西北江径流量变化对感潮河口咸潮上溯的影响

近年来,珠江三角洲地区咸潮灾害频发,区域供水安全受到威胁,快速、准确地预测咸潮上溯距离对潮汐影响河段取水口优化布置具有重要意义。基于盐度对流扩散方程,推求河口咸潮上溯距离与径流的理论关系并通过构建珠江口水动力-盐度模型,分析咸潮上溯对径流变化的响应特征,提出磨刀门咸潮上溯距离与径流响应模型,继而比较不同咸潮上溯半经验模型在相同水文条件下的应用差异性,评估不同预测模型在磨刀门的适用性。结果表明:在不同的流量动力组合下,珠江口咸界均呈现S形分布特征。咸潮上溯距离L与上游径流量Q在理论上呈现幂指函数关系,利用半经验模型预测磨刀门的咸潮上溯距离是可行的。Savenije模型和L-Q响应模型较好地考虑了实际地形和动力特征的影响,并且模型的计算精度和效率高,可实现磨刀门咸潮上溯距离的快速预测。

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。

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。

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。

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。

基于DEM的西江磨刀门水道近40年来河床演变特征研究

建立了西江干流磨刀门水道1962年、1977年、1999年的DEM,研究珠江三角洲磨刀门水道近40年的河床演变。结果表明:1962—1999年磨刀门水道总体表现为冲刷状态,净冲刷量约576万m3,年均冲刷率16万m3/a,单位河长冲刷率约13万m3/km,断面面积减小,河床深槽范围扩大,平均水深、河宽均增大,宽深比减小,断面向窄深发展;但不同时段冲淤特性表现不同,1962—1977年表现为淤积,淤积量2 033万m3;1977—1999年处于冲刷状态,冲刷量2 617万m3。磨刀门水道不同阶段河床冲淤演变与流域人类活动引起的来水来沙变化、三角洲网河联围筑闸、河床采砂以及由此引起的三角洲网河水沙分配变化等因素密切相关。整体看,磨刀门水道近期演变趋势仍将表现为以冲刷为主的自适应调整。

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)。

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。

珠江磨刀门河口洪季悬沙与沉积物颗粒度分布及交换过程

基于洪季磨刀门河口实测水沙观测资料和河床表层沉积物数据,通过对不同区域不同时刻悬沙浓度和粒度、沉积物粒径组成分析,运用因子分析和粒度谱等统计计算方法,重点研究近期洪季磨刀门河口及滨海水域悬沙与河床沙交换过程及其动力机制。结果表明:磨刀门河口拦门沙内河道及汊道口区域的动力以径流为主的涨落潮流流系,悬沙与河床沙交换过程较弱;拦门沙浅滩区域泥沙运动表现为"波浪掀沙,潮流输沙"特性,再悬浮泥沙平均量占实测悬沙浓度的32%;拦门沙外滨海水域悬沙组成受径流与潮汐相对强度影响显著,构成上大潮时以再悬浮泥沙为主,小潮时则以径流下泄悬沙沉积为主,而悬沙输运方向受到东南向波浪和沿岸流控制。

珠江口磨刀门水道盐度变化对水文气象要素的频率响应特征

以2010年11月-2011年3月磨刀门水道挂定角、联石湾、竹排沙、平岗和竹银5个测站的盐度、马口水文站流量、三灶站潮位和竹银站的主流向风速为基本数据,应用偏相干谱估计方法分析了各测站盐度变化对潮汐、流量和风的频率响应。经验诊断分析结果表明:1)马口站入海径流存在准1日、半日、1/4日和1/3日等显著的潮致振荡周期;2)各测站盐度变化与潮汐主要振荡周期并不一致,沿磨刀门水道向上游,潮汐对盐度变化的影响递减,竹银站盐度可作为潮汐直接作用下咸潮上溯的平均上限位置;3)消除潮汐和径流的影响后风对盐度变化的作用明显加强;4)各测站盐度变化对潮汐、流量与风的响应过程存在时间超前或滞后但无特定规律,说明磨刀门水道盐度变化过程十分复杂。

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。

磨刀门口门治理研究及工程实践效果分析

80年代初水利部珠江水利委员会开展珠江磨刀门口门治理规划 ,作为规划的前期工作 ,进行了磨刀门水沙特性的研究 ,并在此基础上 ,进行了治理方案的比选。 1992年磨刀门治理规划工程方案已大部分实施 ,产生了显著的社会效益和经济效益。本文对工程实施后磨刀门口门水沙特性的变化进行分析 ,并与方案论证时的研究成果进行比较。

珠江口磨刀门泥沙絮凝特征

本文利用激光粒度仪实测得到珠江口磨刀门河口2013年夏季悬浮泥沙现场絮凝及絮凝体特征,同时对比悬沙分散粒径和含沙量,研究表明：悬沙分散粒径平均值为27.9μm,现场实测絮团粒径平均值为91.6μm,表明磨刀门口外的悬浮泥沙絮凝现象显著;实测絮团平均粒径变化范围为13.0~273.8μm,小潮期间絮团粒径平均值为131.5μm,大于大潮平均值76.9μm;絮凝体粒径在垂向上的变化表现为由表及底先变大再变小。絮团体积浓度、沉速与粒径的关系在不同情况下有差异,体积浓度和絮团粒径在表层和中层有明显正相关关系,絮团沉速在大潮时刻随着粒径的增大而增大。综合分析影响絮凝的因素,得知在珠江口盐度对于絮团大小影响不明显;而流速大小的差异是影响大小潮之间絮团大小不同的主要因素。研究结果有助于了解珠江口细颗粒泥沙输移特性和相关生物化学过程。

海相三角洲沉积单元划分及其对勘探砂体对比的意义——基于现代珠江三角洲沉积水动力综合研究

从水文地质、地理、地貌学角度,融合河流、波浪、潮汐水动力,对现代珠江三角洲体系中河流、波浪和潮汐的成因单元共存现象进行综合解读,建议引入"沉积单元"的概念,搭积木似组合亚相和相,重建海相三角洲沉积体系。同时认为,对于前积特征明显的三角洲中进行砂体对比,层序地层学等时格架内的砂体多采用前积式(斜层)对比方案,但传统的岩性地层(平层)对比方案也有可取之处。尤其在开发阶段,进行沉积微相导向的砂体对比时,建议结合地震反射特征确定对比方案。在具体对比手段上,应结合沉积砂体展布、油气水关系、邻井对比、动态压降等实际资料,进而建立储层地质模型,使模型既能反映沉积环境,更能预测储层。

磨刀门水道近50年河床演变及其冲淤成因分析

为弄清磨刀门水道河床演变及其冲淤成因,利用历年实测地形资料,建立DEM模型,进行河床演变分析,结果表明:磨刀门水道主槽不断冲刷,滩地有淤有冲。从上游来水来沙条件、河床边界条件、人类活动等方面进行冲淤成因分析,确定主要影响因素,预测河床演变趋势,为将来河道治理与开发提供科学依据。

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。

珠江河口磨刀门口外东西两汊实测分流比分析

磨刀门是珠江河口八大口门中泄洪量最大的口门,口外已形成稳定的东西两汊滩槽格局及中心拦门沙。两汊的分流比是磨刀门河口治理的重点关注问题。根据磨刀门河口及口外东西两汊2015年9月10～11日大潮同步水文观测资料,分析了东西两汊实测流速、流向及分流比特征。结果表明:东西汊总体以往复流为主,在转潮过程会出现一定的旋转流;落潮时表层流速大,底层流速小;涨潮时底层流速大,表层流速小,在转潮时刻会出现短暂表落底涨的现象;西汊的落潮量分流比大于东汊,且净泄量分流比为66%,是磨刀门入海口的主要泄水通道;而东汊的涨潮量分流比大于西汊,是磨刀门入海口的主要涨潮通道。因此,在磨刀门口外治理规划时,需重点考虑东西两汊的自然演变及分流比情况,保证其泄洪纳潮的功能。

基于水幕方法的珠江河口抑咸对策

基于数值模拟手段,论证水幕方法扰动底层盐水楔实现抑制咸潮入侵的可行性。结果表明,在磨刀门河道上游深槽设置水平喷水干扰盐水楔,可以有效减弱底层盐水浓度,在底部高盐水团附近喷水的抑咸效果优于其他断面,并且喷水流量存在最优值,当小于该值时,咸潮上溯距离随流量的减小逐渐增大,当大于该值时,咸潮上溯距离随流量的增大逐渐增大。进一步研究发现磨刀门河口地区小潮期进行盐水楔扰动的效果最好,低盐度等值线(≤0. 5‰)向外海退缩程度显著,有利于河口区取水。

珠江河口磨刀门口外拦门沙近期演变分析

珠江河口磨刀门口外拦门沙的形成,受径流、潮流、沿岸流、波浪影响,且河口的地形条件及泥沙运动也是拦门沙的重要影响因素。根据近40 a来实测地形资料,对磨刀门口外中心拦门沙、西侧拦门沙、东西两汊深槽的演变进行了分析,并对拦门沙区域的冲淤变化进行了讨论。分析结果表明:珠江河口磨刀门口外拦门沙区东、西汊不断向海延伸、拓宽,大洪水对东、西汊的发育起到显著促进作用;东汊走向则有一定摆动,东汊发育具有显著的季节性特征,受波浪改造作用明显;中心拦门沙内外坡以冲刷为主,滩顶淤积加高,南北径缩短;西侧交杯沙在波浪作用下呈新月形发育,交杯四沙向陆并岸的过程中,易受到洪水冲决作用,在并岸的浅滩中冲出深槽。研究结果可为河口规划、整治提供参考。

珠江河口磨刀门水道咸潮上溯主要影响因素探讨

近年来珠江磨刀门水道盐水入侵呈逐渐加剧趋势。基于已有研究成果和资料,分别对影响咸潮上溯的拦门沙、上游径流及河道水深演变特性3个主要因素进行了分析,以便找出盐水入侵加剧的原因。通过探讨主要影响因素演变特性与磨刀门水道盐水入侵趋势加剧的相互作用关系,认为磨刀门口门拦门沙的蚀退以及口门向河-波型转化是盐水上溯加剧的主要原因之一,而径流量的变化是否是主要原因尚存在一定的争论,磨刀门水道下切导致盐水上溯加剧和蓄盐能力增强也是主要原因之一,但仍需进行更深入的研究和科学论证工作。