方神光

(珠江水利委員會(huì) 珠江水利科學(xué)研究院, 廣東 廣州 510611)

珠江河口屬典型弱潮型河口, 一定條件下, 容易出現(xiàn)海水與河水之間明顯的分層現(xiàn)象[1], 海水在表層淡水下方呈楔狀沿河底向上游推進(jìn), 形成鹽水楔或異重流。如在伶仃洋水域, 來(lái)自南海大陸架高鹽水體在潮汐作用力下, 主要沿伶仃水道南段和暗士頓水道上溯[2], 與虎門(mén)口下泄徑流形成混合和分層現(xiàn)象。珠江河口八大口門(mén)中, 以磨刀門(mén)輸水和輸沙量最大, 磨刀門(mén)水道上游是中山、珠海和澳門(mén)的主要水源地, 近年由于氣候變化及人類(lèi)活動(dòng)等, 河口咸潮入侵頻繁, 嚴(yán)重影響沿岸城市的供水安全。

鑒于磨刀門(mén)水道的重要性, 有關(guān)該水道咸潮入侵的原因和機(jī)理研究成果較多, 如劉杰斌等[3]和包蕓等[4]分析實(shí)測(cè)資料顯示, 磨刀門(mén)水道出現(xiàn)枯季小潮期間咸潮快速上溯, 是由小潮期間磨刀門(mén)水道凈泄量為負(fù)所致; 聞平等[5]認(rèn)為影響磨刀門(mén)水道咸潮入侵的主要因素是徑流, 并推薦了最小壓咸流量范圍以及最佳壓咸補(bǔ)淡的時(shí)機(jī); 陳榮力等[6]和羅丹[7]分析實(shí)測(cè)資料, 認(rèn)為大潮期間加大上游下泄流量是最好的壓咸時(shí)機(jī); 韓志遠(yuǎn)等[8]的研究顯示, 近些年的河道采砂以及河口圍墾導(dǎo)致磨刀門(mén)口門(mén)“調(diào)淡”作用的喪失, 才是咸潮影響加劇的主要原因; 河口咸潮入侵與徑流和潮汐作用的此消彼長(zhǎng)關(guān)系密切, 賈良文等[9]的分析顯示, 磨刀門(mén)水道枯季潮流為主要?jiǎng)恿?河口下層有反向水流, 存在明顯的因密度差而形成的密度環(huán)流。在磨刀門(mén)口, 當(dāng)上游西江梧州來(lái)流量小于2 500 m3/s時(shí), 屬于以潮為主河口, 潮流動(dòng)力作用加強(qiáng), 咸潮對(duì)上游的影響逐步加大。以西蒙斯咸淡水混合判別指標(biāo)分析, 咸淡水混合狀態(tài)多為弱混合型及緩混合型, 屬高度分層型, 形成明顯鹽水楔[10]。

可見(jiàn), 枯季磨刀門(mén)水道由于徑流減少, 鹽水入侵容易形成分層現(xiàn)象, 具有典型的三維水動(dòng)力特性。鑒于此, 依托磨刀門(mén)水道最新地形資料, 本文采用Delft3D軟件建立了磨刀門(mén)水道三維潮流和鹽度數(shù)值模型, 并采用2009年12月10~25日的實(shí)測(cè)資料對(duì)模型進(jìn)行了率定和驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上, 對(duì)磨刀門(mén)水道的潮流和鹽度入侵特性進(jìn)行了分析和探討。

1 數(shù)學(xué)模型的建立

1.1 控制方程

控制方程由連續(xù)方程、動(dòng)量方程和鹽度方程組成, 在 Delft3D中, 采用曲線貼體σ坐標(biāo)系, 所建立的數(shù)值模型中已考慮鹽度正壓和斜壓對(duì)水流運(yùn)動(dòng)的影響, 以便更真實(shí)地模擬河口徑流和潮汐的相互作用。其通用形式如公式(1)。

其中,φ表示流場(chǎng)中不同物理量的通用變量,Rφ(xi)表示源項(xiàng)。uj是貼體坐標(biāo)系上x(chóng)j的速度分量;ρ是水體密度, 隨溫度和鹽度變化, 采用國(guó)際通用海水密度計(jì)算公式(UNESCO), 模型中已考慮由鹽度變化引起的水體密度梯度對(duì)水流運(yùn)動(dòng)的影響;Γφ為擴(kuò)散項(xiàng)參數(shù)。DELFT3D軟件中的相關(guān)控制方程詳細(xì)表達(dá)形式可參考相關(guān)文獻(xiàn)[11-12], 并采用交替方法對(duì)控制方程進(jìn)行離散和求解。

1.2 計(jì)算區(qū)域及網(wǎng)格

圖1 磨刀門(mén)水道實(shí)測(cè)站點(diǎn)分布圖Fig.1 Sketch of field station locations in Modaomen Waterway

2009年 12月10~25日(農(nóng)歷 10月 24日~11月10日), 珠江水利科學(xué)研究院[7]對(duì)磨刀門(mén)水道竹銀-磨刀門(mén)口門(mén)(大橫琴水文站以南約3.9 km)之間近40 km的磨刀門(mén)水道中的 8個(gè)站點(diǎn)的潮位、流速和鹽度進(jìn)行了逐時(shí)測(cè)量, 實(shí)測(cè)點(diǎn)位置如圖1所示, 其中1#測(cè)點(diǎn)位于磨刀門(mén)口門(mén)位置, 距大橫琴水文站以南約3.8 km,8#站點(diǎn)位于竹銀, 4#站點(diǎn)布置在洪灣水道內(nèi)。數(shù)值模擬試驗(yàn)中, 為方便驗(yàn)證和提取邊界, 選取的模型計(jì)算區(qū)域與實(shí)測(cè)區(qū)域一致(圖1)。采用正交曲線網(wǎng)格對(duì)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行剖分, 共計(jì) 216×27個(gè)網(wǎng)格, 垂直方向平均分成10層。

1.3 邊界條件及參數(shù)選取

1.3.1 邊界條件

計(jì)算范圍內(nèi)的磨刀門(mén)水道邊界條件相對(duì)較為簡(jiǎn)單, 以該水道上游竹銀位置為上邊界, 應(yīng)用2009年12月10~25日實(shí)測(cè)流量數(shù)據(jù)進(jìn)行控制, 下邊界主要是磨刀門(mén)河口邊界和洪灣水道邊界, 采用同一時(shí)期實(shí)測(cè)潮位控制。

1.3.2 初始條件

DELFT3D 軟件中, 初始條件有“冷啟動(dòng)”和“熱啟動(dòng)”之分, “冷啟動(dòng)”即給定一個(gè)零初始場(chǎng), 依靠模型不斷迭代計(jì)算以接近實(shí)際情況; “熱啟動(dòng)”即給定初始水流、水位、鹽度等初始場(chǎng)。在潮位和潮流的數(shù)值模擬計(jì)算中, 邊界影響能迅速傳遞到流場(chǎng)內(nèi)部,因此模擬的流態(tài)能迅速趨向于真實(shí)值; 但在鹽度場(chǎng)計(jì)算中, 由于鹽度輸移和擴(kuò)散緩慢以及遵循物質(zhì)守恒規(guī)律, 鹽度若給為零初始場(chǎng), 則要花費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的計(jì)算周期才能達(dá)到真實(shí)分布狀態(tài)。因此, 如果給定的鹽度場(chǎng)能盡量接近真實(shí)情況, 能提高收斂速度, 節(jié)省計(jì)算時(shí)間。鑒于此, 本文依據(jù)2009年枯季磨刀門(mén)水道布置的 8個(gè)實(shí)測(cè)點(diǎn)位的鹽度資料以及實(shí)際地形狀況, 采用插值方法給出了計(jì)算區(qū)域每一層網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上的鹽度初始值。

1.3.3 其他參數(shù)選取

根據(jù)模型調(diào)試顯示, 模型糙率變化范圍為0.016~0.025, 從上游至口門(mén)依次減少。由于水平方向相對(duì)垂直方向大的多, 因此水平方向的紊動(dòng)黏性系數(shù)和鹽度擴(kuò)散系數(shù)根據(jù)模型調(diào)試后的結(jié)果, 直接給定為常值即可; 在垂直方向, 則通過(guò)水動(dòng)力k-ε(紊動(dòng)能-紊動(dòng)耗散率)紊流模型計(jì)算給出。

1.4 數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證

由于選取1#、8#和4#站點(diǎn)分別作為磨刀門(mén)口門(mén)、磨刀門(mén)水道上游以及洪灣水道的邊界控制站點(diǎn), 因此該3個(gè)測(cè)站不參與驗(yàn)證。圖2~圖6給出了2#和6#測(cè)站的潮位、表底層流速和鹽度的驗(yàn)證圖, 其他測(cè)站由于篇幅所限不一一列出。驗(yàn)證結(jié)果顯示, 從潮位、流速和鹽度各項(xiàng)實(shí)測(cè)值與數(shù)值模擬結(jié)果比較來(lái)看,數(shù)值模擬計(jì)算的潮位和流速與實(shí)測(cè)值吻合較好, 潮位的絕對(duì)誤差在 0.07 m以?xún)?nèi), 其中 2#的誤差最小,6#站的誤差最大。流速除了個(gè)別站位存在較大的誤差, 誤差均在10%左右。鹽度吻合相對(duì)較差, 個(gè)別實(shí)測(cè)點(diǎn)底層鹽度數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)誤差較大, 尤其是底層靠近上游的驗(yàn)證站位, 這可能是由該測(cè)量站位資料存在一定誤差引起。但從總體來(lái)看, 模擬計(jì)算各測(cè)點(diǎn)鹽度變化總體趨勢(shì)與實(shí)測(cè)基本一致, 綜合考慮和分析實(shí)測(cè)過(guò)程中各種干擾因素對(duì)鹽度測(cè)量值的影響、局部地形的差異以及數(shù)值模擬的誤差精度等,本模型基本能反映 2009年 12月 10~25日(農(nóng)歷 10月24日~11月10日)期間的潮位、流速和鹽度的變化, 可以應(yīng)用本模型來(lái)分析該水道潮流和鹽度變化規(guī)律。

圖2 潮位驗(yàn)證圖Fig.2 Verification of tidal level

圖3 2#站流速驗(yàn)證圖Fig.3 Verification of velocities in No.2 station

圖4 6#站流速驗(yàn)證圖Fig.4 Verification of velocities in No.6 station

圖5 2#站鹽度驗(yàn)證圖Fig.5 Verification of salinities in No.2 station

圖6 6#站鹽度驗(yàn)證圖Fig.6 Verification of salinities in No.6 station

2 磨刀門(mén)水道潮流特性分析

2.1 流態(tài)特性

圖7給出了數(shù)值模擬的大潮漲落急時(shí)刻表層和底層的平面流態(tài)(中層及中潮和小潮時(shí)刻流態(tài)與大潮基本一致, 此處沒(méi)有給出), 圖8和圖9給出了實(shí)測(cè)情況下的表層和底層流速沿河口向上游方向的變化線,橫坐標(biāo)表示以口門(mén) 1#測(cè)點(diǎn)為起始原點(diǎn), 向上游方向距離為正。從平面流態(tài)來(lái)看, 靠近東側(cè)為磨刀門(mén)水道主槽, 西側(cè)主要為淺灘分布, 因此東側(cè)流速要明顯大于西側(cè)。大潮漲急時(shí)刻, 從口外進(jìn)入磨刀門(mén)水道的漲潮流向北, 即西北方向; 洪灣水道水流為東南向,即磨刀門(mén)水道部分漲潮流進(jìn)入到該水道。從表、底分層來(lái)看, 表層平均流速略大于底層平均流速。大潮落急時(shí)刻, 落潮流速顯著大于漲急流速, 磨刀門(mén)水道落潮流為東南向; 洪灣水道流向則為西北向, 部分潮流進(jìn)入磨刀門(mén)水道。流速存在分層現(xiàn)象, 由表向底流速依次減小。對(duì)中潮和小潮的分析顯示, 磨刀門(mén)水道表層落潮流速顯著大于漲潮流速, 大潮和中潮時(shí), 底層落潮流速略大于漲潮流速, 小潮時(shí), 底層落潮流速略小于漲潮流速; 磨刀門(mén)水道表層平均漲潮流速值隨潮型增大而增大, 顯示漲潮時(shí)潮流在磨刀門(mén)水道內(nèi)占優(yōu)勢(shì); 落潮流時(shí), 徑流作用凸顯, 與落潮流相互作用, 導(dǎo)致河道流速變化較為復(fù)雜, 隨潮型變化趨勢(shì)不明顯; 各潮型下, 底層漲、落潮流速都隨潮型增大而增大?？傮w來(lái)看, 枯季磨刀門(mén)水道總體漲、落潮流速都不大, 各潮型下的表層總體漲潮平均流速都在0.5 m/s以?xún)?nèi), 總體落潮平均流速在0.8 m/s以?xún)?nèi); 底層總體漲落潮平均流速都在0.5 m/s以?xún)?nèi)。

2.2 表底流態(tài)反向現(xiàn)象

枯季小潮期間, 徑流量小, 口門(mén)潮汐動(dòng)力弱, 容易出現(xiàn)鹽水入侵造成的密度分層現(xiàn)象, 表層淡水向海漂移, 而底層鹽水由于補(bǔ)償流和鹽度斜壓等作用,向上游運(yùn)動(dòng)。圖10給出了小潮時(shí)刻(12月 11日 01時(shí)小潮低潮)磨刀門(mén)水道的縱剖面流速等值線, 此時(shí)流速處于漲落潮的交替時(shí)刻?？v坐標(biāo)為高程, 坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)為口門(mén)位置 1#測(cè)點(diǎn), 橫坐標(biāo)為以口門(mén) 1#測(cè)點(diǎn)為原點(diǎn)向上游方向的距離。圖中流速為正表示流向向海, 負(fù)值表示向陸地?？梢?jiàn), 小潮低潮時(shí)刻, 底層水流以向陸為主, 表層水流以向海運(yùn)動(dòng)為主, 表底層流向相反; 垂向上, 流向變化的位置流速等值線分布較為密集, 流速梯度變化大。實(shí)測(cè)期間, 該現(xiàn)象在口門(mén) 1#測(cè)點(diǎn)能明顯觀察到。大、中、小潮型下, 1#測(cè)點(diǎn)表層平均落潮和漲潮歷時(shí)分別為8.8 h和3.9 h、12.5 h和3.8 h、8.6 h和3.9 h; 底層平均落潮和漲潮歷時(shí)分別為8 h和16.8 h、7.3 h和17 h、6 h和18.9 h。該測(cè)點(diǎn)表層和底層漲落潮時(shí)段不完全重合, 說(shuō)明表層和底層流向存在不一致的時(shí)段; 從各潮型來(lái)看,表、底層流速相反的時(shí)間段一般出現(xiàn)在經(jīng)過(guò)第一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的落潮流之后的第二個(gè)較短落潮時(shí)間段內(nèi)。且沿水深方向流向發(fā)生變化的位置隨潮動(dòng)力減弱而有向水面移動(dòng)的趨勢(shì)。

圖7 磨刀門(mén)水道大潮期間漲落急流態(tài)Fig.7 Flowing at Modaomen waterway during spring

圖10 磨刀門(mén)水道小潮縱剖面流速圖Fig.10 Velocity contour at a longitudinal cross section during neap

3 磨刀門(mén)水道鹽水入侵特性分析

3.1 鹽度平面分布特征

圖11給出了數(shù)值模式計(jì)算得到的大潮漲落急時(shí)刻表層和底層的鹽度分布, 圖12給出了觀測(cè)站點(diǎn)表層和底層鹽度分布。由于磨刀門(mén)水道從口門(mén)至與洪灣水道匯合口之間河段的主槽靠近東岸, 因此表底層鹽度入侵受地形影響明顯, 總體呈現(xiàn): 漲潮時(shí)磨刀門(mén)水道東側(cè)鹽度大于西側(cè), 落潮時(shí)東側(cè)鹽度小于西側(cè)的趨勢(shì)。漲急時(shí), 表層和底層鹽度為10的等值線分別到達(dá)掛定角和大沖口水閘附近; 落急時(shí), 表層和底層鹽度為10的等值線線則都到達(dá)燈籠水閘附近?？梢?jiàn), 漲潮時(shí), 鹽度為 10的等值線入侵距離超過(guò)表層; 落潮時(shí), 兩者相差不大; 實(shí)測(cè)和模擬結(jié)果都顯示, 磨刀門(mén)水道表層鹽度顯著小于底層鹽度,小潮期間該現(xiàn)象最為明顯, 且小潮期間的底層鹽度要大于大潮和中潮, 顯示磨刀門(mén)水道枯季小潮期間的鹽水入侵更為嚴(yán)重, 并形成明顯的鹽水分層現(xiàn)象,而表層鹽度變化規(guī)律仍基本遵循隨潮型增大而增大的規(guī)律。竹排沙淺灘東側(cè)水道鹽度總體小于西側(cè), 大排沙淺灘東側(cè)石岐水道鹽度則明顯大于西側(cè)磨刀門(mén)水道。從表、底層鹽度等值線分布來(lái)看, 漲落潮時(shí)底層鹽度等值線分布梯度顯著大于表層, 同一位置的底層鹽度明顯高于表層。

3.2 鹽度垂向分布特征

為探討大、中、小潮下磨刀門(mén)水道鹽度在垂向的變化規(guī)律, 圖13給出沿主槽對(duì)應(yīng)剖面漲落潮下的鹽度垂向分布, 縱剖面線位置如圖1所示。由于磨刀門(mén)水道地形變化對(duì)鹽水入侵影響明顯, 為分析方便,根據(jù)水深地形特征, 大致可以將磨刀門(mén)水道近口門(mén)河段分為4段: 河段1為從口門(mén)至與洪灣水道匯合口,河段長(zhǎng)度大致為15 km, 從口門(mén)向河道上游方向14 km范圍內(nèi), 河底地形高程從大約–4 m下降至接近–12 m,然后在1 km內(nèi)迅速上升到約–3 m; 河段2為從洪灣水道匯合口到竹排沙, 該河段長(zhǎng)約16 km, 呈現(xiàn)兩端高、中間低的形態(tài), 該河段下游端地形高程為–3 m,上游端地形高程接近 0, 中間最低位置地形高程為–12 m左右; 河段3為石岐水道, 該水道位于大排沙的東側(cè), 河道長(zhǎng)度約6 km, 從縱剖面地形上看, 水深較淺, 也呈現(xiàn)兩端高、中間低的形式; 河段4為從磨刀門(mén)水道進(jìn)入石岐水道分流口往上游方向河段, 該河段河床地形由–2 m高程在5 km距離內(nèi)迅速下降到–15 m。根據(jù)各潮型下的縱剖面鹽度分析各河段鹽度特性可見(jiàn):

圖11 磨刀門(mén)水道大潮期間鹽度分布Fig.11 Salinity contours at Modaomen waterway during spring

1) 大潮漲急時(shí), 外海高鹽度(鹽度在20以上)的純海水進(jìn)入到磨刀門(mén)水道河段 1內(nèi), 表層和底層入侵距離分別達(dá)4 km和10 km左右, 底層高鹽水體入侵距離顯著大于表層, 高鹽海水與沖淡水接觸鋒面鹽度等值線分布密集, 鹽度等值線近似垂向分布,與洪灣水道匯合口處鹽度約為 12; 河段 2底層鹽水入侵距離大于表層, 末端竹排沙位置鹽度為 4左右;河段3末端西河水閘位置鹽度約為1; 河段4從西河水閘向上游, 鹽度都小于1。

2) 大潮落急時(shí), 河段 1表層高鹽海水基本退出口門(mén), 為沖淡水占據(jù), 底層由于地形原因, 部分高鹽水體聚集在底部無(wú)法退出, 形成顯著的表底分層現(xiàn)象, 與洪灣水道匯合口處鹽度為 16左右, 明顯高于漲潮時(shí)的鹽度; 河段2表、底層鹽度向上游入侵的距離反而大于大潮漲急時(shí), 該河段末端竹排沙位置鹽度為 6左右; 河段3整體鹽度較漲急時(shí)有顯著升高,末端西河水閘位置鹽度約為5; 河段4的整體鹽度也呈現(xiàn)顯著升高。

圖12 磨刀門(mén)水道枯季表層和底層漲落潮平均鹽度分布Fig.12 Average salinity curves at water surface along Modaomen waterway

圖13 不同潮型下的縱剖面鹽度等值線Fig.13 Vertical section of salinity contours with different types of tides

3) 中潮漲急時(shí), 河段1底層約7 km范圍內(nèi)由外海高鹽度水體占據(jù), 表層則由沖淡水覆蓋, 與洪灣水道匯合口位置的最大鹽度為5左右; 河段2在燈籠水閘以下游河段的鹽度變化范圍在 1~5, 底層最遠(yuǎn)入侵距離達(dá)到燈籠水閘, 燈籠水閘往上游河段 2部分、河段3和河段4的水體鹽度都小于1。

4) 中潮落急時(shí), 河段 1為沖淡水占據(jù), 呈現(xiàn)顯著的表、底分層現(xiàn)象, 底層最高鹽度達(dá) 17以上, 表層鹽度為 4左右, 與洪灣水道匯合口位置的鹽度達(dá)到6左右; 河段2的鹽度較漲急時(shí)整體有所升高, 底層 1的等值線向上游最遠(yuǎn)接近聯(lián)石灣水閘, 從聯(lián)石灣水閘往上游河段2的部分、河段3和河段4的水體鹽度都小于1。

5) 小潮漲急時(shí), 河段 1底層高鹽水體入侵較為顯著, 盡管底層含鹽度20以上的純海水僅僅進(jìn)入到離口門(mén) 4 km的范圍, 但河段 1的底層基本都被 15以上的高濃度鹽水占據(jù), 表層為沖淡水占據(jù), 形成顯著分層現(xiàn)象, 與洪灣水道匯合口位置最高鹽度為8左右; 河段 2在聯(lián)石灣水閘下游河道的水體鹽度變化范圍在 1~10, 較高含鹽度出現(xiàn)在洪灣水道匯合口位置底層, 顯示是河段 1底層部分較高含鹽度的水體侵入所致; 聯(lián)石灣水閘以上河段的水體鹽度都在1以?xún)?nèi);

6) 小潮落急時(shí), 河段 1水體含鹽度較漲急時(shí)有顯著下降, 底層最大鹽度為 15左右, 表層最低為 3左右, 形成顯著表底分層現(xiàn)象, 底層較高濃度的含鹽水體由于地形阻礙無(wú)法完全退出口門(mén), 鹽度等值線呈現(xiàn)由海向陸的傾斜分布, 與洪灣水道交匯處的最大鹽度為6左右; 河段2水體含鹽度較漲急時(shí)有所下降, 聯(lián)石灣水閘下游河道水體鹽度變化范圍為1~6, 從聯(lián)石灣水閘往上游河道含鹽度都在1以?xún)?nèi)。

綜上可見(jiàn), 近河口的磨刀門(mén)水道由于其特殊的水深地形和潮流動(dòng)力特征, 決定了口門(mén)鹽度入侵的變化特性:

1) 枯季大潮時(shí), 潮動(dòng)力占絕對(duì)主導(dǎo)作用, 外海高鹽度的純海水從口門(mén)顯著入侵到磨刀門(mén)水道, 對(duì)磨刀門(mén)水道下泄徑流形成了顯著頂托作用, 致使大潮時(shí)的鹽度等值線總體呈現(xiàn)垂向分布; 中潮和小潮時(shí), 潮動(dòng)力減弱, 徑流作用凸顯, 密度較小的淡水或沖淡水由表層向下游流動(dòng), 底層高濃度的鹽水由于地形及補(bǔ)償流動(dòng)原因向上游入侵, 形成顯著的表底分層現(xiàn)象。

2) 從口門(mén)至洪灣水道的河段 1, 由于水深地形呈現(xiàn)由海向陸傾斜下降的形態(tài), 導(dǎo)致底層容易為高濃度鹽水占據(jù), 且不易完全退出口門(mén); 與洪灣水道的匯合口處地形的抬高對(duì)來(lái)自外海的底層高鹽水體入侵具有顯著的阻擋作用。

3) 大潮時(shí)的鹽水入侵距離較遠(yuǎn), 鹽度為 1的等值線能達(dá)到竹銀以上, 中潮和小潮時(shí)則基本都在聯(lián)石灣水閘以下。

4) 大潮和中潮期間, 落潮時(shí)的鹽水向上游入侵距離反而較漲潮時(shí)更遠(yuǎn), 根據(jù)對(duì)流態(tài)分析顯示, 潮汐動(dòng)力強(qiáng)時(shí), 漲潮動(dòng)力強(qiáng)勁且枯季淡水徑流動(dòng)力較弱, 致使上游下泄的淡水徑流聚集在磨刀門(mén)水道上游河段內(nèi)無(wú)法下泄, 導(dǎo)致上游水道含鹽度迅速降低;落潮時(shí), 一方面聚集在水道內(nèi)的大量沖淡水由表層迅速下泄, 底層高鹽水體由于補(bǔ)償流動(dòng)向上游入侵;另一方面磨刀門(mén)水道水深地形變化迅速, 造成表底層水流的強(qiáng)烈紊動(dòng), 進(jìn)一步加劇了底層高含鹽水體往上游方向擴(kuò)散。小潮期間, 由于整個(gè)水道內(nèi)水流流速很小, 流態(tài)平緩, 紊動(dòng)較弱, 總體仍呈現(xiàn)漲潮時(shí)入侵距離大于落潮。因此, 枯季磨刀門(mén)水道鹽水入侵的主要影響因素為地形和潮動(dòng)力。

4 結(jié)論

為探討枯季磨刀門(mén)水道潮流和鹽水入侵特性,本文建立了磨刀門(mén)水道三維潮流和鹽度數(shù)學(xué)模型,對(duì)2009年枯季近半月的潮流和鹽水運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了模擬和分析, 結(jié)果顯示:

1) 枯季由于上游徑流量小, 磨刀門(mén)水道總體漲、落潮流速都不大, 表層總體漲潮平均流速都在0.5 m/s以?xún)?nèi), 總體落潮平均流速在0.8 m/s以?xún)?nèi); 底層總體漲落潮平均流速都在0.5 m/s以?xún)?nèi);

2) 枯季磨刀門(mén)水道表、底層流速反向的時(shí)間段一般出現(xiàn)在經(jīng)過(guò)第 1個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的落潮流之后的第 2個(gè)較短落潮時(shí)間段內(nèi), 沿水深方向流向發(fā)生變化的位置隨潮動(dòng)力減弱而有向水面移動(dòng)的趨勢(shì);

3) 從鹽度的平面分布來(lái)看, 磨刀門(mén)水道近口門(mén)河段(與洪灣水道匯合口以下)總體呈現(xiàn)漲潮時(shí), 磨刀門(mén)水道東側(cè)含鹽度較西側(cè)大, 落潮時(shí)東側(cè)含鹽度較西側(cè)小的趨勢(shì)。竹排沙淺灘東側(cè)水道含鹽度總體較西側(cè)小, 大排沙淺灘東側(cè)石岐水道含鹽度則明顯較西側(cè)磨刀門(mén)水道大;

4) 潮汐動(dòng)力較強(qiáng)時(shí)(大潮和中潮), 落潮時(shí)的鹽水向上游的入侵距離反而較漲潮時(shí)更遠(yuǎn), 潮汐動(dòng)力弱(小潮)時(shí), 整個(gè)水道內(nèi)水流流速很小, 流態(tài)平緩,紊動(dòng)較弱, 總體仍呈現(xiàn)漲潮時(shí)入侵距離大于落潮時(shí)的情況。因此枯季磨刀門(mén)水道鹽水入侵特性取決于水道地形和潮動(dòng)力。

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