岸線變化對欽江河口鹽水入侵的影響

李珂珂 鄒華志 張娜

摘 要：本文基于Delft3D軟件建立了欽江河口及附近海域三維水動力鹽度數(shù)值模型，并利用實(shí)測的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行了潮位、潮流和鹽度的驗證。驗證結(jié)果表明，本文所構(gòu)建的三維數(shù)值模型，能夠較為準(zhǔn)確地模擬茅尾海及欽州灣的水動力和鹽淡水輸移過程。然后，根據(jù)模擬結(jié)果分析了茅尾海和欽州灣的潮流場特征。最后，依據(jù)2005年和2015年岸線邊界條件，模擬了岸線變化和灘涂圍墾工程對茅尾海和欽州灣鹽淡水輸移的影響。結(jié)果表明，2005～2015年間的岸線、灘涂圍墾對茅尾海和欽州灣的鹽、淡水輸移產(chǎn)生了一定影響。

關(guān)鍵詞：岸線變化;欽江河口;鹽水入侵

中圖分類號：P731.12 ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2020）07-0124-04

河口是河流向海洋的過渡段，受到河流和海洋兩種動力作用。鹽水入侵[1]是由于河口鄰近海域的高鹽水團(tuán)隨漲潮流沿著潮汐通道向上游推進(jìn)，鹽淡水混合使河口上游區(qū)域水體出現(xiàn)變咸的現(xiàn)象，對沿途區(qū)域的水環(huán)境、農(nóng)業(yè)灌溉和生活供水等產(chǎn)生重要影響。研究河口的鹽水入侵規(guī)律，有利于深入了解河口地區(qū)鹽度輸移規(guī)律與物質(zhì)輸移規(guī)律，探索開發(fā)沿海地區(qū)的淡水資源，防止鹽水入侵進(jìn)一步惡化，對河口開發(fā)整治和河口地區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也具有非常重要的意義。近些年，許多學(xué)者對長江口、珠江口、錢塘江口、南渡江河口和密西西比河河口等河口的鹽水入侵問題[2～6]，以及重大工程、河口河勢、氣候改變和動力因素對鹽水入侵的影響[7]做了詳細(xì)探討。本文基于Delft3D軟件模擬了岸線變化和灘涂圍墾工程對茅尾海和欽州灣鹽淡水輸移的影響。

1 三維數(shù)值模型的建立

1.1 ?控制方程

水平方向上采用的是正交曲線坐標(biāo)：

式中：是經(jīng)度，是緯度，是物理上的垂向坐標(biāo)，是參考面（）以上的水位，是低于參考面以下的水深，是總水深，變化范圍為。

1.3 ?模型驗證

本文分別利用國家海洋局第三研究所和珠江水利科學(xué)研究院所測得的數(shù)據(jù)對潮位（2010年1月27日～2月4日）、潮流和鹽度（2016年6月19～20日、6月23日～24日和6月28～29日）進(jìn)行模型驗證，潮位驗證點(diǎn)分別為沙井站、龍門站、欽州站。潮流和鹽度的驗證點(diǎn)分別為1～6測站。驗證點(diǎn)位置如圖2所示。

由于測站較多，本文只列出部分測站潮位、潮流和鹽度的驗證曲線圖，如圖3～圖5。整體而言，模型計算所得潮位、流速流向、鹽度與實(shí)測值基本吻合。由于河流和外海開邊界條件、一些隨時間和空間變化的參數(shù)等無法準(zhǔn)確給出，所以導(dǎo)致模擬值與實(shí)測值存在一定的誤差。

1.4 ?潮流場分析

從漲、落急時刻表、底層流場圖6和圖7可以看出，漲急時刻表、底層漲潮流的流勢基本一致，外海漲潮流流向為NE向，進(jìn)入喇叭形灣口后呈逆時針方向偏轉(zhuǎn)，受岸線約束，至峽口通道處漲潮流流路較為集中，流速較大，漲潮流以WN向進(jìn)入茅尾海，受水域面積擴(kuò)大影響，漲潮流在茅尾海水域向東西兩側(cè)分流擴(kuò)散;落急時刻表、底層漲潮流的流勢也保持基本一致，茅尾海內(nèi)落潮流主流通過水深較大的潮溝向出口匯聚，在峽口通道內(nèi)落潮流流向為SE向，出峽口通道后，水域范圍逐漸擴(kuò)大，落潮流呈放射狀擴(kuò)散，之后逐漸向西偏轉(zhuǎn)，灣口外落潮流流向大致呈西偏南方向。

2 結(jié)果與討論

為了分析岸線變化和灘涂圍墾工程對茅尾海和欽州灣鹽淡水輸移的影響，分別依據(jù)2005年和2015年岸線邊界，開展了兩種工況的計算，兩種計算工況分別簡稱為“F2005”和“F2015”，各計算工況的岸線如圖8所示。

2.1 平面鹽度分布

對于F2005和F2015兩種計算工況，這里分別給出了大潮期間漲、落憩時刻的表層鹽度平面分布圖，如圖9所示。

大潮漲憩時刻，兩種工況下外海高鹽水都能上溯到較遠(yuǎn)位置。F2005計算工況下，茅尾海北部水域鹽度基本小于7psu，中部和南部水域鹽度則相對較大，鹽度值約為10～20psu，在茅尾海與欽州灣之間的狹窄通道內(nèi)，鹽度值最高可達(dá)24psu;欽州灣水域，鹽度值介于24～31psu之間，鹽度大小與水深相關(guān)，東側(cè)航道和西側(cè)潮汐通道位置鹽度略高;欽州灣西側(cè)水域鹽度值則明顯較小，近岸水域鹽度值低于25psu，且鹽度等值線基本呈東-西走勢，欽州灣外側(cè)水域鹽度高達(dá)32psu。

F2015計算工況下，茅尾海和欽州灣外水域，表層鹽度的整體平面分布情況與F2005計算工況相似，而欽州灣水域的鹽度分布則有明顯差別。受三墩港口及其進(jìn)港大道的掩護(hù)作用影響，欽州灣東南側(cè)的高鹽水體進(jìn)入欽州灣的通道受阻，因此三墩港口及其進(jìn)港大道兩側(cè)水域表層鹽度差別明顯，東側(cè)水域鹽度值可超過30psu，西側(cè)水域鹽度值則在25psu左右。同樣，欽州灣西岸，受電廠防波堤影響，防波堤西側(cè)近岸水域鹽度值較F2005計算工況有明顯降低，漲停時刻最小鹽度值為23psu左右。由于進(jìn)港大道和電廠防波堤的影響，F(xiàn)2015計算工況下，外海高鹽水體侵入茅尾海的距離，明顯減小，強(qiáng)度也比F2005計算工況弱。

落憩時刻代表沖淡水?dāng)U散的最大范圍，兩種計算工況下，整體而言表層沖淡水的范圍都比較大，出河口灣后向兩側(cè)擴(kuò)散，有明顯的西偏輸移現(xiàn)象，受此影響，欽州灣外西側(cè)近岸水域鹽度值較小，東側(cè)近岸水域鹽度值則相對較大，在三墩港口西南側(cè)水域可見明顯的沖淡水團(tuán)和高鹽水團(tuán)的分界線，分界線走勢逐漸由東北-西南走勢偏轉(zhuǎn)為東-西走勢。兩組計算工況相比，受電廠防波堤、三墩港口及其進(jìn)港大道阻水影響，與F2005工況相比，F(xiàn)2015工況下沖淡水范圍的東-西向?qū)挾茸冋?北向長度變大，同時沖淡水團(tuán)的西偏輸移更為明顯。

2.2 垂向鹽度分布

為分析垂向鹽度分布特征，布置了2個垂向鹽度斷面，位置如圖2所示，小潮期間斷面的漲、落急時刻的垂向鹽度分布如圖10和圖11所示。

斷面D-E為橫跨欽州灣頂部的橫向斷面，從地形來看，斷面D-E東西兩側(cè)分別為航道和漲落潮通道，中部為淺灘。由垂向鹽度分布圖可以看出，F(xiàn)2015工況下，斷面鹽度值整體都有所下降。在欽州保稅港區(qū)、三墩港口和進(jìn)港大道圍墾建設(shè)前，斷面東側(cè)鹽度比較大，漲潮期間底層鹽度值可超過22psu;而F2015工況計算結(jié)果顯示，漲、落潮期間斷面D-E東側(cè)的鹽度值均明顯降低，由此可見，三墩港口和進(jìn)港大道對外海高鹽水入侵的掩護(hù)作用是非常明顯的。

斷面F-G 位于欽州灣底部，從其斷面垂向鹽度分布來看，落潮階段表層沖淡水主要經(jīng)由斷面中部向外海擴(kuò)散。落急時刻，水深較大的航道和潮汐通道位置底層鹽度較大，斷面表層鹽度整體呈“中間小兩端大”的分布趨勢，可見表層沖淡水主要通過斷面F-G中部位置向外海擴(kuò)散，表層沖淡水羽流的主流就位于斷面中部位置。另外，從兩種計算工況的對比來看，受電廠防波堤和三墩港口及其進(jìn)港大道的束流作用影響，表層沖淡水的主流在斷面F-G更為集中，F(xiàn)2015工況下，表層沖淡水的橫向范圍更小，厚度更大。

3 結(jié)論

本文依據(jù)2005年和2015年岸線邊界條件，模擬了岸線變化和灘涂圍墾工程對茅尾海和欽州灣鹽淡水輸移的影響。結(jié)果表明，2005～2015年間的岸線、灘涂圍墾，對茅尾海和欽州灣的鹽、淡水輸移產(chǎn)生了一定影響。漲潮階段，受電廠防波堤、三墩港口、進(jìn)港大道等的掩護(hù)作用影響，高鹽水的入侵受到一定的阻擋，導(dǎo)致高鹽水入侵茅尾海的強(qiáng)度和距離均明顯減小，整體而言，茅尾海和欽州灣水域的鹽度均有所下降;落潮階段，受上述圍墾工程影響，欽州灣落潮斷面寬度變小，對落潮流起到一定的束流作用，落潮流流速增大，導(dǎo)致表層沖淡水向外海輸移擴(kuò)散的縱向距離增大，橫向范圍變窄，同時表層沖淡水的西偏移程度也有所增強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

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