典型大洪水下珠江磨刀门河口拦门沙演变模式研究

磨刀门是珠江八大口门中输水、输沙量最大的口门,也是珠江最重要的泄洪通道,在珠江三角洲水系中占有极其重要的地位,研究其拦门沙冲淤演变模式对磨刀门河口地貌演变趋势分析及未来治理开发工程规划具有指导意义。以2005年6月典型大洪水过程为例,建立二维波流耦合的泥沙数学模型,分析磨刀门河口拦门沙冲淤演变特征。结果显示,典型大洪水条件下,上游来水来沙丰富,波浪对泥沙的转运作用相对被弱化,能够在较短时间内促进浅滩等沙体发育,形成新的地貌单元,并促进两侧沙体以沙嘴的形态快速向前淤进,伴随发育河口次级分汊地貌单元。研究表明,影响河口冲淤演变特征的因素包括河道地形、流场、余流余沙场及水流挟沙力等,上游来水来沙量、潮汐、波浪等因素则主导河口拦门沙演变模式。

磨刀门咸潮上溯对河口拦门沙地形变化的响应研究

采用磨刀门河口拦门沙地形变化前后的2005年和2020年实测地形资料,基于FVCOM三维数值模型,对比分析了咸潮上溯对河口拦门沙地形变化的响应,并探讨了拦门沙萎缩对盐分输运的影响机制。结果表明:拦门沙萎缩导致磨刀门水道各取水口表、底层盐度差增大,水体层化程度增强,下游至上游层化增强程度逐渐减小,广昌泵站势能异常最大值增大25.2 J/m^(3),马角水闸、平岗泵站、竹洲头泵站分别增大8.3、2.9、0.2 J/m^(3);拦门沙萎缩后未改变磨刀门水道咸潮上溯规律,半月潮周期盐度峰值依然出现在小潮后的中潮期;拦门沙对咸潮上溯有较大阻碍作用,底层15 psu等盐度线最大上溯距离向陆推进5.1 km,对于取水更为重要的表层0.5 psu等盐度线最大上溯距离向陆推进2.9 km;稳定剪切盐通量显著增大是拦门沙萎缩后咸潮上溯加剧的主要原因,并叠加潮汐震荡盐通量增大的影响。

盐水楔河口絮凝体分布规律及控制因素——以珠江磨刀门为例

细颗粒泥沙絮凝是影响河口泥沙输移扩散的关键过程,受控于河口复杂动力结构,其中河口水体层化环境下絮凝体空间分布规律亟待探究。针对该问题,本文基于2020年珠江磨刀门河口枯季大面积走航原型观测数据,分析磨刀门河口絮凝体时空分布特征,探究不同动力对其影响作用,揭示水体层化下絮凝体分布规律。结果表明,观测期间磨刀门河口絮凝体中值粒径介于1.87~395.53μm,体积浓度介于20.29~1 495.67μL/L;垂向上,中表层水体中值粒径多大于底层,平面上最大值多位于中心拦门沙和西侧。采用多峰分解方法可将磨刀门河口絮凝体分解为基本颗粒和絮凝核(统称微絮团)、小絮团、大絮团等组分,大絮团占比最大;总体来讲,中表层水体微絮团和小絮团体积浓度小于底层,底层大絮团体积浓度小于中表层。这与盐水楔河口动力结构密切相关,强盐度层化抑制絮凝体在各水层间的交换,导致表层水体大絮团占比远高于中底层,而底层絮凝体受湍流剪切强度影响,以解絮为主,小絮团和微絮团占比高。本研究不仅有助阐明复杂动力结构下细颗粒泥沙絮凝机制,也能为磨刀门河口拦门沙治理、水沙调控及航道疏浚等提供技术支撑。

基于地貌信息熵的磨刀门河口拦门沙系统演变规律分析

河口拦门沙演变受高强度人类活动的影响呈现新局面。珠江磨刀门河口经历综合整治后发生重大变化,其拦门沙系统演变过程存在不确定性。基于磨刀门河口不同年代地形数据,采用数字高程模型和地貌信息熵等方法,量化分析拦门沙不同地貌单元演变特征,分析拦门沙系统水深-面积关系的变化过程,揭示其系统状态转变规律。结果表明:磨刀门河口拦门沙系统呈现典型滩槽结构,不同地貌单元表现出阶段性变化特征;拦门沙东汊系统地貌演变呈有序发展,近年来沉积动力结构不断变化,有序性继续增强,拦门沙西汊系统地貌结构演变复杂,一直处于自适应的无序发展状态,不确定性较大。

基于浮标站观测的磨刀门洪枯季径潮动力作用规律及相关性分析

为揭示磨刀门主要动力因子对潮流运动的作用规律,采用主潮通量算法计算洪枯季半月不同时间尺度下的潮流动力特征值,采用多元线性回归法对特征值的相关性进行拟合分析。结果表明,磨刀门水道内平均落潮流速洪季比枯季总体大约14%,但涨潮平均流速仅为枯季一半;水道内洪季余流流速很大,枯季可忽略不计;口门外东汊和西汊涨潮流态洪季存在相互顶托,枯季均为西南向,洪枯季余流流速西汊均大于东汊,近底层水深范围存在逆时针半环流结构,且枯季尤为明显。潮汐动力和海面风对水道内余流影响较小,径流动力洪季影响显著、枯季影响很小。由于洪季径流动力强劲,东汊和西汊净潮通量变化规律一致;枯季磨刀门水道净通量主要输运至东汊水域,随沿岸流朝西南方向输运进入西汊,然后随离岸流朝南侧外海方向输出,符合口门外逆时针半环流结构的输运特征。

波流共同作用下磨刀门河口余流特征分析

磨刀门河口水动力条件复杂,波浪作用明显,波浪影响下磨刀门河口余流特征的研究较少。本文基于SCHISM模型,建立二维波流耦合数值模型,通过比较有波浪和无波浪影响的河口余流特征,分析波浪对余流的影响,并从余流角度定性分析交杯四沙演变特征。结果表明:磨刀门河口西汊余流动力较强,西侧龙屎窟水道出口处余流较小,四沙水域受波浪作用较明显,余流动力介于两者之间。四沙水域余流流向在波浪作用下发生较大改变;交杯四沙在西汊强劲余流以及波浪掀沙作用下,四沙脊线有向西顺时针偏转趋势。

珠江口咸潮入侵分析与经验模型——以磨刀门水道为例

收集了2004—2006年珠江口磨刀门水道咸潮发生时测站（1-7）逐日定时观测的的含氯度、水位与流量数据，分析了各监测站含氯度与水位的日变化与年变化，导出了咸潮演变各过程中，含氯度与径流、潮流、河口地形等的关系式，建立了珠江口地区磨刀门水道咸潮入侵的经验模型。据此，模拟了2006年1月12日的磨刀门地区的咸潮入侵态势，经过和沿途各观测点验证发现与实测数据非常吻合。以含氯度等于250mg／L（饮用水的含氯度最大值）的点作为咸潮入侵的最远点，用简化修改后的盐度模拟模型计算了磨刀门咸潮入侵最大距离，并根据2006年1月12～20日的河口含氯度与最近的上游天河站的径流量实测数据计算出相应的咸潮入侵最大距离。研究表明，在河流枯水期（珠江河口通常是12月至翌年3月），只要获得当天河口的含氯度和上游测站的径流量数据，就能利用此经验模型估算出河流各点的含氯度，作出盐度模拟图，并估算出相应的咸潮入侵最大距离。

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。

磨刀门水道盐度混合层化机制

基于Simpson方法和磨刀门水道2009年枯季水文实测资料,选取上、下游两个站位的径流层化、潮汐混合、风致扰动3个影响河口水体分层的主要因素进行盐度混合的层化机制分析。研究表明:由于M1站位处上游,径流作用相对占优,分层不明显,只在涨潮急流时出现微弱的盐度分层;M2站则水体分层明显,小潮期间径流作用占主导,水体呈持续性分层,当由小潮转为中潮后,潮流作用增强,出现周期性分层现象,大潮以后,由于上游径流增加,潮流与径流作用相当,仍为周期性分层,但分层有所加强。层化的发育程度依赖径流致层化作用与潮汐、风致混合作用的博弈。

珠江口磨刀门盐水入侵的现状与成因分析

通过对珠江口磨刀门水域包括潮位、径流量、河道深泓、海表水温、盐度、气温、风速、风向、降雨等参数的长期基础历史资料的整理、转换与统计分析,探讨其盐水入侵加强的主要原因。结果表明:珠江口磨刀门盐水入侵受到潮位、径流、降雨、气温、风速的等诸多因素的综合影响,但最直接、最明显的影响因素是径潮相互作用。多因素的综合作用,使得珠江口磨刀门的盐水入侵活动规律复杂多变,给预报和治理工作带来一定的困难。

咸潮影响下磨刀门水道取淡时机初探

对磨刀门水道2005—2010年枯水期实测数据进行分析,提出＂最早取淡日＂和＂最后取淡日＂的概念,探讨潮周期最早取淡日与最大潮差日、最后取淡日与最小潮差日关系。结果表明：在枯水期,相对于最大潮差日,最早取淡日呈逐月向后推移的趋势,压咸流量一般应在潮周期最早取淡日之前1 d到达思贤;最后取淡日与最小潮差日关系较复杂,建议根据具体条件,调整压咸时机,压咸流量应在潮周期最后取淡日之前2~3 d到达思贤,并持续2 d左右。

珠江口磨刀门枯季表层沉积物特征

根据2003年12月在珠江口磨刀门附近水域采集的河口表层沉积物粒度分析资料,研究了磨刀门河口表层沉积物的组成、分布、运动等特征及其动力环境指示作用。研究表明,磨刀门口枯季表层沉积物组成以粉砂为主,其次为粘土和砂。表层沉积物平均中值粒径为6.356(0.0122mm),表层沉积物的级配与悬沙的级配较接近。口门附近表层沉积物的中值粒径、分选性沿程没有明显的变化。枯季表层沉积物的形成以悬移质沉积为主,跃移和推移运动形式很少。磨刀门由于受人类活动的影响枯季表层沉积物与历史相比出现明显的细化,磨刀门口附近枯季表层沉积物的特征在一定程度上反映了枯季以潮流作用为主的相对较弱的动力环境。

近四十年西江磨刀门水道河床演变分析

将西江磨刀门水道1962、1977、1999年的河道地形图数字化,建立磨刀门水道三个年份的水下数字高程模型(DEM),在此基础上将河道分为上、中、下三段进行了河床演变及其成因分析。结果表明:磨刀门水道1977年前后河道发生过明显的河道冲淤转化;1962年至1977年磨刀门水道处于淤积状态,淤积量达9.92×106 m3,河道上游向窄深发展,下游则向宽浅演变;而从1977至1999年磨刀门水道则处于冲刷状态,冲刷量为25.53×106 m3,河道平均水深增加,逐渐向窄深演变。磨刀门水道河床演变是自然环境变化和人类活动共同作用的结果,其中人类活动的影响最为强烈。

枯季磨刀门水道咸潮活动与压咸控制分析

为进一步认识珠江河口咸潮活动规律和提供调水压咸有关控制参数,本文分析枯季磨刀门水道的盐度监测资料,发现咸潮半月周期内存在入侵期和退落期,在咸潮入侵强烈时上游河段一般的来流量(<4000m^3/s)难以保证取水要求,控制上游增加一定的来流量只有在咸潮退落期才具有压咸实际意义;用日最小盐度反映咸潮发展的不同阶段较有代表性,而日最低潮位是决定日最小盐度的主要因素。利用三灶站加权日最低潮位过程可初步判断咸潮入侵期与退落期,同时可利用该潮位过程曲线谷值所对应的时间预报控制上游加大流量的最佳时机起点。资料表明,这一方法比现有方法更符合实际。

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。

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。

丰、枯水年磨刀门水道盐水上溯运动规律对比

通过一维纵向逐时咸界图的方法,得到了磨刀门水道丰、枯水年的盐水运动规律图.对比分析了不同年份不同上游径流对磨刀门水道盐水上溯运动规律的影响.分析表明,丰、枯水年不同的上游径流量将改变磨刀门水道盐水入侵的上溯距离和上溯速度的快慢,造成程度不同的咸潮灾害.磨刀门水道中盐水运动的半月及日周期性变化规律不受上游径流的影响,均为小潮期间盐水逐步上溯,大潮期间盐水逐步退出.上游径流量的大小只影响磨刀门水道盐水上溯运动的速度和距离远近,不改变磨刀门水道中盐水上溯运动的半月周期规律.

珠江磨刀门水道咸潮上溯加剧的原因

对磨刀门水道不同年份地形资料和多年枯季潮位资料进行了对比分析,结果表明：大规模的河床采砂,引起磨刀门上游河段河床大幅下切,河道深泓平均加深0.59~2.25 m,河槽容积平均增加8.91×106~12.11×106m3,使该河段枯季潮差增大,进潮量增加,潮汐动力增强,导致咸水界向上游河段推移;口门围垦整治后,磨刀门口门区由众多岛屿环抱而成的内海区变成人工导堤控制的＂一主一支＂两条水道,水域面积减少了80%,河槽容积减少了40%,深槽趋于顺直加深,使口门区的＂调淡＂作用消失,这是咸潮上溯的重要原因;根据多年水文频率分析,发生严重咸潮灾害时,西、北江枯季流量并非都是枯水流量,因此枯季上游来水量变化并不是近年来咸潮灾害加剧的主要原因。

磨刀门河口拦门沙演变规律的研究

西江口磨刀门拦门沙是在径流动力与潮汐、高盐陆架水及沿岸海流等海洋动力相互作用下造成的泥沙淤积基础上,迭加波浪的改造、修饰作用形成。本文从磨刀门波浪动力特征出发,选取磨刀门地区不同年代的1∶10000至1∶25000之间的地形图、2003年9月实测资料及前人研究成果,并以该地区地形图为主,对磨刀门拦门沙演化作了对比分析,得出磨刀门河口拦门沙在波浪作用下的演变规律。

珠江河口区盐度变化周期特征分析——以磨刀门水道为例

珠江河口区具有三江汇流、八门入海的复杂河网,水动力条件存在多种不确定性,加之河口区水资源系统受快速城市化、河口挖沙与河道整治、上游水利工程调度、海平面上升等多重因素影响,盐水入侵现象异常复杂。选取磨刀门水道广昌站近10年来(2001―2011年)枯水期逐日及逐时盐度序列,应用小波分析方法,研究了珠江河口区―磨刀门水道盐度序列多时间尺度周期特征。研究结果表明:磨刀门水道盐度变化周期特征与潮汐周期特征一致,存在明显的日周期(24.6h)、半月周期(14.8d)及不明显的半日周期(12.3h)、月周期(30d)。