珠江口潮水位年内变化特征识别

孔 兰，陈晓宏

(1.中山大学水资源与环境研究中心，广东广州 510275;2.中山大学华南地区水循环和水安全广东普通高校重点实验室，广东广州 510275;3.中水珠江规划勘测设计有限公司，广东广州 510610)

珠江三角洲是广东省的政治、经济、文化中心，也是我国经济最发达的地区之一。水位对珠江口排污、供水安全等有直接影响，水位变化及其影响直接制约着珠江三角洲地区的经济发展。针对珠江口的潮水位变化，国内外不少专家学者均做过研究和探讨。任美锷［1］指出由于地面沉降等原因，过去30年的珠江三角洲相对海平面上升率远大于全球和全国海平面上升率(约1.5 mm/a)。黎子浩［2］认为20 世纪50 年代末至70 年代初，珠江三角洲联围筑闸初期使河道水位迅速雍高，抬高值一般为0.20 ～0.30 m。王廷华［3］认为珠江三角洲网河区各水道水位都不同程度地存在逐年上升的趋势。杨清书等［4］利用20 个验潮站的资料，得出珠江三角洲水位变化总体呈上升趋势的结论。陆永军等［5］对珠江三角洲网河区低水位变化趋势进行了研究。20 世纪80 年代以来，珠江三角洲北江、西江和东江主要河道的水文特征与河床演变趋势先后发生了新的变化，河床的大幅下切引起同流量级的水位明显下降。目前，对珠江三角洲水位长系列变化趋势的研究较多，而对珠江三角洲水位年内变化规律的研究较少。珠江口水位受径流、潮流、河道地形等因素的耦合作用，变化机理复杂［6-11］。河道径流量与上游径流来量、汊道分流比、水利枢纽建设、河口延伸有关;潮汐影响因素包括天文、气象和河口地形等;河道地形变化包括河床自然淤积、人工河床采砂、河道整治工程、桥梁码头建设、岸滩开发等。为了识别珠江口潮水位的年内变化规律，重点选取马口站、澜石站、横门站、灯笼山站和三灶站作为代表站，对比分析珠江口代表站水位年内变化不均匀系数和集中程度，并采用Spearman 秩相关系数法对水位年内变化不均匀系数和集中程度系列进行趋势检验。掌握珠江口水位的年内变化规律，对珠江口地区的防灾减灾和水资源的合理开发利用具有重要的指导意义。

1 数据来源及研究方法

1.1 数据来源

珠江经虎门等8 大口门注入南海。为了识别珠江口潮水位年内变化特征，本研究从水文年鉴、广东省水文局和佛山水务局1973—2004 年的逐月水位数据中收集了珠江三角洲马口站、澜石站、横门站、灯笼山站和三灶站5 个主要代表水文站(水位站)(各个站点具体分布信息如图1)的实测水文数据。

1.2 研究方法

1.2.1 不均匀性

图1 珠江口主要水文(水位)站分布

采用水位年内变化不均匀系数Cu来分析水位的年内变化，Cu值越大，年内各月水位差异越大，水位年内变化越不均匀，水位调控难度也越大。由于篇幅所限，具体计算方法见文献［12-13］。

1.2.2 集中程度

目前利用集中程度研究河流径流年内分配变化规律的成果较多，笔者引用集中度Cn和集中期D表达水位在年内各时段的集中程度以及最大水位出现的时段。集中度反映水位年内集中程度，集中期反映全年水位集中的重心所出现的月份。集中度和集中期的具体计算步骤见文献［14-18］。

1.2.3 Spearman 秩相关系数法

为了研究潮水位的年内变化指标的时序变化规律，本研究采用Spearman 秩相关系数法。Spearman秩相关系数是一种等级相关系数，由于应用中无须考虑有关变量的分布类型，事实上，它比大家熟知的Pearson 相关系数适用范围更广［19］。如果秩相关系数Zsp＞0，表示序列有上升趋势;Zsp＜0，表明序列有下降趋势;Zsp=0，表明序列没有变化趋势。显著性概率水平α 对应的临界值Z0.05/2=1.96。

2 计算与分析

由表1 可以看出，珠江口潮水位的年内变化在不同年代存在明显的时空差异。位于珠江口深处的马口站在20 世纪70 年代和20 世纪90 年代水位的年内变化大于80 年代，其他站在20 世纪70 年代水位的年内变化最大，20 世纪80 年代以来水位的年内变化趋于均匀;马口站和澜石站水位年内变化不均匀系数和集中度最大，近口门处的横门站、灯笼山站和三灶站水位年内变化不均匀系数和集中度较小;马口站和澜石站水位集中期最小，主要在7 月，横门站和灯笼山站较大，分别在8 月和9 月，三灶站最大，主要在10 月，说明年内水位集中期由珠江口深处向河口处有后推(或增加)趋势。初步分析马口站和澜石站水位年内变化受径流变化的影响较大，而近口门处的横门站、灯笼山站和三灶站水位年内变化受潮汐和海平面变化的影响较大［20-22］。珠江口潮水位变化机理复杂，有待于进一步深入研究。

表1 不同年代水位年内变化指标值

图2 和图3 能直观反映珠江口水位年内变化特征随时间的变化趋势:马口站年内变化不均匀系数和集中度呈上升趋势;澜石站、横门站、灯笼山站和三灶站水位年内变化不均匀系数和集中度的时序变化相似，均有下降趋势;各代表站的集中期都随时间呈波动上升趋势，马口站和澜石站集中期主要在7—8 月份波动，横门站和灯笼山站集中期主要在8—9月份波动，而三灶站集中期主要在10—11 月份波动。

表2 显示:马口站年内变化不均匀系数和集中度系列的Spearman 检验统计量为正，表明其水位年内变化不均匀程度存在较显著的上升趋势;澜石站、横门站、灯笼山站和三灶站水位年内变化不均匀系数和集中度系列的Spearman 检验统计量都为负，表明其水位年内变化不均匀程度均有下降趋势，其中横门站和三灶站年内变化不均匀系数系列的Spearman 检验统计量的绝对值均大于1.96，通过了0.05 显著性水平检验，说明近海口门处潮水位年内变化不均匀程度均有显著下降趋势;所选代表站的年内水位集中期都具有不显著的上升趋势，说明时间上是后推趋势。

表2 Spearman 检验统计量

3 结 论

图2 各站点水位年内变化指标及其趋势

图3 各站点水位集中期变化趋势

a. 珠江口潮水位的年内变化在不同年代存在明显的时空差异。马口站在20 世纪70 年代和90年代水位的年内变化大于80 年代，其他站20 世纪80 年代以来水位的年内变化趋于均匀;珠江口水位年内变化不均匀系数和集中度由珠江口深处向近河口处有减小趋势;年内水位集中期由珠江口深处向河口处有后推(或增加)趋势。

b. 珠江口水位年内变化趋势特征明显。珠江口深处的马口站年内变化不均匀系数和集中度呈上升趋势，其他站水位年内变化不均匀系数和集中度均有下降趋势，其中近海口门处横门站和三灶站的潮水位年内变化不均匀程度均有显著下降趋势;各代表站的集中期都随时间呈波动上升趋势，说明时间上是后推(或增加)趋势。

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