珠江河口区复合洪水事件多要素非一致性的时变遭遇分析

利用1988—2017年珠江河口三灶站潮位、澳门风速、上游流量日极值数据,基于广义可加模型(GAMLSS)的非一致性频率计算方法与时变Copula函数,对上游洪水、台风和天文潮的复合洪水事件重现期及其主控因子展开研究,结果表明:1)珠江河口区潮位、风速、流量均为非一致性序列,构建的时变Copula模型相比传统恒定参数的Copula更符合实际情况。2)1988—2017年珠江河口区典型复合洪水事件发生周期随时间不断缩短,发生概率增大,未来极端复合洪水事件发生概率增强。“黑格比”台风引发的复合洪水事件重现期从1988年的13.06 a一遇减小到2017年的10.80 a一遇,“韦森特”“天兔”引发的复合洪水事件在1988—2017年重现期缩短了1.06和0.97 a;3)当3种因子重现期为5 a一遇时,珠江河口区复合洪水事件主要受台风风速影响较大;重现期为10、20、50 a一遇时,复合洪水事件主要受天文潮潮位影响较大。

基于CNN-LSTM的珠江河口台风过程实时滚动修正预报

为改善台风预报精度,基于实时滚动修正预报思路,利用卷积神经网络嵌套长短期记忆神经网络(CNN-LSTM)和误差校正(EC)技术,搭建了珠江河口台风实时预报模型。研究结果表明:“滚动预报”比单次预报有更好的路径和强度预报效果,随着模型滚动时间的延长,预报整体精度有逐渐改善的趋势。路径预报结果的均方根误差比单次预报减小了25.67%,强度预报结果的平均绝对误差比单次预报减小了65.04%;考虑误差校正的CNN-LSTM-EC的路径、强度“滚动预报”效果均优于CNN-LSTM,前者的路径预报误差较后者减小了22.57%,强度预报误差减小2.5%。

珠江河口磨刀门枯水期盐度统计模型

基于潮汐和径流两个影响河口盐水入侵的主要动力因子,通过分离短时间尺度潮汐变化和长时间尺度径流变化对盐水入侵的不同影响,采用最小二乘拟合法建立了枯水期磨刀门盐度与潮汐、径流的统计模型,并通过滤去径流影响对模型进一步修正,建立了修正盐度统计模型。模型计算值与实测值对比结果表明:构建的盐度统计模型和修正盐度统计模型能反映珠江河口磨刀门枯水期日特征盐度的变化过程;盐度统计模型总体均值相对误差23.4%,修正盐度统计模型总体均值相对误差2.1%,说明修正盐度统计模型精度高于盐度统计模型,具有较好的实用性。

珠江河口凤鲚的栖息地适宜性评价

探究珠江河口洄游性鱼类凤鲚(Coilia mystus)的生境适宜度,可为其渔业资源保护和利用提供科学依据。根据2019年冬季和2020年夏季在珠江河口进行的底拖网调查数据,选取水深、底层盐度、底层水温、底层溶解氧等作为指示因子,利用层次分析法(Analytic hierarchy process, AHP)计算各指示因子的权重,采用算数平均法(Arithmetic Mean Model, AMM)和几何平均法(Geometric Mean Model, GMM)计算栖息地适宜度指数(Habitat Suitability Index, HSI),验证发现基于GMM且赋予权重的HSI模型精确度较高,能较好地反映珠江河口凤鲚的栖息地分布。最优模型结果显示,珠江河口冬季和夏季凤鲚适宜的底层盐度分别为21.03‰~30.55‰和20.25‰~25.82‰,溶解氧质量浓度分别为6.79~7.28和3.85~4.01 mg·L^(-1),水深分别为11.69~20.10和7.80~9.23 m,底层水温分别为19.84~19.95和28.36~29.44℃。珠江河口凤鲚HSI大于0.5的站点仅占总调查站点的17.39%,表明其栖息地适宜性较低,目前珠江河口适宜凤鲚的栖息地主要位于内伶仃海域的中华白海豚自然保护区。

珠江河口综合治理规划实施评估及修编建议

2010年国务院批准实施的《珠江河口综合治理规划》规划水平年为2020年,现已到期。采用现场调查、统计分析、遥感影像、数学模型等多种手段,对规划方案实施情况和效果进行综合评估。结果表明,规划实施后,河口河势总体稳定,口门泄洪能力提升,岸线滩涂保护得力,水生态环境持续向好,河口管理规范有序。立足国家战略建设要求,从河势控导、洪潮灾害防御、岸线滩涂与水资源保护、智慧河口管理等方面对规划修编提出建议。

珠江河口典型海堤断面防浪特性物模研究

海堤生态化是新时代的新要求,不同海堤断面与波浪的相互作用不同,概化的模型研究已不能适应对实际防灾减灾效果研究的需求。珠江河口现有海堤工程有斜坡式、复合式等断面型式,为探究四种典型海堤断面的防浪特性,通过小比尺物理模型试验,开展了堤身所受最大波压力及越浪情况研究。结果表明,与传统抛石海堤相比,生态海堤上的植物对海堤防浪有明显的增效作用并能有效减小堤身所受波压力;堤顶防浪墙对减少越浪有重要作用。在大部分地区,典型斜坡式海堤可达到理想防浪效果;对于空间充足的地区,堤身坡度变化相对较小的复合式海堤断面所受压力更小,有利于堤防稳定。实验结果可为生态海堤设计提供依据,具有重要科学及应用价值。

珠江河口咸潮入侵研究进展

近十几年来,珠江河口咸潮活动呈现持续时间增加、上溯范围扩大的趋势,对水资源安全配置和生态文明建设造成巨大威胁,亟需深入开展珠江河口咸潮研究。系统归纳前人关于珠江河口咸潮上溯方面的研究成果和存在问题,总结近年气候变化和人类强扰动双重作用下珠江河口咸潮入侵的相关研究,指出未来珠江河口咸潮入侵研究需重点关注的问题,强调应加强气候变化和人类活动干扰背景下的珠江河口咸潮入侵演变规律研究。

珠江河口生境演变与生物变化趋势

珠江河口地处粤港澳大湾区的核心区域,是世界上生境结构最为复杂的河口区域之一,其生态系统具备高度的开放性、敏感性、脆弱性和较低的稳定性。随着粤港澳大湾区城市化进程和海洋经济的持续发展,人类活动对珠江河口生态系统的干扰日益加剧,河口生境结构和水生生物群落发生了巨大的变化。概述了珠江河口形态结构、水环境的变化,分析了人类活动和气候变化对珠江河口的影响,提出了珠江河口水生态系统保护建议,为珠江河口生态安全和粤港澳大湾区高质量发展提供战略参考。

珠江河口虎门水道健康评价与管理对策研究

在虎门水道河湖健康评价过程中,结合河道实际情况,构建评价体系,确定评价权重及赋分标准,根据评价结果给出相应合理化对策建议。评价结果能较全面地体现虎门水道河湖健康状况,为珠江河口地区复苏河湖生态环境及开展河湖健康评价工作提供借鉴和参考。

基于水文变异诊断系统的珠江河口三角洲水沙情势演变分析

为解决单一或较少水文变异检验方法无法充分支持检验结果的可靠性的问题,本文基于10种水文变异检验方法构建水文变异诊断系统,对珠江河口三角洲马口、三水、博罗水文站1959~2019年的实测水沙序列进行综合性变异特征诊断,并对水沙情势变化的成因展开分析。结果表明,1990年以来,珠江河口输沙量较1990年前显著减少,其中马口、三水两站近十年的最大输沙量较多年平均值分别下降65.45%和65.53%。在水沙序列变异形式上,马口站主要为跳跃变异,三水站为趋势变异,而博罗站年径流序列变异特征不明显,年输沙序列为跳跃变异。水沙情势变化导致由三水站进入三角洲河网区的分流比增加约8.1%,分沙比增加约28.3%,进而引起珠江河口东四口门的分沙比增加。在水沙情势变化的成因方面,上游拦河筑坝、流域采砂、水土保持等人类活动是珠江河口水沙量变化的主要原因。

珠江河口环流季节性变化特征分析

河口环流控制区域动力格局影响河口盐度、悬沙和营养盐的输运。基于海洋同化数据HYCOM,分析了珠江口环流的季节变化特点及其演变规律,构建了珠江河口环流年际运转路线。结果表明:①珠江口及其邻近水域的海流呈现明显的季节性变化,变化周期约为1 a,且越靠近外海变化周期越显著;②珠江河口外海常年被环流控制,冬季表现为西南向沿岸流,而夏季受南海暖流的影响,反转为东北向上升流,其中前者占比约66.5%大于后者约33.5%;③珠江河口内海流夏季表现为西南—东北向的往复流,冬季表现为逆时针环流。

珠江河口沉积物粒度特征及其对底层水动力环境的指示

珠江口伶仃洋及邻近海域沉积物粒级变化大。频率分布曲线形态的变化揭示了珠江河口不同区域泥沙来源的差异。在平面分布上 ,粗粒级含量从西北部和北部向东南部迅速降低 ,而细粒级含量高值往往出现在河口中部。表层沉积物平均粒径梯度变化方向与珠江口悬浮物的运移方向大致吻合。反演获得的底层海流不同区域的优势速度与实测资料相符。两者较好地指示了沉积物多年平均优势海流速度和方向 ,表明利用沉积物粒度数据比较成功地反演出了珠江口沉积物推积前的搬运水动力环境。

珠江河口水生生物中多溴联苯醚的分布

对珠江河口生物样品中多溴联苯醚（PBDEs）的含量进行了检测。所采集的鱼类（鲬鱼，大黄鱼、银鲳、舌鳎、龙头鱼），虾类（刀额新对虾．近缘新对虾）及虾蛄类生物样品肌肉组织中10种PBDEs（BDE28，47，66，100，99，85，154，153，138，183）的含世分别为37．8～407.1ng·g^-1（脂肪归-化浓度）．49．0～239．1ng·g^-1和142～444.5ng·g^-1．所有样品中，BDE47相对含量最高，其相对于∑10PBDEs的贡献为53．7％～66．9％，不同类别的鱼、虾之间PBDEs含量及组成的差别可能与不同物种之间的食性、栖息环境以及对PBDEs吸收、代谢能力的差异有关。鱼肝中PBDE含量与肌肉组织中PBDE含量的对比分析表明，多溴联苯醚在鱼肝中的富集能力高于鱼肉。

珠江河口沉积物中石油烃分布及其与河口环境的关系

采用紫外分光光度法对 1999年夏季珠江河口的表层和柱状沉积物中石油烃含量进行了分析 ,同时探讨了石油烃污染与环境地质的关系。结果表明 :表层沉积物中石油烃含量在 (15～ 92 3)× 10 -6,平均值为 2 0 8×10 -6,珠江口表层沉积物石油烃含量仍在最高允许值以下 ,其含量在一定程度上随着冲淡水流向不断降低。沉积柱中的垂向分布上石油烃含量与沉积物中细颗粒含量成正相关。影响珠江口沉积物中石油烃的因素是复杂的 ,其中主要受沉积物类型、粒度和冲淡水混合过程中物理化学因素影响。另外 ,一些站位柱状样层位中石油烃含量的跃变 ,主要是由于珠江口沉积分异所致。

珠江河口演变规律及治理利用问题

现代珠江三角洲形成具有发展的阶段性、形式的多样性和淤积的不平衡性等特点。因而近 5 0 0 0～ 6 0 0 0年来珠江河口演变有如下特征和规律 :(1)在纵向上 ,河口性质发生由废弃河口→河流优势型河口→河流—波浪型河口的转换变化 ;(2 )在横向上 ,向海凸伸的三角洲及其河流优势型河口和其两侧向陆凹入的河口湾或潮汐优势型河口相依并存 ,并随三角洲的发展 ,衍生出“河道”与“潮道”共生的现象 ,此是陆海动力耦合和相互作用的表现 ;(3)“河道”与“潮道”间的横比降愈来愈大 ,其间之横向汊道起着良好的调节作用。目前珠江河口的治理应强调保护利用问题 。

珠江河口咸潮期间浮游植物的群落特征

根据2007年底至2008年初珠江河口咸潮入侵期间大潮和小潮的两次调查资料,对浮游植物的种类组成、种数和细胞密度的分布等群落特征进行了分析,并探讨环境因素对浮游植物群落的影响。共鉴定浮游植物76种,包括38种硅藻、18种绿藻、14种甲藻、4种蓝藻和2种裸藻。浮游植物种数分布有明显的空间变化,一般从河口上段至下段种数减少;大潮时浮游植物的种数低于小潮时,并且各水层之间浮游植物种数分布不均匀。优势种以淡水硅藻为主,如颗粒直链藻Melosira granulata、颗粒直链藻最窄变种Melosira granulata v.angustissima、小环藻Cyclotella sp.和海链藻Thalassiosira sp.等;河口上段的站优势种突出,密度分布不均匀,均匀度值比较低。大潮和小潮期间浮游植物细胞密度的平均值分别为53.80×104个.L-1和62.21×104个.L-1,变化范围为(1.48-290.41)×104个.L-1和(1.52-283.62)×104个.L-1;二者的平面分布趋势基本相同,由河口上段至下段呈递减的格局;硅藻类的细胞密度占明显优势。浮游植物的种类组成、种数和细胞密度的分布受盐度、营养盐等环境因子的影响,并且具有明显的潮周期性。

珠江河口重金属镉的含量与分布的季节特征

对珠江河口水体、沉积物和生物体中重金属镉(Cd)的含量与分布进行调查研究,结果表明,水体中Cd含量范围在0.022～0.047 1 mg/L,并且Cd含量在时间上由高到低依次为:2月、5月、11月、8月,2月Cd含量显著高于5月、8月和11月(P<0.05)。以海水水质标准衡量,珠江河口水体2008年中大部分时间为海水二类水质。沉积物中Cd含量范围在5.062～9.239 mg/kg,平均含量为6.974 mg/kg,并且沉积物中Cd含量均超过海洋沉积物3类标准。与国内外河口比较,珠江河口沉积物中Cd含量处在较高水平,污染比较严重,并且有逐年升高的趋势。生物体中Cd含量范围在0.144～0.430 mg/kg,鱼类Cd含量均超过国家水产品卫生标准,并且肉食性鱼类Cd含量略高于杂食性鱼类,但差异不显著(P>0.05)。与往年调查进行比较发现,珠江河口鱼类Cd含量2000年较1988年有大幅增加,并且2000年以后增加也比较明显。

珠江河口沉积物中拟除虫菊酯类农药污染及毒性评价

拟除虫菊酯农药是一种广谱、高效、低毒、低残留的亲脂性杀虫剂,它会随农田排水、降雨淋洗进入水体,最终进入沉积环境,故沉积物是其最终归宿之一。本研究针对珠江河口沉积物中菊酯类农药的污染状况进行调查,研究它们的含量、组成比例、污染来源及其潜在毒性,为珠江渔业水生生态环境管理及掌握环境中有机污染情况提供依据,对保护渔业环境安全有十分重要的意义。2012年5月采集珠江河口表层沉积物,采用气相色谱法-电子捕获法(GC-ECD)对表层沉积物中联苯菊酯、甲氰菊酯、高效氯氟氰菊酯、氯菊酯、氯氰菊酯、氰戊菊酯、溴氰菊酯进行残留检测,并利用其对钩虾的生物毒性来评价沉积物的潜在毒性。结果显示,表层沉积物(以干质量计)中7种菊酯类农药质量分数介于ND^6.59μg·kg-1(ND表示未检出),平均值为0.75μg·kg-1,其总质量分数与有机碳质量分数呈现一定的正相关性;组成比例表明,氯菊酯最多,占总量的57.63%,它的检出率为61.90%,甲氰菊酯其次,约占总量的16.39%,检出率为28.57%,氯菊酯占主要组成部分,可能与其在珠江三角洲居民生活中被大量使用及其降解速率有关;珠江桥采样点高浓度的菊酯类农药的检出(6.59μg·kg-1),可能与其靠近人口密集和经济发达的广州有关;与国内外其他地区相比,珠江河口沉积物中菊酯农药处于较低水平;采用毒性单元TU(选用钩虾Hyallela Azteca的LC50)进行毒性评估,∑TU值范围为0~0.09,远远低于1,表明珠江河口拟除虫菊酯不存在生态风险。

珠江河口底边界层湍流特征量研究

通过高频流速仪ADV和脉冲相干声学多普勒剖面仪PC-ADP对珠江河口崖门底边界层进行了三个测次潮内(25 h)顶点连续观测,利用观测数据计算分析了潮流底边界层内的湍流特征量及其时空变化。结果表明:1)对于半日潮流占优的河口,各湍流特征量均具有明显的四分之一周日的变化规律;2)湍流强度、床底应力和摩阻流速在潮内的平均值以位于河口湾的测点所测值最大,依次向上游递减,而湍动能耗散率则沿河口湾至上游逐渐增大;3)三个测次边界层内涡动粘滞系数的平均值分别为2.42×10-3m2/s、2.20×10-4m2/s和6.16×10-4m2/s,拖曳系数的均值为7.89×10-3、1.63×10-3和1.99×10-2,两者潮内的变化均非常显著,相差可达一到两个数量级;4)在充分混合的潮流底边界层内,湍动能生成与耗散基本处于局部平衡状态,三个测次湍动能耗散率均值在8.89×10-5W/kg^7.43×10-6W/kg之间。

珠江河口氮和磷循环及溶解氧的数值模拟 Ⅰ.模式建立

为了研究珠江河口营养物质循环和溶解氧,建立了一个生态型水质模式.在该水质模式中营养物质以溶解无机态、碎屑有机物质、底栖物质、浮游植物和浮游动物等5种形态出现,而每种形态均分氮和磷两种形式.水质模式采用三维形式,并与斜压水动力和泥沙模式联立运行.