珠江口伶仃洋地貌特征演变与纳潮能力变化研究

在自然和人为的双重作用下,珠江口伶仃洋地貌特征发生了巨大变化,改变了水动力环境,致使纳潮能力也发生深刻变化。本文以珠江口伶仃洋地貌变化和纳潮能力变化为研究对象,采用近百年来的古地图资料、人类活动和水文特征等资料,通过第四纪地质学、地图学、遥感学、历史地理学等方法,反演内伶仃洋形态变化过程,探讨1906年以来珠江口伶仃洋的地貌变化过程。采用岸线分维数、形状指数、纳潮量、潮差消减能力,定量反映地貌变化对纳潮能力的影响。结果表明,1906-2014年,地形演变造成伶仃洋纳潮量减少了14.50%;1971-2014年,伶仃洋纳潮量减少了11.27%。海岸线的变化引起纳潮能力逐渐变弱,潮差沿程变化率减小了0.23,尤其是自1971年以来,因堤围等建设,河口岸线逐渐平直,纳潮能力逐渐减弱。     

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K_1和O_1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%; M_2和S_2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M_2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。     

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。     

伶仃洋河口水域纳潮特性分析

为阐明伶仃洋河口水域纳潮现状和特性,分别采用经验公式和建立贴体曲线坐标系下的珠江河口二维数学模型的方法,对河口伶仃洋水域的纳潮特性进行了分析和探讨.数学模型的离散和求解采用纯隐格式的混合有限分析法,根据实测资料对其进行了验证.比较显示,采用实测资料和经验公式计算到的伶仃洋水域纳潮量与数学模型的计算结果相差在5%以内,从而证实了数学模型的可靠性.结果表明,伶仃洋海域的主要纳潮口门为伶仃洋口门,约占总纳潮量的87.7%,通过香港暗士顿水道进出的潮量仅占12.3%左右,显示伶仃洋口门为该海域的主要径潮通道,对该河口的防洪和生态具有重要的作用     

30a来伶仃洋海岸线变迁及海底冲淤变化

采用Kriging网格化等方法,构建了伶仃洋1990年和2008年2期海底地形四维时空模型,结合210Pb测年,分虎门区、淇澳岛区、伶仃洋浅滩区、伶仃航道区和铜鼓航道周边区等5个亚区定量分析了1975年以来伶仃洋海岸线变迁和海底冲淤时空变化。30a来,全区陆地面积增加216.0km2,水域面积减少84.6km2,滩涂面积减少131.4km2,水域容积减少19 783.7×104 m3,年均淤积量达到477.4×104 m3,河口整体处于不断淤浅萎缩中。5个亚区的年冲淤量分别为-236.6×104,135.3×104,663.7×104,-452.7×104和367.7×104 m3;平均冲淤速率分别为-4.46,0.93,1.27,-5.49和2.93cm/a。虎门区和伶仃航道区总体水深加深,其他区域水深变浅,铜鼓航道周边淤积最为严重。虎门区水深加深主因是自然冲刷和人工采砂,伶仃航道水深加深是人工清淤的结果,铜鼓航道为新开挖的人工航道。受人工疏浚抛泥影响,各航道两侧水深明显变浅,其他区域水深变化系三角洲自然演变结果。随着伶仃洋两岸经济的迅猛发展,人类活动已成为该区海底地形地貌演变的重要因素。     

伶仃洋N,P静态环境容量的研究

本文利用陆地卫星影象具有水陆边界清晰和多时相等优点,计算出伶仃洋枯、平、丰水期的水容量。结合实地采样分析,推算出伶仃洋从上界各口门排入的N,P输送量,和从伶仃洋输出南海的N,P通量;估算出伶仃洋的N,P静态容量,为伶仃洋水环境的治理和资源开发利用的环境保护规划提供了科学依据。     

伶仃洋滩槽演变与水沙环境研究进展

珠江口伶仃洋是一个地貌独特、水沙条件复杂、具有重要航运功能的河口湾,其滩槽演变和水沙环境研究既有科学意义又有工程意义。在大量文献基础上,对珠江口伶仃洋滩槽演变与水动力泥沙环境的研究成果进行了归纳总结,包括伶仃洋的范围界定、成因、水下地形地貌特征及其成因、水域变化、滩槽演变及发展趋势、水动力泥沙运动特征及各种水沙现象、水动力泥沙环境模拟研究、治理与开发利用研究等,以期对伶仃洋滩槽演变、水沙环境及开发治理研究能起到一定的指导作用。     

珠江河口湾伶仃洋淤积的初步研究

本文主要讨论了珠江河口湾伶仃洋的淤积发展、泥沙来源以及淤积速率的问题,根据分析,可得到如下初步认识:(1)从整体上和长时段的角度考虑,伶仃洋属于以径流作用为主的潮汐河口;(2)伶仃洋淤积的泥沙主要来自陆上径流;(3)伶仃洋淤积主要是西部浅滩的淤积,预计今后将以向东南方凸出的圆弧状形式向海淤进;(4)基于伶仃洋淤积发展与一般径流型三角洲发展模式的相似性,应用计算水库淤积的Lapshenkov公式,对伶仃洋淤积的终极年限作了初步估算,假定上下边界的水沙条件及水域边界条件基本不变的情况下,求得伶仃洋淤识的终极年限为490年.应用此公式的计算精度,随着复测地形资料的积累,尚可进一步提高.     

珠江口伶仃洋海底沉积

在前人工作的基础上,利用2003—2005年广州海洋地质调查局1∶10万《珠江三角洲近岸海洋地质环境与地质灾害调查》项目的实测资料,综合分析了伶仃洋海底的沉积特征,认为伶仃洋表层沉积物类型有:砂、黏土质砂、砂-粉砂-黏土、砂质黏土、黏土质粉砂、粉砂质黏土等6种类型。伶仃洋晚更新世以来的海底地层主要有两套:层A为全新世冰后期海侵以来逐渐堆积而成的沉积物,钻孔揭示的沉积物类型主要为黏土质砂和砂—粉砂—粉砂质黏土;层B为一套晚更新世的黏土质粉砂、细砂—粗砂(含砾)、粉砂质黏土—黏土,以陆相沉积和剥蚀为主,局部为海陆交互相沉积,其下地层则为基岩风化物和基岩。     

珠江河口伶仃洋最大混浊带研究

河口淤积常与最大混浊带的发育有关。自从Glangeaud(1938,1941)提出最大混浊带这一概念以来,世界上许多研究者开展了对这一问题的研究。我国近年来也对长江和瓯江河口最大混浊带进行了探讨。 1975年以来,先后在伶仃洋进行了两次较大规模的水文调查,不少研究还从不同角度对伶仃洋的动力地形和沉积问题进行分析,但有关伶仃洋最大混浊带的研究,到目前为止,还未有报道。本文即试图从河口最大混浊带的角度对伶仃洋东、西槽的淤积问题进行研讨。     

围填海对伶仃洋水流动力的短期影响模拟研究

利用已经过验证的高分辨率三维海洋动力模型FVCOM,根据1984—2014年内伶仃洋的围填海变化情况,结合情景模拟案例,研究分析围填海对伶仃洋水流动力的影响,探究截流式和顺流式围填海对伶仃洋不同季节的水平余流场、垂向环流结构以及潮汐变化过程的影响。研究结果表明,围填海对伶仃洋的余流流向没有明显影响,但对余流速有较大的影响。在水平方向上,截流式围填海使得周边海域的余流速明显增大,增幅在0.02～0.25 m/s不等,其中口门区域受到的影响最大;相较于底层流场,表层流场受围填海的影响相对更大,围填海以南的较远海域在表层出现一条强度逐渐减弱的流速减小带,减幅在0.02～0.15 m/s不等,且影响范围与流场的分布密切相关,在夏季向南延伸,在冬季向西南延伸。顺流式围填海的影响则主要分布在伶仃洋两侧沿岸,并且不同季节的影响特点有一定区别,在夏季使得内伶仃洋东岸海域流速增大,但在冬季使其流速减小,变化幅度均在0.02 m/s以上。在垂直方向上,围填海使口门区域余流的纵向流速梯度增加,并且改变了伶仃洋余流的垂向分布情况,总体表现为远离围填海的海域表、底层余流的流速减小,中上层余流的流速增大;与此同时,围填海大幅度改变了周边海域的横向流速,并且在伶仃水道、矾石水道等区域产生了新的横向环流。围填海使得河口至围填海的余水位明显上升,使得伶仃洋海域的余水位下降,余水位梯度的增大是围填海周边余流速增大的主要原因。另外,围填海影响了伶仃洋的潮汐变化过程。在大潮期间,围填海改变了伶仃洋海域涨落潮时的潮流流速,使得周边海域落急流速增加,较远海域落急流速减小,而涨急流速都减小;同时,围填海使得海域涨落潮时的潮位受到一定影响。围填海最终使得伶仃洋的潮汐相位提前了20～35 min。     

伶仃洋表层沉积物特征及其泥沙运移趋势

根据伶仃洋表层沉积物的粒度分析资料,探讨表层沉积物的特征,并在此基础上应用Gao-Collins粒径趋势分析方法(GSTA模型)分析了伶仃洋表层沉积物的泥沙净输运趋势。结果表明,伶仃洋表层沉积物共有6种类型,其中以黏土质粉砂分布最广泛。受径流、潮流、波浪和陆架水入侵等多种动力作用,伶仃洋表层沉积物颗粒在北面最粗,南面次之,中间最细,东面略粗,西面略细;分选由中部向东、西两岸逐渐变好,但总体分选差;不同级配的泥沙分布和沉积特征存在差异。伶仃洋泥沙运移规律较复杂,泥沙呈现出向西南输运的总趋势;内伶仃洋四周泥沙受各种力作用,呈现出顺时针方向的环流运移,中心区域为最大浑浊带,泥沙以垂直落淤为主。淇澳岛以南至澳门半岛以东海域受粉砂和黏土向西扩散影响,泥沙向西运移。大屿海峡及外伶仃岛附近海域为高盐水入侵通道,泥沙向西北运移。     

珠江口伶仃洋沉积物中重金属元素分布、赋存形态及来源分析

2011年对珠江口伶仃洋31个点位表层沉积物中主要的重金属Cr、Ni、Cu、Pb、Zn、Cd和As含量、分布特征及来源因素进行了研究。采用了BCR提取法分析各种重金属赋存形态,并依据各种重金属的形态特征进行了因子分析,了解其分布的控制因素。结果表明:伶仃洋沉积物重金属分布特征为从西北向东南逐渐减小,各元素在伶仃洋西线沿岸的浓度普遍高于东线沿岸区域,研究区西滩北段区域成为重金属高值区。伶仃洋Cr、As、Ni主要以残渣态存在,Pb主要以可还原态存在,Cd主要以酸提取态存在,而Cu、Zn在各形态中比较分散。各重金属非残渣态比重Cd为最高,As为最低,各元素非残渣态在平面上的分布与总量分布模式基本一致,所以,伶仃洋海域通过总量来确定区域重金属污染情况在一定程度上是可靠的。因子分析结果表明,伶仃洋重金属主要为人为污染物的排放(包括工业废水、生活污水等),其次为流域自然风化产物的输入。     

珠江口伶仃洋西部海区沉积化学的基本特征

本文选用了1980年8月和1981年1月在伶仃洋西部海区所采集的海底沉积物样品,分析其盐度及CO_3~-,HCO_3-,Cl~-,K~+,Na~+,Ca~(++)和Mg~(++)等八种离子的含量。分析结果表明,沉积物的盐度与伶仃洋水体盐度的分布规律基本一致。根据八种离子的含量和分布特点,大致可以将它们分成三类;第一类是K~+,Na~+和C1~-,第二类是Ca~(++),Mg~(++)和SO_4~-;第三类是CO_3~-和HCo_3~-。     

珠江口内伶仃洋水下地形地貌特征

珠江口海底管线、跨海大桥及港口码头堤坝等近岸海底工程构筑越来越多,为服务于当地的经济发展需要,广州海洋地质调查局使用数字测深仪、多波束水深测量系统和旁侧声纳扫描系统,对珠江口内伶仃岛以北水域(内伶仃洋)的水下地形地貌进行了调查。利用调查资料,分析了内伶仃洋的水下地形地貌特征,认为内伶仃洋水下格局总体上呈三滩两槽分布,发展趋势处于不断的淤浅和萎缩,但人为作用已对水下地形地貌产生了较大的影响,破坏了水下生态环境,应加强水域综合管理,加大环境保护力度。     

珠江口内伶仃洋沿岸土地利用动态分析

珠江口内伶仃洋沿岸地区近年来大规模填海造田,使虎门、蕉门、洪奇沥和横门四大口门日益缩窄,水泄不畅,对环境造成很大影响。根据2003年在珠江口内伶仃洋水域获得的海洋地质环境与地质灾害综合调查资料,结合调查区5个时相的遥感影像资料,运用遥感影像机助解译方法、GIS空间分析方法、GPS定位方法以及相应的数理统计方法,综合分析了内伶仃洋沿岸老城区土地利用动态变化的特点及若干驱动因素,认为内伶仃洋沿岸的土地利用已从早期的填海造田、围海养殖,转向用于发展工业及高新技术的厂房和港口建设的土地开发。     

珠江口伶仃洋海区的潮流数值模拟

利用二维非线性潮波微分方程组,用有限差分法计算了伶仃洋枯水期的半日、全日和混合潮,同时,还考虑了径流和比降.在半日潮的计算中,通过考虑或不考虑径流、比降来分析二者对伶仃洋流场的影响.计算结果表明,伶仃洋的余流主要受径流控制,比降也起着不可忽视的作用.本文的计算结果与实测资料符合良好.     

港珠澳大桥人工岛水下滩槽演变的数值模拟与工程检验

港珠澳大桥地处伶仃洋的湾口水域,东、西人工岛分别位于伶仃洋大濠深槽两侧。人工岛水域水深流急,潮流正面冲击人工岛,易造成人工岛海域水下地形发生大的变化与调整,最终形成以人工岛为中心的局部滩槽新格局。在大桥工程设计阶段,采用伶仃洋二维潮流泥沙数学模型,对人工岛建设后的伶仃洋水沙环境和水下地形冲淤进行了模拟计算。模型预测结果表明,人工岛对伶仃洋水域的水沙环境影响集中在人工岛上、下游各5 km水域内,人工岛呈冲刷趋势,岛体上下游形成以岛为中心的梭状淤积体。人工岛建设10年前后的水下地形冲淤变化结果表明,人工岛建设引起的海床冲淤变化趋势与数学模型预测结果基本一致,此为当初采用的数学模型预测效果提供了良好的佐证。     

伶仃洋河口横向环流

横向环流存在于大多数河口中,在河口的动量平衡和物质输运过程中起着重要的作用,其形成的机制众多。本文利用三维水动力模型EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code),结合1989年和2002年的实测数据对伶仃洋河口进行研究,得到了伶仃洋河口在洪季和枯季时期不同的水动力和盐度分布结构。在文中选取了具有代表性的两个断面,针对洪枯季、大小潮以及涨落潮等不同时期的横向流结构和盐度剖面分布特点进行比较和分析。结果显示,受局地的径、潮流条件和地形约束影响,横向环流结构并不能充分形成,在不同的区域表现出截然不同的结构特点。伶仃洋河口横向环流主要是在径、潮流与地形三者之间的相互作用下形成的,不同的区域的形成机制存在差异。综合分析后,本文认为伶仃洋河口的横向环流在该区域的动力过程中相对较为次要。     

水质扩散系数在伶仃洋水域水体交换中的影响分析

选取珠江河口伶仃洋水域为例,建立了贴体曲线坐标系下的二维珠江河口水流数学模型,并采用纯隐格式的混合有限分析法对数学模型进行了离散和求解。在对模型验证的基础上,针对珠江河口伶仃洋水域中的水质扩散系数选取问题进行了分析和探讨。研究表明,主潮汐通道水体的置换率基本不受扩散系数取值的影响,扩散系数的影响主要体现在远离伶仃洋主潮汐通道和示踪剂浓度分界线的水域,并初步推荐了该水域示踪剂扩散系数的取值范围。