（自然地理学专业论文）珠江磨刀门水道近年来咸潮上溯加剧的原因分析.pdf

珠江磨刀门水道近年来咸潮上溯加剧的 原因分析 专业：自然地理学 硕士生：韩志远 指导教师：田向平副教授 摘要 磨刀门是珠江网河八大入海口门中较大的口门之一，是西江干流的主要出海 口，其上游河段的磨刀门水道是珠江网河区的主要入海水道。磨刀门水道是中山、 珠海和澳门的主要用水水源。自2 0 世纪9 0 年代中期以来，磨刀门水道多次发生 严重的咸潮上溯，严重影响中山、珠海和澳门供水，对沿程城乡居民生活及工农 业生产造成了很大的影响。因此，研究磨刀门水道的咸潮活动规律，分析近年来 磨刀门水道咸潮上溯加剧的原因，可以为有关部门应对咸潮灾害以及磨刀门口门 整治规划提供决策依据，具有十分重要的理论和现实意义。 本文以大量实测资料为基础，采用河口动力学、河床演变学、水文学、动力 地貌学多学科交叉的研究方法，在分析磨刀门咸潮活动变化规律的基础上，从河 道地形变化、口门地貌演变、潮汐动力变化和径流动力变化等诸方面来研究近年 来磨刀门水道咸潮上溯加剧的原因。 研究结果表明：2 0 世纪9 0 年代以来的河床挖砂和8 0 年代以来的口门围垦 整治工程导致：口门水域面积减小，纳潮容积减小，枯季潮水位升高；口门以上 河段河床普遍下切、河槽容积增大，枯季潮水位降低，进潮量增加。同时口门滩 涂围垦导致原内海区消失，内海区“调淡作用丧失。因此，造成近年来磨刀门 水道咸潮加剧上溯的主要原因：一是河床挖砂导致的磨刀门上游河段河床下切、 河槽容积增大，枯季水位降低；二是口门围垦整治工程导致的口门枯季水位升高 以及原内海区“调淡 作用的消失。 关键词：咸潮上溯；原因分析；磨刀门水道；河床形态变化；口f - j 围垦整治 r e s e a r c ho i lt h ec a u s e so fi n t e n s es a l i n e w a t e ri n t r u s i o ni n t om o d a o m e n e s t u a r y o f t h ep e a r lr i v e ri nr e c e n ty e a r s m a j o r ：p h y s i c a lg e o g r a p h y n a m e ：h a nz h i y u a n s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f t i a nx i a n g p i n g a b s t r a c t m o d a o m e ne s t u a r yi so n eo ft h em a i no u t l e t so ft h ep e a r lr i v e r f o u rc i t e s ， z h o n g s h a n , j i a n g m e n , z h u h a ia n dm a c a o ，l o c a t eb ym o d a o m e nw a t e r w a y , u p p e r r e a c h e so fm o d a o m e me s t u a r y m o d a o m e nw a t e r w a yi su s u a l l yd o m i n a t e db yf l u v i a l p r o c e s s ，s ot h ew a t e r w a yi st h em a j o rf l e s hw a t e rs o u r c eo ft h ef o u rc i t e s s i n c et h e m i d - 19 9 0 s ，s a l i n ew a t e ri n t r u d e di n t om o d a o m e nw a t e r w a ym a n yt i m e si nd r ys e a s o n i ts e r i o u s l yi n f l u e n c e st h el o c a lp e o p l e sl i v i n ga n dw o r k i n g t h e r e f o r e ，s a l ti n t r u s i o n i sa ni m p o r t a n tp r o b l e mt h a ts h o u l dh er e s e a r c h e di m m i n e n t l y f u r t h e r m o r e ，t h i s r e s e a r c hc o u l dh e l pt h eg o v e r n m e n td e a lw i t hs a l i n ew a t e ri n t r u s i o na v a i l a b l y a l a r g ea m o u n to fd a t aw a sc o u e c t e df o rt h i sr e s e a r c hb yf i e l ds u r v e y b a s e do nt h e r e s e a r c ho ns a l i n ew a t e ra c t i v i t i e si nm o d a o m e ne s t u a r y , t h i sp a p e rm a k eas c i e n t i f i c s t u d yo nm a i nc o u r s e so fs a l i n ew a t e ri n t r u s i o no nt h r e ea s p e c t s ：u p s t r e a md i s c h a r g e c h a n g e ，r i v e r b e de v o l u t i o na n de s t u a r yh a r n e s s t h er e s e a r c hr e s u l t ss h o wt h a t ：f i r s t l y ，s i n c e19 9 0 ，l a r g ev o l u m e so f e x c a v a t i n gs a n d r e s u l ti nr i v e r b e dd e e p e n i n ga n dc h a n n e l sv o l u m ei n c r e a s i n g a sar e s u l t ，i nd r y s e a s o nt h ew a t e rl e v e lo fu p p e rr e a c h e so fm o d a o m e me s t u a r yf a l lo f f s e c o n d l y ， e s t u a r yh a r n e s s ，b e g i n n i n gi ne a r l y19 8 0 ，c h a n g em o r p h o l o g ya n dt i d a ld y n a m i c so f m o d a o m e ne s t u a r y ：m o d a o m e ne s t u a r yw a sc h a n g e di n t o3w a t e r w a y s ，c o n t r o u e db y t h er i v e re m b a n k m e n t w a t e ra r e a l a r g e l y d e c r e a s e da n dt i d a lc u r r e n tw a s c o n c e n t r a t e di n t oh e n z h o uw a t e r w a y a sar e s u l t ，t h ew a t e rl e v e lo ft h ee s t u a r yr i s e s i nd r ys e a s o n i nd r ys e a s o 玛t h ef a l lo fw a t e rl e v e lu p s t r e a ma n dt h er i s eo fw a t e r l e v e ld o w n s t r e a mr e s u l ti ns e r i o u s l ys a l i n ew a t e ri n t r u s i o n i naw o r d ，t h e r ea r et w om a i nc o u r s e so fs a l i n ew a t e ri n t r u s i o ni nr e c e n ty e a r s ：f i r s t l y ， e x c a v a t i n gs a n dr e s u l ti nw a t e rl e v e lo fu p p e rr e a c h e so fm o d a o m e me s t u a r yf a l lo f f s e c o n d l y ，e s t u a r yh a l t l e s si n c r e a s et h ew a t e rl e v e lo fd o w nr e a c h e so fm o d a o m e m e s t u a r y k e y w o r d ：s a l i n ew a t e ri n t r u s i o n ；a n a l y s i so fc a u s e s ；m o d a o m e ne s t u a r y ；r i v e r b e d e v o l v e m e n t ；e s t u a r yh a r n e s s i v l | l1 1 1 人学硕十论文 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：嘻 畏丛l 一 ，l 日期：研年6 月ff 日 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，有权将学 位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查 阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其 他方法保存学位论文。 学位论文作者警：鳅& 同榭卯年多月f 日 第一章绪论 第一章绪论 河口是介于河流和海洋之间的“半封闭海岸水体，此海岸水体在一定程度上 被陆地排出的淡水所稀释【l 】。河口是河流和海洋的枢纽，是陆海相互作用的集中 地带，各种过程耦合多变，演变机制复杂，生态环境敏感脆弱 2 1 。河口地区又是 经济发达、人口集居之地，是人类社会、经济和文化活动的中心地带。随着社会 经济的发展，日益加剧的人类活动对河口三角洲地区产生了巨大压力，打破了河 口地区的脆弱平衡，导致严重的成潮上溯( 或称咸水入侵) 等一系列的环境问题， 对人类生存和发展构成严峻的威胁。 珠江三角洲地区城镇密集、人口众多、社会经济发达，是我国主要的经济中 心之一。珠江三角洲河口河网密布，水源地密集分布，极易受到咸潮影响。自 2 0 世纪9 0 年代中期以来，珠江网河区咸潮上溯问题日益严重，咸水界由口门向 近口段上移( 见图1 1 ) ，咸潮侵袭大半个三角洲，对居民生活用水、农业用水 以至城市工业生产及其发展产生相当大的影响，咸潮上溯已成为珠江河口地区严 重的环境问题之一。 1 1 研究意义 咸潮上溯对城市工业布局及其发展、城乡居民生活用水和农业灌溉用水产生 巨大影响，咸潮是一种严重的自然灾害。当河道水体含氯度超过2 5 0m g l ，就 不能满足供水水质标准，影响城镇生活用水、工业供水及农业灌溉。如钢铁工业 生产要求总氯度不能超过2 0 0 m g l ，电厂锅炉用水要求氯化物含量在3 0 0 m g l 以下；水稻育秧期则要求氯化物含量低于6 0 0 m g l ( 如表1 1 所示) 。根据我国 地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) ，生活饮用水中氯化物( 以c r 计) 不得超 过2 5 0 m g l ，现有制水工艺还不能消除氯离子，较长时期饮用氯化物含量过高的 水对人体健康影响较大。 第一章绪论 表1 1生活和工业用水的氯化物标准限值 用水类型 氯化物标准限值( m g l ) 生活饮用水 钢铁工业( 宝钢) 标准 电厂锅炉用水 水稻育秧标准 一般灌溉用水标准 植物安全用水最大含氯度 2 5 0 2 0 0 3 0 0 6 0 0 1 1 0 0 3 1 5 0 部分数据源文献 5 】 图1 1 珠江三角洲网河区咸水界变化 注：1 9 9 0 年以前咸水界据文献【3 】；2 0 0 0 年后咸水界据文献【4 】 2 第一章绪论 2 0 世纪9 0 年代以来，西江磨刀f - j t g 道( 百顷头灯笼山段) 的咸潮上溯呈 逐年加剧的趋势( 见图1 2 ) ，1 9 9 2 年咸潮上溯到大涌口，1 9 9 5 年上溯到神湾， 1 9 9 8 年到南镇，1 9 9 9 年咸潮上溯到距磨刀门出海口5 0 k m 的中山市全禄水厂。 全禄水厂所受“咸害近几年有增强趋势，2 0 0 4 年全禄水厂测得最大含氯度值 为3 5 0 0 m g l ，2 0 0 5 年为4 7 5 0 m g l ，2 0 0 6 年和2 0 0 7 年分别为5 8 6 0 m g l 和5 5 5 1 m g l ( 见表1 2 ) 。咸潮肆虐期间，磨刀门水道沿程挂定角、广昌、平岗、南镇 和全禄等各大水厂被迫停产或降压、降质供水，对珠海、中山和澳门供水造成严 重影响。 因此研究磨刀门水道的咸潮活动规律，摸清磨刀门水道的咸潮上溯加剧的原 因，对于水资源的保护利用，保障沿线城乡居民生产和生活用水安全、口门整治 具有重要的理论和实践意义。 图1 2 近年来磨刀门水道咸潮活动范围变化 注：咸潮界数据取自文献【6 】 第章绪论 表1 - 2 全禄水厂近年来最大含氯度值 注：数据来自中山水利网 1 2 成潮上溯的基本概念 河口既是河流和海洋的交接过渡地带，又受到河流动力和海洋动力因素的交 互作用和影响。当海洋大陆架高盐水团随涨潮逼近河口时，咸淡水混合水体由河 口向近口河段上溯，使近口段水体含盐量超过一定标准、水体变成的现象称为咸 潮上溯【3 】，或称咸水入侵。这与盐水入侵有所不同，盐水入侵发生在河口段。河 口地区咸潮上溯是河口最主要动力过程之一，是河口特有的自然现象。 河口是河流淡水和海洋盐水相互作用和混合的的区域，河口水体主要为冲淡 水控制，冲淡水是含盐度介于0 1 ( 或o 5 ) 和3 0 之间的混合水体，也称咸水( s a l i n e w a t e r ) 。盐度为0 1 或( o 5 ) 为淡水和冲淡水的分界线，称为咸水界。咸水界并 非固定不变的，而是随径流量的大小和潮汐动力强弱在一定范围内变化。洪季河 流径流量增大，咸水界向海推移，枯季河流径流量减小，潮汐动力相对增强，咸 水界向陆推进，图1 3 为珠江口虎门的咸水界的洪、枯季活动范围。本文研究的 磨刀门水道咸潮上溯的范围为洪季咸水界到枯季咸水界之间的范围。 虎门 冲淡水( 混合水) 盐水界 冲淡水( 混合水) 盐水界 图l - 3 珠江河口咸水界季节变化示意图( 修改自文献【3 】) 4 第一章绪论 1 3 河口咸潮上溯研究进展 据萨莫伊洛夫对河口区分段的方法，河口区可划分为远口段、近口段、河口 段和口外海滨段。海水侵入到河口段的现象称为盐水入侵，咸水( 混合水) 由河口 侵入近口段的现象称为咸潮上溯或咸水入侵，这是两个不同的概念，但在国内常 混为一谈( 比如在长江口，将发生在近口段的咸水入侵称为盐水入侵有不妥之 处) 。国外相关研究多集中在河口段( 称为盐水入侵) ，而在近口段研究较少。 1 3 1 国外盐水入侵研究进展 国外河口盐水入侵问题的研究开始于2 0 世纪3 0 年代，美国的水道实验站 ( w e s ) 和荷兰的d e l f t 水工试验所作了很多工作。2 0 世纪5 0 年代之后，p r i t c h a r d 、 b o w d e n 等人先后对盐水入侵范围、盐淡水混合和水体盐度分布及其对水流、泥 沙运动的影响等进行了研究口，随着研究工作的相继开展和深入，h a n s e n s i m m o n s 、b o w d e n 和o f f i c e r 分别从不同的角度对河口盐水入侵的类型进行了分 类【9 _ 1 2 1 。 1 9 7 0 年以后，数学模型方法开始被应用到河口盐水活动规律研究中。 l e e n d e r t s e 等提出了研究河口盐度三维计算方法【13 1 ，b o w d e n 和h a m i l t o n 通过建 立河1 3 环流的概化模型研究河口的混合过程【1 4 】，f e s t a 和h a n s e n 利用概化的垂向 二维数值模型来研究河口环流与最大浑浊带的关系【1 5 , 1 6 】。h a s s 研究了注入切萨 皮克湾的j a m e s 、y o r k 和r a p p a h a n n o c k 三个河口的盐度垂向分布与潮差的关系， 指出盐度的垂向分布与潮差和潮高都有密切关系【1 7 】。d y e r 和o f f i c e r 更进一步研 究了各种河口的盐淡水混合过程、环流的运动形式、最大浑浊带的特征等，指出 河1 3 最大浑浊带的位置和盐淡水混合类型有密切关系【1 8 , 1 9 1 。 p r a n d l e 研究了河口盐水入侵【2 0 1 ，u n c l e s 等研究了一个部分混合河口的水、 盐和悬沙通量【2 1 1 ，d r o n k e r s 用实验研究了v o l k e r a k 河口盐水入侵机制【2 2 1 。m c k e e 研究了美国密西西比河三角洲西侧的一个沙坝河口的盐水入侵规律【2 3 1 。 m u l r e n n a n 和w o o d r o f e 对澳大利亚北部的玛丽河( m a r yr i v e r ) 下游海岸平原的 盐水入侵进行了研究【2 4 1 。n a s s a h i 和k a f a i 对t a y 河e l 的水动力和盐输运建立了 一个动边界的计算模型【2 5 1 。a c e r t s 研究了用g i s 工具和快速评定技术确定盐水 第一章绪论 入侵的方法【2 6 1 。m a c c r e a d y 和g e y e r 通过等盐度面进行体积积分来计算河口盐通 量【2 7 】。r a c h e lb r o c k w a y 研究了喇叭型河口的盐水入侵机制2 8 1 。 1 3 2 国内咸潮上溯研究进展 国内的对河口咸潮研究起步较晚，2 0 世纪8 0 年代以后开始有系统的研究， 主要集中在长江和珠江口。 ( 1 ) 长江河口研究状况 长江河口咸潮的系统研究开始于2 0 世纪8 0 年代初。早期的研究大都是基于 实测资料分析咸水入侵的规律。沈焕庭等阐述了长江河口咸水入侵的时空变化特 征，并探讨了建设南水北调工程后对咸水可能产生的影响口9 1 ，这是对长江河口 咸水入侵最早的系统性研究。之后的不少学者对长江河口咸水入侵的规律和机制 进行了更为深入的研究。韩乃斌根据实测资料的统计分折，预测了枯水年、平水 年和丰水年南水北调对上海市吴淞口氯度变化的影响，还采用一维近似计算和相 关分析法两个途径，预测南水北调后长江口5 0 0 0 咸水入侵长度的变化情况【3 0 1 。茅 志昌和沈焕庭提出了长江河口咸潮入侵的四种形式，包括外海直接入侵、倒灌、 漫滩归槽和浅滩通道水体交换等四种类型，这种特有的盐度时空变化规律，导致 长江e l 南支主槽存在一个氯度异常带【3 1 1 。沈焕庭等探讨了南水北调东线工程对 长江口咸水入侵的影响及对策【3 2 1 。 随着数值计算方法和计算机技术的发展，数值模拟这一手段开始被引入到长 江河口咸水入侵的研究中去。肖成猷等建立了一个曲线正交网格下的平面二维模 型，研究了北支咸水倒灌的机理和不同径流量条件下倒灌强度的变化3 3 1 。朱建 荣等基于e c o m 模式，建立了一个理想河口三维盐度数值模式，讨论了咸水入 侵的空间不对称性及由此产生的河口环流【3 4 】。吴辉采用三维数值模式和通量分 析手段，定量研究了长江河口咸水入侵，特别是北支咸水倒灌及其动力机制，以 及深水航道工程和冬季季风对咸水入侵的影响【3 5 1 。 ( 2 ) 珠江河口研究状况 黄新华等最早探讨了潮汐、河口地貌和风等因素对西江三角洲的“咸害 形 成的影响【3 6 1 ，但较为珠江河口咸潮灾害进行系统研究主要还是在2 0 世纪8 0 年 代之后。徐君亮等探讨了伶仃洋的盐水入侵及盐水楔的活动规律3 7 1 。应秩甫等 6 第一章绪论 研究了伶仃洋咸淡水混合特征【3 引。田向平研究了珠江河口伶仃洋的河口净环流、 最大混浊带的成因和活动规律以及对河e l 泥沙淤积的影响【3 引。廖喜庭研究了珠 江三角洲河口区的咸潮活动周期变化规律 4 0 1 。李春初在对珠江河口的研究基础 上，提出了高盐陆架水的入侵作用对我国不少河e l 的动力结构有重要的影响l 。 黄方等研究了黄茅海盐度特征及其盐水楔活动范剧4 2 1 。 2 0 世纪9 0 年代后，珠江河口地区的咸潮灾害有加重的趋势。很多学者都探 讨了海平面上升对珠江三角洲咸潮入侵的影响，周文浩认为海平面上升对珠江三 角洲盐水入侵影响很小【4 3 1 ；李素琼等根据i p e n 和h a r l o m e n 扩散理论和方法推测 出海平面上升会导致珠江口咸潮入侵的影响【4 4 】。许多学者对近年来珠江三角洲 咸潮入侵加剧的原因进行了分析：闻平等认为径流是造成磨刀水道咸潮入侵的主 要原因【4 5 】；胥加仕等、吴亚帝等认为近年来珠江三角洲咸潮入侵加强的主要原 因是枯季流域上游来水明显偏少、河口及河道地形变化及河道分流比变化、河口 地区供水规模扩大等【4 6 4 7 1 ；罗宪林等认为挖砂导致的河床下切是引发珠江三角洲 咸潮灾害的主要原因【4 8 】。陈水森等根据含氯度与径流、潮流、河口地形等的关 系，建立了珠江口地区磨刀门水道咸潮入侵的经验模型1 4 9 1 。 总体来说，虽然许多学者对珠江磨刀门水道近年来的咸潮问题进行了研究， 但是对造成近年来珠江磨刀门水道咸潮上溯加剧的原因机制的研究还不够深入， 主要是从宏观上分析径流量变化、人类活动导致河口和河道地形变化等方面进行 定性研究，对于磨刀门水道河床形态变化和口门区地貌演变导致的水动力改变对 咸潮上溯加剧的影响鲜有深入研究。 本文以大量实测资料为基础，在分析磨刀门咸潮活动变化规律的基础上，定 量分析河床挖砂和口门围垦整治引起的磨刀门水道河床形态变化，拟从径流动 力、潮汐动力、河道地形变化和口门地貌演变等诸方面来研究近年来磨刀门水道 咸潮上溯加剧的原因机制。 1 4 研究方法和资料收集 1 4 1 研究方法 本文采用河口动力学、河床演变学、水文学、动力地貌学多学科交叉的研究 7 第章绪论 方法，将动力过程和沉积地貌过程相结合，注重现代过程与历史过程的统一、定 性分析与定量分析的统一、宏观与微观的统一。 ( 1 ) 对实测和历史水位、流量、含氯度资料进行统计分析，定性分析研究 磨刀门咸潮的活动规律，分析径流量变化和潮汐动力变化对磨刀f - j t j 2 0 0 0 m g l 出现次数 数据来源于文献【5 5 】 由于灯笼山水文站近几年没有连续的含氯度观测资料，故采用中山市灯笼山 1 9 第二章磨刀门水道成潮活动规律 水闸的资料进行分析。由表3 2 可知，灯笼山站含氯度大于2 0 0 0 m g l 年平均次 数，1 9 6 2 年至1 9 7 5 年平均每年出现5 5 次，1 9 7 6 至1 9 8 5 年平均每年出现1 6 次， 2 0 0 4 至2 0 0 7 年平均多达1 3 5 次，近年来灯笼山站的每年含氯度大于2 0 0 0 m g l 的次数远多于2 0 世纪8 0 年代及其以前，且其最大含氯度值也超过了历史最大值 ( 见表3 2 ) 。磨刀门水道咸潮活动从2 0 世纪6 0 年代至今，咸潮活动处于强势 一弱势一强势的过程。距磨刀门出海口5 0 k m 处的全禄水厂，自1 9 9 9 年起也开 始受到咸潮侵扰，尤其是近几年所受咸害十分严重。表3 3 即为近几年全禄水厂 所测到的最高含氯度值，全禄水厂2 0 0 4 年最大含氯度值为3 5 0 0 m g l ，2 0 0 5 年 为4 7 5 0 m g l ，2 0 0 6 年和2 0 0 7 年分别为5 8 6 0m g l 和5 5 5 1m g l ( 见表3 3 ) ，由 此可知近年来磨刀门水道的咸潮有加剧的趋势。 表3 3 全禄水厂近年最大含氯度 注：数据来源于中山水利网 3 2 成潮活动的沿程变化 由于磨刀门水道的河宽由口门向上游沿程逐渐减小，且河底高程不断增加， 使得潮波由河口向上游河段传播时消耗的能量增大，潮流动力逐渐减弱，随潮流 向上游输送的盐份逐渐减少，水体含氯度亦随之降低( 见图3 1 ) 。对近几年的 磨刀门水道沿程各站的含氯度资料分析( 如图3 2 所示) 可知，在挂定角有时会 出现大于下游大横琴站和三灶站的情况，出现此类情况主要与磨刀门口f - j 的横向 汊道一洪湾水道的发育有关，近年来随着洪湾水道的整治工程的的实施，洪湾水 道不断冲刷加深，因此，涨潮时高盐咸水有时会从洪湾水道上溯进入磨刀f - j t g 道。 珠江水利科学院2 0 0 7 年1 2 月在磨刀门口门区的最新同步水文测验结果表明：沿 洪湾水道上溯的咸潮会比沿着横洲水道上溯的咸潮早约一个小时到达挂定角。 2 0 第二章磨刀f j k 道成潮活动规律 2 0 0 0 0 1 8 0 0 0 1 6 0 0 0 ，、1 4 0 0 0 蚤1 2 0 0 0 匕 1 0 0 0 0 型8 0 0 0 酶 忸6 0 0 0 4 0 0 0 2 0 0 0 o 5 04 54 03 53 02 52 01 51 05o 距大横琴站距离( k m ) 图3 1 磨7 j i - j 水道含氯度各站变化( 2 0 0 4 年2 月4 日) 部分数据取自文献【5 5 】，部分取自中山水利网 1 6 0 0 0 1 4 0 0 0 5 04 54 03 53 02 5 2 01 51 050 距大横琴站距离( k m ) 图3 2 磨刀门水道最大含氯度沿程变化( 2 0 0 4 年1 月1 8 2 5 日) 部分数据取自文献【5 5 】，部分取自中山水利网 3 3 咸潮活动的周期性变化 3 3 1 咸潮活动的潮周期变化 西江磨刀门水道的咸潮多发生在枯季，此时上游下泄流量很小且变化不大， 河流径流动力减弱，潮汐动力作用增强，河道内的含氯度变化主要受潮汐作用影 响。磨刀门河口潮型为不规则半日潮，每日一般都有两次涨落潮，因此会出现两 o 0 o 0 o 0 0 o o o o o o 0 o 0 o o 0 2 o 8 6 4 2 总暑v趟酶如 第二章磨刀| j 水道成潮活动规律 个高潮和两个低潮。磨刀门水道的含氯度与水位变化相一致，会出现两次与高、 低潮对应的较高值和较低值( 如图3 3 所示) 。由广昌站水位、含氯度过程线可 以看出，在一个潮周期内，涨憩时的含氯度较高，而落憩时含氯度较低，高高潮 涨憩时的含氯度最高，最低值则发生在低低潮落憩时。含氯度过程线与潮水位过 程线之间存在一定的相位差，含氯度峰值的出现时间一般要晚于水位峰值一个小 时左右。 时间( 2 0 0 5 年u 月1 2 日- 2 0 日) 图3 3 广昌水位含氯度过程线 3 3 2 咸潮活动的半月变化 2 4 2 1 6 1 25 o 8 霎 0 4 0 0 4 在月球和太阳引潮力的共同作用下，在农历半月周期内会出现一次大潮( 朔、 望) 和一次小潮( 上弦、下弦) ，含氯度也会随着大小潮汛的变化呈周期性变化。 根据平岗站2 0 0 5 年1 1 月1 日至3 0 日和广昌站2 0 0 5 年1 2 月1 日至3 0 日的含氯 度资料分析可以看出：平岗站半月周期( 图3 4 ) 内最大含氯度值出现时机并不 是大潮潮水位最高时，而是出现在中潮向大潮过渡的时段；广昌站半月周期内最 大含氯度值( 图3 5 ) 也并不是出现在大潮时，而是出现在大潮前后的中潮时期。 由此可以看出，磨刀门水道沿程在半月周期内，含氯度最高值并非出现在潮汐动 力最强的大潮时，而是出现在中潮时期。 第三章磨刀门水道成潮活动规律 d g v 趟 骣 缸 时间( 2 0 0 5 年1 2 月1 日3 1 日) 图3 4 平岗含氯度和水位过程线 1 日1 时5 日1 时9 日1 时1 3 日1 时1 7 日1 时2 1 日1 时2 5 日1 时2 9 日l 时 时间( 2 0 0 5 年1 1 月卜3 0 日) 图3 - 5 广昌含氯度和水位过程线 3 3 3 咸潮活动的季节性变化 2 4 2 1 6 1 2g 0 8 邋 长 0 4 0 0 4 2 4 2 1 6 o 8 趟 * o 4 o - 0 4 珠江流域径流变幅大，洪枯季流量相差悬殊，因而磨刀门河口洪枯季河流径 流动力强弱变化很大，而径流作用和潮流作用是此消彼长的关系，因此洪枯季磨 刀门河口的咸潮活动范围有很大不同。 ( 1 ) 洪季咸潮活动 珠江磨刀门水道的咸潮季节变化取决于上游来水量即径流量的季节变化。每 年5 至9 月，珠江流域进入雨季，西江马口站的下泄流量很大，磨刀门水道水位 咖 咖 咖 咖 o 8 6 4 2 1铷gv瑙骣如 第j 章磨刀门水道成潮活动规律 抬高，为径流动力控制，潮汐动力相应减弱，河口咸水界外移到口门附近，成潮 活动仅限于口门附近地区。图3 - 6 为磨刀f - j2 0 0 3 年洪季时一个潮周期内的盐度 纵向变化。洪季时咸水活动空间被压缩到大横琴到拦门沙外坡一带，高盐陆架水 被挤压到拦门沙外侧。涨潮初期( 图3 - 6 a ) ，潮汐动力逐渐增强，潮汐动力与径 流动力相互作用，紊动混合与掺混混合加快了垂向上盐度交换，表底层盐度差异 减小，咸水向陆进侵。涨潮初期底部摩擦对底部盐水入侵有一定的阻碍作用，因 此盐度较高的水体从中层入侵较为明显，并在垂向上出现短暂的中间高、表底层 低的特殊盐度结构。涨急时( 图3 6 b ) 潮汐动力达到最大，盐水界沿拦门沙外 坡向上推移，河口咸水界越过大横琴，推向小横琴附近。落急时( 图3 6 c ) ，潮 汐动力与径流动力同向，向海动力最强，外海高盐陆架水被压至拦门沙外坡下方， 咸水界也向海推移，此时水体垂向分层明显，表层漂浮着盐度很低的冲淡水。落 潮末期( 图3 6 d ) ，河口咸水界向海推移至最远处。 图3 - 62 0 0 3 年洪季磨刀门河v 1 潮周期内盐度变化( 转绘自文献 5 2 ) 2 4 第二章磨j j 水道成潮洒z 力规律 图3 - 62 0 0 3 年洪季磨刀门河口潮周明内盐度变化( 续) ( 转绘自文献 5 2 ) ( 2 ) 枯季咸潮活动 每年1 3 月、1 0 1 2 月珠江流域进入枯季，降雨大幅减少，西江马口站流量 减少，磨刀门水道的水位降低，径流动力减弱，潮汐动力作用相对增强，咸潮上 溯加剧。近年来发生在磨刀门水道的咸潮活动都发生在枯季。图3 - 6 为2 0 0 1 年 2 月枯季大潮期间磨刀门地区的盐度纵向变化图。 枯季时由于马口下泄径流很小，大潮期间从灯笼山至拦门沙这一河段均为咸 水( 冲淡水) 控制，盐水界位于拦门沙外侧，咸水界向河道上游推进。涨潮时， 潮汐动力增强，高咸水越过拦门沙，由底部进入拦门沙内侧河道。图3 6 a 为涨 急时的盐度纵向变化图，此时潮汐动力最强，底部咸水入侵加剧，口门附近盐度 垂向梯度明显。经过不断的掺混和扩散，咸水越过灯笼山，向河道上游侵袭，大 潮期间，咸水最远可以上溯到全禄水厂和大鳌水文站之间的河段。落潮时( 见图 3 - 6 b ) 表层盐度受河流向海排出的淡水所稀释，表层为盐度较低的冲淡水控制， 从挂定角至拦门沙沿线底部依然为盐度较高的咸水所控制。就全潮平均情况来看 第三章磨刀门水道成潮活动规律 ( 见图3 - 6 c ) ，与洪季相比磨刀门地区的盐水界变化不大，但咸水界变化有明显 变化，其已经越过灯笼山，深入到磨刀门水道上游内河河段。 图3 - 62 0 0 1 年2 月磨刀门大潮期间盐度纵向变化( 续) 注：数据来自中山大学近岸海洋中心 第二章磨刀fj 水道咸潮活动规律 3 4 周边口门对磨刀门水道成潮的影响 西海水道在百顷头和竹洲头分别分出磨刀f - j t j 弋道、鸡啼门水道和虎跳门水道 进入南海。鸡啼门水道上接泥湾门水道至竹洲头与磨刀门水道相连通，其多年平 均径流量为1 9 7 亿m ? ，约占马口站下泄流量的8 6 。鸡啼门水道潮汐动力较强， 平均涨潮潮差和涨潮历时都大于磨刀门水道。 根据历年含氯度资料统计分析，鸡啼门水道黄金站多年枯季含氯度平均值 2 6 0 0 m g l ，最大值为1 8 9 0 0 m g l ；磨刀门水道灯笼山站多年枯季含氯度平均值 3 7 0 m g l ，最大值为1 1 0 8 7 m g l 。由此可知，鸡啼门水道受咸潮影响更为严重， 那么，鸡啼门水道的咸潮是否能影响到磨刀门水道呢? 2 0 0 4 年2 月在磨刀门水道的竹银站及螺洲溪的竹洲站、泥湾门水道的白蕉 站和虎甓) 6 f - i 水道的横山站( 测站位置如图3 7 所示) 进行了水文和含氯度同步观 测，测验结果【5 5 】见表3 4 、图3 8 、图3 - 9 和图3 1 0 。由同步测验和含氯度资料 分析，竹银站的含氯度始终大于竹洲站，两断面潮汐涨落几乎同步，且竹银站的 流量也远大于竹洲站( 见图3 8 、3 1 0 ) 。根据图3 8 分析可知，挂定角到上游竹 银含氯度逐渐递减，且远大于竹洲的含氯度，从纳潮量和输盐量对比来看，通过 螺洲溪上溯到磨刀门水道的咸潮影响甚小，一定程度上还可以起到稀释作用。因 此，磨刀门水道上游的咸度是由其自身咸潮上溯引起的，相邻河道的咸潮上溯对 磨刀门水道咸度几乎没有影响。 表3 - 4 竹洲等有关站点实测含氯度表( 日最大值) 单位：m g l 第二章绑刀r j 水道成潮活动规律 、 昌 - 邋 苌 图3 72 0 0 4 年2 月含氯度观测站点位置图 r一一竹银站含氯度 i | 竹银站水位 i f 一竹洲站含氯度 i 竹洲站水位 、 、1 ：瓤嘏。泓触娃n 旷。w v vv 5 日6 日7日8日9 日l o 日 1 1 日 n 帕 图3 8 竹银站、竹洲站水位含氯度同步过程线( 2 0 0 4 年2 月5 1 1 日) 2 8 装v 谜骣如 第三章磨刀门水道成潮活动规律 图3 - 9 竹银、平岗、广昌、挂定角水位含氯度同步过程线( 2 0 0 4 年2 月5 1 1 日) ，、 、 、- ， m 刚 螺 图3 1 0 竹银、竹洲流量过程线( 2 0 0 4 年2 月5 1 1 日) 第四章近年来磨刀门水道河床形态及径流量变化分析 第四章近年来磨刀门水道河床形态及径流 量变化分析 2 0 世纪8 0 年代初开始的磨刀门围垦整治工程和9 0 年代初以来磨刀f - j t j 弋道 河床采砂活动，改变了磨刀门水道的水文地貌情势，导致其河床形态和径流量发 生变化，进而引起潮汐动力的变化。咸潮上溯与潮汐动力和径流量有直接关系， 因此，磨刀f - j t j ( 道的河床形态及径流量变化对于近年来咸潮上溯加剧的影响不容 忽视。 4 1 磨刀门水道河床形态变化 磨刀门水道主要分为两部分：一个是灯笼山以上至百顷头的磨刀门上游河 道，另一个是灯笼山以下至入海口的磨刀门口门区。磨刀门上游河段的大规模挖 沙活动和口门区的大规模围垦改变了磨刀门水道的底部边界条件，磨刀门水道的 河床形态也发生了巨大变化。用d e m 和g i s 相结合的方法可以定量模拟河床形 态变化情况，计算出不同年份河道的相对冲淤量，具有较高的精度【5 6 1 。本节采 用d e m 、g i s 和传统地貌分析相结合的方法对磨刀门水道河床形态变化分析研 究。 4 1 1 磨刀门上游河段河床形态变化及冲淤计算 采用1 9 6 2 年、1 9 7 7 年和1 9 9 9 年磨刀门水道百顷头至灯笼山河段的大比例 尺( 比例尺为1 ：5 0 0 0 ) 数字化航道地形图，图件中的水深点经过提取后做成数 据库。用s u r f e r8 软件中的k r i g i n g 插值法生成栅格数据模型( g r i d ) 【5 7 1 ，进而生 成三个年份的数字高程模型( d e m ) ，在d e m 的基础上，生成磨刀门水道( 百顷 头灯笼山) 二维河道地形图；从百顷头至灯笼山河段取4 7 个断面( 断面位置见 图4 1 ) ，断面之间的间隔为7 5 0 m ；在s u r f e r8 中用s l i c e 工具从栅格数据模型 ( g r i d ) 中提取1 9 6 2 、1 9 7 7 和1 9 9 9 年的河道断面数据。然后根据河道地形数据 3 0 第四章近年来磨刀门水道i n j 床形态及径流量变化分析 及所取断面数据分析磨刀门上游河段的河床形态变化。 3 8 4 1 5 0 0 03 8 4 2 5 0 0 03 8 4 3 5 0 0 0 图4 1 磨刀门水道计算断面位置示意图 ( 1 ) 河床形态变化 从4 7 个断面中提取出每个断面的水深数据，做成深泓高程纵向变化图和各 个断面的断面图，并计算出o m 高程下各个断面的平均水深和断面面积( 如图 4 2 、4 3 和4 4 及表4 1 、4 2 和4 3 所示) 。 第四章近年来磨刀fj 水道河床形态及径流量变化分析 1 9 6 2 1 9 7 7 年变化趋势 百顷头竹洲头河段( m d m 0 1 2 2 ) 上段( m d m 0 4 1 5 ) ( 见图4 2 ，图4 5 ) 深泓 加深，平均水深增加，断面面积有所增大，深槽小幅展宽和加深，该段河道有较 明显的冲刷；其余断面的深泓冲淤相间，平均水深和断面面积变化不明显。由表 4 1 、表4 2 和表4 3 可知，该河段深泓平均高程由9 8 4 m 加深到的1 0 2 7 m ，水 深增大o 3 7 m ；o m 高程下的平均水深由1 9 6 2 年的5 0 7 m 增加到1 9 7 7 年的5 5 3 m ， 增加0 4 6 m ，断面面积相应地增加3 7 1 m 2 。因此，1 9 6 2 1 9 7 7 年百顷头竹洲头河 段总体处于缓慢冲刷状态，河道向窄深方向发展。 竹洲头一大排沙河段( m d m 2 3 3 2 ) ，从各个断面图( 图4 5 ) 来看，该河段除 m d m 2 4 、和m d m 3 1 3 2 断面深泓加深、平均水深和断面面积增大、有轻微冲刷外， 其他断面平均水深和断面面积减小，河床有明显淤积，深槽有小幅缩窄和淤浅。 该河段深泓平均高程由的1 1 3 2 m 淤高到1 0 6 9 m ，平均断面面积减小了8 0 1 m 2 ( 见表4 1 至表4 3 ) 。因此，1 9 6 2 1 9 7 7 年竹洲头大排沙河段处于淤积状态。 大排沙一灯笼山河段( m d m 3 3 4 7 ) 各个断面深泓冲淤相间，平均水深和断面面 积有小幅减小。深槽略有缩窄和淤高( 见图4 5 ) 。平均水深由5 9 9 m 减小到5 6 2 m ， 减小了o 3 7 m ，断面面积相应地减小了5 1 4 m 2 。1 9 6 2 1 9 7 7 年竹洲头一大排沙河段 处于淤积状态。 总体上看，磨刀门上游河段1 9 6 2 年至1 9 7 7 年间处于缓慢淤积状态，这与口 门向海推进，河口段河流进行自动调整过程是一致的。 表4 1 磨刀门水道各河段深泓平均高程( 珠基：m ) 注：深泓高程变化中，负值表示深泓加深，正值表示深泓淤高 3 2 第四章近年来磨7 j f - 水道河床形态及径流量变化分析 表4 2 磨刀门水道各段平均水深( 珠基：m ) 注：水深变化中，负值表示水深减小，正值表示水深增加 表4 3 磨刀门上游各段的平均断面面积( m z ) 注：面积变化中，负值表示面积减小，正值表示面积增大 1 9 7 7 1 9 9 9 年变化趋势 百顷头竹洲头河段( m d m 0 1 2 2 ) ( 见图4 2 ) 深泓冲淤相间，总体变化不明 显，断面平均水深和断面面积均明显增大。河道深槽有较大幅度的展宽和加深， 河槽下切明显( 见图4 5 ) 。由表4 1 至表4 3 可知，该河段深泓平均高程由1 0 2 7 m 加深到1 0 8 6 m ，加深了0 6 m ；0 m 高程下的平均水深由5 5 3 m 增加到6 5 2 m ，增 加了1 m ，面面积增大3 8 7 m 2 ，增加约1 2 3 。因此，1 9 7 7 年至1 9 9 9 年该河段 处于明显冲刷下切状态。 竹洲头一大排沙河段( m d m 2 3 3 2 ) ，从断面图( 图4 5 ) 可见，该河段深泓明 显加深、断面平均水深和断面面积均明显增大( 见图4 3 ) ，深槽有较大幅度的 展宽和加深，河槽下切明显。该河段深泓平均高程由1 0 6 9 m 加深到1 2 8 4 m ，加 深了2 1 5 m ；平均水深由7 0 4 m 增加到8 4 2 m ，增加1 3 8 m ，平均断面面积增大 8 9 1 m s ，增加1 6 9 。因此，1 9 7 7 年至1 9 9 9 年该河段处于明显冲刷下切状态。 大排沙一灯