（环境科学专业论文）黄茅海和崖门纳潮河道的潮差沿程变化及数值模拟研究.pdf

t h en u m e r i c a ls i m u l a t i o na n dt h et i d a lc h a n g e a l o n g t h e w a t e r w a yo fh u a n g m a o h a ia n dy a m e nc h a n n e l m a j o r ：e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e n a m e w uc h u a n g s h o u s u p e r v i s o r ：p r o f w uc h a oy u a b s t r a c t i nt h et i d et h e o r e t i c a lr e s e a r c ho ft h ee s t u a r y , i tw a sf o u n dt h a tt h et i d a lc h a n g e c h a r a c t e r i s t i c sa l o n gt h et a n j i a n gr i v e ra n dt h ey a m e nc h a n n e lw e r es p e c i a l g e n e r a l l y , t h et i d a lr a n g eb e c o m e sb i g g e ra n db i g g e rf o l l o w i n gt h ep o r t r a i td i s t a n c e ( xa x i s ) j nt h ec o n v e r tf u n n e l a tt h es a m et i m e ，i tb e c o m e ss m a l l e ra n ds m a l l e ri nt h e c h a n n e lb e c a u s et h ef r i c t i o ni sd i s s i p l a t i n gt h et i d a le n e r g y i nt h eh u a n g m a o h a ib a y , h o w e v e r , t h et i d a lr a n g eo ft h eh e b a o d a ow a sb i g g e rt h a nt h ey a n a n s ，w h i c hm e a n e d t h a tt h et i d a l r a n g ew a sb e c o m i n gs m a l l e r a n ds m a l l e rf o l l o w i n gt h ep o r t r a i t d i s t a n c e ( xa x i s ) a n di nt h ew a t e r w a y , i tw a sb e c o m i n gb i g g e ra n db i g g e rf o r mt h e o u a n c h o n gg a u g es t a t i o nt ot h ec h a n g s h ag a u g es t a t i o n i nt h i sp a p e r , t h ea n a l y s i so ft h em a t h e m a t i c sa n dt h e1 - dm o d e lw e r eu s e dt o e x p l a i nt h er e a s o no ft h et i d a lr a n g ec h a n g e b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h et h e o r ya n d t h en u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，r e s u l t ss h o w e dt h a tt h es e c t i o na r e aa n dt h ef r i c t i o ni st h e t w oi m p o r t a n tf a c t o r sa f f e c t i n gt h et i d a lr a n g ei nt h eh u a n g m a o h a i b u ti nt h er e a c h f o r mt h eh e b a o d a ot os a n h ug a u g es t a t i o nt h es e c t i o na r e ai sm o r ei m p o r t a n tt h a nt h e f r i c t i o n a n di nt h er e a c hf o r ms a n h ut oy a n a nt h ef r i c t i o ni sm o r ei m p o r t a n tt h a nt h e a r e a i nt h ew a t e r w a y , t h es e c t i o na r e aa n dt h ef r i c t i o ne f f e c tt h et i d a lr a n g e a tt h e s a m et i m et h et i d a le n e r g ye f f e c t st h et i d a lr a n g e f i n a l l y , t h eo t h e rf a c t o r sa f f e c t m gt h et i d a lr a n g ew e r ea l s o d i s c u s s e d i t c o n t a i n e dt h er u n o f f ，i nt h en u m e r i c a ls i m u l a t i o n t h er u n o f fc a l lb ef o u n dt ob ea l l i m p o r t a n te f f e c tf a c t o ro nt h et i d a lr a n g ei nt h ef l o o ds e a s o n ，b u ta l s oi si m p o r t a n ti n t h ed r ys e a s o n u p s t r e a mt h er u n o f fr e d u c e s ，i n c r e a s e sa l o n gt h er e g u l a t i o n t i d a lr a n g e o t h e r w i s e ，r e d u c e st h et i d a lr a n g e k e yw o r d s ：h u a n g m a o h a i ；t h es e c t i o na r e a ；t h et i d a lr a n g e ；h eh y d r o d y n a m i c s i m u l a t i o n i i 4 7 小结( 6 5 ) 第5 章黄茅海和崖门口内的潮差分布影响因素“( 6 6 ) 5 1 ；i 言- “( 6 6 ) 5 2 径流对潮差分布的影响( 6 6 ) 5 3 小结- ”( 6 9 ) 第6 章结论和讨论( 7 0 ) 6 1 结论- ( 7 0 ) 6 2 讨论- 一( 7 1 ) 参考文献 ( 7 2 ) 阱 i t - ”( 7 5 ) 后记 ( 8 3 ) 原创声明 ( 8 4 ) 图1 1 图2 1 照片2 1 照片2 2 图2 2 图2 3 图2 - - 4 图2 5 图2 6 图3 1 ( b ) 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图0 6 图3 - - 7 图3 8 图3 9 图3 一1 0 图3 1 1 河口示意图 研究区域概化图 合山水闸的西河四扇闸门 台山水闸的东河四扇闸门 崖门口内河道的涨潮和落潮的平均潮差的沿程变化 最高潮水位和最低潮水位 2 0 0 3 年黄茅海的遥感图片( 据珠委科学研究所，2 0 0 5 ) 1 9 8 6 年伶仃洋的遥感图片( 据珠委科学研究所，2 0 0 5 ) 1 9 7 7 年磨刀门水道的遥感图片( 据珠委科学研究所，2 0 0 5 ) 1 9 8 8 年4 月1 6 日- - 5 月1 5 日崖门水道的各个主要分潮的振幅( a ) 和迟角变化 2 0 0 5 年7 月崖门水道的沿程各个水位站的主要分潮的振幅( a ) 和迟角的变化( b ) 黄茅海河口的河宽沿纵向距离的变化 线性收缩渠道中的潮波 崖南站的m 2 分潮的振幅的变化 黄茅海的河口宽度的变化 黄茅海的宽度随纵向距离按指数变化渠道中的潮波 黄茅海河口的m 2 分潮的振幅沿程变化 m 2 分潮灵敏度分析 黄茅海湾顶的崖南站的m 2 分潮的振幅计算和实测对比 荷包岛到崖南的截面面积的变化 图3 1 2 圈3 - - 1 3 图3 1 4 图3 1 5 图4 一i 图4 - - 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 图4 - - 7 图4 8 图4 9 图4 1 0 图4 1 1 图4 1 2 图4 一1 3 图4 1 4 图4 1 5 图4 1 6 图4 1 7 图4 1 8 图4 一1 9 图4 2 0 图4 2 1 图4 2 2 图4 2 3 图4 2 4 图4 2 5 图4 2 6 图4 - - 2 7 图4 2 8 图4 2 9 图4 3 0 半日分潮m 2 振幅随着截面面积的变化 三虎一崖南的振幅随截面面积的变化 崖门纳潮河道的截面面积随着纵向距离的变化 崖门纳潮河道的半日分潮m 2 振幅的沿程变化 西四口门的河道断面分布图 西四口门的河道编号图 石咀站潮位的计算值和实测值的对比 北街水闸潮位的计算值和实测值的对比 潮莲站潮位的计算值和实测值的对比 三江口站的潮位的计算值和实测值的对比 竹州头站潮位的计算值和实测值的对比 竹银站潮位的计算值和实测值的对比 大敖站潮位的计算值和实测值的对比 石咀站潮位的计算值和实测值的对比 横山站潮位的计算值和实测值的对比 莲要站潮位的计算值和实测值的对比 自焦站潮位的计算值和实测值的对比 崖门纳潮河道的洪季平均潮差的沿程变化 崖门纳潮河道的枯季平均潮差的沿程变化 洪季崖门纳潮河道解析解数值解的对比 枯季崖门纳潮河道的解析解和数值解的对比 长沙站潮位的计算值和实测值的对比 石咀站潮位的计算值和实测值的对比 k 沙站潮位的计算值和实测值的对比 石咀站潮位的计算值和实测值的对比 长沙站洪季的计算结果对比 石咀站洪季的计算结果对比 长沙站枯季的计算结果对比 石咀站枯季的计算结果对比 非线性数值模拟的河道断面分布图 官冲一长沙的河道概化图 洪季崖门口内河道动能的沿程变化 枯季崖门口内河道动能的沿程变化 洪季崖门口内河道位能的沿程变化 v 图4 3 1 枯季崖门口内河道位能的沿程变化 图4 3 2 洪季崖门口内河道潮能通量的沿程变化 图4 3 3 枯季崖门e l i 内河道潮能通量的沿程变化 图4 3 4 虎山站的洪季潮位计算和实测的对比 图4 3 5 虎山站的枯季潮位计算和实测的对比 图5 - - i 流量为1 1 3 o o m 3 s 的潮差沿程分布( b ) 和流量为0 o o m 3 s 的沿程潮差分布( c ) 幽5 - - 2 洪季，流量为3 0 0 0 o o m 3 s 的沿程潮差分布( c ) 和流量为1 6 48 m 3 s 的潮差沿 程分布 符号 各个分潮的调和常数 潮位调和常数 河口的宽度 拟和指数 重力加速度 深度 摩擦参数 湾1 3 到湾顶的距离 线性摩擦系量 潮波能量 可信度 截面面积 潮汐周期 时间 特征振幅 潮流的速度 频率 相对于平均海平面的潮水位 角速率 各个分潮的迟角 海水密度 纵向距离 未扰动海面的潮高 谢才系数 v 小& k “ g n k ”中r o n b 叭扒 亭 盯口 p 耻 叩 e 中山大学硕士论文 第1 章概述 1 。1 问题的提出 第1 章概述 在河口( 图卜1 ) 的潮汐理论研究中，通常有如下认识：外海的潮波进入河道 以后，由于河道地形、边界条件和摩擦力发生了变化，从而使进入河道的潮波发 生变形；在外海潮波进入河口之初，河口的过水断面急剧收缩，造成了能量的集 中和局部反射，这样，v i 门地区能量的集中远远大于了摩擦所消耗的能量，从而 使潮差沿程变大；当潮波进入河道向上传播的过程中，沿程的过水断面不会发生 剧烈的变化，河道的摩擦阻力和径流顶托起主要作用，潮波的能量逐渐消耗，潮 差逐渐变小。譬如我国的长江北支、珠江磨刀门水道、洪湾沥水道等，平均潮差 沿程向上逐渐减少；即使是强潮的钱塘江河口，潮波从东海传入杭州湾以后受到 喇叭形岸线的影响，虽然自湾口至澉浦( 5 5 7 m ) ，平均潮差是增大的“3 ，然而自 澉浦再往河口的上游地区，能量的耗损逐渐大于能量积聚，平均潮差沿程向上逐 渐减少。 图卜1河1 3 示意图 黄茅海河口潮差的沿程变化却有着独特的变化特征：在本论文中将黄茅海河 口划分为两个部分：一是黄茅海的喇叭型河口湾；二是潮波进入崖门以后的纳潮 中山大学硕士论文 第1 章概述 河道。统计资料结果表明：潮波从黄茅海的湾口到湾顶，虽然沿程的河口断面发 生了集聚收缩，但是平均潮差从湾口荷包岛的1 3 4 m 到湾顶崖南站的1 2 5 m ，潮 差却是减小的；潮波通过崖门进入崖门纳潮河道向上传播的过程中，平均潮差沿 程却一直是增大的，至长沙站平均潮差为1 3 8 m ，达到了最大，潮波再往上传播 直到恩平站渐趋于零。由此可见，黄茅海和崖门纳潮河道的潮差变化特征为“减 小一增大一减小”，这种潮差沿程变化的特殊规律和我国其他河口的潮差变化具 有明显的不同，那么这种独特的潮汐现象是什么原因引起的? 潮波有什么样的运 动特点? 以及这种特殊的潮汐现象对河流的其他动力因素有何响应和影响? 上 述科学问题的提出不仅可以深入探讨研究区域特有的潮汐现象的形成机制，也有 助于丰富和加深我国河口潮汐理论的认识。 1 2 国内外的研究现状 两千年前，人们就对潮汐现象进行了大量的观测、详细的描述和记录，古 语有记载“月，水之精，月有盈亏”。1 。从古代的文献中我们可以发现人类已经 将月球的盈亏和潮汐的涨落和大小联系起柬，但是并没有给出合理的科学的解 释，一直到英国科学家牛顿发现了万有引力定律，利用平衡潮理论解释了许多理 想状态下潮汐的基本现象；经过一个多世纪的科学理论发展，法国著名的科学家 拉普拉斯利用了流体力学的观点来解释海洋的潮汐，对于海洋的潮汐现象的研究 和分析作出了突出的贡献，他所建立的描述潮汐运动的方程，至今仍是动力学的 基本方程。我们目前所用的数值模型都是求出这个方程在各个物理条件下的解。 1 2 1 国内的研究进展 近四十几年来，我国对于海洋和河流地区的潮波做出了大量的理论研究， 陈宗镛在1 9 6 5 年探讨了长方形的浅海在受到入射波、反射波、地转和底摩擦效 应时，旋转潮波的运动特点，导出无潮点的计算公式和等振幅线方程，同时得到 了底摩擦对于潮波变化的影响。1 ；方困洪对于河渠中的底摩擦对河道中传播的潮 波的影响做了详细的研究，利用摩擦力比例于流速平方的这一规律，对均匀的河 中山大学硕士论文 第1 章概述 渠中的潮波方程进行了傅立叶展开，得出了在多个潮波存在时，小的潮波比大的 潮波衰减得更快，同时考虑到摩擦作用以后，浅水的潮波不可能无限的增长起来， 这不同于一般无摩擦情况下的浅水潮波的摄动解。还有就是摩擦的存在大大加强 了频率为源分潮频率之差的浅水潮，这个分潮引起了大潮期间的日平均水位高于 小潮期间的数值，而无摩擦却是无法解释的现象“；杜勇利用了非线性的潮波 方程解释了变截面河口地区的潮波运动，并得到了岸形效应和非线性效应对于河 1 3 涌潮的形成起主导作用“1 ；杜勇、叶安乐、陈宗镛利用了摩擦的一维流体力学 的基本方程，假设了河流中的深度是常数，河口的宽度是逆着河口方向进行了指 数形式的变化，利用这些假设条件，分析了摩擦力对于潮水位传播的影响作用， 同时利用了一维的潮波传播的解析模式得出了潮能的计算模式并讨论了潮能的 劈分和传播；利用了潮波的传播的计算结果对于杭州湾的潮波模式进行了分析并 得出了半日潮波和全日潮波特点，这些数值试验和实测的结果吻合的效果很好 【7 ；钱力强对于杜勇的一维潮波理论进行了更深入的研究得出潮波进入浅海区域 后，变浅效应会对潮波造成一定的影响，当河口的变浅效应大于摩擦效应的时候， 潮波的振幅增大，反而减小【8 】：叶安乐，陈宗镛将海湾和半封闭的海域理想化为 矩形的海域，对不同的海底地形做出了数值试验，得出了对于潮波的无潮点的偏 移情况，底摩擦和海底的地形同等重要，如果在浅水区域，底摩擦起主要作用； 如果平均水深较深，海底在横向上的有坡度的水域，无潮点的偏移和海底地形有 着密切的关系，并得出海底摩擦只能使无潮点偏向于中轴线左方，而海底地形却 能使潮波的无潮点偏向于左方或者右方，这取决于海底地形的倾斜方向归】，蔡伟 章和董礼先等不但对象山港的潮汐特点和潮流特征进行了详细的论述，而且利用 了半封闭矩形理想海湾的潮波运动数值模拟和t r i m 数值模型，对象山港的m 。 分潮的生成和增长进行了分类的试验，得出了非线性底摩擦作用是m 4 分潮的主 要控制因子，平流效应却压制了m 4 分潮的增长【1 0 】；曹德明、方国洪利用有限 差分的方法在杭州湾地区应用二维模型，在钱塘江地区应用一维的模型，得出了 半日潮波系数和全日潮波系数，比单纯的钱塘江的二维模型更能反映杭州湾地区 的潮汐和潮流运动特点，并算出了余流的结果1 1 2 】：伍元康、徐家寿利用了七堡站 4 6 年的潮汐资料对其潮汐特征以及影响因素进行了统计分析l l 。 中山大学硕士论文 第1 章概述 1 2 2 国外的研究进展 关于河口地区的潮差变化规律，国外的研究人员也做了大量的实际观测、理 论研究和数值模拟，唐勇明和肖罗杰利用了浅水方程做了一系列的数值试验，主 要描述了在比较大的河1 ：5 1 地区，不同的地形障碍物对于潮差的变化以及潮能的分 布的影响，结果显示了动量方程中的非线性对流相影响的作用非常小，而地形障 碍物对于潮差的影响主要是由于摩擦的作用所造成的，同时潮汐在传播过程中， 潮能的损失主要是由于一些小规模的波浪的形成所引起的，通过对底部地形障碍 物的研究对于潮汐堤坝的建设有着重要的指导意义 ”】；玛丽亚对亚马逊河的河床 底部物质进行了试验分析，结果发现在亚马逊河的水下2 - 4 m 存在浮泥层，这些 浮泥层对于潮汐的前进有什么作用? 作者利用了二维数值模拟方法对于亚马逊 河的m 2 分潮进行了数值的模拟研究，在二维的数值模拟中的剪切应力分别是由 浮泥层、泥沙、以及泥沙和泥质混合层来确定的，比较了不同的河床底质对于潮 波前进的影响，并比较了不同底质层沿岸潮波振幅的大小，模型的结果显示了在 亚马逊河流域的大陆架中，河床的浮泥层对于河流的动力作用起到了很重要的影 响，同时大大的降低了能量的损耗，在其流域中潮波的振幅比较大【1 8 j ：h h g s a v e n i j e 在前人的大量的理论研究的基础上，通过实际观测，对于淤积河i s 的潮 汐变化提出了一种简单的线性关系式，并得出了河口地区的水流运动是有一定规 律的，而且比我们以前所得到的非线性的方程要简单的多。作者利用通过对圣维 南方程进行了一系列的转化，得到了在涨潮的过程中，潮差的变化是线性的；在 落潮的过程中，潮差主要也是线性变化，河口的1 ：3 门地区，随着进入河道内以后， 潮差的变化重要是指数变化的，同时将河口的潮差变化的理论应用到实际的河口 地区，取得了很好的验证效果，从而证明了潮差理论的f 确性，在河口地区，河 流的造率是很难直接得到的，并通过灵敏度的分析【1 9 1 确定合理的参数。 1 2 3 黄茅海河口的研究现状 珠江三角洲水系纷繁，河网密布，是典型的河网三角洲，以珠江口和狮予 洋为界，将其分为了以西的西江、北江三角洲和以东的东江三角洲。珠江三角洲 地区的河网由于受到堤围的约束，河床相对比较稳定，上游的河道经过密布的河 4 中山大学硕士论文 第1 章概述 网从虎门、蕉门、洪奇门、横门( 东四门) 、磨刀门、鸡啼门、虎跳门、崖门( 西 四门) 这八大口门进流入海洋，最终汇入南海，而黄茅海和崖门水道作为珠江流 域西南部的出海口之一，上游的潭江的来沙来水少，潮汐动力占主导作用，崖门 口内的银洲湖在成因上是一个潮汐水道，纳潮容积大；崖门口外的黄茅海是一个 喇叭状的河口湾，通航条件十分优越，对广东省的经济发展非常有利。然而，目 前对于潭江、崖门水道和黄茅海的研究成果并不多见，近几十年来主要集中工程 领域，如黄茅海地区的港口建设、航道整治、围垦工程等和人类关系密切的经济 活动方面。”，基础理论研究主要表现在动力地貌体系。、河! e l 最大浑浊带。、 泥沙特点等方面。“。特别地，对于该河口区的潮差沿程变化尚没有进行专门的系 统研究。 1 3 研究内容和研究方法 1 3 1 研究内容 本文的研究范围西至崖门纳潮河道上游的长沙站，南到大襟岛一一荷包岛 高栏岛一线，研究内容包括： ( 1 ) 黄茅海和崖门纳潮河道的沿程潮差是怎样变化? ( 2 ) 黄茅海和崖门纳潮河道的沿程潮差变化是如何形成的? ( 4 ) 影响崖门纳潮河道的沿程潮差变化的因素有哪些? 1 3 1 研究方法 本文主要研究是黄茅海和崖门纳潮河道的沿程潮差变化特点，因此本文主要 应用潮汐理论和河口动力学的理论对潮差变化进行分析： 论文中的研究方法主要包括： ( 1 ) 数理统计的方法，其目的是对研究区域的潮差变化特点和1 3 门情况进 行大致的了解。 ( 2 ) 调和分析的方法，其目的是对潮汐的各个分潮的变化以及能量分布进 中山大学硕士论文第1 章概述 行深入的研究。 ( 3 ) 解析模型的方法：利用海洋河口动力学的潮波理论对研究区域进行理 想化，从数值实验上面进行分析研究区域的潮差变化。 ( 4 ) 数值模拟的方法：利用一维以及二维的方法对于研究区域进行数值模 拟研究，目的是对于研究区域的潮差变化规律进行深入的分析以及考虑对研究区 域的沿程的水位变化进行统计分析。 1 4 资料的收集和整理 资料的收集和整理主要包括了两大部分： ( 1 ) 实测水文数据的来源：水利部珠江水利委员会水文局的( ( 2 0 0 0 一2 0 0 1 年 枯水期珠江三角洲网河河道同步水文测验成果资料和1 9 9 9 年的洪季的水文观 测资料，1 9 7 9 1 9 8 8 年的水文年鉴，江门市水文局提供的1 9 9 9 年和2 0 0 0 年的潮 汐统计资料，中山大学河口海岸研究所杨干然教授的1 9 8 8 年的新会崖门港外 航道拦门沙发育演变及其治理问题和2 0 0 5 年崖门航道的工程水文资料；江门 市水文局提供的1 9 8 8 年的4 月、5 月；2 0 0 5 年7 月崖门纳潮河道沿程的长沙站、 石咀站、三江口站和官冲站的逐时水位资料；1 9 9 9 年7 月和2 0 0 1 年2 月的长沙 站逐时的水位资料；1 9 9 9 年的7 月1 5 日2 0 ：o o 7 月2 4 同1 4 ：0 0 以及2 0 0 1 年2 月7 日1 4 ：o o 1 6 日1 0 ：0 0 点的崖门水道、鸡啼门水道、劳劳溪水道、虎 跳门水道和磨刀门等水道的沿程水位站的逐时水位和流量资料。 ( 2 ) 图纸：水利勘察设计研究院1 9 9 9 年的a u t o c a d 的i ：5 0 0 0 的图2 4 2 张和 ，“东省航道勘测设计科研所的2 0 0 0 年的石咀一长沙的a u t o c a d 的1 ：5 0 0 0 的图 2 3 张；海图共收集到崖门水道的海图9 张( 表卜1 ) 表卜l 地图列表 图号比例尺图名测量年份出版单位 1 5 4 9 1l ：3 0 0 0 0崖门水道1 9 8 8 、1 9 9 8中华人民共和国海事局 1 5 4 9 21 ：1 5 0 0 0崖门1 9 9 8 、1 9 8 8 、 中华人民共和国海事局 1 5 4 9 21 ：1 5 0 0 0崖门1 9 7 7 、1 9 7 6 中华人民共和国海事局 1 5 4 9 31 ：1 5 0 0 0园山仔码头至吊头山1 9 7 6中华人民共和国海事局 1 5 5 1 1 1 ：2 0 0 0 0珠海港高栏港区 2 0 0 l 、1 9 9 8 中华人民共和国海事局 中山大学硕：e 论文第2 章研究区域概况 第2 章研究区域概况 崖门作为珠江的八大口门之一，位于黄茅海河口湾的湾顶，从外海传入的潮 波正是通过崖门进入到崖门水道，一直影响到合山水闸。因此在这一章节中将介 绍黄茅海和崖门纳潮河道的地形特征、气候特点以及近十年来崖门纳潮河道的沿 程潮差的变化特点。 2 1 地形特征 黄茅海河口位于珠江三角洲的西南部，上游地区的潭江集水面积是6 0 2 6 k m 2 ， 平均坡降是0 4 5 ，干流长2 4 8 k m ，水深变化比较剧烈，支流众多，潭江和黄茅 海地区通过崖门水道的银洲湖相连，银洲湖长大约2 5 k m ，水深在8 - 1 5 m ，河宽在 1 5 - 2 1 m 之间，潭江的来水来沙通过崖门进入黄茅海。 黄茅海作为崖门水道的出海1 2 1 ，是一个喇叭型的河1 3 湾，河宽由湾口的荷包 岛向湾顶逐渐束窄，湾顶的最窄处位于崖门炮台，宽约o 6 0 k m ，进入河道以后 河口宽度又逐渐加宽，正是由于崖门水道的这种地形，所以在崖门口存在着双向 射流这一特殊的水动力现象。黄茅海从湾1 3 荷包岛到湾顶的崖南距离大约为 4 0 k m ，湾口的宽度约是2 7 1 2 k m ，北起崖门，南至大襟岛一荷包岛一高栏岛一线， 其总面积是5 3 7 7 k m 2 。根据海图资料分析得出：水深由北向南是逐渐减小的，然 后到口门附近又是增大的，其中平均水深是6 2 m ，最大水深位于崖门口附近， 为2 2 m 左右，是一个优良的航道区域；崖门纳潮河道从口门地区到潭江的长沙 站，距离大约是1 0 1 3 2 k m ，河道的分汉处水深变化比较剧烈。最为重要的是崖 f - j 口内河道的走向不同于珠江流域的其他口门地区，譬如磨刀门水道和虎门水道 的河道走向基本上都是n n w - s s e 走向，而崖门纳潮河道的在和江门水道的汇合 处的突然发生一个接近于9 0 0 大转弯，这种地形对研究区域的潮汐应该会有一定 的影响作用。 黄茅海与虎门水道的伶仃洋有许多相似的地方：二者都是以潮汐作用为主， 外海的潮流作用比较强，潮差比较大，上游的泥沙来源少，而水下地形都具有“两 中山大学硕十论文 第2 章研究区域概况 图2 1 研究区域的概化图 槽三滩”的格局，形成了比较特殊的滩一槽地貌结构体系：“两槽”指得是 东槽和西槽，东槽是指得是从崖门水道出来得汇合深槽的3 m 等深线一条折向东 南，穿越了三角山岛和大t l j 岛叫的峡口和荷包岛与高栏岛之间的峡口，进入南海， 称其为东槽，而西槽是指3 m 等深线穿过了大襟岛和大邙岛之问的峡口所形成的 “三滩”东槽以东的东滩和西槽以西的浅，东西两滩之间的部分就是中滩沙埂这 中地貌系统对黄茅海地区的潮波运动和泥沙的移动和沉积起到了重要的作用。 2 2 气候特点 研究区域属于亚热带季风气候类型，多年平均气温是2 2 ，多年的平均降 雨量是1 7 8 5 3 2 5 8 m m 之唰，最大降水量为4 4 5 8 m m ，最小年降水量为9 0 5 8 m m ( 黄冲站1 9 7 7 年) 。降雨的年内分配不均，洪季占到了8 0 ，枯季不足2 0 ， 因此，汛期易涝，冬春易旱。 中山大学硕士论文第2 章研究区域概况 2 3 水动力特征 2 3 1 径流 崖门水道作为珠江水系的八大口门之一，其径流主要来源与上游的潭江，根 据计算得出崖门水道每年注入黄茅海的径流总量是1 9 6 亿m 3 ，占到整个珠江径 流总量的6 ( 表2 - 1 ) 。径流的年内分配不均，洪水期径流占到了全年的8 0 ， 枯水期占到了2 0 ，径流的年内变化和年际变化对黄茅海地区的泥沙运动形态以 及水下地形的冲淤演变具有重要的作用。 表2 - 1 珠江口八火口门多年径流总量的分配比口8 】 东四口门西四口门 虎门 蕉门 洪奇门 横门磨刀门鸡啼门 虎7 j 5 l g 崖门合计 径流 6 0 35 6 52 0 93 6 59 2 31 9 72 0 21 9 53 2 6 0 ( 亿方) 占总量 1 8 51 7 36 41 1 22 8 36 16 26 01 0 0 ( ) 2 3 2 潮汐特性 珠江河口地区的潮汐变化主要是太平洋潮波经巴士海峡传入的，平均潮差在 1 0 1 7 m 之间。进入珠江三角洲的河道以后，潮汐同时受到了河口形状、底部地 形、气象因素和河流径流的影响。珠江三角洲在过去也进行了大量的潮汐观测并 在此基础上进行了大量的数值模拟的计算研究。 根据我国潮汐性质划分公式f ；旦些，崖门的荷包岛站的f = 1 3 5 爿m 2 ( 1 9 8 8 ) ，崖门的潮汐是以不正规的半日潮为主，在一天之内有两次高潮和两次 低潮。由于南海的潮波传入珠江口的崖门水道以后，受到了地形缩窄的影响，潮 波发生了变形，从资料的统计来看，潮波涨潮的历时缩短，而落潮的历时增长 2 3 3 潮流 根据李绍宁的计算得出：崖门水道的河口湾每年的进潮量是4 6 0 8 亿m 3 。崖 门水道的山潮比是0 0 4 ，也说明了该地区是以潮流占重要优势，同时径流的作 中山火学硕士论文 第2 章研究区域概况 用也不容忽视。根据一维的计算结果的潮位过程线与流速过程线反映了该地区的 潮波具有混合波的性质，但是主要以前进波为主。 2 。4 黄茅海河口和珠江三角洲的其他口门地区的沿程潮差变化 的比较 2 4 1 黄茅海河1 ：3 历年的潮差变化的统计分析 河口潮差的大小直接反映了潮汐的强弱程度，外海的潮波在进入河口湾以 后，由于河口湾的断面急剧束窄，导致了潮能集中大于摩擦所消耗的能量，从而 是河口湾沿程的潮差增大；当潮波进入河道以后，由于河道的沿程断面没有发生 剧烈的变化，所以潮波在河道内传播过程中，摩擦消能占主导作用，使得河道沿 程的潮差是越来越小的，直至摩擦作用消耗掉潮波的能量，也就是潮差趋于零， 通常我们称潮差为零的地方为潮区界。对于黄茅海和崖门口内水道来说，潮差的 沿程变化的情况比较特殊，从1 9 8 8 年4 月1 6 日一5 月1 5 目的崖南和荷包岛的统 计潮差分析可以得出：当潮波传入黄茅海河口湾以后，虽然口门地区的河口宽度 逐渐束窄，潮波能量集中，但是湾顶崖南站的潮差却小于湾e 1 荷包岛站的潮差： 同时进入崖门纳潮河道以后，崖门纳潮河道的潮差沿程向e 却是一直增大的，崖 门纳潮河道的沿程水位站的平均潮差统计结果表明：涨潮时，长沙站是1 3 8 m 、 石咀是1 3 3 m 、三江口是1 2 4 m 、官冲是1 2 1 m ；落潮时，长沙站是1 3 8 m 、石咀 是1 3 3 m 、三江口是1 2 4 m 、官冲是1 2 1 m ( 表2 3 ) ，涨潮和落潮的平均潮差几乎 相等，从目前得资料统计来看，潮差到达上游1 0 1 3 2 k m 的长沙站，达到了最大。 ( 表2 2 和图2 一1 ) ，对于长沙站以上河道的潮差变化没有资料统计，因此我们 对崖门水道进行了野外调查，在野外考察过程中发现在距离长沙站上游约1 5 k m 的地方有一水闸一合山水闸，合山水闸( 1 1 2 0 3 2 1 8 ”n ，2 2 0 1 6 4 5 “w ) 修建于1 9 7 4 年， 河宽是1 6 0 米，作为潭江水道的第九节水闸，由西河三扇闸门( 照片2 1 ) 和东 河四扇闸门( 照片2 2 ) 组成，据水电站的负责人介绍东西水闸的7 扇闸门基本上 常年关闭，只是遇到特大洪水以及干旱的时候才进行定时打开，目的主要用于排 洪和缓解旱情，我们采访了水电站的有关负责人了解到合山水闸还是收到潮汐影 响的，但是往上游地区的话，由于闸门的阻挡作用，潮汐基本上不影响上游地区 ! 当查堂堡主堡苎 笙! 主堕塑堕塑堕旦 的水流情况。 照片2 一l 合山水闸的西河三扇闸门 ! c 【片2 - 2 合山水闸的东河的四扇闸 因此结合水文年鉴的统计资料和野外调查分析得出：潮波对于合山水闸的上 游影响很少，所以目前认为潮差在长沙站达到了最大，再往上游的话，潮差逐渐 减少，本文主要研究长沙站以下的沿程平均潮差变化特点。 表2 - 21 9 7 9 1 9 8 8 年的潭江和崖门水道的潮差统计( 单位：m ) 淤 l 23456 789 1 0l l1 2 陵 1 3 81 3 91 4 0 l4 11 3 9l3 91 3 8 1 4 01 4 314 l 1 4 l1 ，3 7 中山大学硕士论文第2 章1 i j f = 究区域概况 表2 - 21 9 7 9 一1 9 8 8 年的潭江和崖门水道的潮差统计( 单位：m ) 淤 l 2345 6 7 8 91 0 1 1 1 2 长1 3 81 3 91 4 01 4 11 3 91 3 9l - 3 81 ，4 01 4 314 l1 4 11 3 7 沙 涨石 l - 2 9 1 3 0 1 3 2 1 3 2 1 3 21 3 1 1 3 l l _ 3 3 1 3 81 3 9 l3 7 1 2 8 潮咀 = ： 江1 1 71 1 8l - 2 21 2 41 2 41 2 31 2 31 2 51 3 0l - 3 21 2 81 1 8 口 官 1 1 41 1 71 2 21 2 31 2 l1 1 91 1 71 2 l1 2 612 9l _ 2 51 1 6 冲 长1 3 81 3 91 4 l1 4 l1 3 81 3 91 3 81 4 01 4 21 4 21 4 1l _ 3 6 沙 落石1 2 91 3 01 3 21 3 21 3 21 3 l1 3 21 ，3 31 3 71 3 91 3 71 2 8 潮咀 = 江1 1 71 1 81 2 21 2 31 2 51 2 31 2 31 2 51 2 91 3 2l _ 2 81 1 9 口 官 1 1 41 2 01 2 212 31 2 l1 1 911 7l _ 2 l1 2 5 1 3 01 2 51 1 6 冲 ( 据水文年鉴，1 9 7 9 1 9 8 8 ) 表2 - 31 9 7 8 1 9 8 8 年潭江和崖门水道的潮差统计表 ( 单位：m ) 、站名 k 沙石咀 三江口 官冲 一泳 涨潮 1 3 7 51 3 2 51 2 3 81 2 1 0 落潮1 3 8 01 3 2 51 2 3 81 2 0 9 距崖门的距离( k m ) 1 0 1 3 27 04 82 2 9 04 8 3 河宽( k m ) o 4 5o 7 20 3 30 3 0 ( 据水文年鉴，1 9 7 9 1 9 8 8 ) 图2 - 2 崖门口内河道的涨潮和落潮的平均潮差的沿程变化 中山大学硕士论文第2 章研究区域概况 2 4 2 研究区域的潮位和潮时的统计分析 崖门纳潮河道沿程的长沙、石咀、三江口、官冲水位站的1 9 7 9 1 9 8 8 年的 十年的水文年鉴资料分析表明：各个水位站的月平均最高潮水位都出现在1 0 月 的汛期，而月平均最低潮水位出现在枯季的1 月。水位站的最高潮水位沿河道向 上是递增的，但是最低潮水位到石咀站的时候突然减少，沿程水位的变化情况受 到上游的径流的影响造成的。高低潮位年际变化，洪水影响区变化较大，洪潮综 合影响区变化较小。 表2 41 9 7 9 1 9 8 8 年崖门纳潮河道的潮位统计( 单位：m ) 长沙石咀 三江口 官冲 月平均最高潮位 1 0 6 7o 8 2 10 8 1 70 7 2 7 出现的月份1 0 月1 0 月l o 月l o 月 月平均最低潮位 一0 7 2 9- 0 8 5 30 7 7 00 8 1 3 出现的月份1 月 1 月1 月 1 月 ( 据水文年鉴，1 9 7 9 1 9 8 8 ) 图2 - 3 月平均最高潮水位和最低潮水位 研究区域的涨落潮的历时不同：平均落潮历时大于平均涨潮历时，且沿程向 上落潮历时递增，涨潮历时递减，即越往湾顶，落潮历时越长，涨潮历时越短。 根据1 9 7 9 1 9 8 8 年水文年鉴的统计结果( 表2 5 ) 得出：受上流地区潭江流量的 影响枯洪季的差值亦不同，枯季落潮历时较涨潮历时大1 2 小时，而洪季则大 中山大学硕十论文第2 章研究区域概况 2 3 小时。从涨落潮的历时统计来看：潭江和崖门水道的涨潮历时在5 个小时左 右，而落潮历时大约是7 个小时。涨潮和落潮的历时之比分别是o 6 8 、0 6 8 、o 6 8 和o 7 3 。 表2 - 5 潭江和崖门水道的1 9 7 9 1 9 8 8 年的潮汐历时变化( 单位：小时) 眭沙石咀三江口官冲 涨潮历时 4 8 94 9 04 9 05 1 6 落潮历时 7 2 37 2 47 ，2 57 0 5 ( 据水文年鉴，1 9 7 9 1 9 8 8 ) 2 4 3 黄茅海河口与珠江流域的其他口门纳潮河道的潮差比较分析 在珠江网河流域的其他口门地区，潮波进入口门的纳潮河道以后，潮差沿程 向上基本上都是减小的都是由外海的潮汐传入河道中，本文对珠江比较有代表性 的磨刀门水道和虎跳门水道的潮差进行了统计分析得出：崖门纳潮水道沿程的潮 差变化和磨刀门水道以及虎门水道的潮差形成了鲜明的对l k ( 表2 6 ) 结果表明： 在磨刀门水道，潮波进入河道以后，平均潮差是逐渐减小的：在虎门水道，潮差 进入河道以后，平均潮差基本上是不变的，有一段距离也有可能是增大的；潮差 在崖门纳潮水道中，沿河道向上游地区，却是增大的。 表2 - 61 9 7 9 1 9 8 8 年崖f i n n _ 、虎门水道、磨刀门水道的潮差统计结果( 单位：m ) 崖门水道虎门水道 磨川门水道 站名潮差距崖1 3 距离( k m )站名潮差距虎门距离( k m )站名潮差距磨刀门距离( k m ) 官冲 1 2 1 4 8 3泗盛】6 02 10 0灯笼山0 8 27 9 5 三江口l2 42 2 9 0大盛1 5 83 96 0竹银0 6 63 45 0 石咀 1 3 47 08 4 黄埔16 04 48 5叠石0 5 44 6 5 0 长沙1 3 81 0 1 3 2中大1 6 05 5 1 5大敖o 5 45 10 0 2 。4 4 河口湾地区的潮差变化比较 ( 据水文年捧，1 9 7 9 1 9 8 8 ) 珠江三角洲地区的河道由外海向湾口基本上河宽都是减小的，形如喇叭，如 2 0 0 3 年的黄茅海( 图2 4 ) 和1 9 8 6 年伶仃洋( 图2 5 ) 的卫星遥感地图，从卫 星图片大致可以看出这两个河口湾河口类型是一样的，都是喇叭型的河口湾，而 中山大学坝上论文第2 章研究区域概况 潮差是增大的，而黄茅海的潮差变化却相反，是减少的。那么黄茅海地区的潮差 异常变化是怎样形成的? 在后面的章节中将是主要的解决问题。 2 5 黄茅海河口与我国其他河口的潮差比较 钱塘江的河口湾是我国典型的喇叭型的河口湾地区，其湾口到上游的澉浦 站距离大约是8 9 k m ，其宽度从湾口的l o o k m 骤减为2 0 k m ，潮波在传播的过程当 中，受到束窄的影响，潮差沿着湾口到湾顶是逐渐增大的，到达澉浦站，潮差达 到了最大的5 5 7 m ，从澉浦往上游地区，由于摩擦的耗能作用，潮波能量逐 图2 - 42 0 0 3 年黄茅海的遥感图片( 据珠委科学研究所，2 0 0 5 ) 中山大学硕i 论义 第2 章1 i j 究区域概况 幽2 - 5 1 9 8 6 年伶仃洋的遥感倒片( 据珠委科学研究所，2 0 0 5 ) 渐减少，潮差逐渐减小：而且我国最长的河流一氏江的南支也是一个喇叭型 的河宽湾，从文献资料来看，其潮差电是逐渐增大的；而潭江一崖门水道的黄茅 海地区也是一个比较典型的喇叭型河e 1 湾，其湾口到湾顶k 约4 0 k m ，有湾口的 2 7 1 2 k m 骤减到0 6 9 k m ，但是其潮差却和我们所研究的一般的喇叭型河口湾的潮 差增大想象足相反的，其潮差有湾口的1 3 4 m 变为湾顶的1 2 5 m ，与我们所研究 的喇叭型河口湾的潮筹变化是相反的。 河口区的潮差沿程变化，一般是口门向上递减，譬如长江，从江门拦门沙的 2 6 m ，到天生港的1 9 1 m ，到镇江以上迅速递减，达到芜湖仅有0 2 8 m ”：珠江流域 的磨刀1 3 水道，从e l 门附近灯龙山的0 8 6 m ，向上游依次是竹银0 6 4 m ，叠石0 6 0 m 和大敖的0 5 4 m ：但是崖门水道从口门的官冲1 2 l 向上游依次是三江口的i 2 4 m ， 石咀的1 3 3 m ，长沙的1 3 8 m ， 2 6 小结 本章节主要论述了黄