珠江河口澳門機(jī)場(chǎng)周邊水域洪枯季潮流動(dòng)力環(huán)境分析

方 神 光

(珠江水利委員會(huì)珠江水利科學(xué)研究院，廣州 510611)

澳門附近水域位于珠江口伶仃洋西側(cè)，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(fēng)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(jì)70年代開始，伶仃洋水域和澳門水域都經(jīng)歷了大規(guī)模的圍墾，至本世紀(jì)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(jìn)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(dǎo)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(shì)，僅從1999-2011年間，增加了1.84 億m3，增加2.83%[6]；上世紀(jì)80年代至1999年，珠江三角洲河網(wǎng)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(wǎng)刷深是北江片河網(wǎng)刷深的4.9倍[7]；西北江河網(wǎng)片不同的下切幅度導(dǎo)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(dòng)力場(chǎng)整體增強(qiáng)，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(qiáng)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(lái)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(kuò)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(shè)進(jìn)一步加劇了這一趨勢(shì)，許多開發(fā)活動(dòng)并沒(méi)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(shè)施的利用受到一定限制，過(guò)度的圍墾更帶來(lái)了新的環(huán)境問(wèn)題[13]。本文采用實(shí)測(cè)水文資料，對(duì)澳門水域圍墾最為顯著的澳門機(jī)場(chǎng)附近潮流動(dòng)力環(huán)境特性進(jìn)行了詳細(xì)分析和探討。

1 澳門附近水域及實(shí)測(cè)水文資料

澳門附近水域受島嶼分隔，水域內(nèi)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(lái)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(dòng)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(dòng)力組合下澳門機(jī)場(chǎng)周邊水域潮流動(dòng)力特性，分別選取了臨時(shí)測(cè)點(diǎn)和浮標(biāo)測(cè)站的水文資料，分布位置如圖1所示。

(1)臨時(shí)布測(cè)3次：1994年7月23日-7月31日(簡(jiǎn)稱“94.7”)的4個(gè)測(cè)點(diǎn)(巡1～巡4)，1997年8月31日-9月4日(簡(jiǎn)稱“97.9”)的5個(gè)測(cè)點(diǎn)(散1～散5)，1997年3月25日-3月30日(簡(jiǎn)稱“97.3”)的3個(gè)測(cè)點(diǎn)(散1～散3，與“97.9”散點(diǎn)一致)；

圖1 澳門水域水系及測(cè)點(diǎn)布置圖Fig.1 River system and survey points layout in Macau water area

(2)固定浮標(biāo)測(cè)站1個(gè)：機(jī)場(chǎng)浮標(biāo)站，浮標(biāo)站的投放時(shí)間是2015年底。

根據(jù)臨時(shí)測(cè)點(diǎn)和浮標(biāo)站與澳門機(jī)場(chǎng)的位置關(guān)系及時(shí)間點(diǎn)，可以將澳門機(jī)場(chǎng)周邊水域大體分為北側(cè)水域和南側(cè)水域，各站點(diǎn)實(shí)測(cè)時(shí)間及所處位置如表1所示。

表1 澳門機(jī)場(chǎng)附近水域洪枯季測(cè)點(diǎn)布置表Tab.1 Survey points layout during dry and flood season in Macau water area

2 潮流動(dòng)力特性

2.1 洪水期潮流動(dòng)力特性

洪水期以“94.7”為典型，實(shí)測(cè)站點(diǎn)漲落潮流速、流向和歷時(shí)如圖2所示。其中，巡1和巡3的水文測(cè)驗(yàn)時(shí)間處于大潮～中潮期，巡2的水文測(cè)驗(yàn)時(shí)間處于小潮期，分析可見(jiàn)：

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(dòng)力越強(qiáng)，漲落潮流速也越大，如機(jī)場(chǎng)北側(cè)水域巡3測(cè)點(diǎn)的表、中、底層漲潮平均流速比機(jī)場(chǎng)南側(cè)水域巡2測(cè)點(diǎn)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(dòng)力越弱，漲潮流速和落潮流速相差越大，如北側(cè)水域落潮流速整體比漲潮流速大約41.4%，南側(cè)水域大約62.5%。

(2)機(jī)場(chǎng)北側(cè)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?yàn)橹?；南?cè)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(zhuǎn)，落潮主流向都以SSW向?yàn)橹鳌?/p>

(3)大潮時(shí)，機(jī)場(chǎng)北側(cè)水域表、中、底層漲落潮歷時(shí)相差不大，漲落潮歷時(shí)之比為0.82；小潮時(shí)，機(jī)場(chǎng)南側(cè)水域表、中、底層平均漲落潮歷時(shí)之比為0.14，顯示漲潮歷時(shí)顯著減小，落潮歷時(shí)顯著延長(zhǎng)，且呈現(xiàn)由表層至底層漲潮歷時(shí)增大的趨勢(shì)。

(4)機(jī)場(chǎng)周邊水域余流流速整體呈現(xiàn)由北向南遞增趨勢(shì)；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(lái)看，機(jī)場(chǎng)東北側(cè)水域余流流向以S向?yàn)橹?，機(jī)場(chǎng)北側(cè)澳門水道出口余流流向以ESE向?yàn)橹鳎瑱C(jī)場(chǎng)南側(cè)水域余流流向以SSW向?yàn)橹?，機(jī)場(chǎng)周邊水域余流流向由北向南總體呈現(xiàn)順時(shí)針偏轉(zhuǎn)趨勢(shì)。

2.2 中水期潮流動(dòng)力特性

中水期以“97.9”為典型，為大潮期，實(shí)測(cè)站點(diǎn)漲落潮流速、流向和歷時(shí)如圖3所示?？梢?jiàn)：

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(cè)水域大于北側(cè)，中層相差不大，底層北側(cè)大于南側(cè)；落潮流速整體大于漲潮流速；

(2)機(jī)場(chǎng)北側(cè)水域漲潮流主流向以NNW向?yàn)橹?，落潮流向以SE～S向?yàn)橹?；機(jī)場(chǎng)南側(cè)水域落潮流以SSW向?yàn)橹?，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(jī)場(chǎng)周邊水域平均漲、落潮歷時(shí)之比為0.85，與洪水大潮期基本一致，可見(jiàn)大潮時(shí)澳門周邊水域主要由潮汐動(dòng)力控制，徑流作用不明顯；漲潮歷時(shí)隨水深有所增加；機(jī)場(chǎng)南側(cè)水域漲潮歷時(shí)略小于北側(cè)，落潮歷時(shí)則相反；

(4)機(jī)場(chǎng)周邊水域表層和中層余流流速由北向南遞增，底層余流流速很小；表層余流都大于底層，差值由北向南擴(kuò)大；從余流流向來(lái)看，機(jī)場(chǎng)北側(cè)水域余流流向由表層的ESE向變化到底層的SSW向，機(jī)場(chǎng)東北側(cè)水域的余流流向由表層的S向變化到底層WSW向，顯示機(jī)場(chǎng)北側(cè)水域余流流向隨水深呈左偏；機(jī)場(chǎng)南側(cè)水域表、底層余流流向則較為穩(wěn)定，以S向?yàn)橹鳌?/p>

2.3 枯水期潮流動(dòng)力特性

枯水期以“97.3”為典型，為中潮期，實(shí)測(cè)站點(diǎn)漲落潮流速、流向和歷時(shí)如圖4所示。可見(jiàn)：

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(jī)場(chǎng)水域表層漲潮流速北側(cè)大于南側(cè)，底層則小于南側(cè)，落潮流速變化趨勢(shì)則相反；南北側(cè)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(jī)場(chǎng)北側(cè)水域漲、落潮潮主流向分別以N向和S向?yàn)橹鳎?、中、底層相差不大；南?cè)水域表、中、底層漲潮流向由WNW向偏轉(zhuǎn)到N向，變化較為復(fù)雜，落潮主流向較為穩(wěn)定，以S～SSW向?yàn)橹?，隨水深向左偏轉(zhuǎn)；

(3)機(jī)場(chǎng)周邊水域平均漲、落潮歷時(shí)之比為0.76，小于大潮期；平均漲落潮歷時(shí)隨水深增加，漲潮歷時(shí)隨水深增加；南側(cè)水域漲潮歷時(shí)小于北側(cè)，落潮歷時(shí)大于北側(cè)；

(4)機(jī)場(chǎng)周邊水域余流流速北側(cè)小于南側(cè)，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(lái)看，北側(cè)水域余流流向由表層的SSW向逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)到底層的NE向，變化較大，南側(cè)水域余流流向總體較為穩(wěn)定，以SSW向?yàn)橹鳌?/p>

2.4 機(jī)場(chǎng)浮標(biāo)站潮流動(dòng)力特性

機(jī)場(chǎng)浮標(biāo)站處于澳門機(jī)場(chǎng)東南角水域，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖5所示。洪季和枯季都為大潮期，可見(jiàn)：

(1)洪季，該站點(diǎn)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?yàn)橹?；余流為S向，表、中、底層基本一致；洪季漲、落潮平均歷時(shí)之比為0.63，漲潮歷時(shí)由表層向底層遞增，落潮歷時(shí)遞減；

圖5 機(jī)場(chǎng)浮標(biāo)站潮流特征值Fig.5 Characteristics of tidal flowing at the Airport buoy station

(2)枯季，該站點(diǎn)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?yàn)橹鳎豢菁緷q、落潮平均歷時(shí)之比為0.56，小于洪季，漲潮歷時(shí)由表層向底層遞增，落潮歷時(shí)遞減；

(3)洪、枯季比較來(lái)看，機(jī)場(chǎng)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?yàn)橹?，底層洪季漲潮主流向較枯季向東偏轉(zhuǎn)；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(shí)長(zhǎng)于枯季，落潮歷時(shí)相反。

3 機(jī)場(chǎng)周邊水域潮流態(tài)勢(shì)分析

3.1 漲落潮流整體態(tài)勢(shì)分析

圖6給出了機(jī)場(chǎng)周邊水域測(cè)點(diǎn)洪枯季的漲落潮流態(tài)勢(shì)。

(1)漲潮流態(tài)勢(shì)：澳門機(jī)場(chǎng)附近水域漲潮水流來(lái)自南面海區(qū)，洪季，表層漲潮流在澳門機(jī)場(chǎng)以南流向?yàn)镹NE(巡2)，至機(jī)場(chǎng)東南側(cè)受岸線影響向東偏轉(zhuǎn)為NE向(機(jī)場(chǎng)浮標(biāo)站)，至澳門水道出口，一部分漲潮流進(jìn)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(jī)場(chǎng)東北側(cè)、北側(cè)和南側(cè)底層漲潮流態(tài)勢(shì)與表層基本一致，南側(cè)水域底層(巡2)漲潮流向較表層顯著向左偏轉(zhuǎn)?？菁荆瑱C(jī)場(chǎng)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(zhuǎn)，最為顯著的如機(jī)場(chǎng)東南側(cè)漲潮流向西偏轉(zhuǎn)106°(機(jī)場(chǎng)浮標(biāo)站)，枯季底層漲潮流向主要以N向和NNE向?yàn)橹?，較表層向右偏轉(zhuǎn)明顯，較洪季也呈現(xiàn)向東偏轉(zhuǎn)。

(2)落潮流態(tài)勢(shì)：澳門附近水域落潮流來(lái)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(lái)自伶仃洋西灘下泄徑流以S向?yàn)橹?巡1)，與澳門水道下泄徑流(巡3)匯合后，至機(jī)場(chǎng)東南端受岸線走向影響，仍以S向?yàn)橹?機(jī)場(chǎng)浮標(biāo)站)，與伶仃洋主槽下泄徑流匯合后向西偏轉(zhuǎn)，以SSW向?yàn)橹?巡2)，洪季表、底層落潮流向基本一致?？菁?，來(lái)自徑流的作用顯著減弱，與洪季落潮流比較來(lái)看，呈現(xiàn)表、底層整體落潮流向東略有偏轉(zhuǎn)的趨勢(shì)；從表、底層落潮流向來(lái)看，機(jī)場(chǎng)東北側(cè)水域表、底層落潮流向一致，機(jī)場(chǎng)南側(cè)和東南側(cè)水域底層落潮流較表層略向西偏轉(zhuǎn)。

圖6 澳門機(jī)場(chǎng)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(shì)：澳門機(jī)場(chǎng)周邊水域整體余流流態(tài)以S～SSW向?yàn)橹?，流向呈現(xiàn)環(huán)繞機(jī)場(chǎng)順時(shí)針偏轉(zhuǎn)態(tài)勢(shì)，表層余流由北向南遞增；從底層余流分布來(lái)看，整體呈現(xiàn)南側(cè)水域大于北側(cè)，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(lái)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(lái)看，澳門機(jī)場(chǎng)周邊水域落潮流態(tài)都較為明確，北側(cè)澳門水道出口以ESE向?yàn)橹?，東北側(cè)伶仃洋水域以S向?yàn)橹?，南?cè)以SSW向?yàn)橹?，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(cè)大于北側(cè)；漲潮流態(tài)則變化較為復(fù)雜，相較于洪季，枯季漲潮流態(tài)整體向西偏轉(zhuǎn)，洪季底層流向較表層向左偏轉(zhuǎn)，枯季則向右偏轉(zhuǎn)，漲潮流速總體呈現(xiàn)南側(cè)小于北側(cè)。由于珠江河口洪季盛行西南風(fēng)或東南風(fēng)，枯季盛行東北風(fēng)，對(duì)漲落潮流態(tài)及余流影響顯著[3]。另外，隨著澳門半島東側(cè)的珠澳口岸人工島和澳門填海A區(qū)(見(jiàn)圖1)大規(guī)模圍墾造陸的完成，機(jī)場(chǎng)北側(cè)澳門水道出口水域漲、落潮動(dòng)力由于人工島將部分向北上溯的漲潮流導(dǎo)入澳門水道以及束流作用可能將有所增強(qiáng)，但對(duì)機(jī)場(chǎng)西側(cè)水域影響不大；機(jī)場(chǎng)北端西側(cè)客運(yùn)碼頭防波堤以及氹仔島北端淺灘的圍墾工程將機(jī)場(chǎng)西側(cè)水域北側(cè)進(jìn)口寬度縮短了近70%，將顯著降低機(jī)場(chǎng)西側(cè)水域的落潮流流勢(shì)。

3.2 漲落潮歷時(shí)分析

(1)澳門機(jī)場(chǎng)漲落潮歷時(shí)之比同時(shí)受徑潮動(dòng)力影響明顯，潮動(dòng)力越強(qiáng)，漲潮歷時(shí)也越長(zhǎng)，徑流動(dòng)力越強(qiáng)，漲潮歷時(shí)則越短；“97.9”中水大潮得到的該水域表、中、底層漲落潮歷時(shí)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(shí)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(shí)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(yuǎn)小于大潮和中潮。

(2)澳門水域北側(cè)漲潮歷時(shí)整體大于南側(cè)，落潮歷時(shí)則整體小于南側(cè)，且呈現(xiàn)潮型越小，南北側(cè)漲落潮歷時(shí)相差越大的趨勢(shì)；從澳門機(jī)場(chǎng)周邊水域“97.9”和“97.3”同步水文測(cè)驗(yàn)來(lái)看，“97.9”中水大潮(圖3)得到的澳門北側(cè)水域和南側(cè)水域漲、落潮歷時(shí)之比分別為0.87和0.81，“97.3”枯水中潮(圖4)得到的澳門機(jī)場(chǎng)北側(cè)水域和南側(cè)水域漲、落潮歷時(shí)之比分別為0.93和0.66。

(3)澳門機(jī)場(chǎng)周邊水域表、中、底層漲落潮歷時(shí)之比總體呈現(xiàn)由表層向底層增加的態(tài)勢(shì)，顯示：①在漲、落潮的交替時(shí)刻表、底層之間存在反向流動(dòng)；②表、中、底層漲落潮歷時(shí)之比基本都小于1說(shuō)明了澳門水域基本呈現(xiàn)漲潮歷時(shí)小于落潮歷時(shí)，在平均落潮流速大于平均漲潮流速的實(shí)際情況下，顯示物質(zhì)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(shí)之比隨水深增加，與表層余流隨水深方向減小的趨勢(shì)相對(duì)應(yīng)。

4 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)對(duì)澳門機(jī)場(chǎng)周邊水域“94.7”、“97.3”和“97.9”水文測(cè)驗(yàn)資料分析，主要結(jié)論如下。

(1)洪季，澳門機(jī)場(chǎng)周邊水域漲潮流以N～NNE向?yàn)橹?，表、底層流向基本一致；枯季，漲潮流整體向西偏轉(zhuǎn)，以NNW～WNW向?yàn)橹?；落潮流向都以S～SW向?yàn)橹?，表、底層相差不大；洪枯季漲潮流向的整體偏轉(zhuǎn)與河口不同季節(jié)盛行風(fēng)向密切相關(guān)。

(2)澳門機(jī)場(chǎng)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(shí)際狀態(tài)，余流流速呈現(xiàn)南側(cè)水域大于北側(cè)水域、表層大于底層的趨勢(shì)。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(shí)在中水和枯水時(shí)主要以潮汐動(dòng)力為主，洪水時(shí)則同時(shí)受徑潮動(dòng)力影響；漲落潮歷時(shí)之比呈現(xiàn)：水域整體漲落潮歷時(shí)之比小于1、表層小于底層和北側(cè)水域漲潮歷時(shí)整體大于南側(cè)的趨勢(shì)，該趨勢(shì)與余流的變化趨勢(shì)一致。