磨刀门河口近期水文动力变化及人类活动对其影响研究

分析磨刀门河口近几十年来水文动力的变化并重点研究围垦和挖沙这二类人类活动对水文动力变化的影响。磨刀门河口近期水文动力的变化主要表现在:水位升高,主干分流比加大,断面平均流速增大;潮汐动力20世纪607、0年代至90年代初明显减弱,潮差减小,主要分潮振幅变小;20世纪90年代初至21世纪初,潮汐动力增强,潮差增大,主要分潮振幅变大,涨潮量增大。围垦加速了水位的抬升,改变了河口的径流和涨潮量分流比,使河口的断面平均流速增大,减弱了河口的潮汐动力。挖沙使河口潮汐动力增强,降低了水位上升的速度。     

磨刀门河口在20世纪60至70年代的演变模拟与动力地貌过程分析

使用长周期动力地貌模型(long-term morphodynamic model),再现了磨刀门河口1964—1977年的演变过程,并从水动力、地形演变规律以及人类活动等角度系统分析了长周期地貌演变过程。模拟结果显示在1964—1977年磨刀门河口鹤州至交杯沙浅滩和上沟快速淤积,13a的平均淤积厚度均在40cm以上,与之相反,横洲水道杧州至大井角段和上沟东部深槽冲刷明显。磨刀门河口演变季节性特征明显。在洪季浅滩淤积,深槽冲刷;在枯季滩槽都处于淤积状态。演变过程中各种基岩岛屿使动力结构和演变规律呈现多元化,同时人类活动对整个区域的演变起到了重要的作用。     

珠江口磨刀门河口动力平衡特点及人类活动对其影响

应用ECOMSED模型输出、运动方程简化等方法,研究了珠江口磨刀门河口动力平衡的特点。研究表明:在磨刀门河口动力平衡中,纵向的主要平衡项为压力项和垂向涡动摩擦项,侧向的主要平衡项为侧向正压力项和科氏力项。正压力为磨刀门河口动力的主导因素,但在枯季动力平衡中,斜压力也是不可忽略的项。人类活动对磨刀门河口动力最主要的影响是改变了正压力项的大小,近几十年来,磨刀门河口正压力呈减小的趋势。     

十到百年尺度动力形态模型在珠江磨刀门河口的应用

在人类活动的参与下磨刀门河口演变已不再是纯粹的自然过程,而是自然和人类活动共同塑造的过程。建立了一个以过程模拟为主的10~100 a尺度的长周期动力形态模型(PRD-LTMM-10)用于模拟磨刀门河口在人类活动作用下的演变过程。 该模型建立在水体运动方程和沉积物输运方程的基础上,应用约简技术对模型输入和计算进行处理,并包含了用于评价和量化人类活动的抛石促淤模块和航道疏浚模块。应用该模型较真实地模拟了磨刀门河口在1977-1988 年的动力地形演变过程,并且通过模拟结果和情景分析,合理地分离了人类各种工程活动的长期影响和自然因素在河口演变中的作用。研究表明,治理工程对河口自然发展趋势造成了较大的改造,淤积强度表现为西侧大于东侧。抛石和围垦工程使横洲水道主槽逐年冲刷,深槽外移,而龙屎窟深槽上端则表现为严重淤积,深槽不断缩窄。     

十到百年尺度动力形态模型在珠江磨刀门河口的应用

在人类活动的参与下磨刀门河口演变已不再是纯粹的自然过程,而是自然和人类活动共同塑造的过程。建立了一个以过程模拟为主的10~100 a尺度的长周期动力形态模型(PRD-LTMM-10)用于模拟磨刀门河口在人类活动作用下的演变过程。 该模型建立在水体运动方程和沉积物输运方程的基础上,应用约简技术对模型输入和计算进行处理,并包含了用于评价和量化人类活动的抛石促淤模块和航道疏浚模块。应用该模型较真实地模拟了磨刀门河口在1977-1988 年的动力地形演变过程,并且通过模拟结果和情景分析,合理地分离了人类各种工程活动的长期影响和自然因素在河口演变中的作用。研究表明,治理工程对河口自然发展趋势造成了较大的改造,淤积强度表现为西侧大于东侧。抛石和围垦工程使横洲水道主槽逐年冲刷,深槽外移,而龙屎窟深槽上端则表现为严重淤积,深槽不断缩窄。     

磨刀门河口水沙变化与地貌响应

以西江磨刀门河口为研究对象,应用马口站1960～2000年月平均流量及含沙量资料,1980、1981和2003年洪枯季实测水文及表层沉积物采样资料,分析磨刀门河口近几十年来的水沙变化,建立磨刀门河口水沙变化与纵、横断面及口门形态的响应模式.结论认为,西江磨刀门河口径流量年际变化不大;含沙量及输沙总量在1993年前后发生变异,有减少的趋势,悬浮泥沙中值粒径偏细;总体上形成了丰水少沙的水沙组合.磨刀门河口形态响应滞后于水沙变化,存在洪淤枯冲的年内变化.由于上游来沙量减少、人工护岸的作用下,河口口门断面趋于窄深.总体上,磨刀门河口深槽变浅,拦门沙在波浪作用下加高变薄;口门向外海延伸较快,使得河口口门动力相对强弱发生了较大变化,波浪动力及沿岸流对泥沙转运的作用增强,磨刀门河口正逐渐向河流-波浪型河口转变.     

珠江磨刀门河口表层沉积物磁性特征及其动力沉积环境意义

基于2015年3月珠江磨刀门河口表层沉积物磁学和粒度测量结果,研究磨刀门河口磁性特征空间分布规律,分析磁性参数与沉积物粒度的关系,并探讨其对沉积动力环境的响应。磁性参数磁化率（χ）和饱和等温剩磁（SIRM）均在拦门沙处出现低值区,并在10 m等深线外呈现向海递减趋势;频率磁化率（χ_fd%）、非磁滞剩磁磁化率（χ_ARM）以及比值参数χ_ARM/SIRM和χ_ARM/χ在拦门沙处出现低值区,而在拦门沙外呈现高值:表明研究区域磁性特征由亚铁磁性矿物主导,而拦门沙区域存在一定量的不完全反铁磁性矿物。粒度是影响沉积物磁性特征的重要因素,SIRM/χ等参数与粗颗粒组分（大于63 μm）呈显著正相关,χ_fd%等参数与小于16 μm粒级组分高度相关,结果显示χ_fd%、χ_ARM、χ_ARM/SIRM以及χ_ARM/χ等参数可作为本区域沉积物细颗粒组分（小于16 μm）的代用指标,而SIRM/χ则可作为粗颗粒组分（大于63 μm）的代用指标。基于沉积物类型、动力环境等综合考虑,选取SIRM、S_-300、SIRM/χ参数聚类分析,可将磨刀门河口动力沉积环境分为4个区,结果与该区域动力环境及动力地貌格局具有一致性。本研究不仅对了解新动力格局下磨刀门河口演变模式具有重要意义,还可以丰富河口沉积动力学研究方法。     

珠江磨刀门河口底质沉积特征及其泥沙运移趋势

根据珠江磨刀门河口的表层沉积物粒度分析结果,运用Gao-Collins粒径趋势分析方法(GSTA模型),计算河口的沉积物净输运趋势,并分析河口底质沉积特征。结果表明:河口较粗的沉积物分布在交杯沙浅滩和拦门沙顶部,受波浪作用影响分选较好;磨刀门主槽、龙屎窟和口外海滨的沉积物则较细,以粉砂和粘土为主,分选稍差。沉积物在纵向和横向上都表现出细-粗-细的变化趋势。磨刀门主槽泥沙受强径流影响,具有向南的输运趋势;龙屎窟在涨潮流作用下,泥沙净向北输运;在西向沿岸流和东南向浪作用下,拦门沙东侧浅滩泥沙向西侧搬运,口外海滨的泥沙输运趋势则向北。     

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     

珠江口磨刀门月际尺度地貌演变研究

本文基于二维波流耦合泥沙数学模型对磨刀门河口月际尺度地貌演变进行了模拟研究。结果表明:（1）枯季,无波浪作用下,磨刀门河口总体呈淤积状态;波流耦合后,磨刀门河口整体由淤积转为以冲刷为主。洪季,无波浪作用下,磨刀门河口除西汊外均呈淤积状态;波流耦合后,拦门沙内坡与中心区转为冲刷状态,整体仍以淤积为主,但总淤积量减少;（2）月际尺度上,地貌变化幅度为厘米级,洪枯季具有明显差异。不考虑波浪作用下,磨刀门河口洪、枯季均以淤积为主,但洪季淤积幅度更大;波流耦合后,磨刀门河口呈洪淤枯冲的格局;（3）空间上,拦门沙外坡洪淤枯冲,拦门沙顶洪季淤积、枯季变化不大,内坡洪枯季均为冲刷。此外,拦门沙内坡以径潮流作用产生的底切应力为主,外坡以波浪作用引起的底切应力为主。     

A long-term numerical model of morphodynamic evolution and its application to the Modaomen Estuary

Because of the influence of human activities,the evolution of the Modaomen Estuary is no longer a purely natural process.We used a long-term morphodynamic model(PRD-LTMM-10) to study the evolution of the estuary from 1977 to 1988.The model incorporated modules for riprap-siltation promotion and waterway dredging.The model can simulate the morphodynamic evolutionary processes occurring in the Modaomen Estuary during the period of interest.We were able to isolate the long-term influences of various human engineering activities and the roles of natural factors in estuarine evolution.The governance projects had the largest effect on the natural development of the estuary,resulting in larger siltation on the west side.Installation of riprap and reclamation of submerged land resulted in scouring of the main Hengzhou Channel causing deep trough out-shift.Severe siltation narrowed the upper end of the Longshiku Deep Trough.     

Effects of the Anthropogenic Activities on the Morphological Evolution of the Modaomen Estuary, Pearl River Delta, China

Owing to the intensive human activities, the Modaomen Estuary has been significantly modified since 1950s, which has resulted in considerable changes of hydrodynamics and morphodynamics in the area. In this paper, the effects of the anthropogenic activities on the hydrodynamics and morphological evolution in the estuary at different stages are systematically assessed based on the detailed bathymetric data and field survey. The results show that the human activities have caused the channelization of the enclosed sea area in the Modamen Estuary; fast seaward movement of the mouth bar with high siltation; expansion of the channel volume due to channel deepening. The paper also highlights the main hydrodynamic changes in the estuary, including the rise of the water level; the distinguishing changes of tidal range before and after the 1990s (decrease and increase respectively); as well as the increase of the divided flow ratio. It is found that reclamation is the main factor promoting the transition of nature of the estuary from runoff dominant to runoff and wave dominant, and sand mining activities are mainly to strengthen the tidal dynamic and to low the water level. The results provide useful guidance for better planning of the future developments in the estuary and further research in the area.     

磨刀门拦门沙区域近期地貌演变和航道整治研究

应用近几年的水文和地形实测资料,研究了磨刀门拦门沙区域近期的动力和地貌演变特点.近期地貌演变的主要特点为:深槽外移扩展,一主一支分汊明显;拦门沙内坡冲刷外移,外坡变化不大,纵向宽度变窄;拦门沙西区淤积,拦门沙中心区和拦门沙东区冲刷;地貌轴线总体向南和西南方向偏转.从水动力和地貌演变的角度来看,磨刀门拦门沙区域航道整治应关注下列问题:1)注意河口性质的变化,着重解决径流输沙,波流共同输沙这两个主要问题;2)在工程布置中,应与口门外动力场的特点和地貌演变的总体趋势相适应,以建设双导堤为宜;3)西汊、东汊均是可选择的航线,从综合因素考虑宜选择西汊;4)注重河口分汊的自然规律,注意保护东支汊;5)注意稳定拦门沙中心区.     

珠江口磨刀门咸潮及其对环境要素变化的影响

于2011年1月25 日-1月26日小潮期间对磨刀门进行26 h定点连续观测,研究了咸潮对环境要素变化的影响.结果表明:调查期间溶解氧没有明显的潮周期变化;NO2-、NH4+浓度随着观测时间的延长不断降低,无明显潮周期变化;底层SiO4-,NO3-浓度具有明显的潮周期变化,且与底层盐度呈显著的正相关关系;溶解无机磷(DIP)、重金属(Zn、Cd)的潮周期变化不明显.当河床剪切力大于0.226N/m2时,发生明显的沉积物再悬浮作用,并对营养盐与重金属的变化产生显著的影响.N,P,si比值分析结果表明,磨刀门水域浮游植物生长受到潜在性的P限制,而咸潮上溯的加强将可能使这种营养盐结构发生变化.磨刀门受N、P的污染仍不容乐观,咸潮不利于污染物质的向海排出,在潮流作用下有发生严重的二次污染的风险.     

Effects of the anthropogenic activities on the morphological evolution of the Modaomen Estuary,Pearl River Delta,China

Owing to the intensive human activities, the Modaomen Estuary has been significantly modified since 1950s, which has resulted in considerable changes of hydrodynamics and morphodynamics in the area. In this paper, the effects of the anthropogenic activities on the hydrodynamics and morphological evolution in the estuary at different stages are systematically assessed based on the detailed bathymetric data and field survey. The results show that the human activities have caused the channelization of the enclosed sea area in the Modamen Estuary;fast seaward movement of the mouth bar with high siltation;expansion of the channel volume due to channel deepening. The paper also highlights the main hydrodynamic changes in the estuary, including the rise of the water level;the distinguishing changes of tidal range before and after the 1990s （decrease and increase respectively）; as well as the increase of the divided flow ratio. It is found that reclamation is the main factor promoting the transition of nature of the estuary from runoff dominant to runoff and wave dominant, and sand mining activities are mainly to strengthen the tidal dynamic and to low the water level. The results provide useful guidance for better planning of the future developments in the estuary and further research in the area.     

基于高频ADCP资料的磨刀门河口羽状流湍流动力特征

利用1 200 kHz的宽频RDI ADCP于2015年7月在磨刀门河口拦门沙前缘的浅水站和沿岸流影响的深水站进行座底观测,采样频率为1 Hz,数据经滤波去噪处理,应用方差方法分析了磨刀门的羽状流湍流动力特征。结果表明,磨刀门河口水流表现出3层流结构,峰值流速出现在表层的羽状流层,深水区雷诺应力量级为10-3~10-5 m2/s2,小于拦门沙前缘的湍流脉动强度;拦门沙前缘和深水区湍流动能密度参数的范围均在0.01~0.6 m2/s2左右,羽状流的湍动能比底边界层高一个数量级。拦门沙前缘羽状流的湍动能生成率量级约为10-3 W/kg,比底层大2~3个量级,且远强于深水区;垂直涡黏系数的大小约为0~0.15 m2/s。总的来说,羽状流表现出层化稳定、混合强烈,以及高的湍动能生成率,为羽状流携带高浊度悬沙离岸远距离搬运提供了湍流动力条件。