近60年來韓江入海泥沙通量變化及其對鄰近海域的影響

王宇飛,劉秀娟*，王 洋，王萬虎，王紅兵，義家吉

(1.海洋地質資源湖北省重點實驗室 中國地質大學(武漢)，湖北 武漢 430074；2.中國地質調查局?？诤Ｑ蟮刭|調查中心，海南 ?？?570100)

河流入海泥沙通量既是流域在氣候變化和人類活動影響下產沙與輸沙變化的結果，同時也是引起河口及其鄰近海域環境變化的重要因素。學者們對全球部分河流入海泥沙通量的變化、主要影響因素及其對河口海岸的影響進行了大量的研究[1-4]。其中大型河流，比如密西西比河[5]、尼羅河[6]、科羅拉多河[7]、黃河[8]、長江[9]、珠江[10]等，是該方向的研究熱點。研究認為，近幾十年來，這些大型河流普遍經歷了入海泥沙通量的顯著減少，流域人類活動(主要是水庫修建)是引起入海泥沙通量顯著減少的主要原因，入海泥沙通量的減少造成了這些大河三角洲的侵蝕。

韓江三角洲土地富饒，人口眾多，經濟發達。位于韓江三角洲的汕頭市，是中國最早的4個經濟特區之一，也是全國著名僑鄉、華南重要港口城市，為粵東和閩西南出海的門戶。因此，對近幾十年來韓江入海泥沙通量變化及其對鄰近海域影響的研究具有重要的經濟社會價值。前人在這方面做了一些研究[11-12]，均認為近幾十年來韓江入海泥沙通量呈現顯著下降的趨勢，大量水電站的修建及森林草地面積的增加是韓江流域近幾十年輸沙量減少的主要因素。但也存在研究成果明顯偏少、研究有待深入的問題。

因此，本文在分析韓江入海泥沙通量變化趨勢的基礎上，通過對比韓江入海泥沙通量開始劇減及減少更為劇烈的時間節點對大型水電站修建的響應，分析其主要因素，并探討韓江入海泥沙減少對鄰近海域沖淤態勢轉變及三角洲岸線變遷的影響。

1 區域概況

韓江是中國東南沿海最重要的河流之一，也是廣東省僅次于珠江的第二大河。韓江上游為發源于廣東紫金的梅江和發源于福建寧化的汀江，兩江在三河壩會合后始稱韓江。韓江的正源為梅江，自梅江源頭至東溪口，全長470 km，流域面積30 112 km2。韓江流域北部和中部為山地地貌，下游和三角洲地區為平原。地勢由西北向東北向東南傾斜，海拔在20～1 500 m。韓江在流經潮州時逐漸分叉，分為北溪、東溪、西溪三條水道，匯入南海(圖1)。潮安水文站是韓江的總出口控制站，集水面積29 077 km2，占流域總面積的96%[13]。

韓江流域地處亞熱帶東南亞季風區，屬亞熱帶季風氣候，氣候溫和，降水充足。受海洋性東南季風影響較大。流域年平均氣溫20～21.5℃，年平均降水量1 611 mm左右，70 % 集中在4—9月。暴雨主要集中在夏季，受海上東南季風影響嚴重。受降雨季節性的影響，韓江流域每年4—9月為洪季，10月至次年3月為枯季。該區的沿岸潮汐主要是由太平洋潮波經巴士海峽傳入引起，為不規則的半日潮，潮差較小，平均潮差約1 m[14]。波浪方向以SE為主，與海岸線幾乎垂直。波浪作用強烈，平均波高0.87～1.10 m[13]。

2 材料與方法

在這個研究中所使用的水文數據為韓江潮安站1958—2019年的水沙數據。其中1958—1987年和2006—2014年逐日水沙數據來源于水文年鑒，2015—2019年逐日水沙數據系從汕頭市水文分局收集，1988—2005年年水沙數據來源于文獻[12]。根據以上潮安水文站的徑流量和入海泥沙通量資料，采用Mann-Kendall(M-K)統計檢驗法[11-13]，估計徑流量和泥沙通量的長期變化趨勢，并對徑流量和泥沙通量的變化特征及突變點及減少更為劇烈的時間節點進行了分析。

M-K趨勢檢驗中，如果統計值Z值為正，則說明序列整體呈上升趨勢；如果統計值Z值為負，則說明序列整體呈下降趨勢。當Z值的絕對值小于顯著性水平0.05的臨界值1.96時，則說明其變化趨勢不顯著；當Z值的絕對值大于顯著性水平0.05的臨界值1.96時，則說明其變化趨勢顯著。在M-K突變檢驗中，若UFk>0，則表明序列呈上升趨勢，反之呈下降趨勢。當同時滿足以下條件時，認為存在突變點：① UFk曲線超過臨界值，即|UFk|>Uα/2，一般取α=0.05，臨界值Uα/2= ± 1.96；②UFk和UBk曲線相交，交點在2條臨界直線(Uα/2=±1.96)之間。

3 結果

3.1 韓江徑流量、入海泥沙通量的年際變化

1958—2019年韓江入海徑流量和泥沙通量的波動表現出相似的特征，入海徑流量越大，入海泥沙通量越大(圖2)，反之亦然。采用M-K趨勢檢驗分析了水沙變化特征，結果表明，1958—2019年徑流量趨勢檢驗統計值Z值為0.30，絕對值小于顯著性水平0.05的臨界值1.96，說明年徑流量整體呈現增加趨勢，但趨勢不顯著。由圖2可知，1963—1982年UFk< 0，徑流量呈減少趨勢，1958—1962年和1983—2019年UFk>0，徑流量呈增加趨勢。UFk曲線沒有超過顯著水平0.05的臨界線，說明徑流量變化趨勢不顯著(圖3)。雖然UFk和UBk曲線存在交點，且交點位于顯著性水平臨界線之間，但是UFk和UBk曲線沒有超過臨界線，所以不存在顯著的突變點。

入海泥沙通量的趨勢檢驗統計值Z值為-5.22，絕對值大于顯著性水平0.01臨界值2.58，說明年入海泥沙通量整體為減少趨勢，且減少趨勢十分顯著。1958—1962年和1980—1990年UFk>0，入海泥沙通量呈增加趨勢，在1983年達到最大值1 754萬t，1963—1979、1991—2019年UFk<0，入海泥沙通量呈減少趨勢。UFk和 UBk曲線相交于1998年左右，且在臨界直線之間，因此認為潮安站入海泥沙通量的突變點為1998年。從2001年開始入海泥沙通量UFk值超過了顯著水平0.05的臨界線，入海泥沙通量劇烈減少(圖4)。突變點前后年入海泥沙通量多年平均值分別為 745 萬 t(1958—1997年)和230 萬 t(1998—2019年)，減少了 69.1 % 。2001年前后多年平均入海泥沙通量分別為716.3萬t(1958—2000年)和214.1萬t(2001—2019年)，減少了70.1%。

3.2 韓江徑流量、入海泥沙通量的季節性變化

根據潮安站1958—1987、2006—2019年逐日流量和含沙量的統計結果，洪季(4—9月)的徑流量占全年徑流量的73.1%，且比重在55.6%～85.2%范圍內波動，洪季徑流量占全年徑流量比重的標準差為0.071，洪季徑流量占全年徑流量比重年際分布較為均勻。洪季的入海泥沙通量占全年入海泥沙通量的87.0%(圖5)，洪季入海泥沙通量占全年入海泥沙通量比重的標準差為0.127，洪季入海泥沙通量占全年入海泥沙通量比重年際分布較為均勻。洪季平均徑流量與全年平均徑流量的變化具有良好的一致性(圖2)。韓江入海泥沙量顯著減少前后(1958—1987、2006—2019年)洪季平均徑流量分別為187.5億、178.1億m3；洪季占全年徑流量的多年平均值分別為74.5%、70.2%。這說明韓江入海徑流量的季節性受到大量水庫修建和流域植被覆蓋率增加的輕微影響。這2個時期洪季平均入海泥沙通量分別為676.0萬、194.7萬t，減少了71.2 %；同時期洪季泥沙通量占全年的比值分別為87.7%、85.5%。這說明在韓江入海泥沙量劇減的背景下，入海徑流量和泥沙量的季節性特征僅受到輕微影響。

4 討論

4.1 韓江入海泥沙通量變化驅動因素分析

韓江1958—1969、1970—1979、1980—1989年均入海泥沙通量分別為714.6萬、767.3萬、843.1萬t，略有增長。20世紀50s～80s，韓江上游地區雖然興建了一批水電站，但由于規模較小(表1)，并未導致入海泥沙通量減小。1997年竣工的青溪水電站裝機總量144 MW，總庫容0.75億m3，幾乎同一時期(1998年)，韓江入海泥沙通量開始急劇減少。1997年韓江入海泥沙通量為587.1萬t，而1998年則降低為280.7萬t，僅超過1991年的263.9萬t，1999年的入海泥沙通量僅為255.5萬t，其后的年入海泥沙通量持續降低(圖2)。1998—2003年修建的棉花灘水電站裝機總量600 MW，總庫容20.35億m3(表1)，在這期間(2001年)，韓江入海泥沙通量劇烈減少，2000、2001年的入海泥沙通量分別為466.6萬、322.0萬t，但2002年的泥沙通量劇減為69.5萬t，其后年入海泥沙通量雖有波動，但均值明顯降低(圖2)。此后的二十年間，韓江流域有多個水電站竣工，使得韓江流域入海泥沙通量持續減少，從2000—2009年均入海泥沙通量269.8萬t，減少到2010—2019年均183.9萬t。將入海泥沙通量的突變年份及劇烈減少發生年份與大型水電站竣工時間進行比對，發現兩者高度一致，因此認為正是由于大型水電站的投入使用，使得韓江入海泥沙通量開始顯著減少及劇烈減少。

表1 韓江流域水電站資料

本文總結了前人的相關研究成果(表2)。楊傳訊等[11]對1955—2012年潮安站水文資料進行了分析，認為2000年以來，輸沙量顯著減少，并認為大量水電站的修建以及土地植被覆蓋率的增加是導致韓江入海泥沙通量減少的主要原因。趙蘭[12]用M-K檢驗對1955—2016年的水沙資料進行分析，結果表明，輸沙量在1998年產生突變。張郁坡[16]基于對1951—2011年潮安站輸沙量變化特征的分析，認為突變點在2001年，產生突變的主要原因是20世紀90s以后，上游多個梯級電站、水庫和樞紐的建成攔截了部分泥沙。以上研究檢測出的突變點年份相差不大，可能是水文數據起止年份不一致導致的結果。以上研究在分析潮安站輸沙量突變的驅動因素時，均認為大量水庫修建、植被覆蓋率增加(水土保持)是主要影響因素，并沒能識別出大型水庫的主控作用。胡巍巍[17]分析了1954—1987、2006—2012年潮安站年輸沙量的變化，發現潮安站輸沙量自2006年開始明顯減少，主要原因是大型的東山水利樞紐工程(2006—2010)的興建，和本文的觀點相似。韓江流域森林草地面積在1986—1996及1996—2006年持續增長[18]，對韓江入海泥沙通量的減少也有一定的影響，但猜測森林草地面積的增加是漸變的過程，很難造成流域產沙的急劇減少，因此造成韓江入海泥沙通量急劇減少的最主要因素是大型水電站的修建。大型水利樞紐工程對河流的攔沙作用，也是引起許多大河入海泥沙量銳減的主要影響因素[10,19-21]。

表2 韓江入海泥沙變化相關研究成果

4.2 韓江入海泥沙通量變化對鄰近海域的影響

關于韓江河口附近海域地形沖淤及岸線變遷的研究成果明顯較少。前人對韓江三角洲的形成、發育、演變進行了較全面和深入的研究，但受限于海域樣品和資料的缺乏，該研究重點關注三角洲陸上部分，對三角洲水下部分的地形演變涉及較少[14]。張家豪等[22]對比了韓江口門附近海域1971、2010和2016年海圖，分析了1971—2016年該海域地形演變，發現1971—2016年總體呈現略微淤積的態勢，在1971—2010年處于小幅淤積的態勢，在2010—2016處于小幅沖刷的態勢(圖6、表3)。該研究認為該海域的沖淤變化是地形、水動力與泥沙輸運共同作用下的結果，并沒有分析同時期韓江入海泥沙量的銳減(由1971—2010年的594萬t減少為2011—2016年的194萬t)對水下地形沖淤態勢轉變的影響。大量的研究表明，河流入海泥沙量的銳減會引起水下三角洲沖淤態勢的轉變[6,9,23]。因此推測韓江入海泥沙量在1990s末的銳減對韓江河口鄰近海域沖淤態勢的轉變有重要的影響。由于地形數據的稀缺，已有的研究成果僅局限在南澳島附近海域。對韓江口門附近的其他海域，尚缺乏基礎的歷史地形數據。查清韓江口門臨近海域目前所處的沖淤態勢，可為該海域的開發利用比如海洋風電、航道維護等提供重要基礎信息。

前人對漢代至1980s初韓江三角洲岸線的演變過程進行了深入的分析，發現北溪、東溪、西溪附近岸線在1830s—1964年的平均前積速率分別為5.38、2.31、4.10 m/a。岸線前積速率的大小和各汊道來沙的多寡有密切的關系。在1964—1983年，由于圍墾活動的影響，岸線向海推進速率幾乎為自然狀態下速率的十倍[14]。劉秀娟等[24]基于衛星遙感資料，研究了1980—2020年韓江三角洲岸線的變遷，發現除人工圍填海造成的萊蕪島-榕江河口段岸線快速擴張外，其余岸線均處于較為穩定的狀態(圖7)。這說明在韓江入海泥沙銳減的背景下，三角洲岸線由1980s之前的持續前積演變為1980s以來較為穩定的狀態。在河流入海泥沙量銳減的背景下，河口附近海域局部沖刷產生的沉積物有可能為海岸帶提供了部分物源，一定程度上彌補了河流供沙的不足，使海岸帶保持穩定或緩慢淤漲的態勢，在其他三角洲也有類似的發現[25-26]。

時間I區II區III區總體1971—2010淤積厚度在0.5～3m沖淤平衡局部區域淤積幅度超過10m小幅淤積2010—2016沖淤平衡沖淤平衡沖刷幅度在2～10m小幅沖刷1971—2016沖淤平衡沖淤平衡略微淤積略微淤積

5 結論

本文根據1958—2019年韓江入海徑流量和入海泥沙通量資料，研究了它們的長期變化趨勢，主要驅動因素，以及該變化對河口鄰近海域的影響，得出如下結論。

a)韓江入海徑流量沒有顯著的變化趨勢，入海泥沙量整體呈現顯著減少的趨勢，開始顯著減少和劇烈減少分別發生在1998、2001年。

b)大型水庫的修建是引起韓江入海泥沙通量急劇減少的主要因素。將入海泥沙通量顯著減少和劇烈減少的時間節點與大型水電站(青溪、棉花灘水電站)建成時間進行比對，發現兩者高度一致。因此，造成入海泥沙通量急劇減少的主要因素是大型水電站的修建。

c)韓江入海徑流量和泥沙通量呈現明顯的季節性特征，洪季入海徑流量和入海泥沙通量年內分布較為均勻。在發生顯著下降前后的2個時期(1958—1987、2006—2019年)，洪季徑流量和入海泥沙通量占比均略有降低，說明流域人類活動(大量水庫修建、水土保持)對韓江入海徑流量和泥沙通量的季節性有輕微影響。

d) 在入海泥沙自1990s末顯著減少的背景下，韓江河口附近海域由1971—2010年的小幅淤積轉變為2010—2016年的小幅沖刷。三角洲岸線由1830s—1964年的向海推進(2.40～5.38 m/a)轉變為1980s以來的較為穩定。這些都表明韓江入海泥沙的顯著減少已經對河口鄰近的海域產生了明顯的影響。

致謝：感謝中國地質調查局?？诤Ｑ蟮刭|調查中心的曹純武、沈成等同志對本文的水文數據整理提供幫助。感謝中國地質大學(武漢)海洋學院周良、李慧玲、劉佳等同學提出寶貴意見。