珠江河口磨刀門口外東西兩汊實測分流比分析

吳門伍 嚴黎 陳瑩 楊裕桂 盧陳

摘要：磨刀門是珠江河口八大口門中泄洪量最大的口門，口外已形成穩(wěn)定的東西兩汊灘槽格局及中心攔門沙。兩汊的分流比是磨刀門河口治理的重點關(guān)注問題。根據(jù)磨刀門河口及口外東西兩汊2015年9月10～11日大潮同步水文觀測資料，分析了東西兩汊實測流速、流向及分流比特征。結(jié)果表明：東西汊總體以往復(fù)流為主，在轉(zhuǎn)潮過程會出現(xiàn)一定的旋轉(zhuǎn)流;落潮時表層流速大，底層流速小;漲潮時底層流速大，表層流速小，在轉(zhuǎn)潮時刻會出現(xiàn)短暫表落底漲的現(xiàn)象;西汊的落潮量分流比大于東汊，且凈泄量分流比為66%，是磨刀門入?？诘闹饕顾ǖ?而東汊的漲潮量分流比大于西汊，是磨刀門入?？诘闹饕獫q潮通道。因此，在磨刀門口外治理規(guī)劃時，需重點考慮東西兩汊的自然演變及分流比情況，保證其泄洪納潮的功能。

關(guān)?鍵?詞：潮流; 分流比; 東西兩汊; 磨刀門; 珠江

中圖法分類號：TV85?文獻標志碼： ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2019.01.003

磨刀門是珠江八大口門徑流量最大的河口，占八大口門多年平均徑流量的26.6%[1]。目前磨刀門口外目前已形成穩(wěn)定的東西兩汊灘槽格局[2]。東、西汊是磨刀門河口泄洪納潮主要通道[3]，但由于高潮時段攔門沙可以過流，加上河口旋轉(zhuǎn)流的影響，兩汊并未完全獨立，而東、西汊的泄洪納潮關(guān)系也是磨刀門河口治理的重點關(guān)注問題，實測資料的分析對研究河口水沙分布及河床演變至關(guān)重要。梁娟等利用2003年實測資料[4]，分析了磨刀門河口泥沙輸移趨勢和沉積特征，盧陳等采用2011年12月和2012年5月觀測資料[5]，對磨刀門河口洪季和枯季大、中、小潮的懸沙時空分布進行了分析。已有成果均是對磨刀門河口水沙輸移進行宏觀分析，對東西兩汊實測斷面流量資料的報道較為少見[6]。特別是近年來磨刀門河口進行了大規(guī)模的河口整治及圍墾工程。據(jù)統(tǒng)計，1978～2014年間，磨刀門河口向外延伸約16.5 km，磨刀門及澳門附近水域圍墾面積約151 km2[7]，橫琴新區(qū)也擬在橫琴南部開展大規(guī)模的圍墾工作[8]。

經(jīng)多年規(guī)劃治理的磨刀門河口已延伸至橫洲外開敞的水域，但橫琴島南岸水域和三灶島東側(cè)水域仍未劃定規(guī)劃治導(dǎo)線。目前，磨刀門口門仍存在以下亟待解決的問題：口門泄洪任務(wù)加重;人類活動極大地影響了磨刀門攔門沙的發(fā)育演變，口門延伸和灘槽發(fā)育格局復(fù)雜多變;供水安全面臨的威脅并未得到根本解決;水資源保護與生態(tài)環(huán)境修復(fù)任重道遠;經(jīng)濟社會的高速發(fā)展也對磨刀門河口的綜合治理提出了新要求。因此，亟需開展磨刀門橫洲口外綜合整治規(guī)劃工作，進一步加強磨刀門河口管理，使之既滿足經(jīng)濟社會發(fā)展對河口資源合理開發(fā)的需求，又能滿足維護河口健康有序發(fā)展的基本需求，踐行自律式發(fā)展，保障資源的可持續(xù)利用?，F(xiàn)狀磨刀門口外東西兩汊的自然分流比是河口綜合治理規(guī)劃需重點考慮的問題。本文利用2015年9月開展的磨刀門河口東西兩汊潮流量觀測資料，分析兩汊流速分布情況及分流比狀況，為磨刀門口外綜合治理規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

1?磨刀門口外概況

西江是珠江的主流，磨刀門作為西江主要入?？陂T，其排洪量約占西江洪水總量的1/3[1]。由于河口不斷淤積延伸，攔門沙發(fā)育，并受到南海北部環(huán)流的影響，水沙動力條件復(fù)雜。同時，磨刀門地處粵澳經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，人類活動又深刻影響著口門的灘槽演變[9-10]。磨刀門屬強徑流弱潮流的口門，潮汐類型屬不規(guī)則半日混合潮型，在一個太陰日內(nèi)一般出現(xiàn)兩次高潮和兩次低潮，潮高、潮差和潮歷時存在明顯的不等現(xiàn)象。

磨刀門口外攔門沙壩位置從大井角-橫洲口至口外水深8 m的斜坡位置，縱斷面長約12 km，從橫斷面可分為次一級的地貌單元，分別為東側(cè)攔門沙淺灘、主槽東汊、中心攔門沙、主槽西汊、西側(cè)攔門沙。目前中心攔門沙被東西槽所切割，呈一類似規(guī)則三角形[11]。攔門沙壩前坡水深5 m左右位置是一個拐點，此點以上坡降大于以下坡降，也大于壩后坡降。攔門沙兩側(cè)沙體形狀明顯不對稱，三角洲前緣偏向西南方，在交杯沙外發(fā)育了4列沙脊，與河口輸出水流成較大的銳角。

磨刀門受徑流、潮流和地形的制約，呈往復(fù)流的運動形式。在-5 m等高線以外，由于水域開闊，受南海潮流、柯氏力及季風的制約較明顯，存在旋轉(zhuǎn)流和沿岸流的相互影響，流態(tài)較復(fù)雜。

2?測驗斷面布置

根據(jù)磨刀門口外最新地形資料，在磨刀門口共布置3個斷面，每條測船均采用船載GPS進行定位，并提前1 h進入測點位置，定位誤差不大于20 m，進行26 h同步水文測量。其中，在磨刀門水道出口縮窄處，即交杯沙與大橫琴島距離最短的斷面作為口門斷面;東、西汊斷面以攔門沙脊為分界線，考慮到船載多普勒流速儀船速不能過快，因此斷面選擇不宜過長，從攔門沙脊上的-3 m等高線往兩側(cè)延伸，西汊斷面由交杯沙南側(cè)-3 m等高線至攔門沙處;東汊斷面由橫琴島南側(cè)-3 m等高線至攔門沙處。其中，西汊斷面約長2.2 km，斷面上平均分布5個流速測量點，每隔500 m布置一個，分別為1～5號，東汊斷面長約1.7 km，平均布置4個流速測量點，分別為5～8號，其中5號位于攔門沙上，為東、西兩汊公共點，見圖1。測驗時間為2015年9月10～11日。

3?測量結(jié)果及分析

3.1?潮 位

磨刀門潮汐屬于弱潮型，潮汐系數(shù)介于0.89～1.92?之間。根據(jù)測量期間三灶站潮汐表資料，測量期間潮位過程線見圖2，從過程線圖上看該測驗潮位有明顯的兩漲兩落現(xiàn)象。最高潮位2.20 m，最低潮位0.67 m?，潮差1.53 m。

3.2?潮段最大及平均流速

東西汊總體以往復(fù)流為主，在轉(zhuǎn)潮過程會出現(xiàn)一定的旋轉(zhuǎn)流，因此在轉(zhuǎn)潮過程時漲落潮方向不明確。根據(jù)漲落潮特征，把垂直于汊道的方向作為劃分漲落潮的方向?，F(xiàn)以正北方向為0°，東、南、西方向分別為90°，180°和270°，西汊的266°～360°和0～86°作為漲潮流方向，86°～266°作為落潮流方向;東汊的210°～360°和0～30°作為漲潮流方向，30°～210°作為落潮流方向。根據(jù)此劃分方法，統(tǒng)計東、西汊的漲落潮歷時，見表1。

總的來說，在單日周期內(nèi)，東西汊的落潮時間長，漲潮時間短。其中，5號測點落潮歷時最長，為21 h，主要原因是5號測點位于攔門沙上，正對著磨刀門出口方向，其徑流動力明顯高于漲潮動力，因此5號落潮歷時明顯較大。東西汊深槽處為徑流下泄和潮流上溯的主要通道，西汊的3號和4號測點位于深槽，落潮歷時分別為20 h和18 h，而東汊深槽處的6號和7號測點落潮歷時分別為19 h和17h，均比西汊少1 h。

西汊斷面深槽位置4號測點落潮平均流速最大，為0.51 m/s;西側(cè)邊界最小，為0.12 m/s。東汊深槽位置7號測點落潮平均流速最大，為0.53 m/s;東側(cè)邊界最小，為0.31 m/s。西汊漲潮平均流速以3號測點最大，為0.16 m/s;東汊以8號最大，為0.21 m/s，西汊最大落潮流速略大于東汊，西汊深槽處4號測點最大落潮流速為1.21 m/s，東汊深槽處7號測點最大落潮流速為1.14 m/s，但從最大漲潮流速看，東汊較大，其最大漲潮流速為0.38 m/s，西汊為0.29 m/s。

3.3?流速流向特征

西汊西側(cè)的1～5號測點流速大小呈逐漸增大的趨勢，說明越靠近深槽處，流速越大，同時，在深槽處，落潮流向相對比較集中，主要在正南方向附近，漲潮流存在旋轉(zhuǎn)流特征。而偏離深槽的流速測點，其漲落潮流向相對比較散亂。

東汊深槽處7號測點流速最大，并往兩側(cè)逐漸減小。從流向上看，越遠離攔門沙位置，其落潮流向越往東側(cè)偏轉(zhuǎn)，其中，攔門沙上方5號測點落潮主流方向集中在168°～178°，6號測點集中在158°～170°，7號在150°～164°，而8號測點落潮流向主要集中在120°～140°。

對比西汊和東汊主槽道上的4號和7號測點可發(fā)現(xiàn)，兩者均具有明顯的落潮流速大、漲潮流速小的特征，且漲潮流方向與槽道走向基本一致，但落潮流方向則有所偏差。西汊漲潮流主要以東北偏北為主，在0～45°之間，而東汊漲潮流主要以西北方向為主，集中在300°附近。落潮時，西汊落潮流方向以正南為主，集中在180°附近，最大流速可達1.21 m/s。東汊槽道走向約為130°，但在磨刀門口強泄徑流作用下，落潮流向南側(cè)偏離約20°，約為150°，并且流速越大，越往正南方向偏轉(zhuǎn)，當流速達到1.14 m/s時，流向偏轉(zhuǎn)至177°。

3.4?垂線流速

總體來說落潮時表層流速大，底層流速小;漲潮時底層流速大，表層流速小，在轉(zhuǎn)潮時刻會出現(xiàn)短暫表落底漲現(xiàn)象，除了西汊1號和2號測點，其它測點漲落潮流向隨著時間呈順時針偏轉(zhuǎn)。

從圖3可以看出，落急階段，西汊1號測點表底層流速一致，順著西汊槽道流向大海。在小漲階段，表層至0.4層水流方向往西，且呈逆時針偏轉(zhuǎn)至西南向，而0.6層至底層水流方向向東，呈逆時針偏轉(zhuǎn)至東北向。小落階段，流速在0.6層快速衰減，在大漲階段，底層流速迅速增大，指向上游，在0.2層快速衰減，在轉(zhuǎn)向落潮過程中，流向呈順時針偏轉(zhuǎn)。

從圖4可以看出，西汊4號測點由于位于主槽上，其漲落轉(zhuǎn)換過程較為明顯。在落急階段，表底層流向基本一致，流速大小從表層至底層逐漸減小;在落轉(zhuǎn)漲時，流速逐漸減小，且呈順時針偏轉(zhuǎn)。在小漲轉(zhuǎn)小落階段，表層流速逐漸增大，底層流速逐漸減小，于0.8層形成分界線，表層至0.8層流速逐漸減小，而0.8層以后流速急劇變小。在大漲階段，底層流速達到最大，指向上游，表層流速達到最小，但仍指向下游，深槽內(nèi)漲潮流最高只能到達0.4層。

東汊7號測點呈逆時針偏轉(zhuǎn)，底層落轉(zhuǎn)漲時，與其他測點不同，呈逆時針偏轉(zhuǎn)，于第6 h出現(xiàn)表落底漲現(xiàn)象，表層指向東南，底層指向西北0.6層成為分界層。大漲階段與西汊不同，東汊表層出現(xiàn)漲潮流，說明東汊漲潮動力更強。

3.5?余流特征

東汊平均余流與表底層余流方向基本一致，而西汊1號和2號測點表底層余流方向不盡相同，表層余流指向正南偏西方向，在195°～199°之間，而底層余流則指向東北偏東方向，在44°～93°之間。主要原因是1號和2號測點偏離西汊主槽道，徑流下泄對其影響較小，相比之下，底部鹽水的上溯動力更強，造成底層余流往上的現(xiàn)象。

西汊斷面上，深槽處4號測點表底層以及平均余流最大，分別為0.58?，0.10 m/s和0.33 m/s。東汊斷面上，深槽處7號測點表層余流較兩側(cè)大，大小為0.58m/s，底層余流和平均余流與6號測點基本相同，分別為0.1 m/s和0.32 m/s。

3.6?漲落潮流量

單日內(nèi)流量過程線跟潮位過程線同樣存在兩漲兩落現(xiàn)象，但流量過程線相比三灶站潮位過程線滯后約3 h，測量當天西汊斷面、東汊斷面最大落潮流量依次為727 9 m3/s和469 3 m3/s，最大漲潮流量依次為2 192m3/s?和2 142 m3/s。

3.7?東西汊分流比

3個斷面漲落潮量及分流比見表2，3。可見，西汊最大落潮流量、落潮量和凈泄量均大于東汊，其各項大小分別為7 234 m3/s，27 386萬m3和25 635萬m3，對應(yīng)的分流比為61%、64%和66%。而東汊最大漲潮流量、漲潮量大于西汊，大小分別為2 192 m3/s和2 247萬m3，對應(yīng)分流比為51%和56%。由此可見，西汊的落潮分流比大于東汊，且凈泄量分流比為66%，是磨刀門入海口的主要泄水通道。而東汊的漲潮量分流比大于西汊，是磨刀門入?？诘闹饕獫q潮通道。

4?討 論

磨刀門是徑流優(yōu)勢性河口，兼具泄洪納潮、供水、航運、生態(tài)等多種功能，泄洪量居八大口門之首。由于河口不斷淤積延伸，攔門沙發(fā)育，水沙動力條件復(fù)雜。同時，磨刀門地處粵澳經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，人類活動又深刻影響著磨刀門口門的自然演變。磨刀門是珠江各入?？陂T中累積資料較多、研究時間較長的一個口門，也是最為復(fù)雜的一個口門。

東、西汊是泄洪主要通道，西汊是磨刀門入海主汊，東汊是支汊，中心攔門沙是泥沙的主要淤積區(qū)域之一，具有抑咸擋咸功能。在磨刀門口外治理規(guī)劃的同時，需重點考慮東西兩汊的自然演變及分流比情況。應(yīng)根據(jù)磨刀門及其周邊水域洪潮特性和各水道的規(guī)劃功能，滿足水域泄洪納潮、適應(yīng)攔門沙整治，同時要兼顧周邊地區(qū)社會經(jīng)濟近遠期發(fā)展對水域、灘涂開發(fā)的需求，因勢利導(dǎo)，合理布置，以達到理順水流交匯關(guān)系、改善流態(tài)、有利通航、有效控制無序占用水域的目的。

5?結(jié) 論

（1） 本次全潮水文測驗成果為磨刀門口外東西汊的分流比提供了較為客觀、正確的原型數(shù)據(jù)支撐，也為數(shù)學(xué)模型計算及物理模型試驗的驗證提供了可靠的基礎(chǔ)資料。

（2） 東、西汊主槽上漲落潮流速最大，攔門沙處次之，西汊西側(cè)以及東汊東側(cè)流速最小。

（3） 東、西汊雙槽格局明顯，西汊落潮量較大，東汊漲潮流占優(yōu)。從凈泄量看，西汊占66%，東汊占34%。

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引用本文：吳門伍，嚴?黎，陳?瑩，楊裕桂，盧?陳.珠江河口磨刀門口外東西兩汊實測分流比分析[J].人民長江，2019，50（1）：13-17.

Analysis on measured discharge ratio of east and westbranches outside Modaomen entrance of Pearl River estuary

WU Menwu??YAN Li??CHEN Ying?1，3?，YANG Yugui??LU Chen?1，2

（1.Pearl River Hydraulic Research Institute， Pearl River Water Resources Commission， Guangzhou 510610， China; 2. Key Laboratory of the Pearl River Estuarine Dynamics and Associated Process Regulation， Ministry of Water Resources， Guangzhou 510610， China; 3. College of Harbor， Coastal and Offshore Engineering， Hohai University， Nanjing 210098，China）

Abstract：Modaokou entrance is the largest among the eight entrances of the Pearl River estuary in terms of flood discharge. Two branches （east and west） and a central sandbar outside of Modaokou entrance are rather stable. The discharge ratios of the two branches are crucial to the estuary regulation of Modaokou entrance. According to the synchronous hydrologic data obtained during the spring tide from September 10th to 11th of 2015 at outside of Modaokou entrance and anabranch， we analyzed the characteristics of measured flow velocities， flow directions and discharge ratios. The results showed that reciprocating flow is the major form of river flows for the two branches， and rotary current appears sometimes during the turning of the tide. During ebb tide， surface flow velocity is high while the bottom is low; during rising tide， flow velocity is high at the bottom and low on the surface， and a temporary phenomenon of "velocity on surface increases while decreases at the bottom" appear at the turning of tide. Discharge ratio in west branch is larger than that of the east branch during ebb tide with net discharge ratio of 66%， which is the main drainage channel of Modaokou estuary to the sea; discharge ratio in the east branch is larger than that of the west branch during rising tide and the east branch is the main tidal channel. In order to ensure the flood discharging and tide inflowing abilities of anabranch， the anabranch evolution processes and discharge ratios should be taken into consideration when developing plans for the two branches.

Key words：?tide; discharge ratio; east and west branch; Modaomen; Pearl River