珠江口磨刀门水道盐度变化对水文气象要素的频率响应特征

以2010年11月-2011年3月磨刀门水道挂定角、联石湾、竹排沙、平岗和竹银5个测站的盐度、马口水文站流量、三灶站潮位和竹银站的主流向风速为基本数据,应用偏相干谱估计方法分析了各测站盐度变化对潮汐、流量和风的频率响应。经验诊断分析结果表明:1)马口站入海径流存在准1日、半日、1/4日和1/3日等显著的潮致振荡周期;2)各测站盐度变化与潮汐主要振荡周期并不一致,沿磨刀门水道向上游,潮汐对盐度变化的影响递减,竹银站盐度可作为潮汐直接作用下咸潮上溯的平均上限位置;3)消除潮汐和径流的影响后风对盐度变化的作用明显加强;4)各测站盐度变化对潮汐、流量与风的响应过程存在时间超前或滞后但无特定规律,说明磨刀门水道盐度变化过程十分复杂。     

珠江磨刀门河口亚潮频率水位的控制论研究

本文应用现代控制论研究河口非潮汐海平面变化及其与影响要素的关系。两年连续的水位及水文气象要素资料表明,在0.01—0.50cpd的频带上水位有相当高能的波动,这些波动的能量主要直接或间接来自风应力、河流径流以及河口外的海平面波动。本文应用1982年时间序列辨识了五个二阶的MISO CAR模型,系统输出是河口亚潮频率海平面;系统输入是河流人注流量、风应力和气压。模型检验后对1983年亚潮频率海平面进行一步和多步后报,符合良好。系统仿真定量地估计了各控制因素对水位的相对重要性。频域和时域分析都表明河口水位系统具有振荡特性。     

珠江磨刀门河口底质沉积特征及其泥沙运移趋势

根据珠江磨刀门河口的表层沉积物粒度分析结果,运用Gao-Collins粒径趋势分析方法(GSTA模型),计算河口的沉积物净输运趋势,并分析河口底质沉积特征。结果表明:河口较粗的沉积物分布在交杯沙浅滩和拦门沙顶部,受波浪作用影响分选较好;磨刀门主槽、龙屎窟和口外海滨的沉积物则较细,以粉砂和粘土为主,分选稍差。沉积物在纵向和横向上都表现出细-粗-细的变化趋势。磨刀门主槽泥沙受强径流影响,具有向南的输运趋势;龙屎窟在涨潮流作用下,泥沙净向北输运;在西向沿岸流和东南向浪作用下,拦门沙东侧浅滩泥沙向西侧搬运,口外海滨的泥沙输运趋势则向北。     

珠江磨刀门河口径潮动力耦合条件下余水位的多时空尺度分析

本文通过构建径潮动力耦合条件下潮波传播的一维水动力解析模型,从理论机制上探讨珠江磨刀门河口径潮动力非线性作用下余水位的多时空尺度变化。结果表明:余水位变化呈现明显的大小潮和洪枯季变化,枯季余水位大小潮的变化幅度介于0~0.4 m,而洪季余水位与上游径流紧密相关,增幅大枯季一个量级（介于0~6 m）;解析模型可分离控制余水位变化的3个主要因素,即径流、潮流和径潮相互作用因子,计算结果表明河口不同区段余水位的主控因素有明显的洪枯季变化,上游段,枯季余水位受径潮相互作用因子控制,洪季受径流因子控制;枯季下游段余水位受潮流控制,而洪季余水位主要受径潮相互作用因子控制。     

珠江磨刀门河口潮汐动力变化对人类活动的响应

磨刀门河口是珠江流域西江的主干入海口, 20世纪80年代以来受到网河区无序采砂和磨刀门整治工程的双重影响, 潮汐动力必然发生相应的调整。本文基于多年的水文资料, 结合统计分析、调和分析和数值模拟的方法, 对近五十年以来磨刀门河口的潮汐动力变化过程及其对人类活动的响应进行研究。结果表明, 20世纪80年代以前, 磨刀门河口总体上呈现出高、低潮位缓慢上升、潮差逐渐减小的趋势, 潮汐动力变化呈现出径流优势型入海口门水道向海延展的自然演变趋势; 20世纪80年代以来, 网河区无序采砂使水位下降、诱使潮汐动力增强, 磨刀门整治工程使水位上升、潮汐动力减弱, 由于河口不同段受到人类活动以及外海潮汐多年变化和海平面上升的干扰程度不同, 其潮汐动力变化呈现出不同特征。近口段受网河区无序采砂影响较大, 水位下降, 潮汐动力增强; 河口段受两种人类活动的双重影响, 水位上升, 在整治工程期间(1983—1993)潮汐动力减弱, 在整治工程后(1993—2003)受网河区无序采砂的影响潮汐动力增强; 口外海滨段受外海潮汐多年变化和全球海平面上升以及整治工程的共同作用, 水位上升, 潮汐动力减弱     

磨刀门河口水沙变化与地貌响应

以西江磨刀门河口为研究对象,应用马口站1960～2000年月平均流量及含沙量资料,1980、1981和2003年洪枯季实测水文及表层沉积物采样资料,分析磨刀门河口近几十年来的水沙变化,建立磨刀门河口水沙变化与纵、横断面及口门形态的响应模式.结论认为,西江磨刀门河口径流量年际变化不大;含沙量及输沙总量在1993年前后发生变异,有减少的趋势,悬浮泥沙中值粒径偏细;总体上形成了丰水少沙的水沙组合.磨刀门河口形态响应滞后于水沙变化,存在洪淤枯冲的年内变化.由于上游来沙量减少、人工护岸的作用下,河口口门断面趋于窄深.总体上,磨刀门河口深槽变浅,拦门沙在波浪作用下加高变薄;口门向外海延伸较快,使得河口口门动力相对强弱发生了较大变化,波浪动力及沿岸流对泥沙转运的作用增强,磨刀门河口正逐渐向河流-波浪型河口转变.     

珠江磨刀门河口表层沉积物磁性特征及其动力沉积环境意义

基于2015年3月珠江磨刀门河口表层沉积物磁学和粒度测量结果,研究磨刀门河口磁性特征空间分布规律,分析磁性参数与沉积物粒度的关系,并探讨其对沉积动力环境的响应。磁性参数磁化率（χ）和饱和等温剩磁（SIRM）均在拦门沙处出现低值区,并在10 m等深线外呈现向海递减趋势;频率磁化率（χ_fd%）、非磁滞剩磁磁化率（χ_ARM）以及比值参数χ_ARM/SIRM和χ_ARM/χ在拦门沙处出现低值区,而在拦门沙外呈现高值:表明研究区域磁性特征由亚铁磁性矿物主导,而拦门沙区域存在一定量的不完全反铁磁性矿物。粒度是影响沉积物磁性特征的重要因素,SIRM/χ等参数与粗颗粒组分（大于63 μm）呈显著正相关,χ_fd%等参数与小于16 μm粒级组分高度相关,结果显示χ_fd%、χ_ARM、χ_ARM/SIRM以及χ_ARM/χ等参数可作为本区域沉积物细颗粒组分（小于16 μm）的代用指标,而SIRM/χ则可作为粗颗粒组分（大于63 μm）的代用指标。基于沉积物类型、动力环境等综合考虑,选取SIRM、S_-300、SIRM/χ参数聚类分析,可将磨刀门河口动力沉积环境分为4个区,结果与该区域动力环境及动力地貌格局具有一致性。本研究不仅对了解新动力格局下磨刀门河口演变模式具有重要意义,还可以丰富河口沉积动力学研究方法。     

珠江口磨刀门河口动力平衡特点及人类活动对其影响

应用ECOMSED模型输出、运动方程简化等方法,研究了珠江口磨刀门河口动力平衡的特点。研究表明:在磨刀门河口动力平衡中,纵向的主要平衡项为压力项和垂向涡动摩擦项,侧向的主要平衡项为侧向正压力项和科氏力项。正压力为磨刀门河口动力的主导因素,但在枯季动力平衡中,斜压力也是不可忽略的项。人类活动对磨刀门河口动力最主要的影响是改变了正压力项的大小,近几十年来,磨刀门河口正压力呈减小的趋势。     

珠江河口磨刀门水道枯季盐水入侵特性分析

为探讨磨刀门水道潮流和盐度的三维分布特性,本文建立了磨刀门水道的三维潮流和盐度数值模型,采用2009年枯季磨刀门水道实测潮流和盐度资料对模型参数进行率定和验证。结果显示,枯季由于上游径流量小,磨刀门水道总体涨、落潮流速都不大,表层总体涨潮平均流速都在0.5 m/s以内,总体落潮平均流速在0.8 m/s以内;底层总体涨落潮平均流速都在0.5 m/s以内;从盐度的平面分布来看,磨刀门水道近口门河段总体呈现涨潮时水道东侧盐度高于西侧,落潮时东侧盐度小于西侧的趋势。大潮和中潮期间,落潮时盐水向上游的入侵距离反而较涨潮时更远,主要原因是,落潮时的底层盐水向上游的补偿流动以及地形阻拦形成更为强烈的紊动扩散。潮汐动力弱(小潮)时,整个水道内水流流速很小,流态平缓,紊动较弱,总体仍呈现涨潮时入侵距离大于落潮,显示枯季磨刀门水道盐水入侵的主要影响因素取决于地形和潮动力。     

十到百年尺度动力形态模型在珠江磨刀门河口的应用

在人类活动的参与下磨刀门河口演变已不再是纯粹的自然过程,而是自然和人类活动共同塑造的过程。建立了一个以过程模拟为主的10~100 a尺度的长周期动力形态模型(PRD-LTMM-10)用于模拟磨刀门河口在人类活动作用下的演变过程。 该模型建立在水体运动方程和沉积物输运方程的基础上,应用约简技术对模型输入和计算进行处理,并包含了用于评价和量化人类活动的抛石促淤模块和航道疏浚模块。应用该模型较真实地模拟了磨刀门河口在1977-1988 年的动力地形演变过程,并且通过模拟结果和情景分析,合理地分离了人类各种工程活动的长期影响和自然因素在河口演变中的作用。研究表明,治理工程对河口自然发展趋势造成了较大的改造,淤积强度表现为西侧大于东侧。抛石和围垦工程使横洲水道主槽逐年冲刷,深槽外移,而龙屎窟深槽上端则表现为严重淤积,深槽不断缩窄。     

珠江口磨刀门咸潮及其对环境要素变化的影响

于2011年1月25 日-1月26日小潮期间对磨刀门进行26 h定点连续观测,研究了咸潮对环境要素变化的影响.结果表明:调查期间溶解氧没有明显的潮周期变化;NO2-、NH4+浓度随着观测时间的延长不断降低,无明显潮周期变化;底层SiO4-,NO3-浓度具有明显的潮周期变化,且与底层盐度呈显著的正相关关系;溶解无机磷(DIP)、重金属(Zn、Cd)的潮周期变化不明显.当河床剪切力大于0.226N/m2时,发生明显的沉积物再悬浮作用,并对营养盐与重金属的变化产生显著的影响.N,P,si比值分析结果表明,磨刀门水域浮游植物生长受到潜在性的P限制,而咸潮上溯的加强将可能使这种营养盐结构发生变化.磨刀门受N、P的污染仍不容乐观,咸潮不利于污染物质的向海排出,在潮流作用下有发生严重的二次污染的风险.     

珠江口磨刀门泥沙絮凝特征

本文利用激光粒度仪实测得到珠江口磨刀门河口2013年夏季悬浮泥沙现场絮凝及絮凝体特征,同时对比悬沙分散粒径和含沙量,研究表明:悬沙分散粒径平均值为27.9μm,现场实测絮团粒径平均值为91.6μm,表明磨刀门口外的悬浮泥沙絮凝现象显著;实测絮团平均粒径变化范围为13.0~273.8μm,小潮期间絮团粒径平均值为131.5μm,大于大潮平均值76.9μm;絮凝体粒径在垂向上的变化表现为由表及底先变大再变小。絮团体积浓度、沉速与粒径的关系在不同情况下有差异,体积浓度和絮团粒径在表层和中层有明显正相关关系,絮团沉速在大潮时刻随着粒径的增大而增大。综合分析影响絮凝的因素,得知在珠江口盐度对于絮团大小影响不明显;而流速大小的差异是影响大小潮之间絮团大小不同的主要因素。研究结果有助于了解珠江口细颗粒泥沙输移特性和相关生物化学过程。     

珠江口磨刀门整治前后水动力数值模拟

磨刀门是珠江的主要泄洪通道之一,径流分配居珠江三角洲八大口门之首。利用磨刀门1977年地形(大规模整治前)和2003年的地形,通过ECOMSED模型模拟了磨刀门海域洪枯季节水动力场,对潮流、余流、潮能通量特性进行了对比,发现整治后磨刀门水动力强度加大,而且流速滩槽分异明显,余流场与落潮流方向一致。20世纪70年代,余流自口门出来后在内海区右偏,现在磨刀门水道余流偏向西部浅滩;潮能通量密度加大,滩槽分布差异明显。     

磨刀门口夏冬季沿岸流特征及成因分析

根据2011—2012年磨刀门口的夏、冬季大、中、小潮定点观测资料,对欧拉余流、斯托克斯余流以及拉格朗日余流进行分析。结果表明:（1）外海测点的欧拉余流和拉格朗日余流,冬季在各潮型下均为一致的西南沿岸方向,夏季除东、西汊道点在强径流下表现为顺汊道指向外海方向,其余外海各点仍以西南沿岸方向为主;（2）斯托克斯余流远小于欧拉余流,夏季明显大于冬季,方向基本与欧拉余流相反;（3）冬季磨刀门口海域具有稳定西南向沿岸流特征,南海东北季风的驱动作用是其形成的主要原因;夏季磨刀门口各潮型下沿岸流特征各异,其影响的主要因素为径流和风,同时地形的影响不可忽略,特别是拦门沙形成的汊道分流作用,对强径流作用下水沙输移影响十分显著。     

珠江口磨刀门溶解有机物CDOM 三维荧光光谱特征

采用三维荧光对珠江口磨刀门夏秋季有色溶解有机物(CDOM)时空变化进行研究,分析其组成及荧光强度。结果表明, CDOM 三维荧光峰谱包括 UV 类腐殖质 A、陆源 Vis 类腐殖质 C 和海源 Vis类腐殖质M,以及类蛋白质T。在入海过程中,其组成未发生变化,但其荧光强度随盐度增加逐渐减小,反映了CDOM主要来源是陆源,并且主要受海水物理稀释控制,是一种典型的保守混合行为。在定点站位涨落潮周期中, CDOM的荧光强度不仅受到海水稀释的作用,表层水体CDOM受到紫外线的光降解作用,同时中层水体CDOM受到浮游植物的影响,反映了盐度、紫外线强度、生物活动对CDOM具有的共同影响。