方 神 光
(珠江水利委員會珠江水利科學研究院,廣州 510611)
澳門附近水域位于珠江口伶仃洋西側,伶仃洋屬于典型弱潮型河口,口門位置桂山島平均潮差為1.10 m,大虎為1.69 m[1],地形地貌呈現(xiàn)為典型的“三灘兩槽”格局[2],東槽和西槽為伶仃洋主要的泄洪納潮通道,河口受徑流和季風作用影響明顯,常年存在較為顯著的西南向沿岸流[3]。從20世紀70年代開始,伶仃洋水域和澳門水域都經歷了大規(guī)模的圍墾,至本世紀初大致形成了現(xiàn)有的岸線格局。伶仃洋口門斷面和暗士頓斷面的進出潮量分別占伶仃洋水域總納潮量的87.7%和12.3%[4],由于近30年的圍墾導致伶仃洋水域面積顯著縮小,水域納潮量減小約11.79%[5],但珠江口的灘槽格局基本仍保持不變,容積則呈現(xiàn)增加態(tài)勢,僅從1999-2011年間,增加了1.84 億m3,增加2.83%[6];上世紀80年代至1999年,珠江三角洲河網平均刷深5.43 cm/a,1999年至2008年才減緩為0.32 cm/a,其中西江片河網刷深是北江片河網刷深的4.9倍[7];西北江河網片不同的下切幅度導致珠江河口東四口門分水分沙占比大幅提升,伶仃洋水域水動力場整體增強,流速普遍增大0.1 m/s,懸沙濃度整體升高,平均增加0.02~0.05 kg/m3[8]。
澳門海域潮流強度中等,平均約0.6 m/s,落潮流速比漲潮流速一般大20%~30%,多年平均潮差約1.1m[9]。受上游徑流攜沙影響,澳門水域有高濃度懸沙帶的存在[10],且來自洪灣水道徑流輸沙量占總徑流輸沙量的82.0%~98.2%,灣仔水道的徑流輸沙量約占1.8%~2.1%[11];由洪灣水道徑流攜帶泥沙出洪灣水道口門后,水沙擴散,且受到十字門水道和灣仔水道水流的頂托,流速急劇減小,泥沙極易在匯流區(qū)和澳門水道落於[12],而近些年澳門水域的急速圍墾和大量涉水工程建設進一步加劇了這一趨勢,許多開發(fā)活動并沒有遵循水域發(fā)展的自然規(guī)律,泥沙的回淤已使一些港航設施的利用受到一定限制,過度的圍墾更帶來了新的環(huán)境問題[13]。本文采用實測水文資料,對澳門水域圍墾最為顯著的澳門機場附近潮流動力環(huán)境特性進行了詳細分析和探討。
澳門附近水域受島嶼分隔,水域內形成東、西向的澳門水道,該水道西接洪灣水道,東連伶仃洋,南北方向有灣仔水道和十字門水道,各水道互相貫通,呈十字形交匯,如圖1所示。澳門水道水沙匯入伶仃洋,是澳門附近水域泄洪、輸沙和潮流的主要通道。澳門水道徑流和泥沙主要來自洪灣水道[11],該水道分洪量約占磨刀門徑流量的 12%~18%[14],由于束水歸槽,河道單寬動力增加,總體呈現(xiàn)小幅度沖刷狀態(tài)[15]。為分析不同徑潮動力組合下澳門機場周邊水域潮流動力特性,分別選取了臨時測點和浮標測站的水文資料,分布位置如圖1所示。
(1)臨時布測3次:1994年7月23日-7月31日(簡稱“94.7”)的4個測點(巡1~巡4),1997年8月31日-9月4日(簡稱“97.9”)的5個測點(散1~散5),1997年3月25日-3月30日(簡稱“97.3”)的3個測點(散1~散3,與“97.9”散點一致);
圖1 澳門水域水系及測點布置圖Fig.1 River system and survey points layout in Macau water area
(2)固定浮標測站1個:機場浮標站,浮標站的投放時間是2015年底。
根據(jù)臨時測點和浮標站與澳門機場的位置關系及時間點,可以將澳門機場周邊水域大體分為北側水域和南側水域,各站點實測時間及所處位置如表1所示。
表1 澳門機場附近水域洪枯季測點布置表Tab.1 Survey points layout during dry and flood season in Macau water area
洪水期以“94.7”為典型,實測站點漲落潮流速、流向和歷時如圖2所示。其中,巡1和巡3的水文測驗時間處于大潮~中潮期,巡2的水文測驗時間處于小潮期,分析可見:
圖2 “94.7”洪水期潮流特征值Fig.2 Characteristics of tidal flowing during flood season in July, 1994
(1)潮動力越強,漲落潮流速也越大,如機場北側水域巡3測點的表、中、底層漲潮平均流速比機場南側水域巡2測點大56.2%,25.7%和19.5%,落潮平均流速分別大33.8%,17.3%和9.3%;潮流動力越弱,漲潮流速和落潮流速相差越大,如北側水域落潮流速整體比漲潮流速大約41.4%,南側水域大約62.5%。
(2)機場北側水域表、底層漲落潮流向基本一致,漲、落潮主流向都是以NW向和ESE向為主;南側水域表層和底層漲潮主流向分別是NNE向和WNW向,底層漲潮流向明顯較表層向左偏轉,落潮主流向都以SSW向為主。
(3)大潮時,機場北側水域表、中、底層漲落潮歷時相差不大,漲落潮歷時之比為0.82;小潮時,機場南側水域表、中、底層平均漲落潮歷時之比為0.14,顯示漲潮歷時顯著減小,落潮歷時顯著延長,且呈現(xiàn)由表層至底層漲潮歷時增大的趨勢。
(4)機場周邊水域余流流速整體呈現(xiàn)由北向南遞增趨勢;表層余流都大于底層,且越往南,表、底層之間的余流相差也越大;從余流流向來看,機場東北側水域余流流向以S向為主,機場北側澳門水道出口余流流向以ESE向為主,機場南側水域余流流向以SSW向為主,機場周邊水域余流流向由北向南總體呈現(xiàn)順時針偏轉趨勢。
中水期以“97.9”為典型,為大潮期,實測站點漲落潮流速、流向和歷時如圖3所示??梢姡?/p>
圖3 “97.9”中水期潮流特征值Fig.3 Characteristics of tidal flowing during mean-flux period in September, 1997
(1)漲潮流速總體由北至南遞減,表層落潮南側水域大于北側,中層相差不大,底層北側大于南側;落潮流速整體大于漲潮流速;
(2)機場北側水域漲潮流主流向以NNW向為主,落潮流向以SE~S向為主;機場南側水域落潮流以SSW向為主,較為穩(wěn)定,漲潮流向由表層的NE向變化到底層的NNW向,隨水深呈現(xiàn)左偏;
(3)機場周邊水域平均漲、落潮歷時之比為0.85,與洪水大潮期基本一致,可見大潮時澳門周邊水域主要由潮汐動力控制,徑流作用不明顯;漲潮歷時隨水深有所增加;機場南側水域漲潮歷時略小于北側,落潮歷時則相反;
(4)機場周邊水域表層和中層余流流速由北向南遞增,底層余流流速很??;表層余流都大于底層,差值由北向南擴大;從余流流向來看,機場北側水域余流流向由表層的ESE向變化到底層的SSW向,機場東北側水域的余流流向由表層的S向變化到底層WSW向,顯示機場北側水域余流流向隨水深呈左偏;機場南側水域表、底層余流流向則較為穩(wěn)定,以S向為主。
枯水期以“97.3”為典型,為中潮期,實測站點漲落潮流速、流向和歷時如圖4所示??梢姡?/p>
圖4 “97.3”枯水期潮流特征值Fig.4 Characteristics of tidal flowing during dry season in March, 1997
(1)機場水域表層漲潮流速北側大于南側,底層則小于南側,落潮流速變化趨勢則相反;南北側水域中層漲落潮流速相差不大;表層和中層落潮流速大于漲潮流速,底層略小于漲潮流速;
(2)機場北側水域漲、落潮潮主流向分別以N向和S向為主,表、中、底層相差不大;南側水域表、中、底層漲潮流向由WNW向偏轉到N向,變化較為復雜,落潮主流向較為穩(wěn)定,以S~SSW向為主,隨水深向左偏轉;
(3)機場周邊水域平均漲、落潮歷時之比為0.76,小于大潮期;平均漲落潮歷時隨水深增加,漲潮歷時隨水深增加;南側水域漲潮歷時小于北側,落潮歷時大于北側;
(4)機場周邊水域余流流速北側小于南側,表層余流都大于底層,且越往南,表、底層之間的余流相差也越大;從余流流向來看,北側水域余流流向由表層的SSW向逆時針偏轉到底層的NE向,變化較大,南側水域余流流向總體較為穩(wěn)定,以SSW向為主。
機場浮標站處于澳門機場東南角水域,統(tǒng)計結果如圖5所示。洪季和枯季都為大潮期,可見:
(1)洪季,該站點漲潮流速、落潮流速和余流流速大小由表層向底層遞減;漲潮主流向由表層NNE向變化到底層的ENE向,變化幅度略大,落潮主流向以S向為主;余流為S向,表、中、底層基本一致;洪季漲、落潮平均歷時之比為0.63,漲潮歷時由表層向底層遞增,落潮歷時遞減;
圖5 機場浮標站潮流特征值Fig.5 Characteristics of tidal flowing at the Airport buoy station
(2)枯季,該站點表層漲潮流速小于中層和底層,落潮和余流流速則由表層向底層遞減;漲潮主流向由表層NNE向變化到底層的NW向,變化幅度較大;落潮流向和余流流向均較為穩(wěn)定,表、中、底層均以SSW向為主;枯季漲、落潮平均歷時之比為0.56,小于洪季,漲潮歷時由表層向底層遞增,落潮歷時遞減;
(3)洪、枯季比較來看,機場東南角水域洪季漲、落潮流速整體大于枯季;洪、枯季表層漲潮主流向變化不大,都以NNE向為主,底層洪季漲潮主流向較枯季向東偏轉;洪季表層余流流速略大于枯季,中、底層則總體相差不大;洪季漲潮歷時長于枯季,落潮歷時相反。
圖6給出了機場周邊水域測點洪枯季的漲落潮流態(tài)勢。
(1)漲潮流態(tài)勢:澳門機場附近水域漲潮水流來自南面海區(qū),洪季,表層漲潮流在澳門機場以南流向為NNE(巡2),至機場東南側受岸線影響向東偏轉為NE向(機場浮標站),至澳門水道出口,一部分漲潮流進入澳門水道(巡3,NW向),另一部分漲潮流則繼續(xù)北上(巡1,N向);洪季機場東北側、北側和南側底層漲潮流態(tài)勢與表層基本一致,南側水域底層(巡2)漲潮流向較表層顯著向左偏轉。枯季,機場周邊水域表層漲潮流相較于洪季整體向西發(fā)生較大幅度的偏轉,最為顯著的如機場東南側漲潮流向西偏轉106°(機場浮標站),枯季底層漲潮流向主要以N向和NNE向為主,較表層向右偏轉明顯,較洪季也呈現(xiàn)向東偏轉。
(2)落潮流態(tài)勢:澳門附近水域落潮流來自兩方面,一部分是洪灣水道至澳門水道的徑流,另一部分是伶仃洋灣口的落潮主流;洪季,來自伶仃洋西灘下泄徑流以S向為主(巡1),與澳門水道下泄徑流(巡3)匯合后,至機場東南端受岸線走向影響,仍以S向為主(機場浮標站),與伶仃洋主槽下泄徑流匯合后向西偏轉,以SSW向為主(巡2),洪季表、底層落潮流向基本一致??菁荆瑏碜詮搅鞯淖饔蔑@著減弱,與洪季落潮流比較來看,呈現(xiàn)表、底層整體落潮流向東略有偏轉的趨勢;從表、底層落潮流向來看,機場東北側水域表、底層落潮流向一致,機場南側和東南側水域底層落潮流較表層略向西偏轉。
圖6 澳門機場周邊水域漲落潮特征矢量圖Fig.6 The characteristic vector map during flood and ebb in water area surrounding the Macau Airport
(3)余流態(tài)勢:澳門機場周邊水域整體余流流態(tài)以S~SSW向為主,流向呈現(xiàn)環(huán)繞機場順時針偏轉態(tài)勢,表層余流由北向南遞增;從底層余流分布來看,整體呈現(xiàn)南側水域大于北側,與表層余流分布基本一致,但洪季底層余流明顯要大于枯季;比較表、底層余流,不論洪、枯季,表層余流都要大于底層,且枯季表、底層余流相差較洪季大。整體來看,澳門水域表層余流變化范圍為0.12~0.41 m/s,底層余流變化范圍為0~0.21 m/s。
總體來看,澳門機場周邊水域落潮流態(tài)都較為明確,北側澳門水道出口以ESE向為主,東北側伶仃洋水域以S向為主,南側以SSW向為主,洪枯季流態(tài)及表、底層差別不大,落潮流速總體呈現(xiàn)南側大于北側;漲潮流態(tài)則變化較為復雜,相較于洪季,枯季漲潮流態(tài)整體向西偏轉,洪季底層流向較表層向左偏轉,枯季則向右偏轉,漲潮流速總體呈現(xiàn)南側小于北側。由于珠江河口洪季盛行西南風或東南風,枯季盛行東北風,對漲落潮流態(tài)及余流影響顯著[3]。另外,隨著澳門半島東側的珠澳口岸人工島和澳門填海A區(qū)(見圖1)大規(guī)模圍墾造陸的完成,機場北側澳門水道出口水域漲、落潮動力由于人工島將部分向北上溯的漲潮流導入澳門水道以及束流作用可能將有所增強,但對機場西側水域影響不大;機場北端西側客運碼頭防波堤以及氹仔島北端淺灘的圍墾工程將機場西側水域北側進口寬度縮短了近70%,將顯著降低機場西側水域的落潮流流勢。
(1)澳門機場漲落潮歷時之比同時受徑潮動力影響明顯,潮動力越強,漲潮歷時也越長,徑流動力越強,漲潮歷時則越短;“97.9”中水大潮得到的該水域表、中、底層漲落潮歷時之比分別為0.72,0.86和0.97,“97.3” 枯水中潮得到的該水域表、中、底層漲落潮歷時之比分別為0.5,0.85和1.0,除表層略有差距外,中層和底層相差較小,得到澳門水域大潮和中潮表、中、底層平均漲落潮歷時之比約為0.6,0.9和1.0;“94.7”獲得的澳門水域小潮期的表、中、底層漲落潮之比為0.1~0.2,遠小于大潮和中潮。
(2)澳門水域北側漲潮歷時整體大于南側,落潮歷時則整體小于南側,且呈現(xiàn)潮型越小,南北側漲落潮歷時相差越大的趨勢;從澳門機場周邊水域“97.9”和“97.3”同步水文測驗來看,“97.9”中水大潮(圖3)得到的澳門北側水域和南側水域漲、落潮歷時之比分別為0.87和0.81,“97.3”枯水中潮(圖4)得到的澳門機場北側水域和南側水域漲、落潮歷時之比分別為0.93和0.66。
(3)澳門機場周邊水域表、中、底層漲落潮歷時之比總體呈現(xiàn)由表層向底層增加的態(tài)勢,顯示:①在漲、落潮的交替時刻表、底層之間存在反向流動;②表、中、底層漲落潮歷時之比基本都小于1說明了澳門水域基本呈現(xiàn)漲潮歷時小于落潮歷時,在平均落潮流速大于平均漲潮流速的實際情況下,顯示物質凈輸出的方向指向落潮方向,與余流流向一致;③由于漲落潮歷時之比隨水深增加,與表層余流隨水深方向減小的趨勢相對應。
根據(jù)對澳門機場周邊水域“94.7”、“97.3”和“97.9”水文測驗資料分析,主要結論如下。
(1)洪季,澳門機場周邊水域漲潮流以N~NNE向為主,表、底層流向基本一致;枯季,漲潮流整體向西偏轉,以NNW~WNW向為主;落潮流向都以S~SW向為主,表、底層相差不大;洪枯季漲潮流向的整體偏轉與河口不同季節(jié)盛行風向密切相關。
(2)澳門機場周邊水域余流分析顯示:余流流向與落潮流主流向基本一致,反映了該水域水沙向外輸移的實際狀態(tài),余流流速呈現(xiàn)南側水域大于北側水域、表層大于底層的趨勢。洪枯季表層余流相差不大,但洪季底層余流流速明顯大于枯季。
(3)澳門水域漲落潮歷時在中水和枯水時主要以潮汐動力為主,洪水時則同時受徑潮動力影響;漲落潮歷時之比呈現(xiàn):水域整體漲落潮歷時之比小于1、表層小于底層和北側水域漲潮歷時整體大于南側的趨勢,該趨勢與余流的變化趨勢一致。