_x(x)、v=F_y(y)和z=F_z(z)。

利用前文优选的结果，构建三大测站间年径流量三维联合分布模型，计算西江、北江、东江非汛期径流量三维遭遇的概率，见表3.1-6。

由表3.1-6可知，三大江河非汛期径流量之间丰枯同步较大，达到36.49%，这与前文二维丰枯遭遇分析的结论相对一致，是由于测站所处三大流域地理位置相近，水文气候性质相似。但此高一致性的丰枯遭遇，对于下游珠江三角洲抑制咸潮上溯工作的开展，以及供水保障都是极其不利的。

在丰枯同步的情形下，三站水情发生同丰、同枯的概率远远高于同平，其中三站同丰、同枯分别为18.41%和15.26%，而同平仅为2.82%。在丰枯异步的情形下，出现两丰一枯的概率为5.78%，即大约每17.30a出现一次两丰一枯的情形；出现两枯一丰的概率为6.93%，即大约每14.43a出现一次两枯一丰的情形；出现两枯一平的概率为14.67%，即大约每6.81a出现一次两枯一平的情形；出现两平一枯的概率为7.86%，即大约每12.72a出现一次两平一枯的情形。出现两平一丰的概率为7.89%，即大约每12.67a出现一次两平一丰的情形；出现两丰一平的概率为10.53%，即大约每7.89a出现一次两丰一平的情形。

珠江三角洲水资源非汛期偏枯，即当非汛期西江、北江和东江枯水来水水情相互遭遇时，对下游水资源利用以及水体环境影响极为不利的。一方面，当来水偏枯水时，珠江三角洲生活生产过程中排放到水体的污染物，缺乏充足的水量进行稀释与转移，致使水体环境受到严重影响；另一方面，上游来水量的减少，致使下游河口地区咸潮上溯没有足够的水量进行抑制，导致咸潮上溯距离、咸度皆出现加重趋势，也影响河口地区供水设施的运行。

在本次研究中，三大水系中两江同枯的概率分别为22.71%、21.31%、25.49%，此外，三江联合同枯的概率为15.26%，皆处于较高的水平，在此严峻形势下，需立足于河网区需求，开展水资源调度关键技术研究。

3.1.2 珠江三角洲咸潮上溯影响分析

3.1.2.1 珠江三角洲咸潮上溯的影响因素

河流、河口、海洋构成一个系统的连续水体，径流带来的淡水流经河道源源不断地注入河口，扩散到浩瀚的海洋；河口在不断接受上游径流淡水的同时还受外海陆架高盐水周期性的影响，盐、淡水在河口区交汇，在这个特殊的过渡带形成了多样性的物理、化学、生物过程，极为复杂；海洋通过潮汐的力量，无时无刻不在影响着河口和上游河道，通过潮汐的涨落与河道和河口进行水体交换和物质输移，对于维持河口生态、水环境承载能力发挥着积极作用。

咸潮上溯（或称盐水入侵）是外海大陆架高盐水团沿着河口的主要通道非正常地向上游淡水区推进，盐水扩散、盐淡水混合造成上游河道水体变咸，从而对淡水资源的供应构成威胁。导致咸潮上溯的主要因素是上游河流径流和外海海洋动力相互作用的不平衡，同时与河口形态、地形、波浪、风、口外海洋环流、海平面上升、人类活动等因素密切相关。

1.径流对咸潮活动的影响

上游径流是咸潮上溯最直接的“压制”因素，径流主要通过径流量大小、季节的变化、年际间的变化和变幅的大小来影响咸潮上溯。通常情况下，咸潮上溯的距离与上游流量呈负相关，上游流量越小，径流动力越弱，咸潮上溯距离越远；河流径流量年内基本呈季节性变化，枯季小、洪季大，因此严重的咸潮上溯现象一般出现在枯季。径流对河流和河口咸度变化的影响还表现出一定的时间滞后现象，当径流量减少时更为明显，因为河口系统需要一定的时间进行水体混合置换。

通过历史文献记载分析、同步水文测验分析、供水公司调查资料分析及实地踏勘及调查资料分析，不同流量条件下珠江三角洲250mg/L含氯度上溯界线空间分布如下：

西北江三角洲250mg/L含氯度界线对应流量为进入三角洲的控制断面思贤滘流量（即马口断面加三水断面流量），东江三角洲250mg/L含氯度界线对应流量为东江石龙断面加增江麒麟咀断面流量。当思贤滘流量为1000m³/s时，西北江三角洲的佛山、顺德、江门、广州、中山、珠海全面位于咸界内，三角洲各取水口将受到全面影响；当上游来水达到5500m³/s时，咸界基本退至各取水口以下；当思贤滘流量为2500m³/s时，广州市石门、沙湾、南洲等主力水厂，佛山市桂州、容奇、容里水厂，中山市全禄、大丰水厂和江门市牛筋、鑫源水厂基本不受咸潮影响。

2.潮汐动力对咸潮活动的影响

潮汐是咸潮上溯的最主要原动力，主要通过潮汐性质、涨落潮历时长短和潮差大小等影响咸潮活动。潮汐涨落具有较好的周期性，是一种长周期的波动，其振幅和周期具有周日、半月和年不等现象，陆架高盐水通常在涨潮流推动作用下入侵河口及河道，受其影响，河口地区和感潮河段咸度也呈现出相应的周期性，咸度峰、谷值一般出现在涨停、落憩附近时刻。

以珠江河口平岗泵站为例，在以半个月为周期的天文潮过程中，潮汐从小潮转大潮期间，水体含氯度明显增大，大潮转小潮期间，水体含氯度明显减小，而其变化在相位上较天文潮提前3d左右，如图3.1-8所示。

3.风对咸潮活动的影响

风对河口和陆架水上层水体直接作用，在拖曳力作用下上层水体流速、流向改变，对表层咸度的平面分布有明显影响。更重要的是，在一定风向的作用下会在大陆架区域形成近岸下潜流，导致海水近岸堆积和水位堆高，进而形成量值可观的向岸压力梯度，驱使底层高盐水上溯。

图3.1-9所示为不同时期珠江河口磨刀门水道实测风力、风向与咸度变化的对比，从图3.1-9中可以看到，咸度过程的峰值与东北风或者北偏东风有很好的对应关系，东北风作用下磨刀门咸潮会有所加剧。

4.波浪对咸潮活动的影响

相对于潮汐而言，波浪为高频的周期性波动现象，主要通过波动的混合作用来影响盐淡水的混合过程。

通过对1998—2001年挂定角咸度、梧州流量、磨刀口门波浪进行数理统计分析，对咸度取自然对数，建立了咸度与径流量和波浪因子之间的多元线性回归方程，采用双重检验逐步回归进行处理得出以下经验公式，即

式中:S为含氯度，mg/L；Q为流量，m³/s；H为波高，m；ln为自然对数符号。

从式（3.1-30）中可以看出，波浪因子与含氯度正相关，在流量一定的情况下，波高越大，含氯度越大，咸潮入侵越剧烈。图为挂定角含氯度回归模型计算值与实测值的对比，从图3.1-10中可以看出，模型计算值与实测值的总体变化趋势基本一致，可以认为，所采用的回归模型可以较好地反映水体含氯度—流量—波浪之间的多元相关关系。

5.海平面变化对咸潮活动的影响

长时期以来，由于人类活动尤其是世界性工业的发展，大气层中的CO₂浓度大量增加，全球气候变暖，所产生的“温室效应”加速了冰川融化，使海水发生热膨胀、海平面上升；自然条件下，海平面还呈现出明显的季节性变化。海平面上升将打破原有的外海海洋与河流径流间的动力平衡，使高盐潮水上溯距离加长，沿程咸水强度增加，持续时间更久，对河口区盐水入侵产生直接影响。在长江河口，徐海根等（1994）根据公式计算得出：在海面上升0.3m、0.5m和1.0m的条件下，盐水楔将分别向上游推进 3.3km、5.5km和12km。在珠江河口，由于海平面的上升导致的咸潮加剧，将给珠江三角洲地区城镇、乡村供水及农田灌溉带来重大危害。李素琼等（2000）根据Ippen和Harlomen的扩散理论和方法推算了当海平面上升0.4～1.0m时，各河口区盐水入侵距离的变化情况，得出了“枯期高潮时虎门水道咸潮上溯距离增加1～3km，最大约4km；磨刀门水道咸潮上溯最大距离增加约3km；黄茅海区最大咸潮上溯距离增加5km”的结论。

海平面变化对河口动力及咸潮的影响可以表现为两个时间尺度：一是海平面季节性变化的年内尺度；二是全球“温室效应”作用下海平面持续上升的多年累积尺度。根据赤湾和黄埔站长期验潮站资料得到气候态的月均数据，研究珠江口附近海域海平面的季节变化得知，珠江口附近海域海平面具有显著的季节变化，其中赤湾站的年较差为24cm；黄埔站有两个极大值点，季节变化明显，年较差约为27cm。赤湾站水位的最大值出现在10月，最小值出现在4月；黄埔站水位受珠江径流的显著影响出现两个极大值，分别出现在6月和10月。根据相关研究成果，整个21世纪海平面将上升30cm，这只包括比容因素的贡献，而没有考虑水体输入（陆地冰融化等），北大西洋的大部分海区热比容海平面上升较大，达40cm以上。

海平面的年内季节性变化会对珠江口的潮波产生明显影响，进而对河口动力和咸潮上溯产生直接影响，是珠江河口咸潮上溯的一个重要影响因素。海平面上升是一个相对较为缓慢的长期累积过程，对河口咸潮上溯影响的表现同样也是一个较为缓慢的过程，短期内影响效果不明显。

6.河口形态与水下地形的影响

河口形态与水下地形也是决定不同口门咸潮上溯差异性的关键因素，如河口几何形态、河道断面形态、涉水工程分布、水下地形等。珠江三角洲近20年的大规模河道采砂，造成西江、北江三角洲部分河道的急剧、持续下切，过水断面面积及河槽容积普遍增大。从1985年河道地形与1999年河道地形对比分析看，西江干流平均下切0.8m，河槽容积较1985年增加18%，下切速度较大的主要集中在中游平沙尾—灯笼山约94km；北江干流平均下切2.8m，容积较1985年增加69%，下切速度较大的主要集中在上、中游思贤滘—火烧头。从1999年河道地形与2006年河道地形对比看，西江干流平均下切2.0m，容积较1985年增加29%，下切速度较大的为思贤滘—百顷头；北江干流平均下切速度1.5m，容积较1985年增加36%，下切速度较大的为思贤滘—三槽口49km长的河段。1999—2006年间竹排沙以下河段冲淤变化较上段小，洪湾水道入口附近由微冲变微淤，拦门沙以上河道深槽变化很小。由于河床下切，河道水深、纳潮容积量增大，一定程度上影响了珠江河口咸潮上溯。

7.人类活动对咸潮活动的影响

河口和近岸地区人类活动频繁，滩涂围垦、码头、建筑物挤占河道，同时在挖沙和航道开挖等影响下，河道缩窄变深，影响咸潮上溯。

（1）围垦和联围筑闸。滩涂围垦和堤围建设，是直接干预网河河床边界的人类活动。珠江三角洲大规模的联围筑闸工程主要在20世纪50—70年代实施，基于“控支强干、联围并流”“简化河系、缩短防洪”堤线的目的，将两万多个小围联成1022个大围，联围筑闸使河道水位明显抬高，网河水沙分流比、河床格局等发生变化。

（2）水库建设。水库建设对下游河道的主要作用是调节径流和拦截泥沙，降低洪季的洪峰流量，增大枯季径流量，减小河流输沙量；对河道河床演变的影响主要是增强冲刷、减小淤积的作用。水库的调节作用将改变径流量的年内分布，从而影响咸潮上溯活动。自2005年以来，面对珠江河口日益严重的咸潮，水利部珠江水利委员会连续12年实施了珠江枯季水量统一调度，通过西北江上游骨干水库群的联合调度加大下泄径流量，经过1300 km的调水线路到达珠江三角洲，以缓解灾情。

（3）航道建设。珠江三角洲网河区航道工程主要有广州港出海航道、东平水道航道、西江—虎跳门出海航道、黄茅海航道、高栏港航道、中山港航道、陈村水道、莲沙容航道等。航道工程措施有疏浚、炸礁、建丁坝、切滩、裁弯取直等，这些工程措施的实施使得河道水深加大、河道断面形态调整，航道的顺直布置和较大水深有利于盐水楔的形成和上溯。

（4）河床采砂。近20年以来，网河区各水道年平均采砂总量为6500～7000万m³，河床采砂使河床向窄深和滩槽分异加大的方向发展，珠江三角洲网河水道大部分河床的平均水深增大、宽深比减小、滩槽高差增大、深泓高程降低、河床采砂增深并有逐渐贯通的趋向。

总之，河床采砂对河床演变的影响，其总量与速度明显超越了其他作用因素，成为最近数十年的主导影响因素，采砂使河床迅速下切加深成为三角洲网河演变最突出的特征。大量研究结果显示，采砂河床下切是近年来珠江河口咸潮上溯加剧的重要影响因素之一。

3.1.2.2 珠江三角洲咸潮上溯概况

咸潮是沿海地区一种特有的季候性自然现象。咸潮一般发生在上一年冬至到次年立春清明期间，主要是由旱情引起。如果上游江水水量少，江河水位低，由此导致沿海地区海水通过河流或其他渠道倒流到内陆区域就会引起咸潮，其主要指标是内陆水域中水体的含氯度达到或超过250mg/L。

受径流和潮流共同影响，珠江河口地区水流往复回荡，水动力以及物质输运关系复杂。珠江河口咸潮活动主要受径流和潮流控制，当南海大陆架高盐水团随着海洋潮汐涨潮流沿着珠江河口的主要潮汐通道向上推进，盐水扩散、咸淡水混合造成上游河道水体变咸，即形成咸潮上溯。河口地区咸潮上溯是入海河口特有的自然现象，也是河口区的本质属性。一般地，含咸度的最大值出现在涨憩附近，最小值出现在落憩附近。

因受潮流和径流影响，河口区咸度变化过程具有明显的日、半月、季节周期性。由于本区内显著的日潮不等现象等因素的影响，一日内两次高潮所对应的两次最大含咸度及两次低潮所对应的两次最小含咸度各不相同。含咸度的半月变化主要与潮流半月周期有关。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。汛期4—9月雨量多，上游来量大，咸界被压下移，大部分地区咸潮消失。

珠江三角洲的咸潮一般出现在10月至次年3月。一般年份，南海大陆架高盐水团侵至伶仃洋内伶仃岛附近，磨刀门及鸡啼门外海区，黄茅海湾口。大旱年份咸水入侵到虎门黄埔以上，沙湾水道下段，小榄水道、磨刀门水道大鳌岛，崖门水道，咸潮线甚至可达西航道、东江北干流的新塘，东江南支流的东莞、沙湾水道的三善滘、鸡鸦水道及小榄水道中上部、西江干流的西海水道、潭江石咀等地。

自新中国成立以来，珠江三角洲地区发生较严重咸潮的年份是1955年、1960年、1963年、1970年、1977年、1993年、1999年、2004年、2005年、2009年和2011年。1955年春旱，咸潮上溯和内渗造成滨海地带受咸面积达138万亩。1960年和1963年的咸灾给三角洲的农作物生长带来巨大损失，番禺受咸面积达24万亩，新会受咸面积达15万亩。20世纪80年代以前，珠江三角洲沿海经常受咸潮灾害的农田有68万亩，大旱年份咸潮灾害更加严重；80年代以后，珠江三角洲地区城市化进程加快，农业用地大幅度减少，受咸潮危害的主要对象为工业用水和城市生活用水。自20世纪90年代以来，珠江三角洲地区咸潮上溯污染愈来愈大，持续时间愈来愈长，活动频率愈来愈强。

咸潮上溯严重影响着河口地区水体中营养盐的浓度与分布，间接影响该区域的生态环境。中国科学院南海海洋研究所等单位在2005年初的咸潮期间，在广州市区河段至伶仃洋的珠江主航道上共设置17个站进行取样分析。结果表明，咸潮上溯使入海河段的咸度大幅提升，下游河段的硝化过程被很大程度地抑制，硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐含量仅表现为随入海方向逐步稀释，与历史资料相比差异明显。从营养盐含量来看，与2004年的数据对比显示无机氮和硅酸盐有较大程度的下降，磷酸盐含量则有一定程度的上升，N/P值显著下降；N/Si值则升高为原来的2～4倍，市区河段更高。水体中营养盐结构变化显著，溶解氧含量增加，表观耗氧量降低，其平衡点上移了18km；受输入减少及咸潮稀释等作用的影响，广州下游入海河段的COD含量有一定程度的下降，但严重污染的广州市区河段水体中的COD含量仍保持在很高的水平，存在明显的贫氧现象。

由于咸潮上溯的频率提高、范围扩大，对珠江三角洲地区生活用水、农业用水以及城市工业生产及经济发展都有相当大的影响，给珠江三角洲带来了极大的经济损失。在2004年，广州虎门水道咸水线上移至白云区的老鸦岗，沙湾水道首次越过沙湾水厂取水点，横沥水道以南则全受咸潮影响；在东江北干流，2004年，咸潮前锋已靠近新建的浏渥洲取水口，2005年12月15—29日，东莞第二水厂连续16d停水避咸；其上游的第三水厂，日产自来水110万m³，取水口水中氯化物含量严重超过饮用水水质标准。2011年，珠江流域来水偏枯，汛末流域降雨量明显减少，导致枯水期西江骨干水库蓄水严重偏少，10月1日，天生桥一级和龙滩两座水库有效蓄水量12.07亿m³，有效蓄水率仅为7%，2011年枯季出现了上游无水可调的局面，珠江三角洲受到咸潮严重威胁。

3.1.2.3 磨刀门水道咸潮上溯概况

磨刀门是西江的主要入海口，也是珠江三角洲的主要泄洪通道。磨刀门河口地形滩槽分明，口内有一系列的山丘、海岛。如图3.1-11所示，自东向西有茫洲、横琴岛、石栏洲、鹤州、横洲、马鬃岛、三灶岛等，岛屿之间有洪湾水道、磨刀门水道、白龙河水道和龙屎窟水道等。

由于磨刀门位于经济繁荣区域，人类生产活动对自然的改造能力极为强烈，咸潮上溯情形极为严重。例如，1959年完成的白藤堵海工程，大大减弱了磨刀门内海区西部和西北部的水动力条件，破坏了原有的泥沙运动规律，加快了西部滩地 （指白藤堤外）的淤积速率；1975年围垦白藤湖工程即河湖 “分家”工程；20世纪80年代开始的网河区大规模无序采沙活动，使得河床由普遍缓慢淤积转为快速冲刷，造成河床普遍下切，过水断面向窄深发展和变形，河槽容量普遍加大，网河区的床沙也普遍细化，带来地形的剧烈改变；1983年开始的磨刀门口门治理工程及近期实施的防洪工程。致使磨刀门水道咸潮上溯的影响不断加剧。在磨刀门水道，1992年咸潮上溯至大涌口；前后航道，广州市区黄埔水厂、员村水厂、石溪水厂、河南水厂、鹤洞水厂和西州水厂先后局部间歇性停产或全部停产；1995年上溯至神湾；1998年到南镇；1999年上溯至全禄水厂；2003年，咸潮提前入侵，入侵时间持续长达7个多月，外加连日干旱少雨，咸潮越过全禄水厂，广昌泵站泵机全天无法开动，珠海遭遇严重的供水障碍，中山、番禺等地也受影响；2004年冬至2005年春，咸潮越过中山市东部的大丰水厂，珠江河口地区发生了近50年以来影响最大的咸潮，一度出现 “守着珠江无水饮”的情况；2005年12月30日，大涌口水闸实测氯度达7520mg/L，为21世纪以来氯度最高点；2007年由于华南地区9月下旬起持续少雨，广东部分地区遭遇重旱，在这样的背景下，2007—2008年冬季，珠江三角洲再次爆发强咸潮事件，此次咸潮中，小潮时期，磨刀门水道入侵距离最远到达距离河口45km的全禄水厂处，且在咸潮发生时期，出现了明显的盐水楔；2009年至平岗泵站，造成中山市东西两大主力水厂同时受到侵袭，水中氯化物含量最高达到3500mg/L，超过生活饮用水水质标准13倍，承担珠海、澳门供水任务的广昌泵站连续29d不能取水，部分地区供水中断近18h，供水不中断的地区饮用水氯化物含量严重超过水质标准；2012年7月起，西江梧州站测得流量较往年同期锐减，9月以来流量继续走低，9月9日，日均流量低至1680m³/s（为70年以来最低），9月24日风暴潮 “纳沙”形成，登陆时期短时间内显著加剧了磨刀门水道咸潮，但后期由于 “纳沙”也携带大量降水，对咸潮起到了压退作用，进入冬季以来，珠江三角洲地区再次经历严重咸潮入侵，强度更强于2005—2006年。

连续几年于枯水季节发生特大咸潮，给澳门、珠海、中山等地造成了巨大的经济损失和社会影响。有数据显示，近年来珠江河口地区受咸潮影响的农田有68万亩，旱情较为严重的年份该数据会上升一倍以上，影响人口1500万人，每年造成经济损失在1亿元以上。通过以上介绍可以得出，自20世纪末期开始，珠江三角洲地区的咸潮入侵危害巨大，影响着居民的正常生活，造成巨大的生态危害，并影响工商业发展，进而对珠江河口地区的经济发展产生负面影响。面对如此惨烈的损失，国家已经连续多年实施了珠江枯季水量统一调度，虽然在一定程度上缓解了澳门以及珠江三角洲地区供水紧张的局面，但仍必须深入地探讨珠江三角洲河网格局与咸潮入侵动力因子之间的内在关联，针对河口地区水系条件、水动力特征和咸潮活动规律，立足河口自身原水系统开展供水调度的研究。

3.1.2.4 中珠联围咸潮上溯概况

1.中山市马角水闸咸潮变化特征

中山市靠近西江出海口，每年的枯水季节，海水会上溯到马角水闸附近（图3.1-12），分析2005年以来近10个枯水期马角水闸咸潮变化特征及对供水的影响。由表3.1-7可以看出：①2005—2006年、2009—2010年和2011—2012年枯水期咸潮对马角水域的影响严重，咸潮影响都超过128d，单轮持续最长时间达24d以上，出厂水氯化物含量超标天数超过33d；②近10年每个枯期平均咸潮影响120d，平均单轮持续最长时间15d，平均马角避咸关闸60d，平均出厂水氯化物含量超标天数14d，平均出厂水氯化物含量最大值504mg/L（表3.1-7）。

2.珠海市代表站咸潮分析

珠海市作为一个南方的海滨城市，枯水期遭遇严重咸潮的时候，珠海的生活饮水都成了大问题，生产和生活受到很大的影响。珠海市的主要取水站包括竹洲头泵站、平岗泵站、联石湾水闸、广昌泵站等（图3.1-13），收集2009年以来的枯水期珠海市代表取水站的咸潮资料，分析咸潮变化特征：4个代表站每年都受咸潮影响，平均最大日均氯化物含量值在1838～6171mg/L之间，平均氯化物含量超标时数在528～2848h之间，平均氯化物含量超标率由上游的竹洲头泵站的12.1%增加到下游广昌泵站的65.5%，平均单轮持续最长时间由上游的竹洲头泵站的14d增加到下游广昌泵站的109d；由于主要受上游来水偏枯的影响，2009—2010年和2011—2012年枯水期咸潮影响较严重，广昌泵站氯化物含量超标率分别高达79.9%、83.3%，严重影响供水安全。

3.1.3 珠江三角洲水环境问题

3.1.3.1 珠江三角洲水环境现状

根据《中国环境状况公报》（2011—2016年），2011年珠江流域33个地表水国控监测断面中，Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类及劣Ⅴ类水质的断面比例分别为84.8%、12.2%和3%，珠江干流水质良好，珠江广州段为轻度污染，主要污染物指标为NH₃-N和石油类。2012年，珠江流域54个国控断面中，Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类及劣Ⅴ类水质的断面比例分别为90.7%、5.6%和3.7%；珠江干流水质为优，18个国控断面中，Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类水质断面比例分别为94.4%和5.6%。2013年，珠江流域国控断面Ⅰ～Ⅲ类和劣Ⅴ类水质断面比例分别为94.4%和5.6%，各城市河段中深圳河广东深圳段为重度污染。2014年，珠江流域国控断面中Ⅰ类水质断面占5.6%，Ⅱ类占74.1%，Ⅲ类占14.8%，Ⅳ类占1.8%，无Ⅴ类断面，劣Ⅴ类占3.7%；珠江干流国控断面中，Ⅰ类水质断面占5.6%，Ⅱ类占77.8%，Ⅲ类占11.0%，Ⅳ类占5.6%。2015年珠江流域国控断面中，Ⅰ类水质断面占3.7%，Ⅱ类占74.1%，Ⅲ类占16.7%，Ⅳ类占1.8%，无Ⅴ类水质断面，劣Ⅴ类占3.7%；珠江干流18个国控断面中，Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类水质断面分别占5.6%、77.8%、11.1%和5.6%，无Ⅴ类和劣Ⅴ类水质断面。2016年，珠江流域国控断面中Ⅰ类水质断面占2.4%，Ⅱ类占62.4%，Ⅲ类占24.8%，Ⅳ类占4.8%，Ⅴ类占1.8%，劣Ⅴ类占3.6%；珠江干流国控断面中，Ⅰ类水质断面占4.0%，Ⅱ类占72.0%，Ⅲ类占12.0%，Ⅳ类占10.0%，Ⅴ类占2.0%，无劣Ⅴ类。

近几年珠江水系河流各类水体情况见表3.1-8与图3.1-14。

根据《广东省水资源公报》（2011—2016年），结合《全国重要江河湖泊水功能区划》（2011—2030年）和《广东省水功能区划》，按照《地表水资源质量评价技术规程》（SL 395—2007）进行水功能区达标评价（粪大肠菌群和总氮不参与评价），珠江三角洲水功能区达标见表3.1-9和图3.1-15，珠江三角洲河流水功能区达标见表3.1-10和图3.1-16。

总体来看，珠江三角洲水功能区水质达标率呈现不断增高的趋势，即水环境质量不断改善。与2011年相比，Ⅰ～Ⅲ类水所占比例明显提高，但V类及劣V类水所占比例也有所增大，主要是由于随着珠江三角洲经济的发展，污染物及污水排放量逐年增加，污染物及污水进入河道后，水流往往还来不及流出，便受到涨潮流的顶托，或者受到闸泵的限制，缺乏对流扩散的有利条件，使得污染水体始终在河道中来回游荡，导致网河区水环境持续恶化。相关监测结果表明，珠江三角洲主要干、支流监测断面符合地表水Ⅱ～Ⅲ类水质标准，但流经城市河段水体COD、NH₃-N、BOD₅、TP严重超标，大部分为Ⅴ类和劣Ⅴ类水，其水质问题不容小觑。

3.1.3.2 中珠联围水环境现状

随着中珠联围的发展，人类活动的增加，中珠联围水环境质量问题逐渐凸显。在以茅湾涌为东西的分界，以前山水道为南北的分界，中珠联围河涌分为东、西两片。目前，茅湾涌西面的河涌水质尚好，东北面的河涌水质很差。

中珠联围西面主要为农田保护区，而且还能定期从西灌渠放水冲洗河涌。当外江水位较高时，开闸引水冲涌，因此，西部河涌整体水质较好。但是，西面河涌需注意因农灌而引起的面源污染问题。东部片区主要作为工业用地，分布着如十四村工业区等工业园和居住区，东北面的河涌承接了大量的工业废水、工业垃圾和生活垃圾。由于东北面河涌流动性差，河涌无法流动，水中的溶解氧逐渐降低，化学耗氧量和生化需氧量不断增高，以至河水缺氧，使河水变黑发臭，内河不能形成良好的循环流态，生活污水和工业废水在内河涌回荡，水质严重下滑，部分河段甚至超过地面水Ⅴ类标准。