华南不同类型热带风暴驱动下珠江口表层悬沙分布趋势

本文利用1949—2014年的华南热带风暴数据和1960—2014年珠江入海流量等, 统计分析风暴作用期间珠江口的风强迫和珠江入海水沙强迫特征, 结果表明, 热带风暴对珠江口的风强迫和水沙强迫因台风距珠江口的距离、强度等因素的影响有显著差异。依据水沙及风强迫的强度, 将热带风暴对珠江口的影响简单分成四类: 中风中水沙驱动型、中风高水沙驱动型、强风中水沙驱动型及强风高水沙驱动型。利用MODIS (moderate-resolution imaging spectroradiometer)一级数据和已建立的珠江口表层悬沙指数反演模型, 挑选2002—2010年风暴影响期间无云天气的MODIS影像, 反演珠江口悬沙分布, 分析表层悬沙对四种不同来水来沙及风强迫型风暴的响应特征。结果显示, 中风中水沙型风暴驱动下, 珠江口整体含沙量偏低, 其悬沙扩散及时间变化受控于潮流的强弱; 中风高水沙型风暴驱动下, 八大口门特别是磨刀门浅滩、伶仃洋西滩的含沙量高于其他海域, 其高含沙水体向南偏西方向扩散输运; 强风中水沙风暴驱动下, 河口表层悬沙分布及扩散受主导风向的影响, 在强东北风驱动下, 伶仃洋西侧浅滩含沙量因台风浪的掀沙作用高于湾内大部分海域, 高含沙水体向西南侧扩散; 强风高水沙风暴驱动下珠江河口湾含沙量偏高, 水体一片浑浊, 河口悬沙随偏南风驱动下的沿岸流向东侧输运、扩散。     

珠江磨刀门河口潮波振幅梯度与上下游动力边界的关系异变研究

强人类活动目前已经成为河口演变的主要动力。阐明流量驱动下河控型河口潮波传播演变过程及机制,对河口治理及人类活动的影响评价具有重要指导意义。以珠江磨刀门河口为例,研究了径潮动力阶段性演变特征。采用流量驱动的R_TIDE数据驱动模型探究了该区潮波振幅梯度和上下游动力边界(即上游流量和口门振幅)关系的变化规律。结果表明,在强人类活动影响下,各潮位站M₂分潮振幅明显上升(三灶站除外),且具有季节性差异和阶段性变化,灯笼山-马口河段的M₂分潮振幅沿程平均增大约0.07 m,河段潮波振幅梯度平均增大约4.61×10^–6 m^–1。研究潮波振幅梯度与上下游动力边界的阈值的关系表明,阈值效应主要出现在甘竹-马口河段。在强人类活动影响下,潮波振幅梯度阈值增大,相应的流量阈值增大,而振幅阈值基本不变。在达到振幅阈值之前,由于底床摩擦效应,大潮振幅衰减效应大于小潮,而在超过振幅阈值后,地形辐聚效应成为影响潮波振幅梯度变化的主要因素,大潮振幅衰减效应小于小潮。阈值的变化主要与流量、地形、摩擦等多因子耦合作用有关,当地形辐聚效应和底床摩擦效应达到平衡时,潮波振幅梯度与上下游动力边界之间则出现阈值效应。该现象的发现可为河口海岸防灾减灾和水资源管理等实际问题提供重要理论支撑。     

珠江磨刀门河口水位分布演变特征及其对人类活动的响应*

河口区水位受径流、潮汐、地形、人类活动等多因素影响, 其空间分布结构及变化复杂。作为河口动力结构的重要参数, 水位分布演变特征及机制的研究对水资源高效开发利用和河口治理具有重要指导意义。文章基于珠江磨刀门河口沿程马口、甘竹、江门、竹银、灯笼山和三灶6个测站1965—2016年月均余水位数据及马口站的月均流量数据, 分析人类活动影响下水位空间分布的异变, 采用双变量线性回归模型定量辨识水位分布异变的主要影响因素, 并初步讨论人类活动、动力结构、地形变化之间的相互耦合关系。结果表明, 基于平均水面形态变化参数(即曲率)可较好地指示河床冲淤变化趋势, 河段平均曲率为正, 指示河床趋于淤积, 曲率为负, 河床趋于冲刷侵蚀; 围垦、大规模挖沙、河道疏浚等强人类活动前, 磨刀门河口上、下段坡降大于中段(江门—甘竹段), 即中段存在一个水位坡降变缓的区域, 枯季低流量时中段水位坡降出现由海向陆方向的倒坡降, 强人类活动后, 余水位空间分布结构发生异变, 中段坡降增大、低流量时的逆坡降消失; 强人类活动引起的河床地形变化是磨刀门河口沿程水位空间形态发生变化的主要原因, 使口门段(三灶—竹银)和河口上段(甘竹—马口)水位曲率分别减小0.41×10^-4m·km^-2和1.04×10^-4m·km^-2, 河口中段(竹银—甘竹)水位曲率增大0.21×10^-4m·km^-2, 沿程曲率由正(下凹)-负(上凸)-正转变为负-正-负, 沿程河床也随之由淤积-冲刷-淤积趋势转变冲刷-淤积-冲刷趋势。     

珠江磨刀门河口水位与海平面、上游流量的联合分布关系异变研究

河口的水位变化是径潮动力相互作用的结果,但近30年来,强人类活动对河口环境的影响已远超环境自我修复能力,导致水位发生异变。为研究这种变化,本文选取人类活动影响剧烈的珠江磨刀门河口作为研究区域,采用Copula方法定量分析在同一上下边界(上游流量和口外海平面)下由强人类活动引起的水位异变。结果表明:1)强人类活动后,河道地形下切显著,外海海平面对沿程各站水位的线性影响增强,上游马口流量对水位的线性影响减弱。2)强人类活动后甘竹至灯笼山站同概率水位事件明显降低;三灶海平面呈上升趋势;马口流量分布特性变化不明显。3)水位与海平面、流量的联合依赖关系发生明显改变,低水位与海平面关系的敏感度增加,而高水位与海平面关系的敏感度下降。低水位与流量关系的敏感度基本不变,而高水位与珠江流量关系的敏感度明显下降。4)强人类活动后各站水位变化幅度变窄,在相同概率海平面及流量驱动下,强人类活动后各站水位均有明显下降,水位与海平面、流量遭遇概率为0.1—0.9时,其月均水位下降幅度达0.01—1.24m。低海平面和低流量联合驱动下各站水位的下降幅度明显小于高海平面和高流量联合驱动下月均水位的变幅,而且上游站位的水位下降幅度明显大于下游站位。本研究成果可为强人类活动的影响辨识及珠三角水资源的合理配置和可持续发展利用等提供技术支撑。     

人类活动对磨刀门水道河床地形和潮汐动力的影响

基于实测地形和水文资料,探讨人类活动对近期磨刀门水道河床地形和枯季潮汐动力变化的影响。研究结果表明:(1) 磨刀门上游河段大规模河床挖沙引起河床高程显著降低,水深增大,河槽容积增加,底坡降减小;口门围垦整治导致磨刀门口门区水域面积变小,入海口门向海延伸,入海水道增深。(2) 磨刀门水道河床地形变化引起枯季潮汐动力发生变化:上游河段低潮位降低,潮差增大,进潮量增加,潮汐动力明显增强;口门区潮差减小,横洲水道潮能汇聚,水位壅高;水面坡降减小,潮波传播速度增加,咸水界上移。     

北江中下游洪水计算耦合模型探讨

针对北江中下游流域的特点的复杂性,建立了以水力学方法为主的河网一维及对无资料区间采用水文学方法为辅的洪水计算耦合模型,同时说明了区间洪水的作用。经“97·7”典型年洪水验证的结果表明,模型的精度较高。     

岬间海湾滨面带波浪结构和外观统计特征

对中等波能条件下收集的粤东两个岬间海湾滨面带4个站点的波浪数据作了滨面带波面、波包和长重力波的基本特征的分析，得到如下主要结果：（1）滨面带波谱由多峰频构成，从海向岸波高增大，波周期减小，谱宽度加大，谱尖度减小；（2）入射波群性较强，表征入射波群性的相对均方根群高与谱宽度无关；（3）长波振幅与波浪能量增大，其形成主要与组成波间的非线性相互作用有关。     

珠江三角洲径潮相互作用下潮能的传播和衰减

因径流潮汐相互作用,三角洲各水道的能通量包含径流引起的净通量及潮汐引起的潮能通量。本文利用珠江三角洲多断面实测水位及流量的同步测量数据,建立基于径潮耦合的调和分析模型,剥离径流信号,计算出各站的总潮能及M₂、K₁及高频浅水分潮的潮能,对珠江三角洲潮能的沿程传播及衰减进行研究。结果表明,通过虎门进入珠江三角洲的潮波能量约占51.2%,而通过崖门、蕉门、磨刀门传入三角洲的潮能约占37%;同时,因地形摩擦、径流耗能效应,三角洲各水道的总能量损耗为148.33 MW。潮波能量按汇聚型和分散型两大类型沿三角洲不同位置传播并沿程衰减。虎门狮子洋及珠江正干、崖门至潭江石咀两大水道体系,其潮能沿程分散传入不同汊道,断面总潮能的衰减幅度大于单宽潮能通量的衰减,单宽潮动能沿程平均衰减速率大于潮势能,半日分潮的潮能衰减速率大于全日分潮。虎门狮子洋因其形态影响,M₂分潮振幅（或势能）的衰减最小,虎门至泗盛围段增加,平均每千米约增加0.77%。西四口门潮能汇聚于西海水道天河断面,总潮能的衰减速率小于磨刀门水道单宽潮能衰减速率。沿横门、洪奇门、蕉门进入的潮波多次交汇、分散,自横门至小榄、南华,南沙至海尾、荣奇,其单宽潮动能及M₂、K₁分潮动能的衰减速率小于潮势能,高频分潮势能沿程增加。     

珠江虎门河口水体有机氯农药的垂向分布及二次污染初步研究

采用5点法对珠江广州河段白鹅潭水域进行垂线采样,并采取表层沉积物的界面水。水样采用GF/F玻璃滤膜过滤分离出颗粒相和溶解相,据美国EPA标准对有机氯农药进行定量分析,结果显示有机氯农药浓度范围是23.89~61.69ng/L;据有机氯农药浓度的垂向分布特征、颗粒相为主要输运方式的DDTs的中下层高浓度跃层的形成、以及有机氯农药在颗粒相和溶解相浓度分布和分配系数表明,水柱上层和下层水体的有机氯农药的输入方式有较大的差异,结合主成分分析结果,在流速增加的动力条件下,表层沉积物存在二次污染的风险。     

珠江虎门潮汐水道水体中多环芳烃的分布及季节变化

采用GF/F玻璃滤膜对珠江虎门潮汐水道6个表层水样进行过滤分离出多环芳烃的颗粒相和溶解相,并根据美国EPA标准对多环芳烃进行了定量分析.结果显示,洪、枯季水体中16种优先控制多环芳烃总量分别是223～614,6 559～20 031 ng/dm3;洪、枯季多环芳烃总量分别为786～2 098,11 360～34 338 ng/dm3;广州前航道的污染较狮子洋严重.珠江虎门潮汐水道水体中多环芳烃的含量、分布具有明显的季节变化特征,枯季多环芳烃的浓度高于洪季1个数量级以上,且二环多环芳烃的含量占95%以上,主要呈溶解相形式出现;洪季高环多环芳烃的含量明显升高,主要呈颗粒相形式输运.