珠江河口磨刀门口外东西两汊实测分流比分析

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　　摘要：磨刀门是珠江河口八大口门中泄洪量最大的口门，口外已形成稳定的东西两汊滩槽格局及中心拦门沙。两汊的分流比是磨刀门河口治理的重点关注问题。根据磨刀门河口及口外东西两汊2015年9月10～11日大潮同步水文观测资料，分析了东西两汊实测流速、流向及分流比特征。结果表明：东西汊总体以往复流为主，在转潮过程会出现一定的旋转流;落潮时表层流速大，底层流速小;涨潮时底层流速大，表层流速小，在转潮时刻会出现短暂表落底涨的现象;西汊的落潮量分流比大于东汊，且净泄量分流比为66%，是磨刀门入海口的主要泄水通道;而东汊的涨潮量分流比大于西汊，是磨刀门入海口的主要涨潮通道。因此，在磨刀门口外治理规划时，需重点考虑东西两汊的自然演变及分流比情况，保证其泄洪纳潮的功能。
　　关 键 词：潮流; 分流比; 东西两汊; 磨刀门; 珠江
　　中图法分类号：TV85 文献标志码： ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2019.01.003
　　磨刀门是珠江八大口门径流量最大的河口，占八大口门多年平均径流量的26.6%[1]。目前磨刀门口外目前已形成稳定的东西两汊滩槽格局[2]。东、西汊是磨刀门河口泄洪纳潮主要通道[3]，但由于高潮时段拦门沙可以过流，加上河口旋转流的影响，两汊并未完全独立，而东、西汊的泄洪纳潮关系也是磨刀门河口治理的重点关注问题，实测资料的分析对研究河口水沙分布及河床演变至关重要。梁娟等利用2003年实测资料[4]，分析了磨刀门河口泥沙输移趋势和沉积特征，卢陈等采用2011年12月和2012年5月观测资料[5]，对磨刀门河口洪季和枯季大、中、小潮的悬沙时空分布进行了分析。已有成果均是对磨刀门河口水沙输移进行宏观分析，对东西两汊实测断面流量资料的报道较为少见[6]。特别是近年来磨刀门河口进行了大规模的河口整治及围垦工程。据统计，1978～2014年间，磨刀门河口向外延伸约16.5 km，磨刀门及澳门附近水域围垦面积约151 km2[7]，横琴新区也拟在横琴南部开展大规模的围垦工作[8]。
　　经多年规划治理的磨刀门河口已延伸至横洲外开敞的水域，但横琴岛南岸水域和三灶岛东侧水域仍未划定规划治导线。目前，磨刀门口门仍存在以下亟待解决的问题：口门泄洪任务加重;人类活动极大地影响了磨刀门拦门沙的发育演变，口门延伸和滩槽发育格局复杂多变;供水安全面临的威胁并未得到根本解决;水资源保护与生态环境修复任重道远;经济社会的高速发展也对磨刀门河口的综合治理提出了新要求。因此，亟需开展磨刀门横洲口外综合整治规划工作，进一步加强磨刀门河口管理，使之既满足经济社会发展对河口资源合理开发的需求，又能满足维护河口健康有序发展的基本需求，践行自律式发展，保障资源的可持续利用。现状磨刀门口外东西两汊的自然分流比是河口综合治理规划需重点考虑的问题。本文利用2015年9月开展的磨刀门河口东西两汊潮流量观测资料，分析两汊流速分布情况及分流比状况，为磨刀门口外综合治理规划提供科学依据。
　　1 磨刀门口外概况
　　西江是珠江的主流，磨刀门作为西江主要入海口门，其排洪量约占西江洪水总量的1/3[1]。由于河口不断淤积延伸，拦门沙发育，并受到南海北部环流的影响，水沙动力条件复杂。同时，磨刀门地处粤澳经济发达地区，人类活动又深刻影响着口门的滩槽演变[9-10]。磨刀门属强径流弱潮流的口门，潮汐类型属不规则半日混合潮型，在一个太阴日内一般出现两次高潮和两次低潮，潮高、潮差和潮历时存在明显的不等现象。
　　磨刀门口外拦门沙坝位置从大井角-横洲口至口外水深8 m的斜坡位置，纵断面长约12 km，从横断面可分为次一级的地貌单元，分别为东侧拦门沙浅滩、主槽东汊、中心拦门沙、主槽西汊、西侧拦门沙。目前中心拦门沙被东西槽所切割，呈一类似规则三角形[11]。拦门沙坝前坡水深5 m左右位置是一个拐点，此点以上坡降大于以下坡降，也大于坝后坡降。拦门沙两侧沙体形状明显不对称，三角洲前缘偏向西南方，在交杯沙外发育了4列沙脊，与河口输出水流成较大的锐角。
　　磨刀门受径流、潮流和地形的制约，呈往复流的运动形式。在-5 m等高线以外，由于水域开阔，受南海潮流、柯氏力及季风的制约较明显，存在旋转流和沿岸流的相互影响，流态较复杂。
　　2 测验断面布置
　　根據磨刀门口外最新地形资料，在磨刀门口共布置3个断面，每条测船均采用船载GPS进行定位，并提前1 h进入测点位置，定位误差不大于20 m，进行26 h同步水文测量。其中，在磨刀门水道出口缩窄处，即交杯沙与大横琴岛距离最短的断面作为口门断面;东、西汊断面以拦门沙脊为分界线，考虑到船载多普勒流速仪船速不能过快，因此断面选择不宜过长，从拦门沙脊上的-3 m等高线往两侧延伸，西汊断面由交杯沙南侧-3 m等高线至拦门沙处;东汊断面由横琴岛南侧-3 m等高线至拦门沙处。其中，西汊断面约长2.2 km，断面上平均分布5个流速测量点，每隔500 m布置一个，分别为1～5号，东汊断面长约1.7 km，平均布置4个流速测量点，分别为5～8号，其中5号位于拦门沙上，为东、西两汊公共点，见图1。测验时间为2015年9月10～11日。
　　3 测量结果及分析
　　3.1 潮 位
　　磨刀门潮汐属于弱潮型，潮汐系数介于0.89～1.92 之间。根据测量期间三灶站潮汐表资料，测量期间潮位过程线见图2，从过程线图上看该测验潮位有明显的两涨两落现象。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
　　东西汊总体以往复流为主，在转潮过程会出现一定的旋转流，因此在转潮过程时涨落潮方向不明确。根据涨落潮特征，把垂直于汊道的方向作为划分涨落潮的方向。现以正北方向为0°，东、南、西方向分别为90°，180°和270°，西汊的266°～360°和0～86°作为涨潮流方向，86°～266°作为落潮流方向;东汊的210°～360°和0～30°作为涨潮流方向，30°～210°作为落潮流方向。根据此划分方法，统计东、西汊的涨落潮历时，见表1。 　　总的来说，在单日周期内，东西汊的落潮时间长，涨潮时间短。其中，5号测点落潮历时最长，为21 h，主要原因是5号测点位于拦门沙上，正对着磨刀门出口方向，其径流动力明显高于涨潮动力，因此5号落潮历时明显较大。东西汊深槽处为径流下泄和潮流上溯的主要通道，西汊的3号和4号测点位于深槽，落潮历时分别为20 h和18 h，而东汊深槽处的6号和7号测点落潮历时分别为19 h和17h，均比西汊少1 h。
　　西汊断面深槽位置4号测点落潮平均流速最大，为0.51 m/s;西侧边界最小，为0.12 m/s。东汊深槽位置7号测点落潮平均流速最大，为0.53 m/s;东侧边界最小，为0.31 m/s。西汊涨潮平均流速以3号测点最大，为0.16 m/s;东汊以8号最大，为0.21 m/s，西汊最大落潮流速略大于东汊，西汊深槽处4号测点最大落潮流速为1.21 m/s，东汊深槽处7号测点最大落潮流速为1.14 m/s，但从最大涨潮流速看，东汊较大，其最大涨潮流速为0.38 m/s，西汊为0.29 m/s。
　　3.3 流速流向特征
　　西汊西侧的1～5号测点流速大小呈逐渐增大的趋势，说明越靠近深槽处，流速越大，同时，在深槽处，落潮流向相对比较集中，主要在正南方向附近，涨潮流存在旋转流特征。而偏离深槽的流速测点，其涨落潮流向相对比较散乱。
　　东汊深槽处7号测点流速最大，并往两侧逐渐减小。从流向上看，越远离拦门沙位置，其落潮流向越往东侧偏转，其中，拦门沙上方5号测点落潮主流方向集中在168°～178°，6号测点集中在158°～170°，7号在150°～164°，而8号测点落潮流向主要集中在120°～140°。
　　对比西汊和东汊主槽道上的4号和7号测点可发现，两者均具有明显的落潮流速大、涨潮流速小的特征，且涨潮流方向与槽道走向基本一致，但落潮流方向则有所偏差。西汊涨潮流主要以东北偏北为主，在0～45°之间，而东汊涨潮流主要以西北方向为主，集中在300°附近。落潮时，西汊落潮流方向以正南为主，集中在180°附近，最大流速可达1.21 m/s。东汊槽道走向约为130°，但在磨刀门口强泄径流作用下，落潮流向南侧偏离约20°，约为150°，并且流速越大，越往正南方向偏转，当流速达到1.14 m/s时，流向偏转至177°。
　　3.4 垂线流速
　　总体来说落潮时表层流速大，底层流速小;涨潮时底层流速大，表层流速小，在转潮时刻会出现短暂表落底涨现象，除了西汊1号和2号测点，其它测点涨落潮流向随着时间呈顺时针偏转。
　　从图3可以看出，落急阶段，西汊1号测点表底层流速一致，顺着西汊槽道流向大海。在小涨阶段，表层至0.4层水流方向往西，且呈逆时针偏转至西南向，而0.6层至底层水流方向向东，呈逆时针偏转至东北向。小落阶段，流速在0.6层快速衰减，在大涨阶段，底层流速迅速增大，指向上游，在0.2层快速衰减，在转向落潮过程中，流向呈顺时针偏转。
　　从图4可以看出，西汊4号测点由于位于主槽上，其涨落转换过程较为明显。在落急阶段，表底层流向基本一致，流速大小从表层至底层逐渐减小;在落转涨时，流速逐渐减小，且呈顺时针偏转。在小涨转小落阶段，表层流速逐渐增大，底层流速逐渐减小，于0.8层形成分界线，表层至0.8层流速逐渐减小，而0.8层以后流速急剧变小。在大涨阶段，底层流速达到最大，指向上游，表层流速达到最小，但仍指向下游，深槽内涨潮流最高只能到达0.4层。
　　东汊7号测点呈逆时针偏转，底层落转涨时，与其他测点不同，呈逆时针偏转，于第6 h出现表落底涨现象，表层指向东南，底层指向西北0.6层成为分界层。大涨阶段与西汊不同，东汊表层出现涨潮流，说明东汊涨潮动力更强。
　　3.5 余流特征
　　东汊平均余流与表底层余流方向基本一致，而西汊1号和2号测点表底层余流方向不尽相同，表层余流指向正南偏西方向，在195°～199°之间，而底层余流则指向东北偏东方向，在44°～93°之间。主要原因是1号和2号测点偏离西汊主槽道，径流下泄对其影响较小，相比之下，底部盐水的上溯动力更强，造成底层余流往上的现象。
　　西汊断面上，深槽处4号测点表底层以及平均余流最大，分别为0.58 ，0.10 m/s和0.33 m/s。东汊断面上，深槽处7号测点表层余流较两侧大，大小为0.58m/s，底层余流和平均余流与6号测点基本相同，分别为0.1 m/s和0.32 m/s。
　　3.6 涨落潮流量
　　单日内流量过程线跟潮位过程线同样存在两涨两落现象，但流量过程线相比三灶站潮位过程线滞后约3 h，测量当天西汊断面、东汊断面最大落潮流量依次为727 9 m3/s和469 3 m3/s，最大涨潮流量依次为2 192m3/s 和2 142 m3/s。
　　3.7 东西汊分流比
　　3个断面涨落潮量及分流比见表2，3。可见，西汊最大落潮流量、落潮量和净泄量均大于东汊，其各项大小分别为7 234 m3/s，27 386万m3和25 635萬m3，对应的分流比为61%、64%和66%。而东汊最大涨潮流量、涨潮量大于西汊，大小分别为2 192 m3/s和2 247万m3，对应分流比为51%和56%。由此可见，西汊的落潮分流比大于东汊，且净泄量分流比为66%，是磨刀门入海口的主要泄水通道。而东汊的涨潮量分流比大于西汊，是磨刀门入海口的主要涨潮通道。
　　4 讨 论
　　磨刀门是径流优势性河口，兼具泄洪纳潮、供水、航运、生态等多种功能，泄洪量居八大口门之首。由于河口不断淤积延伸，拦门沙发育，水沙动力条件复杂。同时，磨刀门地处粤澳经济发达地区，人类活动又深刻影响着磨刀门口门的自然演变。磨刀门是珠江各入海口门中累积资料较多、研究时间较长的一个口门，也是最为复杂的一个口门。 　　東、西汊是泄洪主要通道，西汊是磨刀门入海主汊，东汊是支汊，中心拦门沙是泥沙的主要淤积区域之一，具有抑咸挡咸功能。在磨刀门口外治理规划的同时，需重点考虑东西两汊的自然演变及分流比情况。应根据磨刀门及其周边水域洪潮特性和各水道的规划功能，满足水域泄洪纳潮、适应拦门沙整治，同时要兼顾周边地区社会经济近远期发展对水域、滩涂开发的需求，因势利导，合理布置，以达到理顺水流交汇关系、改善流态、有利通航、有效控制无序占用水域的目的。
　　5 结 论
　　（1） 本次全潮水文测验成果为磨刀门口外东西汊的分流比提供了较为客观、正确的原型数据支撑，也为数学模型计算及物理模型试验的验证提供了可靠的基础资料。
　　（2） 东、西汊主槽上涨落潮流速最大，拦门沙处次之，西汊西侧以及东汊东侧流速最小。
　　（3） 东、西汊双槽格局明显，西汊落潮量较大，东汊涨潮流占优。从净泄量看，西汊占66%，东汊占34%。
　　参考文献：
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　　引用本文：吴门伍，严 黎，陈 莹，杨裕桂，卢 陈.珠江河口磨刀门口外东西两汊实测分流比分析[J].人民长江，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
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