珠江河口界面過程及其排洪效應(yīng)研究.pdf

1、河口是河流系統(tǒng)與海洋系統(tǒng)之間的界面，具有明顯的界面特征。本文在廣東省水利廳專項(xiàng)基金《珠江河口界面過程及其排洪效應(yīng)》和廣東省軟科學(xué)基金《珠江河口排洪方向與路徑的戰(zhàn)略研究》的支持下，將河口看作典型地理界面，探討河口界面論的研究?jī)?nèi)涵，并以珠江河口為具體研究區(qū)域，研究河口發(fā)育的界面特征，從河口的界面結(jié)構(gòu)、功能和行為等諸方面解析河口界面的適應(yīng)性與穩(wěn)定性，著重討論不同河口界面的水體交換特征及其對(duì)洪水的適應(yīng)方式與適應(yīng)能力，為珠江洪水尋求合適的排泄方向

2、與路徑。 從河口界面的結(jié)構(gòu)與功能的相互關(guān)系的角度界定河口界面，并根據(jù)河口界面內(nèi)河流淡水與海洋鹽水相互交匯的特點(diǎn)，采用鹽度指標(biāo)，界定河口界面范圍為鹽度在0.5～30之間的沖淡水區(qū)域；其結(jié)構(gòu)包括高度分層、部分混合、充分混合三種形式。從動(dòng)力地貌學(xué)角度將河口界面進(jìn)一步細(xì)分為動(dòng)力界面、沉積界面及地貌界面等類型，初步探討了河口界面論的內(nèi)涵。 末次海侵結(jié)束以來，海平面基本穩(wěn)定的情況下，河口界面的沉積形態(tài)主要受泥沙供給速率與可容空間增長(zhǎng)

3、速率之比制約，珠江河口不同動(dòng)力類型的分流河口界面發(fā)育表現(xiàn)出一定的階段性和多樣性。由于泥沙供給速率與可容空間變化速率之比的變化，珠江河口界面整體上大致經(jīng)歷的上凹型、直線型和雙駝峰型三個(gè)階段，并預(yù)測(cè)將向單駝峰型發(fā)展。近百年來人為活動(dòng)影響下河口界面適應(yīng)性降低。 珠江不同類型河口界面的適應(yīng)性既有聯(lián)系又有差異，洪季時(shí)，磨刀門、虎門河口界面都以徑流動(dòng)力為主，潮周期內(nèi)的動(dòng)力適應(yīng)性表現(xiàn)為密度交界面深度的振蕩和混合方式的改變，總體調(diào)整空間較小?？?/p>

4、季時(shí)，磨刀門河口界面的波浪動(dòng)力增強(qiáng)，使攔門沙橫向發(fā)育，向河流-波浪型界面轉(zhuǎn)變?；㈤T河口界面枯季潮汐動(dòng)力強(qiáng)勁，伶仃洋段沖刷而獅子洋段淤積，與洪季的沖淤特性相反。在一個(gè)水文年內(nèi)，磨刀門起著單向?qū)Ч艿淖饔?，而虎門河口界面雙向輸沙，灘槽格局穩(wěn)定。河口界面對(duì)輸入界面的物質(zhì)和能量有滲透、過濾分選與防御功能，適應(yīng)的方式是多因素的綜合調(diào)整：在動(dòng)力上，通過水體混合方式與混合強(qiáng)度、交界面深度的調(diào)整以適應(yīng)徑流動(dòng)力與海洋動(dòng)力相互作用；對(duì)泥沙的適應(yīng)性包括兩個(gè)方面

5、：對(duì)不同泥沙來源、不同粒徑泥沙的綜合適應(yīng)性和對(duì)單顆粒泥沙自身理化性質(zhì)的適應(yīng)性。在沉積地貌響應(yīng)方面，既包括河口界面口門水深、河寬、比降等單因素的調(diào)整，也包括更大空間尺度的河道曲率、斷面形態(tài)、曲折系數(shù)等綜合因素的調(diào)整。 珠江河口界面動(dòng)力類型轉(zhuǎn)換有多種模式：蕉門由潮汐優(yōu)勢(shì)向徑流優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)變主要是在大洪水的沖決作用下完成的；磨刀門向河流一波浪型轉(zhuǎn)變則是口門延伸過快，波浪動(dòng)力被動(dòng)增強(qiáng)的結(jié)果；黃茅海由潮汐優(yōu)勢(shì)型向波浪優(yōu)勢(shì)型轉(zhuǎn)變，既有徑流動(dòng)力減弱

6、的影響，也有海向來沙增多致使納潮面積減小，潮汐動(dòng)力減弱的影響。 研究河口界面的適應(yīng)性，尤其是對(duì)洪水的適應(yīng)性，與河口界面水體混合及水體交換密切相關(guān)，而河口水體交換的強(qiáng)度可用界面水體沖洗時(shí)間(flushing time)來描述。河口界面以鹽度為指標(biāo)，其體積與以潮區(qū)界為上界的潮棱體不一致。在區(qū)分這種差異的基礎(chǔ)上，基于界面物質(zhì)守恒，推導(dǎo)了界面沖洗時(shí)間的計(jì)算公式： 在大規(guī)模人為活動(dòng)之前，洪季磨刀門沖洗時(shí)間為1.88T，枯季為6.3

7、4T；當(dāng)口門在人為活動(dòng)影響下延伸至島嶼遮擋區(qū)之外時(shí)，洪季沖洗時(shí)間為1.79T，枯季為6.15T；虎門河口界面沖洗時(shí)間1988年洪季38.13T，枯季為62.42T；2003年洪季為41.31T，2000年枯季為66.64T。 珠江三角洲洪水位異常區(qū)域分布于河口界面上邊界附近，其水位變化既受上游水量的影響，也受河口界面內(nèi)水體能量耗散與轉(zhuǎn)化的影響。潮汐并非三角洲河道水位異常的主要原因，西江、北江洪水相互頂托、溝通受阻才是三角洲腹部洪

8、水位異常的主要原因。河口界面對(duì)洪水的響應(yīng)方式可分為排洪、承洪和滯洪，分別用沖洗時(shí)間、界面調(diào)整空間、水位勢(shì)能基準(zhǔn)面三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行描述。磨刀門等徑流優(yōu)勢(shì)型河口界面排洪能力較強(qiáng)，但滯洪能力也強(qiáng)，而承洪能力弱；虎門等潮汐優(yōu)勢(shì)型河口界面有一定的排洪能力，而水體混合空間大，承洪能力強(qiáng)；同時(shí)水體混合充分，既有一定的混合空間，又有一定的混合時(shí)間，徑流動(dòng)能更易轉(zhuǎn)化為熱能而不是勢(shì)能，滯洪能力小。因此要充分利用潮汐動(dòng)力，尤其是落潮動(dòng)力排洪。針對(duì)珠江三角洲網(wǎng)河相

9、互連通相互影響的特點(diǎn)和縱向動(dòng)力差異，對(duì)珠江河口洪水進(jìn)行縱向防洪分區(qū)：在河流動(dòng)力控制段，宜采用“以防為主”的防洪措施，通過加固堤防提高防洪標(biāo)準(zhǔn)；珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)上界，采用“防泄兼顧”的洪水對(duì)策；河口核心區(qū)(河口界面)采用“泄蓄并舉”的措施來應(yīng)對(duì)洪水。 并對(duì)排洪方向與路徑進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：西北江同時(shí)發(fā)洪時(shí)，充分利用八大口門的排洪能力，以崖門、虎跳門為主要分流口分泄西江洪水，適當(dāng)控制三水分流比，減輕網(wǎng)河區(qū)泄洪壓力；當(dāng)洪峰組合以西江為主，北