方神光，崔麗琴

(珠江水利委員會珠江水利科學(xué)研究院，廣東 廣州 510611)

珠江八大口門中，以磨刀門輸水輸沙量最大，其上游磨刀門水道從西江干流百頃頭至燈籠山河段，全長約44km。該水道年徑流量占珠江入?？倧搅髁康?8.3%，但年內(nèi)分布不均，主要集中在每年的汛期(4—9月)［1］?？菟竟?jié)，隨著上游徑流量的大幅度減少，周邊城鎮(zhèn)的供水安全經(jīng)常受到咸潮災(zāi)害的威脅。珠江河口咸潮活動規(guī)律可分為潮優(yōu)型(主要為虎門)和徑控型(主要為崖門、虎跳門、雞啼門、磨刀門、橫門、洪奇門和蕉門)［2-3］，潮優(yōu)型鹽淡水混合主要表現(xiàn)為垂向均勻，徑控型主要表現(xiàn)為高度分層。譚超等［4］研究表明，洪季磨刀門河口由于徑流占顯著優(yōu)勢，洪水成為攔門沙演變的主要動力，水體分層明顯，表現(xiàn)為浮力射流;賈良文等［5］對枯季實測資料分析顯示，枯季磨刀門水道潮流以潮動力為主，存在明顯的因鹽度入侵而形成的密度環(huán)流;應(yīng)秩甫等［6］分析指出，不論是洪季還是枯季，伶仃洋水域東、西航道都出現(xiàn)顯著鹽水分層或異重流現(xiàn)象。針對近年來磨刀門水道咸潮災(zāi)害加劇的原因，韓志遠(yuǎn)等［7］認(rèn)為近年河道采砂和河口圍墾導(dǎo)致口門“調(diào)淡”作用喪失是主要因素;諸裕良等［8］則提出了一種簡單有效的鹽水入侵預(yù)測模式，并分析了磨刀門水道增大壓咸流量的最佳時機(jī)。鹽水入侵不僅直接影響兩岸城市和工農(nóng)業(yè)取水水質(zhì)，且因影響水體理化性質(zhì)，間接影響沿線生態(tài)環(huán)境。邱耀文等［9］指出氣體在水中的溶解度與鹽度負(fù)相關(guān)，在河口地區(qū)，海流帶來的低溫、高鹽和低溶解氧的水團(tuán)與河水混合，使向河口方向水中的溶解氧含量逐漸降低;曹玉鵬等［10］試驗分析了福建可門港海相淤泥和江蘇白馬湖湖相疏浚淤泥的沉積規(guī)律，顯示淡水環(huán)境下泥漿的沉降量大于鹽水環(huán)境下的沉降量;Chen等［11］研究磨刀門水道鹽水入侵時發(fā)現(xiàn)，珠江口渾濁度和有色可溶性有機(jī)物濃度存在線性相關(guān)性，渾濁度大，總懸浮物量大的水體對有機(jī)物有強(qiáng)大的吸附力;陳祖軍［12］分析顯示長江口枯水期水源地咸潮入侵與其發(fā)生首日的大通水文站前6日日徑流量相關(guān)性相對較好，并就抑制咸潮入侵提出了相關(guān)建議。

為探討磨刀門水道近些年來咸潮的活動特性，珠江水利科學(xué)研究院于2009年12月10—25日對磨刀門水道上至竹銀、下至磨刀門口門之間近40km的磨刀門水道中的8個站點(圖1)表、底層鹽度進(jìn)行了同步逐時測量，其中1號測點位于磨刀門口門位置，距大橫琴水文站以南約3.8km，8號站點位于竹銀，4號站點布置在洪灣水道內(nèi)。本文依據(jù)實測表、中、底層鹽度數(shù)據(jù)對該水道的枯季鹽度入侵特性進(jìn)行分析和探討。

圖1 磨刀門水道測點分布

1 磨刀門水道鹽度沿程分布特性

統(tǒng)計磨刀門水道不同潮型特征鹽度情況如圖2和圖3所示，其中橫坐標(biāo)x是距口門1號測點的距離，向上游方向為正。

圖2 磨刀門水道枯季漲落潮平均鹽度

圖3 磨刀門水道枯季漲落潮最大鹽度

a.各潮型表、底層鹽度總體呈向上游遞減的趨勢;其中口門位置表、底層平均鹽度在不同潮型下均相差較大，差距在1.7% ～2.4%之間;上游竹銀位置不同潮型下的表、底層鹽度相差較小，漲落潮平均鹽度都在0.1%以內(nèi)。

b.表層鹽度基本隨潮差增大而增大，底層鹽度大體隨潮差增大而減小，即小潮時的底層平均鹽度反而要大于大潮和中潮，且小潮期間漲潮的鹽度要大于落潮。

c.從表、底層鹽度相對差統(tǒng)計來看，小潮期間表、底層鹽度差別大于大潮和中潮，大、中、小潮期間底層平均鹽度分別比表層大43.1%、53.4%和77.4%，可見小潮期間更容易形成鹽水楔或異重流現(xiàn)象。

d.最大鹽度分布與變化規(guī)律與平均鹽度一致;但從竹銀段8號測點實測資料來看，盡管該位置表、底層漲落潮平均鹽度值都小于0.1%，且表層最大實測鹽度值也都小于0.1%，但部分時段內(nèi)底層鹽度仍達(dá)到0.3137%和0.2483%，可見即使在該位置，底層鹽度入侵的現(xiàn)象也相當(dāng)明顯。

2 磨刀門水道鹽度垂向分布特性

圖4～7給出了磨刀門水道1號和8號測點大小潮期間流速和鹽度垂向分布。其中流速以流向外海為正。

2.1 口門鹽度垂向分布特性

圖4 1號測點大潮期間流速與鹽度垂向分布

圖5 1號測點小潮期間流速與鹽度垂向分布

圖6 8號測點大潮期間流速與鹽度垂向分布

圖7 8號測點小潮期間流速與鹽度垂向分布

a.大潮時，漲急和落急時的流速分布分別呈正、反“S”形，表層流速顯著大于底層;漲憩和落憩時，流速很小，漲憩時流速垂向分布為中間層大于表底層，落憩時則呈反“S”形，表、底層流速大，中間流速小，且表、底層流向相反;鹽度近似傾斜直線分布，底層鹽度略大于表層，落潮期間表底層鹽度差別略大于漲潮;鹽度與流速分布之間呈現(xiàn)一定的對應(yīng)關(guān)系，且落潮期間最為明顯;流速與鹽度變化線的拐點都在4 m水深附近。

b.小潮時，漲急和落急時的流速分布仍呈正反“S”形，表層流速顯著大于底層;漲憩和落憩流速都很小，漲憩時流速呈垂直線分布，落憩時流速呈“凸”形，表、底層流速相反，中間層流速大于表、底層;小潮期間，口門位置漲急和漲憩時的鹽度都近似直線分布，表底層鹽度差別很小，鹽度垂向分布較為均勻;落潮期鹽度垂向呈現(xiàn)明顯的“S”形，表層鹽度顯著小于底層;落潮期鹽度分布與流速分布存在顯著對應(yīng)關(guān)系，且流速與鹽度變化線的拐點在水深2.0m左右位置。

2.2 水道上游鹽度垂向分布特性

8號測點位于本次現(xiàn)場測量的上游端，由于距離口門較遠(yuǎn)，受徑流影響較大，流速和鹽度沿垂向變化規(guī)律較口門處有所不同。

a.大潮時，漲急和落急時的流速總體近似直線分布，表層流速大于底層;漲憩和落憩時，流速較小，漲憩時底層流速大于表層，落憩時流速垂向方向變化不大;鹽度總體較小，除漲憩段有明顯鹽度外，其他階段鹽度都接近零。

b.小潮時，徑流作用進(jìn)一步凸顯，漲急時刻，水深0～7.5m范圍流速變化不大，7.5～12m范圍流速迅速增加到最大值，從12m至河床底部流速迅速減小，該現(xiàn)象顯然是由于漲潮期間鹽水楔由底部向上游迅速上溯形成;落急時，流速垂向分布仍呈“S”形，表層顯著大于底層。

c.小潮期間，淡水層與鹽水層具有明顯的界限。漲急、落急和落憩時刻，淡水層和鹽水層在的分界大致在水面以下水深6.0m左右，漲憩時刻分界顯著上移到水深2.5m左右。漲急、落急和漲憩時刻，在淡水層與鹽水層的分界處流速垂向分布有明顯拐點，與鹽度分布具有較好的對應(yīng)關(guān)系;漲憩時，流速垂向變化很小，顯示徑流與潮汐作用力接近平衡，咸淡水混合最充分，含鹽水層厚度也達(dá)到最大。

從本次枯季磨刀門水道實測表、底層鹽度資料分析可見，磨刀門水道表層鹽度顯著小于底層鹽度，小潮期間該現(xiàn)象最為明顯;小潮期間的底層鹽度要大于大潮和中潮，形成明顯的鹽水分層現(xiàn)象，顯示磨刀門水道枯季小潮期間的鹽水入侵更為嚴(yán)重;表層鹽度變化規(guī)律仍基本遵循隨潮型增大而增大的規(guī)律。該現(xiàn)象與劉杰斌等［13］根據(jù)2008—2009年豐水年枯季和2007—2008年枯水年枯季磨刀門水道表層實測鹽度資料分析得到的規(guī)律基本一致。

3 磨刀門水道鹽度變化規(guī)律

圖8給出了沿程表、底層平均鹽度實測值的擬合線，表、底層在大、中、小潮時的擬合公式分別為

圖8 磨刀門水道枯季表層和底層鹽度擬合線

式中:S為磨刀門水道上游表層或底層位置的鹽度;Ss、Sb分別為表層和底層鹽度;S/Ss和S/Sb為相對鹽度。其中式(1)(2)(3)分別為大、中、小潮時的磨刀門水道表層鹽度擬合公式，式(4)(5)(6)分別為大、中、小潮時磨刀門水道底層鹽度擬合公式。

a.磨刀門水道表、底層平均鹽度分布規(guī)律可采用兩段曲線進(jìn)行擬合，近口門河段可采用直線擬合，上游段可采用指數(shù)曲線擬合;大潮時，兩種分布規(guī)律的分界位置距口門23km左右(6號測點，聯(lián)石灣水閘附近)，中潮和小潮時，該分界位置距口門17km左右(5號測點，大沖口水閘附近)。

b.中潮和小潮時的表層鹽度分布曲線相當(dāng)接近，且在距口門30km(7號測點)范圍內(nèi)，表層鹽度明顯小于大潮時的表層鹽度，上游各潮型的平均鹽度差別不大，枯季磨刀門水道的鹽度影響范圍主要集中在近口門30km范圍的水域。

c.大、中、小潮下近口門的鹽度沿程變化斜率分別是－0.0315、－0.029和－0.0205，可見小潮時底層鹽度向上游方向減小得最為緩慢;鹽度呈指數(shù)變化時，大、中、小潮下的指數(shù)分別是－0.1552、－0.1791和－0.1411，同樣可見小潮時底層鹽度沿程衰減最為緩慢;潮汐對底層鹽度的影響范圍在口門上游約40km以內(nèi)，明顯比表層影響范圍大。

d.表1給出了各測點位置表底層鹽度的差值(底層鹽度減去表層鹽度)，可見，表底層最大鹽度差值位置出現(xiàn)在2號測點(橫琴水文站)附近，且潮汐越小，表底鹽度差值越大，越容易形成鹽水楔或鹽水異重流現(xiàn)象。

根據(jù)擬合公式可預(yù)測磨刀門水道上游各位置表、底層的平均鹽度。但從1號至3號測點10km左右范圍內(nèi)表層鹽度擬合線與實際值差別較大，該河段正好位于磨刀門水道與洪灣水道匯合口至口門區(qū)間，相對匯合口上游河段來看，該區(qū)段鄰近外海，受潮汐作用明顯，同時島嶼和淺灘眾多，表層水體同時受磨刀門水道和洪灣水道下泄淡水影響，流態(tài)和鹽度變化復(fù)雜，應(yīng)用時需要進(jìn)行修正。

表1 磨刀門水道各測點表底層鹽度差值

4 結(jié)論

a.磨刀門水道水體表底層鹽度總體呈現(xiàn)依次向上游遞減的規(guī)律;其中口門位置表、底層平均鹽度在不同潮型和漲落潮下相差較大，變化范圍在1.7%～2.4%之間，上游竹銀位置不同潮型下的表、底層鹽度相差較小，平均漲落潮鹽度都在0.1%以內(nèi)。

b.磨刀門口門位置漲落潮期間的流速垂向總體呈“S”形分布，流速與鹽度分布存在較好的對應(yīng)關(guān)系，且大潮和小潮期間流速與鹽度垂向變化的拐點分別在水深4.0m和2.0m左右;磨刀門上游竹銀位置大潮期間鹽度垂向方向都接近于0;小潮期間存在顯著的淡水和鹽水分層現(xiàn)象，鹽水層位于淡水層底部，分界線一般在水深6.0m左右變化，漲憩時刻鹽水層厚度顯著增大，分界線能達(dá)到水深2.5m左右。

c.磨刀門水道表、底層平均鹽度分布規(guī)律可采用直線和指數(shù)曲線進(jìn)行較好擬合，近口門位置河段鹽度可采用直線擬合，即鹽度分布規(guī)律呈現(xiàn)直線遞減趨勢，上游段可采用指數(shù)曲線擬合，即上游段鹽度呈現(xiàn)指數(shù)遞減規(guī)律;大潮時，兩種規(guī)律的分界位置在聯(lián)石灣水閘附近，中潮和小潮時，分界位置在大沖口水閘附近。

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