（自然地理学专业论文）人类活动对西江磨刀门河口潮汐动力的影响.pdf

人类活动对西江磨刀门河口潮汐动力 的影响 专业：自然地理学 硕士生：刘锋 指导教师：田向平副教授 摘要 磨刀门河口位于珠江网河流域西江的主干入海口处，是珠江主要的泄洪通 道。近数十年来，河道采砂、口门围垦等人类活动严重干扰了磨刀门河口自然演 变，对河口水动力格局产生影响，使潮汐动力发生变化。本文应用地理信息系统 和高程数字模型结合、数理统计、调和分析、小波分析以及一维水动力模型等方 法，主要研究河道采砂、口门围垦等两大人类活动通过对河口地形边界和下泄径 流动力的影响而产生的磨刀f - j 7 - i 口潮汐动力变化效应。 2 0 世纪9 0 年代以前，磨刀门近口段处于缓慢淤积状态，从1 9 6 2 年到1 9 7 7 年，磨刀门近口段整体表现为淤积，年均淤积0 6 6 1 0 6 m 3 ，河道平均水深减小 0 1 2 m ，宽深比增大0 1 6 ；同时磨刀门河口段也处于淤积状态，其中原磨刀门内海 区2 0 世纪8 0 年代与6 0 年代对比，横洲以内的内海共淤积了1 2 2 8 1 0 8 m 3 ，两 条主要的进潮通道一横洲水道和洪湾水道，平均水深增加，向宽浅方向演变。 2 0 世纪9 0 年代以前，磨刀门河口上游马口站分流比、分沙比基本保持一个 稳定水平，分别维持在8 5 、9 0 左右，而上游来水来沙量均保持在一个较高水 平，年际变化较小，趋势变化不明显；而2 0 世纪9 0 年代之前磨刀f - j 7 - i 口潮汐动 力变化较明显，特别是在8 0 年代到9 0 年代初期，主要表现为受到8 0 年代开始 的口门围垦工程的影响而呈减弱状态。磨刀门口门围垦整治工程的影响效应表现 在：加速了河口向海延伸的速度，延伸速度达7 5 0 m a ，河口由缓慢淤积向冲刷 转变；口门围垦使河口区大面积水域消失，口门整治完成时与2 0 世纪7 0 年代相 比，浅海区水域面积缩小了7 5 5 ，导致纳潮容积减小，2 0 0 3 年与1 9 8 3 年相比， 纳潮容积减小3 7 6 ；河口地貌的异变减弱了潮汐动力，整治后与整治前相比， 高、低潮位抬升，潮差减小，调和常数减小，盐度降低，潮汐动力减弱。 始于2 0 世纪8 0 年代的河道采砂是影响磨刀门河口潮汐动力的又一主要人类 活动，它通过作用于磨刀门河口近口段的河床演变和径流动力来影响河口潮汐动 力的大小。采砂活动使磨刀门近口段由缓慢淤积转为冲刷状态，河槽容积增大， 河床下切明显，平均水深增加，河道向窄深方向演变；此外，采砂活动使磨刀门 河口上游马口分流、分沙比以0 0 0 2 9 9 a 、0 0 0 4 1 a 速率递减；河口河床演变性 质和径流动力的变化，引起了潮汐动力的变化，2 0 世纪9 0 年代与5 0 年代相比， 最高潮位、最低潮位降低幅度明显，潮差增大，涨潮流明显，潮汐动力增强。 近年来，由于磨刀门河口采砂活动影响效力大于口门围垦，河口潮汐动力呈 现出继续增强的态势，表现在：河口区潮差增大，涨潮流量和涨潮量增加，潮区 界、潮流界、咸水界明显上溯，咸潮灾害频繁袭击河口区。 通过建立西江一维网河水动力模型研究发现，如果采砂活动维持2 0 世纪9 0 年代初的水平，到2 0 1 0 年磨刀门河口近口段仍维持潮水位降低之态势，潮差增 大，涨潮流速加快，流量增大。这些都表明未来采砂活动会使潮汐动力继续增强， 对磨刀门河口区的“抗咸”施加更大压力。 关键词：磨刀门河口；采砂活动；口门围垦；潮汐动力变化 l i t h ee f f e c to fh u m a na c t i v i t i e so nt h et i d a ld y n a m i ci n m o d a o m e n e s t u a r yo fx i j i a n gr i v e r 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 ：l i uf e n g 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 t h em o d a o m e ne s t u a r yi st h eo u t l e to fx i j i a n gb r a n c ho ft h ep e a r lr i v e r , a n di s t h em a i nf l o o dd i s c h a r g ec h a n n e li np e a r lr i v e rd e l t a i nt h ep a s tf e wy e a r s ，h u m a n a c t i v i t i e s ，o fw h i c hs a n de x c a v a t i o na n de s t u a r i n er e c l a m a t i o nw a st h em o s ti m p o r t a n t ， d i s t u r b e dt h en a t u r a le l e v a t i o no fm o d a o m e ne s t u a r y s e r i o u s l ya n dc a u s e dt h e h y d r o d y n a m i cc h a n g e ，w h i c he x e r t e dt h eg r e a ti n f l u e n c eo nt h et i d a ld y n a m i c t h e e f f e c to fh u m a na c t i v i t i e so nt h et i d a ld y n a m i ci m p o s e db yc h a n g i n gt h et e r r a i n b o u n d a r ya n dt h er u n o f fd i s c h a r g ei ss t u d i e dw i t ht h ea p p l i c a t i o no fs e v e r a lm e t h o d s ， i n c l u d i n gt h ec o m b i n a t i o nm e t h o do fg i sa n dd e m ，m a t h e m a t i c a ls t a t i s t i cm e t h o d ， h a r m o n i ca n a l y s i sm e t h o d ，w a v e l e ta n a l y s i sm e t h o da sw e l la s1d h y d r o d y n a m i c m o d e ls t i m u l a t i o n t h er i v e r i n ec h a n n e ln e a rt h er i v e rm o u t hw a si ns i l t a t i o nb e f o r e19 9 0 s ，t h eo f v o l u m eo fc h a n n e ld e c r e a s e db y0 6 6 x10 6 m 3 af r o m19 6 2t o19 7 7 ，t h em e a nw a t e r d e p t hd i m i n i s h e db yo 12 m t h ec h a n n e lt u r n e do u tt ob ew i d e ra n ds h a l l o w e r s i m u l t a n e o u s l y , t h ec h a n n e lo fr i v e rm o u t hw a sa l s oi ns i l t a t i o nt h ev o l u m eo fl n l a n d s e ar e d u c e db y1 2 2 8x10 8 m 3i n19 8 0 sc o m p a r e dw i t h19 6 0 s b o t hh e n g z h o uc h a n n e l a n dh o n g w a nc h a n n e l ，w h i c hw a st h em a i nt i d a le n t r a n c eo fe s t u a r y , t u r n e do u tt ob e w i d e ra n ds h a l l o w e r b e f o r e19 9 0 s ，t h ed i v i d e df l o wa n ds a n dr a t i ow a sa b o v e8 5 ，9 0 r e s p e c t i v e l y , a n dt h ea m o u n to f r u n o f fa n ds a n dd e r i v e df r o mt h eu p p e rr i v e rw a si nh i g hl e v e l ，a n d i i i t h et h e i rc h a n g et r e n dw a sn o to b v i o u s l y b u tt h et i d a lc h a r a c t e rc h a n g e dr e l a t i v e l y e v i d e n t l yb e f o r e19 9 0 s ，e s p e c i a l l yf r o m19 8 0 st oe a r l y19 9 0 sb e c a u s eo ft h ee s t u a r i n e r e c l a m a t i o n t h ee s t u a f i n ee f f e c tw a sc a u s e db ye s t u a r i n er e c l a m a t i o na sf o l l o w s t h e m o d a o m e nf i v e rm o u t he x t e n d e dt ot h es e af a s t e ru n d e rt h ei n f l u e n c eo fe s t u a r i n e r e c l a m a t i o np r o j e c ta n dt h ea v e r a g es p e e dw a s7 5 0 r n a t h er i v e rm o u t hh a dc h a n g e d f r o ms i l i t a t i o ni n t oe r o s i o n ab i gw a t e ra r e ai ne s t u a r yh a dd i s a p p e a r e db e c a u s eo ft h e r e c l a m a t i o np r o j e c t a f t e rt h ec o m p l e t i o no fp r o j e c t ，t h ew a t e ra r e ai nt h er i v e rm o u t h h a dd i m i n i s h e d7 5 5 c o m p a r e dw i t h19 7 0 s w h i c hc a u s e dt h ec o n t a i nv o l u m eo ft i d e t od i m i n i s hs i g n i f i c a n t l y , f o re x a m p l e ，t h ev o l u m eh a dr e d u c e d37 6 i n2 0 0 0 3 c o m p a r e dw i t h19 8 3 t h et i d ep o w e rh a db e e nw e a k e ra sr e s u l to ft h ec h a n g eo f e s t u a r i n eg e o m e t r y t h eh i g ha n dl o wt i d el e v e lh a db e e nl i f t e d ，t h et i d er a n g er e d u c e d ， a n dt h es a l i n i t yi ne s t u a r yr e d u c e dc o m p a r e da f t e rt h ec o m p l e t i o no fp r o j e c tw i t h b e f o r ep r o j e c t t h eo t h e rh u m a na c t i v i t i e st h a ti n f l u e n c e dt h et i d a ld y n a m i cw a ss a n de x c a v a t i o n ， w h i c hw a sb e g a ni n19 8 0 s t h et i d a ld y n a m i cw a si n f l u e n c e db yt h ec h a n g eo fe s t u a r y t e r r a i na n dt h ef l o wd y n a m i cc a u s e db ys a n de x c a v a t i o n t h ef i v e f i n ea r e an e a rt h e f i v e rm o u t hw a sc h a n g e df r o ms l o ws i l t a t i o ni n t oe r o s i o nb yt h es a n de x c a v a t i o n s t a r t e d ，w h i c hc a u s e dt h ev o l u m eo fc h a n n e li n c r e a s e a n dt h er i v e r b e dd o w n c u to f c h a n n e lw a sr e m a r k a b l e ，t h em e a nw a t e rd e p t hi n c r e a s e d ，t h ec h a n n e lt u r n e do u tt ob e n a r r o w e ra n dd e e p e r i na d d i t i o n ，t h ed i v i d e df l o wa n ds a n dr a t i oi nm a k o ud e c r e a s e d r e s p e c t i v e l yb y0 0 0 2 9 9 a ，0 0 0 4 1 aa sar e s u l to fs a n de x c a v a t i o n t h et i d a ld y n a m i c i nm o d a o m e ne s t u a r yw a si n f l u e n c e db yt h es a n de x c a v a t i o na sf o l l o w s i n19 9 0 s ， b o mh i g ht i d el e v e la n dl o wt i d el e v e ld r o p p e ds i g n i f i c a n t l yc o m p a r e dw i t h19 5 0 s b u tt h el o wt i d el e v e ld r o p p e dm o r et h a nt h eh i g hl e v e l ，s ot h et i d er a n g ei n c r e a s e d ， w h i c hi n d i c a t e dt h a tt h et i d a ld y n a m i ch a db e c o m es t r o n g e r r e c e n t l yt h ee f f e c tc a u s e db ys a n de x c a v a t i o ni ss w o n g e rt h a nc a u s e db y e s t u a r i n er e c l a m a t i o n t h et i d e r a n g ei nm o d a o m e ne s t u a r yi n c r e a s e s ，t h ef l o o d c u r r e n tc a p a c i t ya n dq u a n t i t yi n c r e a s e ，t h ee x t e n to ft i d a ll i m i t ，t i d a lc u r r e n tl i m i t ， b r a c k i s hw a t e rl i m i th a se n l a r g e d ，w h a t sm o r e ，t h ef r e q u e n c yo fs a l i n ew a t e ri n t r u s i o n h a si n c r e a s e dg r e a t l y ，w h i c ha l li n d i c a t et h et i d ed y n a m i cp r e s e n t sa ne n h a n c e m e n t i v t e n d e n c y t h ec o n c l u s i o na sf o l l o w si sr e a c h e da tb ym e a n so ft h e1d h y d r o d y n a m i cm o d e l s t i m u l a t i o n t h et i d el e v e li nt h em o d a o m e ne s t u r yw i l lb ed r o p p i n g ，w h a t sm o r e ，t h e t i d a lr a n g ew i l li n c r e a s ea sw e l la st h em o u n to ff l o o dt i d e ，i na d d i t i o nt h ef l o o dt i d a l v e l o c i t yw i l ls p e e du pt i l l2 010i ft h et h es c a l eo fs a n de x c a v a t i o ni sr e m a i n e da st h e s c a l ei nt h ee a r l y19 9 0 s t h ec o n c l u s i o ni n d i c a t e st h a tt h et i d a lp o w e rw i l lb e s t r e n g t h e n e db yt h es a n de x c a v a t i o n , w h i c hw i l li m p o s et h eg r e a tp r e s s u r eo nt h e p r e v e n t i o nf o r mt h es a l i n ew a t e ri n t r u s i o na n dt h r e a t e nt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ti n t h i sa r e a k e yw o r d s ：m o d a o m e ne s t u a r y ；s a n de x c a v a t i o n ；e s t u a r i n er e c l a m a t i o n ；t i d a l d y n a m i cc h a n g e v 学位论文原创性声明 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已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：吏锋 一 i 日期： z o 。( 年月6 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。 学位论文作者签名：丈3 导师签名： 日期：1 0 0 百日 第1 章绪论 第1 章绪论 河口是陆地系统和海洋系统间的界面，是陆海相互作用集中的地带，各种过 程耦合多变，演变机制复杂，生态环境敏感脆弱。同时，河口地区又是人口密集、 经济发达、人类活动频繁的区域。因此，河口区域成为了国际地圈一生物圈计划 ( i g b p ) 核心研究项目之一一陆海相互作用( l o i c z ) 的重要研究范围。随着 社会经济的快速发展，人类活动对河口界面系统的干扰规模越来越大，强度越来 越高，引起系统内部发生了变化，尤其是系统内部动力的变化，导致了一系列的 生态环境问题，如海岸侵蚀、盐水入侵等，对河口海岸区域的可持续发展产生不 利影响。 珠江三角洲地区经济发达，人口众多，人类活动历史悠久。随着经济的发展， 技术的进步，人类活动如联围筑闸、滩涂围垦和采砂活动等强度大大增加，影响 了珠江网河流域的自然演变过程，引起了网河区动力格局的变化，造成了诸如成 潮上溯等生态环境问题，这严重影响了珠江流域人民的正常生活以及工农业生产 发展。 1 1 研究意义和目的 潮汐动力是影响河口行为的主要动力之一，对河口过程、沉积以及地貌演变 等产生重要影响，是陆海相互作用研究的重要内容之一。潮汐动力主要是太阴引 潮力和太阳引潮力产生的潮波运动，包括潮汐和潮流两种不同的表现形式。潮汐 动力的表征要素主要包括：潮位、潮差、潮流流速、潮量和潮时等。潮汐动力在 宽阔的海洋主要是受天文引潮力的控制，而在河口区域其强弱程度还受到径流作 用以及人类活动的影响。其中人类活动不仅可以影响径流作用的强弱，而且可以 通过影响纳潮量以及地形边界条件来影响潮汐动力的强弱。由此可见，人类活动 对河口潮汐动力的影响尤为重要。探讨人类活动如何通过作用自然演变因子而影 响潮汐动力的变化，充分体现了“海岸带陆海相互作用及其人类活动的环境效应 这一全球热点研究课题。 第1 章绪论 磨刀门河口位于珠江网河流域西江的主干入海口，地处经济发达的珠江三角 洲地区，河口的演变很大程度上受到人类活动的影响，从历史时期的围垦滩涂、 联围筑闸到近几十年以来的大规模的河道采砂、磨刀门规划和整治，磨刀门河口 成为世界上受人类活动影响最大的河口之一。磨刀门河口的人类活动具有空间密 集、时间集中、强度大等特点。强烈的人类活动严重干扰了磨刀门水道河床形态 的自然演变，影响了磨刀门河口区径、潮相互作用，引起了磨刀门潮汐动力的变 化。本文以磨刀门河口为重点研究区域，研究人类活动对磨刀门河口潮汐动力的 影响机制，总结国内其它河口人类活动的影响作用，进而探讨人类活动对潮汐动 力的影响规律以及潮汐动力的响应过程，一方面为磨刀门整治规划、防洪泄洪、 防治咸潮等提供理论依据，另一面为合理控制河口区人类活动提供科学借鉴。 1 2 研究进展 人类活动已经成为塑造地貌的第三驱动力，深刻影响着陆地表面地貌动力过 程。在复杂的陆海相互作用的区域一河口，人类活动的影响效应十分显著，越来 越受到国内外学者的重视，并取得了一系列的研究成果。 1 2 1 国外研究进展 h o w a r dh c h a n g 利用数学模型对美国加利福尼亚州奥兰治县内圣胡安溪与 贝尔峡谷汇合口下游砂石丌采坑造成的河床变形进行了模拟，结果表明采砂对河 床变形有很大的影响，同时其也是可以通过数学模型计算来预测的f l 】，。j d m i l l i m a n 指出密西西比河上建设了大量的大坝和防洪堤，造成密西西比河下游地 区径流量和泥沙含量的大幅度减少【2 】。s e p o u l o s 研究了爱琴海西北部塞尔马海 湾在人类活动和海陆气相互作用下的水与沉积物通量特征。此区域海岸受到沉 积物输入、近岸环流和波浪作用的控制，但是人类活动对地形的自然进化过程产 生很大压力，特别是主要河流上修建的大坝，影响水、沉积物通量，造成三角洲 岸线的侵蚀与海水入侵【3 l 。c g t h o m a s 等采用地形分析、解析参数计算、水动力 模拟相结合的方法对引起m e r s e y 河口1 8 7 1 1 9 9 7 年间地貌变化的过程进行了概 念性的分析，并对人类活动如导堤建设、疏浚等的影响进行了分析研究，并探讨 了河口地貌演变的控制机制f 4 】。s t a n i c a 通过现场观测并结合数学模型研究了罗马 2 第1 章绪论 尼亚s u l i n a 河口近15 0 年来航道开发、码头建设等大型人类活动影响下s u l i n a 河口南北部自然侵蚀过程的差异【5 1 。l e1 1 1 iv i e th o a 通过研究指出越南湄公河三 角洲中用于控制咸潮入侵的人工建筑，由于海平面上升，风暴潮以及人工建筑造 成的河口淤积，进一步加剧了咸潮入侵【6 1 。 1 2 2 国内研究进展 国内有关人类活动对河口动力、地貌的影响研究成果颇丰。陈吉余指出随着 人类活动和人工控制的增强，引起河口环境发生变异，使河口海岸面临着许多新 的挑战，如入海泥沙量急剧减少、入海污染物质显著增加、滨海湿地丧失等，并 以长江口为例，研究了人类活动对河口过程的影响及其响应，进而提出了人类与 自然和谐发展的建测7 8 】；王兆印等研究了人类活动对长江三角洲、珠江三角洲、 黄河三角洲和海河三角洲等三角洲演变的影响，指出人类活动自从上世纪以来已 经成为三角洲演变最主要影响因素【9 旧】；罗章仁探讨了珠江三角洲人类活动如流 域开垦、修建水库及河道采砂等引起的网河和河口效应【1 1 1 。 此外，许多学者分别针对河道采砂、口门围垦等人类活动对河口区域的影响 作用进行了研究。袁林、季成康根据长江下游采砂情况的调研及河道实测资料的 分析，对长江下游砂料的来源及形成机理、采砂对河道演变的影响及科学合理开 采等问题进行初步的分析研究，并对采砂活动提出合理建议【1 2 】；江海洋等【1 3 1 、 陈森美等【1 4 1 通过研究钱塘江河口河流段人类活动对河床的影响，指出挖砂是该 河段河床演变的主要影响因素，并发现挖砂对水位以及潮汐动力变化影响显著； 贾良文等通过分析东江下游及东江三角洲的采沙情况、采沙对河床演变和潮汐动 力的影响，发现河床大量采沙导致河槽容积增大、河床高程明显降低，潮汐动力 显著增强5 j ；陈来华根据椒江河口段大规模采砂前后的实测水下地形资料，对石 仙妇至椒江大桥段的河床演变进行分析后发现，大规模采砂使该段河床明显下 降，该段河床总体上呈现冲刷状态【1 6 】；穆锦斌等建立了一般曲线坐标系下的平 面二维水沙数学模型，以长江武汉河段为例，对采砂后河段冲淤变化及采区内泥 沙回淤率进行了预测，为控制采砂规模提供科学依据【l 7 1 此外，陈甫源等通过 研究发现江道采砂对椒江河口的潮汐特征和河床稳定影响显著【l8 】；张蔚等通过 水动力数值模拟，研究了在高强度、大范围人工采沙和航道整治等人类活动作用 3 第1 章绪论 下，三角洲航道网内部径流动力、潮汐动力的变化【l 9 。 辛文杰通过潮流数值模拟的方法，以中国华南的珠江口黄茅海河口为例，进 行边滩围垦后湾内潮波变形的模拟计算【2 川；曹颖、朱军政应用一、二维耦合的 数学模型对钱塘江河口大规模围垦前后台风暴潮水位进行数值模拟【2 l 】；倪勇强， 林洁通过实测资料对比和数值模拟的方法，探讨了钱塘江河口区围涂对杭州湾水 域潮汐水流和海床的影响【2 2 】；付桂等利用d e l f t 3 d f 1 0 w 建立了长江口一杭州湾垂 向平均的二维水动力模型，模拟了南汇咀海域固垦工程前后的潮流场，对围垦工 程对周边海域的影响进行了分析研究【2 3 l ；张静怡等研究了围涂对长江北支的影 一 响，其影响表现在北支的洲滩圈围打破了原有的自然平衡状态，改变了平面形态、 水流条件以及大幅度地减少了河槽容积，加剧了河床演变，引发了涌潮和航道淤 塞【2 4 1 ；汤立群等通过建立黄茅海海域平面二维潮流泥沙数学模型，对选定的治 导线围垦工程方案进行了工程前后潮流泥沙动力条件变化模拟计算分析1 2 5 。 1 2 3 珠江流域潮汐动力研究状况 过去由于防洪等方面的需要，珠江三角洲网河区径流动力一直是研究的重点 内容，而对潮流的研究比较逊色，主要有：中山大学河口研究组对磨刀门海区进 行了综合研究，第一次阐述了磨刀门河口的潮汐类型和特征，并提出了“混合水 的概念”【2 6 】；何洪矩分析了珠江河口区的潮汐特征及其三十年的变化【2 7 2 8 】；李 春初对珠江八大口门类型进行了划分，将珠江八大口门中的中部六个口门列为径 流作用占优的( 河优型) 口门，而东西两侧的口门以潮流作用占优势【2 9 - 3 0 1 ；宋 定昌等以实测资料为依据，对珠江口八大口门的涨落潮量和净泄量进行了分析计 算，首次给出了具体量值3 1 】；莫如筠等3 2 1 、董兆英等的研究对内伶洋上断面 ( 四大口f - j ) 和下断面( 唐家湾琪澳岛内伶岛赤湾) 的潮汐特征和涨落潮量进 行了分析：珠江水利委员会通过研究确定了咸潮界、潮流界和潮区界的上、下界 3 4 1 。随着近几十年来水域边界、下泄径流量等因素变化而造成珠江河口区水动 力特征发生了显著变化，有关潮汐动力变化的研究成果逐渐增多，如罗章仁等 【3 5 】、张声才3 6 1 研究了珠江河口水道随1 5 1 外围垦变化而引发潮汐动力的变化，包 括“三界”的下移；罗章仁对白藤堵海工程造成的河床演变进行了研究，表明该 工程使鸡啼门河口水道纵向向海延伸1 6 k m 3 7 】；黎子浩通过研究珠江三角洲联围 4 第l 章绪论 筑闸对水流的影响发现，工程实施后珠江水位抬升，其中北江水位升高明显，而 西江较少【3 8 1 。此外，中山大学河口海岸研究所对河道采砂所引发的潮汐变化和 径潮相互作用规律进行了重点研究，取得了一系列的研究成果，如珠江三角洲网 河河床演变研列3 9 1 ，珠江网河区水位变化趋势研究 4 0 l ，网河区径流潮流相互作 用分析【4 l 】。 1 2 4 磨刀门研究状况 磨刀门在珠江八大口门中，输水输沙量最大，是珠江主要的泄洪通道，一直 以来都是研究的重点区域。从上世纪6 0 年代至今，不同的部门和学者在磨刀门 开展了一系列的研究，并取得了丰硕的研究成果。综观这些研究成果，主要集中 在以下几个方面：( 1 ) 磨刀门河口动力地貌研究，如赵焕庭，欧兴进，宋朝景依 据实测资料研究了磨刀门泄水深槽及其口外海滨的水文泥沙特征【4 2 】；李春初4 3 1 、 程明豪m j 对磨刀门河口沉积环境进行了研究；江沛霖，宾放阐述了磨刀门从1 9 6 2 年至1 9 8 1 年水文地貌特征1 4 引，胡达等通过磨刀门地形图及实测资料对对磨刀门 拦门沙演化作了对比分析，得出磨刀门河口拦门沙在波浪作用下的演变规律1 4 6 1 。 贾良文等根据磨刀门同步水文观测资料，分析了磨刀门枯季的水文特征，并对枯季 河口动力过程进行了初步研究【4 。7 1 。( 2 ) 人类活动效应研究。如中山大学地理系 河口研究组研究了白滕堵海工程对磨刀门海区水动力条件的影响【2 6 1 ，戴良生研 究了白藤堵海工程三个阶段实施的具体过程及每个阶段完成后对磨刀门和泥湾 门水文、水情影响【4 8 1 ；曾昭璇从磨刀门历史地貌学研究看1 2 1 门整治问题，研究 了从明清时期到现代的磨刀门河口地貌演变过程，并从磨刀f t k 道变迁的规律探 讨了磨刀门整治的一些问题，提出整治建议【4 9 】。此外，陈文彪、陈上群嘞1 ，戴 良生、黄荣新【5 l 】，何焯霞、董兆英【5 2 1 ，王琳、陈上群【5 3 】，分别进行了磨刀门口 门治理工程的效果分析。( 3 ) 其它研究，如梁娟运用g s t a 模型分析了磨刀门河 口区沉积物净输移趋势【5 4 1 ，蒋陈娟研究了磨刀门河口区水动力变化以及河口性 质【”1 。 从磨刀门河口研究现状来看，虽然一些学者对于河口水动力变化进行了研 究，但是针对磨刀门潮汐动力的研究成果少见，而有关人类活动的潮汐动力影响 效应，特别是河道采砂的影响效应，更是鲜见。而本文的研究内容恰好弥补了这 第1 章绪论 一空白，并且对详细了解人类活动产生的潮汐动力影响效应具有重要意义。 1 3 研究内容和研究区域概况 1 3 1 研究内容 本文研究范围为西江下游百顷头至大横琴段。据萨莫伊洛夫对河口的定义， 本文的研究范围包括了磨刀门河口的近口段( 磨刀f - j t k 道) 以及河口段( 灯笼山 至大横琴) 。其中磨刀门水道即西江百顷头至灯笼山段，全长约4 4 k m ，属于感潮 河段，受西江干流支配和南海潮汐顶托作用，涨落潮现象显著；磨刀门河口段为 灯笼山至大横琴段，受径流、潮汐、波浪等动力的联合控制。 本文旨在研究近几十年来网河区人类活动通过对磨刀门河口径流动力、地形 边界条件等因素的改变而引发的潮汐动力的变化。此外，在此基础之上，结合国 内其它大河河口区人类活动影响效应的研究成果，通过对比分析初步探讨人类活 动对河口影响效应的规律。其中，本文主要研究磨刀门河口区河道采砂和口门围 垦等两大人类活动对河口潮汐动力的影响。 1 3 2 研究区域概况 珠江是西江、北江、东江、珠江干流和潭江水系的总称，总流域面积4 5 3 6 9 1 0 4 k m 2 ，其中4 4 2 1 1 0 4 k m 2 在中国境内。流域中西江最大，流域面积约占 7 7 8 3 ，河长2 2 1 4 k m ：北江次之，流域面积占1 0 3 ；东江流域面积5 9 。西、 北、东三江流域面积占总面积的9 4 ，其中西、北江占8 8 1 3 。西江、北江是 珠江三角洲网河水沙的主要来源，东江三角洲网河位于三角洲的东北隅，珠江干 流一虎门水道将其隔开，具相对的独立性。珠江水系在珠江三角洲汇合进入珠江 网河区后经虎门、蕉门、洪奇沥、横门、磨刀门、鸡啼门、虎跳门和崖门等八大 口门入海，形成“五江汇流，八口出海的水系格局。其中，西江是珠江的干流， 西江干流进入珠江三角洲网河区后在天河以下称西海水道，百顷头以下则称磨刀 f - j t g 道。磨刀门是西江的主要入海口，磨刀门河口地形滩槽分异明显，口内有一 系列的山丘、海岛，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。磨 6 第1 章绪论 刀门水道主槽位于鹤洲和横琴岛之间，呈北西一南东走向向海延伸。 图1 一l珠江三角洲网河水系图 磨刀门属于径流控制型河口，径流量为9 2 3 亿m 3 ，约占西、北江径流总量 的四分之一，居珠江八大口门之首。磨刀门灯笼山站年输沙总量为2 3 4 1 万t ，占 八大口门出海总沙量3 3 ，约占马口站输沙量的3 0 ，亦位居各口门之冠。磨 刀门河口潮汐属于不规则半同潮，潮性系数在1 8 2 0 之间，潮差较小，一般为 l m 左右，属于弱潮河口，磨刀门灯笼山站年均涨潮量为1 6 0 亿m 3 ，占八大口门 总涨潮量的4 2 5 ，落潮量为1 0 8 3 亿m 3 ，占八大口门总落潮量的1 5 4 2 。磨刀 门口内潮流为往复流，流向与河道走向基本一致，口门内水道潮汐不对称现象十 分明显，涨潮历时小于落潮历时。磨刀门河口波能较高，以涌浪为主，全年均受 s e 向浪的影响，出现频率7 0 6 2 ，其次为s 向浪，主要集中在夏季，出现频率 7 第1 章绪论 为1 4 4 5 ，月均波高为1 0 1 1 3 2 m ，平均周期为5 1 5 5 7 0 s 。 2 2 6 0 2 2 4 0 2 2 2 0 2 2 0 11 3 1 01 1 3 3 01 1 3 5 0 图1 - 2 磨刀门河口示意图 1 4 研究方法和资料收集 1 4 1 研究方法 本文采用河床演变学、动力地貌学、河流动力学、河口动力学等多学科交叉 的研究方法，并结合数学模型进行研究，注重局部与整体的统一、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 ) 采用地理信息系统与数字高程模型结合的方法，研究磨刀门冲淤变化 规律、河床平面变化以及河床断面几何形态的变化； ( 2 ) 利用数理统计方法、调和分析方法、小波分析方法等对磨刀门的水文 资料、潮位资料进行分析，并通过不同年代的对比，研究磨刀门径流动力、潮汐 动力变化的基本情况； 8 第1 章绪论 ( 3 ) 通过建立西江网河区一维水动力模型，研究人类活动对磨刀门潮汐动 力变化的影响。 ( 4 ) 结合国内其它河口的相关研究成果，尝试通过研究成果的对比分析， 对人类活动影响效应的作出总结。 1 4 2 资料收集 本文资除包括珠江网河区相关研究范围的地形资料、水文资料等，还有搜集 到的国内其它河口的研究成果资料。 ( 1 ) 地形资料 磨刀fj t k 道的地形资料为广东省水利电力勘查设计研究院测量的1 9 5 2 年、 1 9 6 2 年、1 9 7 7 年、1 9 9 9 年的电子航道测图( 1 ：5 0 0 0 ) 。此外，还包括1 9 9 4 年l ： 1 0 0 0 0 珠海市磨刀门横洲外地形图，2 0 0 0 年珠江水利委员会勘查设计研究院测量 的1 ：1 0 0 0 0 磨刀门河口数字化测图，2 0 0 3 年珠江水利委员会勘查设计研究院测 量的1 ：5 0 0 0 的磨刀门口门地形图。 ( 2 ) 水文资料： 潮位资料：三灶、大横琴、灯笼山、竹银站上世纪六、七十年代以来的年平 均高、低潮位；马口、甘竹、天河、竹银、灯笼山、大横琴、三灶1 9 6 8 - - 1 9 8 8 年月均潮差及涨落潮历时；大横琴、灯笼山、竹银三站1 9 7 7 年1 2 月、1 9 8 3 年 1 2 月、1 9 9 3 年1 2 月和2 0 0 2 年1 2 月的逐时潮水位资料。 流量和含沙量资料包括1 9 6 0 - 2 0 0 4 年马口、三水站月平均流量和含沙量。 模型验证资料包括1 9 5 6 年洪季( 6 月1 日 4 同) 、1 9 5 6 年枯季( 1 2 月1 日 4 同) 的高低潮位数据及马口站流量数据，资料来自广东省水利电力厅出版的 水文年鉴；1 9 9 9 年洪季( 7 月1 5 日2 0 时7 月2 4 日1 4 时) 和2 0 0 1 年枯季( 2 月7 日1 4 时 2 月1 6 日1 0 时) 的实测逐时潮位数据以及马口站流量数据，资料 来自中山大学近岸海洋研究中心。 潮量数据：1 9 8 3 年1 2 月4 日 - - 1 3 日灯笼山站和2 0 0 1 年2 月7 日1 5 日灯 笼山左、灯笼山右站实测潮量数据分别来自广东省水利电力厅出版的水文年鉴和 中山大学近岸海洋研究中心。 盐度资料：大横琴1 9 7 9 年、1 9 8 2 年、1 9 8 4 年、1 9 8 5 年、1 9 8 7 年盐度资料 9 第1 章绪论 来源于广东省水利电力厅出版的水文年鉴。 ( 3 ) 国内其它河流如长江、钱塘江等相关研究成果，来源于相关文献。 1 0 第2 章2 0 世纪9 0 年代前后磨刀门河口人类活动简介 第2 章2 0 世纪9 0 年代前后磨刀f - in 口人类活动简介 磨刀门河口位于珠江网河流域西江的主干入海口，地处经济发达的珠江三角 洲地区，河口的演变很大程度上受到人类活动的影响，从历史时期的围垦滩涂、 联围筑闸到近几十年以来的大规模的河道采砂、磨刀门规划和整治，磨刀门河口 成为世界上受人类活动影响最大的河口之一。下面主要介绍数十年来对磨刀f - j ，7 口演变产生影响的人类活动。 2 1 网河区人类活动简介 2 1 1 河道采砂活动 河道采砂是对珠江三角洲网河及口门影响最大的人类活动。2 0 世纪8 0 年代 开始，珠江三角洲网河区出现了大规模采掘河床泥沙的现象，至9 0 年代达到高 潮并且至今仍在进行。据中山大学河口所研究1 9 8 4 - - 2 0 0 3 年期问整个珠江三角 洲的采沙总量约为1 3 3 6 x 1 0 8 m 3 【5 6 l 。其中西北江三角洲约占7 0 ，东江三角洲约 占3 0 。长期以来，珠江三角洲以缓慢淤积为主，年淤积量为8 0 0 1 0 4 1 0 0 0 1 0 4m 3 【5 7 1 。据上面分析，1 9 8 4 - - 1 9 9 9 年间十余年的采沙量相当于珠江三角洲 河道1 0 0 余年的自然淤积量【3 9 1 ，其中以1 9 9 0 - - - 1 9 9 4 年挖沙量最大，由于挖的沙 大部分用作建筑材料，填池沙大多要求细砂粒以下的沙，故大多为推移质沙，对 于推移质沙来说，更是巨大的数量【5 8 】。 珠江三角洲网河采砂活动具有无序性。据中山大学河口海岸所研究【3 9 1 ：从 区域来看，以北江干流附近的河床挖沙深度最大，平均约2 3 m ，东江网河平均 挖深2 m ，西江网河平均约为o 5 1 5 m ；按河道地形及沙的淤积部位来讲，在河 汉的分、汇处，河道放宽水流分散或河道束窄水流受阻段，以及江心洲的洲头和 洲尾挖沙较集中，河床下切大；有些分汊河段，汉河的两个分汉口河床挖沙深度 差别明显，如思贤洛口侧的北江河床比西江河床挖深多2 m 左右，天河东西海分 汉处东海