口门延伸对西北江三角洲网河区分流比影响研究

徐林春，吕 亮，林美兰，黄 东，梁汝豪

(1.广东省水利水电科学研究院，广州 510635；2.广东省水动力学应用研究重点实验室，广州 510635；3.广东省水安全科技协同创新中心，广州 510635；4. 深圳市水务工程检测有限公司，广东 深圳 518000)

珠江三角洲受入海径流和海洋潮汐的双重作用，岸线和环境的变化很快，人类活动又严重干扰河口发育演变，在几十年至几百年尺度的环境变化中，珠江河口人类活动驱动力的影响已经大大超过自然驱动力，对珠江三角洲八大口门区域地貌轮廓形态、水沙流路等都产生了不同程度的影响。与此同时，口门延伸对三角洲网河区水情也产生了一个缓慢而逐渐深入的影响过程[1-3]。

珠江三角洲滩涂围垦、口门延伸情况研究已见诸多文献。彭静等(2004)综合分析了珠江三角洲区域洪水位异常壅高的外部及内在成因，认为口门延伸使河道沿程阻力增加，水面坡降减缓，水位抬高[4]；何为(2012)在分析研究珠江河口东三口门河汊的动力沉积特点与物质输运机制、河口分汊机制及其对排洪和咸潮上溯影响的基础上，认为三角洲纵向延伸速度大于横向发展速度，且因为围垦、港口航道建设等人类活动而加剧了这种差距[5]；赵荻能(2017)通过对珠江三角洲口门1850—2015年共165 a间河口区地形地貌数据的分析，得出整个河口湾水域面积减少约35%(1 258 km2)，体积减少约39%(9 km3)，西部河口区相比东部河口区变化更为剧烈的结论，其中内伶仃洋河口区人类活动强度最大、种类最多，口门围垦急剧改变河口岸线形态[6]；辛文杰等(1997)以珠江口黄茅海河口为例，得出了边滩围垦程度与潮波变形的对应关系[7]；王礼育等(2000)对珠江河口西四口门的延伸情况进行了分析研究[8]；沈汉堃等(2005)探讨了不同湾口型态与伶仃洋水动力之间的相应关系[9]；黄镇国等(2005)得出了口门延伸是磨刀门从浅海湾演变为三角洲的主要原因之一的结论[10]；王世俊等(2008)对磨刀门河口水沙变化与地貌响应问题进行深入的探讨，认为磨刀门口门向外海延伸较快，河口口门动力相对强弱发生了较大变化，磨刀门河口正逐渐向河流—波浪型河口转变[11]；陈小文等(2010)对近30 a来珠江河口岸线演变时空特征及效应进行了研究，认为河口岸线延伸对区域泄洪纳潮及水环境造成较大程度的影响[12]。

以上研究主要针对某一个或几个口门的情况进行分析研究，鲜有从整体的、系统的角度分析口门延伸与三角洲网河区分流比等水力要素特性之间的对应关系。本文在调查分析珠江三角洲口门延伸演变情况的基础上[13]，研究典型洪潮水文组合条件下鸡啼门、磨刀门和横门三大口门特定区域的围垦延伸与西、北江三角洲网河区主要汊口分流比的具体响应关系。

1 概述

潮滩围垦及其开发利用在我国历史悠久，苏北范公堤、浙东大沽塘代表了我国历史上围海造陆工程的最高成就。国外如英国、德国、荷兰、朝鲜等国的潮滩围垦也有几百到近千年的历史。改革开放40 a来，随着珠三角农村城市化和城市工业化的高速发展、社会财富不断增长，人们利用河口地区的需求不断提高，对河口土地资源的开发也日益高涨，珠江三角洲陆地也不断向外海扩展。如珠江口的伶仃洋西边滩，在短短不到20 a时间内，被围垦开发出了近万公顷的土地，相应口门水道亦不断向外海延伸。磨刀门河口自20世纪60年代开始白藤堵海工程，人类活动一直持续不断，口门向外海延伸了约16 km；伶仃洋西岸虎门大角山至珠海金星铜鼓角岸线1977—2000年期间共向东延伸了4 363 m；珠海金星铜鼓角珠海横琴岛段岸线1977—2000年期间共向东延伸了1 251 m；伶仃洋东岸虎门川鼻岛至深圳后海湾段岸线1977—2000年期间共向西南延伸了1 881 m；鸡啼门三灶岛北面围垦区岸线1977—2003年期间共向东延伸2 163 m；黄茅海东岸虎跳门出口至南水岛岸线1977—2000年期间共向西延伸了2 801 m，主要集中在南水岛附近的围垦区；黄茅海西岸崖门出口至烽火角岸线1977—2000年期间共向东延伸了1 040 m，主要集中在崖门出口的新洲围垦区。

2 计算工况

本文结合1999年珠三角口门实测地形，采用网河一维——河口二维水流联解的整体模型[14]，仅针对鸡啼门、磨刀门和横门口部分区域根据现状趋势进行自然围垦延伸，选取“2001.2”、“1999.7”、“1998.6”3种分别代表枯、中、洪水的典型水文组合对特定区域口门延伸前后西、北江网河区主要汊口分流比的变化情况进行研究。各口门围垦位置示意见图1，围垦基本情况见表1。

a 围垦之前

表1 三大口门基本情况

“1998.6”洪水组合上游控制站的北江三水站最大洪峰流量为16 200 m3/s，接近百年一遇；西江马口站最大洪峰流量为46 200 m3/s，超50年一遇，该组合可作为洪水组合代表。“1999.7”中洪水组合的三水站最大洪峰流量为9 220 m3/s，接近多年平均流量9 640 m3/s；马口站最大洪峰流量为27 300 m3/s，接近多年平均洪峰流量27 600 m3/s，该组合相当于珠江口2年一遇洪水。“2001.2”枯水组合条件下，北江三水站日均流量为674 m3/s，西江马口站日均流量为2 051 m3/s，该组合可作为枯水代表组合。

3 口门延伸与三角洲网河分流比的响应关系

3.1 “98.6”大水大潮

“98.6”洪水期，口门延伸后，马口7 d泄流量减少216.51万m3(0.02%)，三水增加了798.86万m3(0.02%)；天河7 d泄流量减少2 440.70万m3(0.10%)，南华增加了2 351.57万m3(0.10%)；冯马庙和下横的净泄量均有所增大，但冯马庙的增加值更大，所以延伸后分流略有增大，为0.03%。其余网河北江片分汊口的净泄量亦略有增大，但延伸后分流比基本保持不变(见图2)。可见，“98.6”水文条件下，延伸方案增大了北江片网河区域的净泄量。

a 主要汊口延伸前、后分流比对比示意

3.2 “99.7”中水大潮

“99.7”中水大潮时，口门延伸后，马口7 d泄流量减少622.70万m3(0.02%)，三水增加205.45万m3(0.02%)；天河7 d泄流量减少2144.87万m3(0.14%)，南华增加1 812.22万m3(0.14%)；上横、冯马庙和下横三站中，上横净泄量略有减小，其余两站有所增大，冯马庙延伸后分流比增大了0.12%，其余两站分别减小了0.05%和0.07%。对于大部分北江片网河区分汊口的净泄量均有所增大，但延伸后分流比除个别分汊口外基本保持不变(见图3)。可见，“99.7”水文条件下，延伸方案亦使北江片网河区域的净泄量有所增大。

a 主要汊口延伸前、后分流比对比示意

3.3 “01.2”枯水大潮

“01.2”枯水大潮时，上游径流动力不足，各分流节点泄流量基本有所减少。马口7 d净泄量减少902.66万m3(0.10%)，三水减少44.77万m3(0.10%)。天河、南华7 d净泄量均有所减少，分流比重新分配后，天河分流比减少0.28%，南华分流比相应增加0.28%。即虽然各分流节点泄流量基本有所减少，但口门延伸对西江片网河区的影响还是大于对北江片网河区的影响，使得西江片网河区汊口的净泄量减少的更多，而北江片网河区的净泄量减少的较少(见图4)。汊点分流比的变化率要大于“98.6”洪水大潮和“99.7”中水大潮水文组合，但基本在0.5%以内，影响幅度有限。

a 主要汊口延伸前、后分流比对比示意

对比三组水文组合的计算结果可知，上游来流量越大，口门延伸对网河汊点的分流比影响越小。洪、中水水文组合条件下，延伸方案实施后均使西江过北江的径流增加。“98.6”大水大潮延伸前后净泄量的差值百分比变化在-0.10%～0.10%之间，相应“99.7”中水大潮在-0.14%～0.14%之间，“01.2”枯水大潮在-0.45%～0.53%之间。

4 结语

本文选取“98.6”、“99.7”、“01.2” 3种典型水文组合，针对鸡啼门、磨刀门和横门三大区域口门围垦延伸情况，对口门延伸前后西、北江网河区主要汊口分流比的变化情况进行研究，主要结论如下：

1) 洪、中水水文组合条件下，延伸方案实施后均使西江过北江的径流增加。

2) 口门延伸对西江片网河区的影响还是大于对北江片网河区的影响，使得西江片网河区汊口的净泄量减小的更多，相比之下，北江片网河区的净泄量减小的较少。

3) 上游来流量越大，口门延伸对网河汊点的分流比影响越小。

4) 由于延伸方案主要位于西四口门区域，“98.6”水文条件下，延伸方案增大了北江片网河区域的净泄量，进而增大了东四口门的净泄量。

由于本文是基于1999年珠江三角洲网河河道地形进行计算分析，地形数据距今已有较长时间，网河区河道地形已有所调整，为此，上述结论可能仅适用于特定的河道地形及水文组合。下一阶段将结合网河区最新河道地形及水文工况做进一步研究。