口門延伸對西北江三角洲網(wǎng)河區(qū)分流比影響研究

徐林春，呂 亮，林美蘭，黃 東，梁汝豪

(1.廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣州 510635；2.廣東省水動力學(xué)應(yīng)用研究重點(diǎn)實驗室，廣州 510635；3.廣東省水安全科技協(xié)同創(chuàng)新中心，廣州 510635；4. 深圳市水務(wù)工程檢測有限公司，廣東 深圳 518000)

珠江三角洲受入海徑流和海洋潮汐的雙重作用，岸線和環(huán)境的變化很快，人類活動又嚴(yán)重干擾河口發(fā)育演變，在幾十年至幾百年尺度的環(huán)境變化中，珠江河口人類活動驅(qū)動力的影響已經(jīng)大大超過自然驅(qū)動力，對珠江三角洲八大口門區(qū)域地貌輪廓形態(tài)、水沙流路等都產(chǎn)生了不同程度的影響。與此同時，口門延伸對三角洲網(wǎng)河區(qū)水情也產(chǎn)生了一個緩慢而逐漸深入的影響過程[1-3]。

珠江三角洲灘涂圍墾、口門延伸情況研究已見諸多文獻(xiàn)。彭靜等(2004)綜合分析了珠江三角洲區(qū)域洪水位異常壅高的外部及內(nèi)在成因，認(rèn)為口門延伸使河道沿程阻力增加，水面坡降減緩，水位抬高[4]；何為(2012)在分析研究珠江河口東三口門河汊的動力沉積特點(diǎn)與物質(zhì)輸運(yùn)機(jī)制、河口分汊機(jī)制及其對排洪和咸潮上溯影響的基礎(chǔ)上，認(rèn)為三角洲縱向延伸速度大于橫向發(fā)展速度，且因為圍墾、港口航道建設(shè)等人類活動而加劇了這種差距[5]；趙荻能(2017)通過對珠江三角洲口門1850—2015年共165 a間河口區(qū)地形地貌數(shù)據(jù)的分析，得出整個河口灣水域面積減少約35%(1 258 km2)，體積減少約39%(9 km3)，西部河口區(qū)相比東部河口區(qū)變化更為劇烈的結(jié)論，其中內(nèi)伶仃洋河口區(qū)人類活動強(qiáng)度最大、種類最多，口門圍墾急劇改變河口岸線形態(tài)[6]；辛文杰等(1997)以珠江口黃茅海河口為例，得出了邊灘圍墾程度與潮波變形的對應(yīng)關(guān)系[7]；王禮育等(2000)對珠江河口西四口門的延伸情況進(jìn)行了分析研究[8]；沈漢堃等(2005)探討了不同灣口型態(tài)與伶仃洋水動力之間的相應(yīng)關(guān)系[9]；黃鎮(zhèn)國等(2005)得出了口門延伸是磨刀門從淺海灣演變?yōu)槿侵薜闹饕蛑坏慕Y(jié)論[10]；王世俊等(2008)對磨刀門河口水沙變化與地貌響應(yīng)問題進(jìn)行深入的探討，認(rèn)為磨刀門口門向外海延伸較快，河口口門動力相對強(qiáng)弱發(fā)生了較大變化，磨刀門河口正逐漸向河流—波浪型河口轉(zhuǎn)變[11]；陳小文等(2010)對近30 a來珠江河口岸線演變時空特征及效應(yīng)進(jìn)行了研究，認(rèn)為河口岸線延伸對區(qū)域泄洪納潮及水環(huán)境造成較大程度的影響[12]。

以上研究主要針對某一個或幾個口門的情況進(jìn)行分析研究，鮮有從整體的、系統(tǒng)的角度分析口門延伸與三角洲網(wǎng)河區(qū)分流比等水力要素特性之間的對應(yīng)關(guān)系。本文在調(diào)查分析珠江三角洲口門延伸演變情況的基礎(chǔ)上[13]，研究典型洪潮水文組合條件下雞啼門、磨刀門和橫門三大口門特定區(qū)域的圍墾延伸與西、北江三角洲網(wǎng)河區(qū)主要汊口分流比的具體響應(yīng)關(guān)系。

1 概述

潮灘圍墾及其開發(fā)利用在我國歷史悠久，蘇北范公堤、浙東大沽塘代表了我國歷史上圍海造陸工程的最高成就。國外如英國、德國、荷蘭、朝鮮等國的潮灘圍墾也有幾百到近千年的歷史。改革開放40 a來，隨著珠三角農(nóng)村城市化和城市工業(yè)化的高速發(fā)展、社會財富不斷增長，人們利用河口地區(qū)的需求不斷提高，對河口土地資源的開發(fā)也日益高漲，珠江三角洲陸地也不斷向外海擴(kuò)展。如珠江口的伶仃洋西邊灘，在短短不到20 a時間內(nèi)，被圍墾開發(fā)出了近萬公頃的土地，相應(yīng)口門水道亦不斷向外海延伸。磨刀門河口自20世紀(jì)60年代開始白藤堵海工程，人類活動一直持續(xù)不斷，口門向外海延伸了約16 km；伶仃洋西岸虎門大角山至珠海金星銅鼓角岸線1977—2000年期間共向東延伸了4 363 m；珠海金星銅鼓角珠海橫琴島段岸線1977—2000年期間共向東延伸了1 251 m；伶仃洋東岸虎門川鼻島至深圳后海灣段岸線1977—2000年期間共向西南延伸了1 881 m；雞啼門三灶島北面圍墾區(qū)岸線1977—2003年期間共向東延伸2 163 m；黃茅海東岸虎跳門出口至南水島岸線1977—2000年期間共向西延伸了2 801 m，主要集中在南水島附近的圍墾區(qū)；黃茅海西岸崖門出口至烽火角岸線1977—2000年期間共向東延伸了1 040 m，主要集中在崖門出口的新洲圍墾區(qū)。

2 計算工況

本文結(jié)合1999年珠三角口門實測地形，采用網(wǎng)河一維——河口二維水流聯(lián)解的整體模型[14]，僅針對雞啼門、磨刀門和橫門口部分區(qū)域根據(jù)現(xiàn)狀趨勢進(jìn)行自然圍墾延伸，選取“2001.2”、“1999.7”、“1998.6”3種分別代表枯、中、洪水的典型水文組合對特定區(qū)域口門延伸前后西、北江網(wǎng)河區(qū)主要汊口分流比的變化情況進(jìn)行研究。各口門圍墾位置示意見圖1，圍墾基本情況見表1。

a 圍墾之前

表1 三大口門基本情況

“1998.6”洪水組合上游控制站的北江三水站最大洪峰流量為16 200 m3/s，接近百年一遇；西江馬口站最大洪峰流量為46 200 m3/s，超50年一遇，該組合可作為洪水組合代表?！?999.7”中洪水組合的三水站最大洪峰流量為9 220 m3/s，接近多年平均流量9 640 m3/s；馬口站最大洪峰流量為27 300 m3/s，接近多年平均洪峰流量27 600 m3/s，該組合相當(dāng)于珠江口2年一遇洪水?！?001.2”枯水組合條件下，北江三水站日均流量為674 m3/s，西江馬口站日均流量為2 051 m3/s，該組合可作為枯水代表組合。

3 口門延伸與三角洲網(wǎng)河分流比的響應(yīng)關(guān)系

3.1 “98.6”大水大潮

“98.6”洪水期，口門延伸后，馬口7 d泄流量減少216.51萬m3(0.02%)，三水增加了798.86萬m3(0.02%)；天河7 d泄流量減少2 440.70萬m3(0.10%)，南華增加了2 351.57萬m3(0.10%)；馮馬廟和下橫的凈泄量均有所增大，但馮馬廟的增加值更大，所以延伸后分流略有增大，為0.03%。其余網(wǎng)河北江片分汊口的凈泄量亦略有增大，但延伸后分流比基本保持不變(見圖2)。可見，“98.6”水文條件下，延伸方案增大了北江片網(wǎng)河區(qū)域的凈泄量。

a 主要汊口延伸前、后分流比對比示意

3.2 “99.7”中水大潮

“99.7”中水大潮時，口門延伸后，馬口7 d泄流量減少622.70萬m3(0.02%)，三水增加205.45萬m3(0.02%)；天河7 d泄流量減少2144.87萬m3(0.14%)，南華增加1 812.22萬m3(0.14%)；上橫、馮馬廟和下橫三站中，上橫凈泄量略有減小，其余兩站有所增大，馮馬廟延伸后分流比增大了0.12%，其余兩站分別減小了0.05%和0.07%。對于大部分北江片網(wǎng)河區(qū)分汊口的凈泄量均有所增大，但延伸后分流比除個別分汊口外基本保持不變(見圖3)?？梢?，“99.7”水文條件下，延伸方案亦使北江片網(wǎng)河區(qū)域的凈泄量有所增大。

a 主要汊口延伸前、后分流比對比示意

3.3 “01.2”枯水大潮

“01.2”枯水大潮時，上游徑流動力不足，各分流節(jié)點(diǎn)泄流量基本有所減少。馬口7 d凈泄量減少902.66萬m3(0.10%)，三水減少44.77萬m3(0.10%)。天河、南華7 d凈泄量均有所減少，分流比重新分配后，天河分流比減少0.28%，南華分流比相應(yīng)增加0.28%。即雖然各分流節(jié)點(diǎn)泄流量基本有所減少，但口門延伸對西江片網(wǎng)河區(qū)的影響還是大于對北江片網(wǎng)河區(qū)的影響，使得西江片網(wǎng)河區(qū)汊口的凈泄量減少的更多，而北江片網(wǎng)河區(qū)的凈泄量減少的較少(見圖4)。汊點(diǎn)分流比的變化率要大于“98.6”洪水大潮和“99.7”中水大潮水文組合，但基本在0.5%以內(nèi)，影響幅度有限。

a 主要汊口延伸前、后分流比對比示意

對比三組水文組合的計算結(jié)果可知，上游來流量越大，口門延伸對網(wǎng)河汊點(diǎn)的分流比影響越小。洪、中水水文組合條件下，延伸方案實施后均使西江過北江的徑流增加?！?8.6”大水大潮延伸前后凈泄量的差值百分比變化在-0.10%～0.10%之間，相應(yīng)“99.7”中水大潮在-0.14%～0.14%之間，“01.2”枯水大潮在-0.45%～0.53%之間。

4 結(jié)語

本文選取“98.6”、“99.7”、“01.2” 3種典型水文組合，針對雞啼門、磨刀門和橫門三大區(qū)域口門圍墾延伸情況，對口門延伸前后西、北江網(wǎng)河區(qū)主要汊口分流比的變化情況進(jìn)行研究，主要結(jié)論如下：

1) 洪、中水水文組合條件下，延伸方案實施后均使西江過北江的徑流增加。

2) 口門延伸對西江片網(wǎng)河區(qū)的影響還是大于對北江片網(wǎng)河區(qū)的影響，使得西江片網(wǎng)河區(qū)汊口的凈泄量減小的更多，相比之下，北江片網(wǎng)河區(qū)的凈泄量減小的較少。

3) 上游來流量越大，口門延伸對網(wǎng)河汊點(diǎn)的分流比影響越小。

4) 由于延伸方案主要位于西四口門區(qū)域，“98.6”水文條件下，延伸方案增大了北江片網(wǎng)河區(qū)域的凈泄量，進(jìn)而增大了東四口門的凈泄量。

由于本文是基于1999年珠江三角洲網(wǎng)河河道地形進(jìn)行計算分析，地形數(shù)據(jù)距今已有較長時間，網(wǎng)河區(qū)河道地形已有所調(diào)整，為此，上述結(jié)論可能僅適用于特定的河道地形及水文組合。下一階段將結(jié)合網(wǎng)河區(qū)最新河道地形及水文工況做進(jìn)一步研究。