磨刀門腔縱向逐時(shí)咸界的動(dòng)態(tài)分布

磨刀門腔縱向逐時(shí)咸界的動(dòng)態(tài)分布

河口是河流和海洋之間的交匯處。咸潮入侵是河口地區(qū)常見的自然現(xiàn)象之一。隨著社會(huì)的發(fā)展,河口地區(qū)的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)越來越豐富,由于咸潮入侵對(duì)社會(huì)生產(chǎn)和生活帶來的影響和經(jīng)濟(jì)損失也是愈加嚴(yán)重。在珠江三角洲地區(qū),由于河網(wǎng)縱橫交錯(cuò),水源地密布,也經(jīng)常遭受周期性活動(dòng)的咸潮侵襲。尤其是近10年來,珠江河口咸潮的高頻度、長時(shí)間和遠(yuǎn)距離上溯,對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的發(fā)展產(chǎn)生了極大的影響。面對(duì)這種愈演愈烈的咸潮入侵現(xiàn)象,全面深入了解咸潮入侵的變化規(guī)律以探討影響其變化的主要?jiǎng)恿σ蛩鼐哂兄匾睦碚摵蛯?shí)際意義。珠江水系主要包括西江、北江、東江及珠江三角洲諸河水系四部分,其中西江是珠江的主干。西江干流進(jìn)入珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)后在天河以下稱西海水道,百頃頭以下則稱磨刀門水道。磨刀門是典型的河優(yōu)型河口,其徑流的季節(jié)性變化十分明顯,在年內(nèi)經(jīng)歷從徑強(qiáng)潮弱到徑弱潮強(qiáng)的變化過程。在洪季,其徑流量超過全年的75%,而枯季西江流量基本不超過6000m3/s。磨刀門河口的潮汐為不正規(guī)半日混合潮型,其潮差平均為1m左右,口外潮汐動(dòng)力變化相對(duì)較小。西江的咸水界一般位于掛定角至燈籠山之間,其變化受多種因素共同影響,包括徑流動(dòng)力、潮汐動(dòng)力、地形地貌改變和海平面變化等不同因素均影響其變化趨勢。在近10a的發(fā)展趨勢來看,磨刀門水道咸水界有明顯上移的態(tài)勢。1磨刀門水化廠近表層鹽度測定本文研究區(qū)域是西江馬口站以下西江干流,主要集中在磨刀門水道百頃頭以下至掛定角之間的區(qū)域。該區(qū)域的主要特征是水道比較順直,大體呈一字形走向,因此可以把該研究區(qū)域簡化為理想的一維模型。同時(shí)選取磨刀門水道上的8個(gè)典型水廠/水閘的近表層實(shí)測鹽度數(shù)據(jù)作研究,測站從上游至下游依次為:稔益水廠、全祿水廠、平崗泵站、竹排沙、馬角水閘、聯(lián)石灣水閘、燈籠水閘和大涌口水閘。以最上游的稔益水廠以上2km百頃頭作為零點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn),下游各測站距百頃頭的距離依次為:2km,11.2km,25.2km,35km,36.6km,41.3km,45.5km,47.1km,研究區(qū)域至大涌口以下2km處的掛定角水閘結(jié)束。各定點(diǎn)觀測站點(diǎn)分布見圖1。研究的時(shí)間為2007年11月10日(農(nóng)歷十月初一)-2007年12月25日(農(nóng)歷十一月十六)。2磨刀門瞳的整體運(yùn)動(dòng)軌跡分析對(duì)于珠江三角洲磨刀門水道的咸潮入侵,前人的工作多采用對(duì)各個(gè)測站單獨(dú)分析的方法,比如對(duì)各個(gè)站點(diǎn)含氯度變化的最大值和超標(biāo)歷時(shí)等方面進(jìn)行研究。這些研究方法一般側(cè)重于短期變化,如一周或半月內(nèi)的含氯度變化特點(diǎn)。而對(duì)一個(gè)月以上長周期的研究成果較少,也沒有從整個(gè)空間場的角度對(duì)咸潮入侵的變化特征進(jìn)行研究的成果。本文采用逐時(shí)咸界空間插值的方法,將孤立的各站點(diǎn)測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為逐時(shí)的鹽水整體分布場,從鹽水的時(shí)空變化過程來討論其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。以稔益水廠以上2km處的百頃作為零點(diǎn),各測站從上游至下游依次編號(hào)為1、2、…、8。圖2為某日磨刀門水道24h的整體咸界分布圖。圖2中底坐標(biāo)三角符號(hào)表示磨刀門水道縱向各測站空間分布點(diǎn),左側(cè)的0~24表示該咸界分布圖時(shí)間,每一時(shí)刻從左到右的4種鹽度等值線分別表示0.5‰、2‰、5‰、8‰咸界上溯位置,區(qū)域內(nèi)顏色越深表明鹽度值越大,咸潮強(qiáng)度越強(qiáng)。從圖2中,可以直觀地看到近表層鹽水在磨刀門水道中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。本文總共繪制了46d共1104個(gè)時(shí)刻的逐時(shí)咸界圖。為了研究鹽水入侵在時(shí)空變化過程中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,需要從咸界圖中找出鹽水在不同時(shí)間的上溯距離,再結(jié)合潮位的變化,以此來分析和計(jì)算鹽水上溯距離與時(shí)間和潮位之間的關(guān)系。由于一般生活飲用水以氯化物質(zhì)量濃度低于250mg/L(鹽度約為0.5‰)作為界線,因此,以下討論的鹽水入侵運(yùn)動(dòng)規(guī)律主要針對(duì)0.5‰鹽度鹽水上溯距離來分析。利用咸界圖通過整體分布空間場變化來研究咸水上溯規(guī)律,其優(yōu)點(diǎn)主要在于:(1)變孤立的站點(diǎn)分析為整體的場分析?？紤]磨刀門水道比較順直的地形特點(diǎn),把研究區(qū)域簡化為一維的理想模型以后,可以方便清晰的展示出磨刀門水道在時(shí)空上的咸界變化情況。(2)由于受到潮汐動(dòng)力、入海徑流等因素的影響,鹽水整體分布空間場能夠直觀反映出潮汐、徑流以及風(fēng)力風(fēng)向等對(duì)咸潮入侵的共同作用結(jié)果。(3)圖示信息量大。鹽水整體分布空間圖可以直觀清晰的表達(dá)出多種信息,如咸界上溯位置、咸潮強(qiáng)度、站點(diǎn)分布狀況等信息。(4)提供了一種新的咸潮分析思路和方法,可單獨(dú)或綜合地分析咸潮變化和不同動(dòng)力因子的響應(yīng)關(guān)系,從多角度對(duì)咸潮入侵進(jìn)行研究。3.月內(nèi)咸界隨潮差變化特征圖3為2007年11月10日(十月初一)-2007年12月25日(十一月十六)三灶站潮位過程線和0.5‰咸界上溯距離逐時(shí)變化的疊加圖。為了反映鹽水上溯過程,將咸界圖中的距離坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,即從磨刀門水道的下游大涌口水閘向下1.9km為零點(diǎn),向上游計(jì)算出鹽水上溯的距離。從圖3中可明顯看出:(1)咸界的變化和潮汐同樣具有日周期和半月(朔望)周期波動(dòng)的規(guī)律。在日周期上,咸水運(yùn)動(dòng)同潮位變化周期相對(duì)應(yīng),但是其響應(yīng)時(shí)間會(huì)滯后約5h。另外,咸水運(yùn)動(dòng)的半月周期上兩個(gè)峰值或谷值的間隔時(shí)間也與天文大潮周期相同。但和潮汐半月過程線中小潮至大潮歷時(shí)、大潮至小潮歷時(shí)基本對(duì)稱所不同的是,咸界變化過程中上溯歷時(shí)短而下移歷時(shí)更長。以農(nóng)歷十月為例,咸界從谷值至峰值的上溯歷時(shí)平均約需6d,而從峰值至谷值的下移歷時(shí)則需10d左右。(2)在每個(gè)月包含的兩個(gè)半月周期中,咸界的變化特征也有所不同,主要體現(xiàn)在咸界下移過程線的變化。例如農(nóng)歷十月和十一月的上旬,咸界的變化均是逐漸震蕩下移,但在十月的下半月周期中,0.5‰咸界上溯距離在十月十八日降至8km之后即開始2次上溯,至十月二十日重新上溯至36.5km左右達(dá)到一個(gè)小峰值,此后再繼續(xù)回落,至十月二十三日跌至波谷1.5km左右。同時(shí),下半月周期出現(xiàn)的咸水2次上溯過程中,日內(nèi)咸界波動(dòng)幅度明顯放大。在上半月周期的咸界日內(nèi)波動(dòng)范圍一般不超過15~18km,但在下半月中潮期間有3~4d出現(xiàn)2次上溯過程,其日內(nèi)咸界震蕩幅度可達(dá)24km左右。(3)在咸界變化過程中,雖然其周期同潮汐半月周期基本一致,但其相位卻有較大區(qū)別。咸界的谷值并非出現(xiàn)在大潮或小潮時(shí),而是出現(xiàn)于大潮向小潮轉(zhuǎn)變時(shí)的中潮。在小潮期間,咸界開始不斷上溯,其峰值也并非對(duì)應(yīng)于小潮潮差最小時(shí),而是出現(xiàn)于小潮后的中潮。其峰值和谷值皆滯后于小潮和大潮。由此,可得出半月周期上,咸潮入侵強(qiáng)度變化的規(guī)律為:咸潮上溯最強(qiáng)為小潮之后的中潮,而咸潮下移最遠(yuǎn)則出現(xiàn)于大潮之后的中潮。(4)為了反應(yīng)咸界運(yùn)動(dòng)與大潮小潮的關(guān)系,本文作出了每日最遠(yuǎn)咸界隨潮差變化的曲線圖,如圖4所示。圖中3段曲線分布表示從農(nóng)歷十月一日到十一月十六日的三個(gè)半月潮,箭頭標(biāo)示為時(shí)間過程方向?？梢?在一個(gè)半月潮周期里,咸界最遠(yuǎn)上溯距離基本跟隨潮差變化呈現(xiàn)一環(huán)形曲線。但是由于上半月和下半月的潮型有所不同,咸界曲線形狀也有差異。在十月上半月和十一月上半月,咸界曲線基本呈現(xiàn)圈形。該曲線表示的時(shí)間變化過程為:當(dāng)潮差較大時(shí),咸界迅速下移;至中潮時(shí),咸界降至最小值;隨著潮差繼續(xù)減小,咸界重新上升;小潮過后潮差開始增大,而咸界距離維持在最高位;當(dāng)大潮開始后,咸界又開始下降,從而完成一個(gè)周期的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。而十月下半月咸界運(yùn)動(dòng)曲線呈勺形,和上半月的圖形差異主要在于勺把處,表示在大潮過后的中潮期,咸界具有下降后再二次上溯的過程,但是這次上溯的強(qiáng)度和距離均不及上一次的峰值。4月內(nèi)咸界運(yùn)動(dòng)同潮位的變化利用逐時(shí)咸界圖方法,對(duì)磨刀門水道沿程8個(gè)站點(diǎn)的逐時(shí)鹽度數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值,可以直觀的顯示咸界在時(shí)空上的變化過程,從而分析鹽水在磨刀門水道的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。通過咸界上溯距離和潮位變化過程的對(duì)應(yīng)分析,可以得出如下結(jié)論:咸界運(yùn)動(dòng)同潮位變化在逐日和半月時(shí)間上具有相同的周期,但是兩種周期上均有一定的相位差異。在半月周期上,大潮時(shí)咸水下移,小潮時(shí)咸水