磨刀门水道咸潮入侵及其变异分析

随着区域经济及人口的进一步增长,珠江三角洲磨刀门水道已成为江门、中山、珠海、澳门等城市重要的水源地,相应咸潮入侵对供水安全造成的危害也越来越严重。本文依据实测资料和现场调研,对磨刀门水道咸潮入侵的潮相变化、径流—咸潮的响应模式、风对咸潮入侵的影响及咸潮入侵的历史演变趋势及其变异、最小压咸流量及最佳压咸时机等进行了研究。研究结果表明,影响咸潮入侵的主要因素是径流,有利于咸潮入侵的风向为北风～东北风。以思贤滘流量(即马口水文站与三水水文站流量之和)为参照,为保障珠海、澳门供水安全,磨刀门水道最小压咸流量范围为2200-2700m3/s,平均流量为2450m3/s,最佳压咸补淡的时机为大潮转小潮期,也就是朔望(半月)周期的落潮期。     

磨刀门水道咸潮上溯动力特性分析

为研究磨刀门水道咸潮上溯的动力特性,基于非结构网格海洋模型（Finite Volume Coastal Ocean Model,FVCOM）,构建了覆盖珠江河口及其上游网河区的高分辨率三维斜压数值模型,采用实测资料对其进行率定和验证,并开展了咸潮上溯的数值模拟计算。根据计算结果和实测资料,对磨刀门水道大、中、小潮期间的盐淡水分层与混合特征、盐分物质的分层输移机制进行分析,探讨其咸潮上溯强度时空分布差异的原因。结果表明:小潮期,底层累积盐通量明显大于表层,净输移方向为陆向;大潮期,表层累积盐通量明显大于底层,净输移方向为海向;而平衡点一般出现于中潮期,这就是磨刀门水道咸潮上溯最强和最弱时刻分别出现于小潮和大潮后的中潮期的原因所在。     

基于底层盐水楔扰动的磨刀门咸潮上溯防控研究

基于MIKE3研究扰动底层盐水楔实现抑制咸潮上溯的最优化方案。结果表明,在河道底部喷水扰动盐水楔可以有效减弱底层盐水浓度,且存在最优喷水流量与最优喷水点。当喷水流量小于该值时,咸潮上溯距离随流量的增大而减小,当大于该值时,咸潮上溯距离随流量的增大反而会增大;最优喷水流量从小潮到大潮逐渐增加,且随着径流量的增大而减小,如径流量为500 m/s~3时,小、中、大潮期间的最优喷水流量分别为20 m/s~3、20 m/s~3和25 m/s~3,减少的咸潮上溯距离分别为3.82 km、3.40 km和1.18 km。随着径流量增大,取得最佳抑咸效果的最优喷水点位置逐渐向下游移动。针对珠江河口的特殊径潮环境,盐水楔扰动的抑咸效果在小潮和中潮期间较好,在大潮期间相对较差。     

磨刀门水道枯季水动力特性分析

根据2009年12月1025日磨刀门水道上至竹银下至口门近半月的同步实测水文资料,对该水道在大、中、小潮下表、中、底层的水动力特性进行了分析和探讨。结果显示,枯季磨刀门水道总体涨、落潮流速都不大,即使大潮时该水道总体表层涨落潮平均流速分别仅为0.5m/s和0.76m/s;水动力特性一般呈现:表层落潮流速显著大于涨潮流速,底层涨、落潮流速相差不大的规律;表底层涨落潮流速一般呈现随潮型增大而增大的趋势;表层涨潮历时小于落潮历时,底层涨潮历时大于落潮历时;实测结果显示,包括口门及上游河道范围内的表、底层流速出现相反的现象,时段一般出现在经过第一个长时间的落潮流之后的第二个较短落潮时间段内,且沿水深方向的转流点更为靠近表层。     

珠江口磨刀门枯季水文特征及河口动力过程

根据磨刀门2003年12月9~15日的大、中潮同步水文观测资料,分析了磨刀门枯季的潮汐、潮流、余流、悬移质含沙量、盐度等水文特征,并对枯季河口动力过程,如咸淡水混合、河口射流等进行了初步研究。在枯季由于径流较弱,潮流成为主要动力。表层由于受径流和风的影响余流基本上沿河道走向向下游,中层以下有稳定的向上的余流存在。枯季磨刀门含沙量较小(<1 kg/m3),盐度在平面上和垂向上均有一定变化。磨刀门枯季咸淡水混合类型为缓混合型,各站盐度分层参数均在0.01~1.0。从实测流速的分布情况来看,河口下层有反向的水流,存在明显的因密度差而形成的密度环流。根据枯季实测资料计算所得的密度弗劳德数,磨刀门枯季以浮力射流为主。     

珠江河口区枯季咸潮入侵与盐度输运机理分析

以河口区物质平衡原理为基础,应用物质输运机理对珠江三角洲河口区盐度净输运进行分析,对比各动力因子对盐度净输运贡献的大小.结果表明:珠江三角洲各河口盐淡水混合以缓混合型为主,分层系数均在0.01～1.0之间:盐度净输运主要是由斯托克斯输运和平均流输运控制,潮抽吸作用也不容忽视,其中,斯托克斯输运是导致咸潮上溯的最主要动力因素;珠江三角洲各口门径潮流情况及动力条件各有不同,除黄金站和挂定角V6站外,盐度输运以向上游为主,咸潮上溯明显.     

河口湾水动力环境对滩涂利用的累积响应——以珠江口伶仃洋为例

为揭示河口湾水动力环境对滩涂利用的累积响应过程,以珠江口伶仃洋河口湾为例,基于潮波数学模型和潮流数学模型,研究了1981年以来湾内进出潮量、分潮振幅和潮流流速的累积变化。结果表明:相对于1981年,2018年岸线条件下伶仃洋湾口断面涨落潮量累积减少4.9%~6.0%、内伶仃断面涨落潮量累积减少9.0%~12.8%、深圳湾断面涨落潮量累积减少17.8%、南沙断面涨落潮量累积减少5.0%~6.3%;伶仃洋M₂分潮振幅呈增加趋势,振幅增幅由南向北增加,潮波由南向北变形进一步加剧;伶仃洋最大可能潮差变化与M₂分潮振幅变化趋势一致,潮汐性质没有发生变化;伶仃洋潮流流速总体减小,西岸流速减幅高于东岸,湾顶附近流速略有增加。     

水道加朵体型深水扇形成机制与模式:以白云凹陷荔湾3-1地区珠江组为例

深水扇储层的沉积特征是油气勘探开发中的一个热点问题。通过分析珠江口盆地白云凹陷荔湾3-1地区珠江组深水扇的沉积特征,明确了研究区具备深水扇形成的有利条件,受白云凹陷总体构造沉积背景影响,形成了富砂型的深水扇。本区深水扇是多种流体动力学机制共同作用的结果,碎屑流、浊流及底流相互作用与复合,形成了平面上具水道复合朵体的分布特征。在建立深水扇沉积模式的基础上,提出了水道加朵体型深水扇沉积微相划分方案,研究区储层以重力流水道、天然堤及滑塌朵体为主;而水道逐渐由相对近源的宽浅下切型变为远离物源的窄深型,其深度与天然堤宽度呈正比。     

河口湾潮坪潮汐水道发育特征及地质意义——以钱塘江为例

河口湾中的砂体是有利的油气储集层,但复杂的水动力变化导致古代河口湾识别困难。通过对现代钱塘江河口湾的研究表明,河口湾潮坪环境潮汐水道可以成为识别古河口湾的一种辅助标志。基于野外实地观测,结合卫星地图对潮坪环境潮汐水道的发育特征进行了详细的描述,并探讨了它的地质意义。结果表明:1）泥坪潮汐水道横截面形态主要有“V”型及宽缓的透镜状,平面上由海向陆可划分为曲折的A段、平直的B段和树状分叉的C段;2）砂坪潮汐水道横截面形态主要有“U”型和阶梯型,平面上由海向陆可划分为曲折或平直的A'段和树状分叉的B'段,A'段的平直与曲折主要受控于砂坪潮道规模的大小;3）在砂质潮坪中常见炭屑层、包卷层理、液化流痕、垮塌构造、波痕等特殊的沉积构造;不同形态和规模的潮坪潮道主要受控于潮坪坡度、沉积物粒度、河口湾形态及相对海平面高低的影响,高坡度、低海平面有利于完整序列潮道的发育;4）不同类型河口湾潮坪潮道的特征及其伴生的特殊沉积构造可以为确定地质历史时期的古河口湾及其演化提供参考。     

南黄海大型潮汐水道动力地貌环境对人类活动响应——以小庙洪水道为例

辐射沙脊群内潮汐水道由于没有固定的边界，其稳定性对人类活动影响更加敏感。通过收集近20年来辐射沙脊群南翼小庙洪海域实测高分辨率水下地形资料，结合数学模型分析研究人类活动对小庙洪海域水动力和地形冲淤累积影响。研究结果表明:近20年来小庙洪水域边滩匡围面积达126.09 km2，边滩匡围导致小庙洪尾部、中部及口门段断面流量分别减小14.2%、15.79%和9.13%；尾部、中部及口门段深槽区平均流速分别减小20~30 cm/s、10~20 cm/s和5~10 cm/s。小庙洪水道南侧-5 m等深线变化幅度较小，基本保持稳定状态；-10 m等深线继续向西延伸，向南拓展。近20年来小庙洪边滩匡围虽导致水道内纳潮量和水动力有所减弱，但由于目前匡围区均处于高滩区域，各匡围工程所引起的泥沙冲淤仅限于工程区附近，对小庙洪水道整体稳定性、深槽主轴南逼、口门水道整体北淤南冲的演变趋势没有产生明显影响。     

钱塘江河口水流-河床相互作用及对盐水入侵的影响

通过长系列实测水文、地形资料分析,钱塘江河口上段河床具有大冲大淤和洪冲潮淤的演变特性,影响河口上段的潮汐强弱,进而影响盐水入侵。若年内丰水期径流量大,则河床出现“大冲”,河床容积增大,潮汐增强,导致秋季强潮期盐水入侵加剧;反之,若年内丰水期径流量小,河床容积较小,导致秋季强潮期盐水入侵减弱。结果表明,钱塘江径流对盐水入侵存在直接和间接影响:直接影响是盐水入侵与径流量成反比;间接影响是通过径流冲刷河床,引起潮汐增大,间接导致盐水入侵加剧,这是钱塘江河口大冲大淤以及对潮汐巨大反作用的特性造成的。     

千岛湖配水工程对钱塘江河口盐水入侵影响

杭州市第二水源千岛湖配水工程（简称配水工程）的实施将引起富春江水库下泄流量及过程改变,从而对钱塘江河口盐水入侵产生影响。建立考虑涌潮作用的二维盐度数值模型,在验证钱塘江河口潮位和盐度的基础上,预测配水工程实施对河口盐水入侵距离和重要取水口含氯度超标时间的影响。研究表明:配水工程实施后,上游富春江水库若按现状调度方案,对枯水年影响大,咸水上溯距离增加3.7 km,沿岸取水口的可取水时间缩短0.2~3.6 d,丰、平水年盐水入侵和引水前相当;通过水库的优化调度,可基本消除枯水年引水造成的盐水入侵影响。为减少配水工程实施的盐水入侵影响,采用水库的优化调度模式是必要的。     

基于反射光谱的珠江口咸潮遥感方法

为监测珠江口河网区水体的盐度变化,基于同步测量的水体黄色物质、盐度和水体表面光谱数据,利用MATLAB分析了水体光谱反射率和黄色物质浓度之间的关系。结果表明:在磨刀门水道,反射率与黄色物质在400nm处的吸收系数g₄₀₀有较好关系,在R₇₀₄/R₅₁₃处,R²=0.70;在虎门水道,g₄₀₀与反射率比值R₇₀₃/R₄₈₈之间也有较强的负相关,R²=0.58。同样,又分析了磨刀门和虎门水道黄色物质吸收系数与表面盐度的关系,都发现了较好的相关性,R²>0.67。根据以上分析,得到了一种珠江口河网区水体表面盐度监测的新方法,并采用中等分辨率成像光谱仪(MERIS)的模拟数据来进行模型验证,结果表明利用MERIS数据对珠江口河网区咸潮进行监测是可行的(均方根误差小于0.308%)。     

应用遥感方法分析珠江口伶仃洋的海岸线变迁及其环境效应

对伶仃洋1979年以来利用多时相遥感影像提取的岸线进行分析,结合地形图,得到近几十年来海岸线变化的特征,认为南沙区和蛇口半岛是岸线变化最快的2个区,而淇澳岛区和交椅湾区的变化相对较小。南沙区岸线变迁以沉积作用和围海造地形成的岸线向海延伸为主,延伸速率从1966年至2000年明显增大,2000年后有减缓的趋势。蛇口半岛区主要以码头、池塘等人工建筑形成的岸线向海延伸为主。从岸线变迁、悬浮沉积物分布及其沉积作用来看,伶仃水道西侧以沉积为主,可能不适合于大规模的码头建设。珠江口岸线变迁最主要的环境效应是河道变窄、增长,造成排洪不畅,上游的洪涝灾害增多。     

基于取淡与流量控制的压咸调度方案研究

珠江三角洲素有"三江汇流、八门出海"之称,河网、河口系统之复杂在世界上首屈一指,咸潮活动也因复杂的水动力系统表现出异于世界其他河口的特点。同时,珠江三角洲人口众多、经济活动活跃,受咸潮影响人口超过1 000万人、取水规模超过1 000×104m³/d。为此,珠江防总从2005年起已连续8次实施了水量调度,提出了梧州压咸流量不低于1 800 m³/s的单一控制指标,保障了供水安全。在8次水量调度的基础上,根据咸潮与径流、潮汐的响应关系,分3个流量级提出了基于平岗泵站和联石湾水闸取淡目标的西江北江压咸补淡调度方案。     

三峡水库对长江河口北支咸潮倒灌影响探讨

为了解三峡水库的运行对长江河口北支咸潮倒灌的影响,对三峡水库初步运行前后北支咸潮倒灌的变化进行了分析.结果表明:三峡水库运行后,受水库下泄水量变化影响,北支咸潮倒灌时间提前,10~11月咸潮倒灌强度增加,12月至次年4月倒灌强度减弱,咸潮倒灌强度的降幅小于增幅;在咸潮倒灌最为严重和长江口淡水利用最为重要的1~4月,水库的实际运行所引起的北支咸潮倒灌减弱的幅度并不大;三峡水库的实际运行使得北支咸潮倒灌的强度在各月重新分配,但对一年中整个咸潮期咸潮倒灌的总强度影响不大;水库运行后,北支极端咸潮倒灌的强度降低,这对提高长江口水源地的供水安全及保证率有利.     

珠江河口水环境时空变异对河口生态系统的影响

分析近20年来珠江河口水环境变异的特征,探讨珠江河口水环境与水生物相互联系和相互作用的关系。结果表明,珠江河口形态、地貌、水文情势和入河污染物等变异改变了珠江河口水生物的栖息条件,削弱了河口生态系统的自动调节修复能力和稳定性,对河口生态系统的物质循环、能量流动和发育演化平衡构成了重大影响。