口門延伸對西北江三角洲網河區分流比影響研究

徐林春，呂 亮，林美蘭，黃 東，梁汝豪

(1.廣東省水利水電科學研究院，廣州 510635；2.廣東省水動力學應用研究重點實驗室，廣州 510635；3.廣東省水安全科技協同創新中心，廣州 510635；4. 深圳市水務工程檢測有限公司，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，岸線和環境的變化很快，人類活動又嚴重干擾河口發育演變，在幾十年至幾百年尺度的環境變化中，珠江河口人類活動驅動力的影響已經大大超過自然驅動力，對珠江三角洲八大口門區域地貌輪廓形態、水沙流路等都產生了不同程度的影響。與此同時，口門延伸對三角洲網河區水情也產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。彭靜等(2004)綜合分析了珠江三角洲區域洪水位異常壅高的外部及內在成因，認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與物質輸運機制、河口分汊機制及其對排洪和咸潮上溯影響的基礎上，認為三角洲縱向延伸速度大于橫向發展速度，且因為圍墾、港口航道建設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間河口區地形地貌數據的分析，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)，西部河口區相比東部河口區變化更為劇烈的結論，其中內伶仃洋河口區人類活動強度最大、種類最多，口門圍墾急劇改變河口岸線形態[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關系[7]；王禮育等(2000)對珠江河口西四口門的延伸情況進行了分析研究[8]；沈漢堃等(2005)探討了不同灣口型態與伶仃洋水動力之間的相應關系[9]；黃鎮國等(2005)得出了口門延伸是磨刀門從淺海灣演變為三角洲的主要原因之一的結論[10]；王世俊等(2008)對磨刀門河口水沙變化與地貌響應問題進行深入的探討，認為磨刀門口門向外海延伸較快，河口口門動力相對強弱發生了較大變化，磨刀門河口正逐漸向河流—波浪型河口轉變[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進行了研究，認為河口岸線延伸對區域泄洪納潮及水環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行分析研究，鮮有從整體的、系統的角度分析口門延伸與三角洲網河區分流比等水力要素特性之間的對應關系。本文在調查分析珠江三角洲口門延伸演變情況的基礎上[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域的圍墾延伸與西、北江三角洲網河區主要汊口分流比的具體響應關系。

1 概述

潮灘圍墾及其開發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，隨著珠三角農村城市化和城市工業化的高速發展、社會財富不斷增長，人們利用河口地區的需求不斷提高，對河口土地資源的開發也日益高漲，珠江三角洲陸地也不斷向外海擴展。如珠江口的伶仃洋西邊灘，在短短不到20 a時間內，被圍墾開發出了近萬公頃的土地，相應口門水道亦不斷向外海延伸。磨刀門河口自20世紀60年代開始白藤堵海工程，人類活動一直持續不斷，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；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。

2 計算工況

本文結合1999年珠三角口門實測地形，采用網河一維——河口二維水流聯解的整體模型[14]，僅針對雞啼門、磨刀門和橫門口部分區域根據現狀趨勢進行自然圍墾延伸，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域口門延伸前后西、北江網河區主要汊口分流比的變化情況進行研究。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。“1999.7”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，該組合相當于珠江口2年一遇洪水。“2001.2”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河分流比的響應關系

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河區域的凈泄量。

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河區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)。可見，“99.7”水文條件下，延伸方案亦使北江片網河區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，各分流節點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%，南華分流比相應增加0.28%。即雖然各分流節點泄流量基本有所減少，但口門延伸對西江片網河區的影響還是大于對北江片網河區的影響，使得西江片網河區汊口的凈泄量減少的更多，而北江片網河區的凈泄量減少的較少(見圖4)。汊點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，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果可知，上游來流量越大，口門延伸對網河汊點的分流比影響越小。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。“98.6”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“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域口門圍墾延伸情況，對口門延伸前后西、北江網河區主要汊口分流比的變化情況進行研究，主要結論如下：

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河區的影響還是大于對北江片網河區的影響，使得西江片網河區汊口的凈泄量減小的更多，相比之下，北江片網河區的凈泄量減小的較少。

3) 上游來流量越大，口門延伸對網河汊點的分流比影響越小。

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

由于本文是基于1999年珠江三角洲網河河道地形進行計算分析，地形數據距今已有較長時間，網河區河道地形已有所調整，為此，上述結論可能僅適用于特定的河道地形及水文組合。下一階段將結合網河區最新河道地形及水文工況做進一步研究。