珠江磨刀门河口潮汐动力变化对人类活动的响应

磨刀门河口是珠江流域西江的主干入海口, 20世纪80年代以来受到网河区无序采砂和磨刀门整治工程的双重影响, 潮汐动力必然发生相应的调整。本文基于多年的水文资料, 结合统计分析、调和分析和数值模拟的方法, 对近五十年以来磨刀门河口的潮汐动力变化过程及其对人类活动的响应进行研究。结果表明, 20世纪80年代以前, 磨刀门河口总体上呈现出高、低潮位缓慢上升、潮差逐渐减小的趋势, 潮汐动力变化呈现出径流优势型入海口门水道向海延展的自然演变趋势; 20世纪80年代以来, 网河区无序采砂使水位下降、诱使潮汐动力增强, 磨刀门整治工程使水位上升、潮汐动力减弱, 由于河口不同段受到人类活动以及外海潮汐多年变化和海平面上升的干扰程度不同, 其潮汐动力变化呈现出不同特征。近口段受网河区无序采砂影响较大, 水位下降, 潮汐动力增强; 河口段受两种人类活动的双重影响, 水位上升, 在整治工程期间(1983—1993)潮汐动力减弱, 在整治工程后(1993—2003)受网河区无序采砂的影响潮汐动力增强; 口外海滨段受外海潮汐多年变化和全球海平面上升以及整治工程的共同作用, 水位上升, 潮汐动力减弱     

河控型河口盐度层化对悬沙的捕集机制

河控型河口盐度混合和层化是控制悬沙输移扩散的重要动力机制。以珠江磨刀门河口为研究对象,基于2017年洪季三船同步大、小潮水文泥沙观测数据,分析河控型河口水体盐度层化结构的时空变化对悬沙分布的影响机制。结果表明:受径潮动力耦合时空变化影响,河口盐度垂向分布表现出时空差异,即受径流主导的M1站(挂锭角),河口盐度在涨落潮周期内垂向混合均匀,受径潮控制的M2站(口门)在整个潮周期内盐度层化结构明显,口门外侧的M3站,潮动力作用较强,盐度垂向分布随涨落潮变化而变化;悬沙空间分布与盐度分布关系密切,盐度混合均匀利于悬沙垂向均匀分布,而盐度层化则使悬沙倾向于滞留在底层水体中,且在盐度层结界面之下出现高悬沙浓度,悬沙浓度垂向分布曲线呈L字型或抛线型,纵向上表现为高浓度悬沙团抑制在盐水楔前端,盐度层化对悬沙的捕集效应明显。通过对比水体标准化分层系数与水流垂向扩散强度系数发现,两者呈现负相关关系,即标准化分层系数愈大,垂向扩散强度愈小,表明水体层化抑制悬沙垂向扩散强度,而且水体层化程度越高,悬沙垂向扩散抑制程度越大,进而促进了河口水体盐度层化对悬沙捕集作用。本研究有助于揭示河口细颗粒泥沙运动机制及河口拦门沙演变机制,并为磨刀门河口拦门沙治理提供科学依据。     

基于SOM模型的珠江河口河网铊生态风险评估

珠江三角洲地区铊浓度的研究对粤港澳大湾区水资源保障具有重大意义。本研究在珠江河口河网选取了11个断面, 分别于枯水期和丰水期的大小潮四个水文时段对其表、中、底层进行同步采样和监测。分析了珠江河口与河网中铊的暴露情况以及其时间和空间的分布, 采用自组织映射神经网络(self-organizing maps, SOM)基因表达聚类分析的方法对528个铊浓度监测数据进行拟合。此外, 本研究基于潜在生态风险评价方法, 选取相应的系数, 运用SOM模型, 对珠江河口河网铊的潜在生态风险进行评估。结果表明, 珠江河口与河网铊的暴露水平整体上较低, 铊的浓度在空间上呈现为磨刀门>石龙>马口>伶仃洋>虎门>三水, 而在时间上则表现为丰水期小潮>丰水期大潮>枯水期大潮>枯水期小潮。SOM聚类分析结果表明, 珠江河口河网整体上潜在生态风险属于较低水平, 各断面的潜在生态风险程度从高到低依次为磨刀门>马口>石龙>伶仃洋>虎门>三水。本研究表明SOM聚类分析方法适合于重金属污染物聚类分析。     

珠江“伶仃洋河口湾-虎门-潮汐通道”的潮波传播特征*

珠江“伶仃洋河口湾-虎门-潮汐通道”是珠江河口“网-湾”系统中的特殊地貌结构, 属潮优型河口, 潮波传播受河口湾地形辐聚效应、口门转换效应、潮汐通道辐散效应和底床摩擦等显著影响, 其时空变化复杂。本文根据珠江“伶仃洋河口湾-虎门-潮汐通道”的代表潮位站(赤湾、泗盛围和黄埔)1990—2016年逐日高、低潮位资料, 采用经典调和分析方法提取出主要天文分潮的调和常数, 通过计算获得了分潮振幅梯度及传播速度, 并在此基础上分析了伶仃洋河口湾(赤湾-泗盛围)、潮汐通道(泗盛围-黄埔)和总程(赤湾-泗盛围-黄埔)的潮波传播时空特征。结果表明: 全日分潮的振幅梯度和传播速度年均变化率均比半日分潮大, 其中K₁和O₁分潮的振幅梯度平均每年分别增加9%和18%, 传播速度每年均增加1.4%; M₂和S₂分潮的振幅梯度平均每年分别增加3%和6%, 传播速度每年均增加1%。人类活动导致地形异变, 进而驱动潮波亦发生突变, 伶仃洋河口湾和潮汐通道的M₂分潮传播速度突变年份不同, 分别为2009年和2000年。潮波传播速度突变后, 伶仃洋河口湾、潮汐通道两区段的传播速度和振幅梯度的关系也发生了变化。     

夏季珠江口沉积物?水界面重金属分布特征及其影响因子研究

珠江口受复杂径?潮动力耦合作用的影响,河口重金属迁移转化机制复杂多变。本文基于2018年夏季珠江口及其邻近海域海水和沉积物的调查资料,研究了珠江口多动力因子驱动下7种重金属元素汞、砷、锌、镉、铅、铜和铬的沉积、迁移和积累机制。结果表明:相比于溶解态重金属（水体中）的赋存状况,吸附态重金属（沉积物中）更稳定,污染也更严重;采用皮尔逊相关分析和主成分分析计算出重金属元素与环境因子之间的响应关系,溶解态重金属主要以稀释混合过程为主,吸附态重金属受有机碳和氧化还原作用的影响较大;沉积物?水界面重金属的分配系数显示出铅和铬易被吸附在颗粒物上,而镉和汞易溶解在水体中,揭示了河口复杂动力影响下元素在不同介质的形态转换特征;除了镉?铬、镉?铜和铬?砷这3组元素间不显著相关,其他元素间的显著相关性表明了重金属元素具有相似的来源,并采用主成分分析探讨了重金属元素的潜在来源,主要来源为工业废水,农业和大气沉降次之。研究结果可为有效控制重金属的排放和河口污染治理提供重要支撑。     

近几十年来珠江三角洲网河水位时空变化及原因初探

根据珠江三角洲网河区25站的验潮序列,应用功率谱分析和正、反傅氏变换方法对网河区月均水位序列的周期变化和趋势变化进行研究,探讨大规模人类采砂活动对珠江三角洲网河区近几十年来水位变化的影响。结果表明:水位序列中包含0.2~11.7 a多尺度的显著周期波动;应用正、反傅氏变换方法消除月均序列中的短周期波动(消除6 a以短的周期),由低通序列进行一元线性回归分析确定水位变化率,变化率从－3.8到3.7 mm/a不等,珠江三角洲网河区水位总体呈上升趋势。从网河区上段到下段再到口门,水位变化趋势由下降转为上升;变化率由负转正,并逐渐增大。网河区上段部分验潮站水位下降主要与西北江网河上段大规模无序采砂引起的河床大幅人为下切有关;大规模采砂导致局部水位下降,使不同时段的水位变化率发生波动,甚至造成部分验潮站的水位变化由缓慢上升转为大幅下降的"逆变"。     

近年珠江三角洲网河区局部河段洪水位异常壅高主因分析

90年代以来，珠江三角洲网河区大部分水位站同级流量的洪水位普遍下降的同时，局部河段洪水位却异常壅高。根据收集的水位资料和多套航道平面测图进行对比分析研究，认为近年大规模的无序无度河道采沙这一人类活动是近年三角洲网河区局部河段洪水位异常壅高的主要原因。因此，非常有必要对三角洲网河地区河道采沙进行规范化管理。     

傅氏变换在短序列确定海平面变化趋势中的应用

由一元线性回归分析的正则方程计算表明，在验潮记录较短的客观条件下，高尖扰动对确定海平面变化趋势的影响是显著的，其中影响最显著的高频带是ｆ≥０．０２０８ｃｐｍ，即对应周期Ｔ小于４年的高频扰动。要从短序列中确定海平面的变化趋势，必须消除周期泪地４年的高频扰动的影响。     

珠江口磨刀门泥沙絮凝特征

本文利用激光粒度仪实测得到珠江口磨刀门河口2013年夏季悬浮泥沙现场絮凝及絮凝体特征,同时对比悬沙分散粒径和含沙量,研究表明:悬沙分散粒径平均值为27.9μm,现场实测絮团粒径平均值为91.6μm,表明磨刀门口外的悬浮泥沙絮凝现象显著;实测絮团平均粒径变化范围为13.0~273.8μm,小潮期间絮团粒径平均值为131.5μm,大于大潮平均值76.9μm;絮凝体粒径在垂向上的变化表现为由表及底先变大再变小。絮团体积浓度、沉速与粒径的关系在不同情况下有差异,体积浓度和絮团粒径在表层和中层有明显正相关关系,絮团沉速在大潮时刻随着粒径的增大而增大。综合分析影响絮凝的因素,得知在珠江口盐度对于絮团大小影响不明显;而流速大小的差异是影响大小潮之间絮团大小不同的主要因素。研究结果有助于了解珠江口细颗粒泥沙输移特性和相关生物化学过程。     

近几十年来韩江三角洲水位变化趋势研究

利用韩江三角洲５个验潮站的潮位资料，应用高斯滤波器对月均验潮序列进行低通数字滤波，消除验潮序列中短周波动对确定海平面变化趋势的影响。由低通序列一元线性回归分析确定海平面变化趋势，由本征函数分解的特征模态计算韩江三角洲区域的水位变化趋势。