珠江口潮水位年內變化特征識別

孔 蘭，陳曉宏

(1.中山大學水資源與環境研究中心，廣東廣州 510275;2.中山大學華南地區水循環和水安全廣東普通高校重點實驗室，廣東廣州 510275;3.中水珠江規劃勘測設計有限公司，廣東廣州 510610)

珠江三角洲是廣東省的政治、經濟、文化中心，也是我國經濟最發達的地區之一。水位對珠江口排污、供水安全等有直接影響，水位變化及其影響直接制約著珠江三角洲地區的經濟發展。針對珠江口的潮水位變化，國內外不少專家學者均做過研究和探討。任美鍔［1］指出由于地面沉降等原因，過去30年的珠江三角洲相對海平面上升率遠大于全球和全國海平面上升率(約1.5 mm/a)。黎子浩［2］認為20 世紀50 年代末至70 年代初，珠江三角洲聯圍筑閘初期使河道水位迅速雍高，抬高值一般為0.20 ～0.30 m。王廷華［3］認為珠江三角洲網河區各水道水位都不同程度地存在逐年上升的趨勢。楊清書等［4］利用20 個驗潮站的資料，得出珠江三角洲水位變化總體呈上升趨勢的結論。陸永軍等［5］對珠江三角洲網河區低水位變化趨勢進行了研究。20 世紀80 年代以來，珠江三角洲北江、西江和東江主要河道的水文特征與河床演變趨勢先后發生了新的變化，河床的大幅下切引起同流量級的水位明顯下降。目前，對珠江三角洲水位長系列變化趨勢的研究較多，而對珠江三角洲水位年內變化規律的研究較少。珠江口水位受徑流、潮流、河道地形等因素的耦合作用，變化機理復雜［6-11］。河道徑流量與上游徑流來量、汊道分流比、水利樞紐建設、河口延伸有關;潮汐影響因素包括天文、氣象和河口地形等;河道地形變化包括河床自然淤積、人工河床采砂、河道整治工程、橋梁碼頭建設、岸灘開發等。為了識別珠江口潮水位的年內變化規律，重點選取馬口站、瀾石站、橫門站、燈籠山站和三灶站作為代表站，對比分析珠江口代表站水位年內變化不均勻系數和集中程度，并采用Spearman 秩相關系數法對水位年內變化不均勻系數和集中程度系列進行趨勢檢驗。掌握珠江口水位的年內變化規律，對珠江口地區的防災減災和水資源的合理開發利用具有重要的指導意義。

1 數據來源及研究方法

1.1 數據來源

珠江經虎門等8 大口門注入南海。為了識別珠江口潮水位年內變化特征，本研究從水文年鑒、廣東省水文局和佛山水務局1973—2004 年的逐月水位數據中收集了珠江三角洲馬口站、瀾石站、橫門站、燈籠山站和三灶站5 個主要代表水文站(水位站)(各個站點具體分布信息如圖1)的實測水文數據。

1.2 研究方法

1.2.1 不均勻性

圖1 珠江口主要水文(水位)站分布

采用水位年內變化不均勻系數Cu來分析水位的年內變化，Cu值越大，年內各月水位差異越大，水位年內變化越不均勻，水位調控難度也越大。由于篇幅所限，具體計算方法見文獻［12-13］。

1.2.2 集中程度

目前利用集中程度研究河流徑流年內分配變化規律的成果較多，筆者引用集中度Cn和集中期D表達水位在年內各時段的集中程度以及最大水位出現的時段。集中度反映水位年內集中程度，集中期反映全年水位集中的重心所出現的月份。集中度和集中期的具體計算步驟見文獻［14-18］。

1.2.3 Spearman 秩相關系數法

為了研究潮水位的年內變化指標的時序變化規律，本研究采用Spearman 秩相關系數法。Spearman秩相關系數是一種等級相關系數，由于應用中無須考慮有關變量的分布類型，事實上，它比大家熟知的Pearson 相關系數適用范圍更廣［19］。如果秩相關系數Zsp＞0，表示序列有上升趨勢;Zsp＜0，表明序列有下降趨勢;Zsp=0，表明序列沒有變化趨勢。顯著性概率水平α 對應的臨界值Z0.05/2=1.96。

2 計算與分析

由表1 可以看出，珠江口潮水位的年內變化在不同年代存在明顯的時空差異。位于珠江口深處的馬口站在20 世紀70 年代和20 世紀90 年代水位的年內變化大于80 年代，其他站在20 世紀70 年代水位的年內變化最大，20 世紀80 年代以來水位的年內變化趨于均勻;馬口站和瀾石站水位年內變化不均勻系數和集中度最大，近口門處的橫門站、燈籠山站和三灶站水位年內變化不均勻系數和集中度較小;馬口站和瀾石站水位集中期最小，主要在7 月，橫門站和燈籠山站較大，分別在8 月和9 月，三灶站最大，主要在10 月，說明年內水位集中期由珠江口深處向河口處有后推(或增加)趨勢。初步分析馬口站和瀾石站水位年內變化受徑流變化的影響較大，而近口門處的橫門站、燈籠山站和三灶站水位年內變化受潮汐和海平面變化的影響較大［20-22］。珠江口潮水位變化機理復雜，有待于進一步深入研究。

表1 不同年代水位年內變化指標值

圖2 和圖3 能直觀反映珠江口水位年內變化特征隨時間的變化趨勢:馬口站年內變化不均勻系數和集中度呈上升趨勢;瀾石站、橫門站、燈籠山站和三灶站水位年內變化不均勻系數和集中度的時序變化相似，均有下降趨勢;各代表站的集中期都隨時間呈波動上升趨勢，馬口站和瀾石站集中期主要在7—8 月份波動，橫門站和燈籠山站集中期主要在8—9月份波動，而三灶站集中期主要在10—11 月份波動。

表2 顯示:馬口站年內變化不均勻系數和集中度系列的Spearman 檢驗統計量為正，表明其水位年內變化不均勻程度存在較顯著的上升趨勢;瀾石站、橫門站、燈籠山站和三灶站水位年內變化不均勻系數和集中度系列的Spearman 檢驗統計量都為負，表明其水位年內變化不均勻程度均有下降趨勢，其中橫門站和三灶站年內變化不均勻系數系列的Spearman 檢驗統計量的絕對值均大于1.96，通過了0.05 顯著性水平檢驗，說明近海口門處潮水位年內變化不均勻程度均有顯著下降趨勢;所選代表站的年內水位集中期都具有不顯著的上升趨勢，說明時間上是后推趨勢。

表2 Spearman 檢驗統計量

3 結 論

圖2 各站點水位年內變化指標及其趨勢

圖3 各站點水位集中期變化趨勢

a. 珠江口潮水位的年內變化在不同年代存在明顯的時空差異。馬口站在20 世紀70 年代和90年代水位的年內變化大于80 年代，其他站20 世紀80 年代以來水位的年內變化趨于均勻;珠江口水位年內變化不均勻系數和集中度由珠江口深處向近河口處有減小趨勢;年內水位集中期由珠江口深處向河口處有后推(或增加)趨勢。

b. 珠江口水位年內變化趨勢特征明顯。珠江口深處的馬口站年內變化不均勻系數和集中度呈上升趨勢，其他站水位年內變化不均勻系數和集中度均有下降趨勢，其中近海口門處橫門站和三灶站的潮水位年內變化不均勻程度均有顯著下降趨勢;各代表站的集中期都隨時間呈波動上升趨勢，說明時間上是后推(或增加)趨勢。

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