2005年以来珠江磨刀门水道咸界变化特点分析

刘斌;黄宇铭;刘丽诗;闻平

【摘 要】采用2005年以来10年枯水期的径流、潮汐、氯化物含量资料,计算了磨刀门水道最大、最小咸界范围,得到咸界变化可分为3个阶段,2005-2008年咸界总体呈下降趋势,2009-2012年咸界呈快速上升趋势,2012-2015年咸界呈缓慢下降趋势,与此对应时段径流总体呈上升趋势,潮差呈下降趋势.分别绘制了2005-2008、2009-2012、2012-2015年3个阶段的梧州+石角流量与最大、最小咸界散点图进行包络线分析,并建立多元回归模型.将潮汐、前期流量因素统一至同一条件后分析发现,同样来水条件下,最大、最小咸界均为2012-2015年最小,2009-2012年最大,2009-2012年居中. 【期刊名称】《人民珠江》 【年(卷),期】2016(037)005 【总页数】4页(P30-33)

【关键词】咸界;变化特点;磨刀门水道 【作 者】刘斌;黄宇铭;刘丽诗;闻平

【作者单位】珠江水资源保护科学研究所,广东广州510635;珠江水资源保护科学研究所,广东广州510635;珠江水资源保护科学研究所,广东广州510635;珠江水资源保护科学研究所,广东广州510635 【正文语种】中 文 【中图分类】TV148.2

从咸潮强度和影响的角度，建国以来珠江三角洲咸潮影响变化大致可分为3个阶段：第一阶段是建国至20世纪80年代，随着珠江三角洲联围筑闸的逐步推进和河口的自然延伸，河网区径流、潮汐动力逐渐减弱，受此影响咸界逐渐下移、咸潮强度不断减弱；第二阶段是20世纪90年代至2005年，一方面无序采砂、航道疏浚等人类活动造成河道下切，潮汐动力随之加强，咸界不断上移、咸潮强度不断增强，城市供水安全不断受到威胁，珠海等地曾出现居民自来水中氯化物含量超国家标准几倍的情况[1]；第三阶段是2005年以后，随着珠江枯水期水量调度由应急转为常态，珠江三角洲咸潮得到有效控制，居民供水安全得到保障。但由于径流、潮汐动力的变化，河道、河口地形演变及人类活动的影响，2005年以后珠江三角洲的咸潮形势亦处于不断变化中。

磨刀门水道位于广东省中南部。北起广东省江门市新会区大鳌镇百顷头，流经中山市与新会区、斗门县边界，南接珠海市交杯沙水道石栏洲入海。磨刀门水道上游连接西江，属西江下游干流，下游接交杯沙水道至口外，在珠海大桥下游2 km处与洪湾水道相接，右岸与鹤洲涌相连。长 km。磨刀门水道是西江主要的泄洪输沙出口，径流作用较强，枯水期磨刀门河口大多数时候呈现较为典型的缓混合河口特征[3]。同时磨刀门水道是重要的饮用水水源地[4]，沿途分布有竹洲头泵站、全禄水厂取水口、平岗泵站、南镇水厂取水口、广昌泵站等众多取水口(图1)，是中山、珠海、特别行政区的主要饮用水水源地，磨刀门水道咸潮影响供水的时间一般由10月至第二年的2月。因此，磨刀门水道是珠江枯水期水量调度保障供水安全的主要目标河段，磨刀门水道咸界的变化对水量调度方案、供水方案制定和当地经济、人口布局具有重要影响。

根据主成分分析情况，咸潮强度的主要影响因子为径流、次要影响因子为潮汐[5]。 2.1 径流

磨刀门水道径流来源为西北江三角洲上游的西江和北江，梧州站、石角站分别是西

江、北江汇入三角洲前控制性水文站，梧州和石角水文站流量之和虽然不等同于进入磨刀门水道的流量，但直接代表着从西江、北江上游进入珠江三角洲网河去的水量大小[5]。从咸期(10月至第二年2月)的平均流量看，近10个枯水期除2008—2009年达到5 577 m3/s，远高于其他年份外，其余年份大致呈缓慢上升趋势，可细分为3个阶段，第一阶段为2005—2008年，这3年的流量在2 233—2 766 m3/s之间；第二阶段为2009—2012年，这3年的流量在2 286—3 357 m3/s之间，略高于2005—2008年；第三阶段为2012—2015年，这3年流量在3 737—3 4 m3/s之间，为3个阶段中最高(图2)。 2.2 潮汐

三灶潮位站位于磨刀门河口右侧附近的三灶岛，为避免流量对潮位产生影响，因此采用预测值[潮汐表]。潮差是潮汐强度的主要表征参数[6]，从2005—2015年枯水期最大潮差看，2008—2009年枯水期最大潮差达到284 cm，为11个枯水期中最大，11个枯水期虽然有所波动但整体上呈下降趋势，至2015—2016年枯水期将至11个枯水期中的最小值225 cm(图3)。 2.3 咸界

咸界一般是指咸潮所能到达的范围，对于城市供水而言，一般以氯化物含量250 mg/L作为是否造成咸害的标准[7]。咸界以最大咸界和最小咸界作为咸界的表征参数，其中最大咸界是指一定时间范围内，咸潮所能上溯到的最远范围，也就是说最大咸界下游的水域全部存在氯化物含量高于250 mg/L的时段，最大咸界上游的水域所有时段氯化物含量均低于250 mg/L(可认为不受咸潮影响)；最小咸界是指一定时间范围内，咸潮所能下退到的最近范围，也就是说最小咸界下游的水域所有时段氯化物含量均高于250 mg/L(可认为没有取淡机会)。

最大咸界、最小咸界的具体算法为：以磨刀门水道挂定角水闸作为0 km处，上游大涌口水闸、灯笼山水闸、联石湾水闸、马角水闸、南镇水厂、平岗泵站、全禄水

厂、稔益水厂等测站与挂定角的距离依次为：2，3.6，7.8，12.5，17.3，23.9，37.9，47.1 km。由于所研究区域较顺直，为研究方便把该区域简化为一维理想模型，各测站从下游至上游依次编号为l、2…8。上述8个测站每日均有逐时实测氯化物含量数据，枯水期一般情况下磨刀门水道最大、最小咸界位于8个测站之间。每日最大、最小咸界根据实测数据推算，如某日2号站不超标、而3号站超标，则最大咸界位于2、3号站之间，具体位置根据两者距离和氯化物含量最大值采用线性差值方法计算得出。

从2005—2015年10个枯水期看，咸界的变化趋势和径流基本相似，除2008—2009年枯水期最低外，也大致可分为3个阶段。第一阶段为2005—2008年，这3年的咸界总体呈下降趋势，最大咸界位于南镇水厂至平岗泵站之间，最小咸界位于灯笼山水闸至联石湾水闸之间；第二阶段为2009—2012年，这3年咸界呈快速上升趋势，最大咸界位于南镇水厂至平岗泵站之间，最小咸界位于联石湾水闸至马角水闸之间，虽然这3年流量略高于2005—2008年，但咸界超过了2005—2008年；第三阶段为2012—2015年，这3年咸界呈缓慢下降趋势，最大咸界位于马角水闸至南镇水厂之间，最小咸界位于大涌口水闸至灯笼山水闸之间(图4)。 径流是咸界的主要影响因子，径流-咸界关系的变化有可能影响磨刀门水道咸界的变化对水量调度方案、供水方案制定和当地经济、人口布局规划。将2005—2008、2009—2012、2012—2015年3个阶段的梧州+石角流量与最大、最小咸界分别绘制散点图进行包络线分析(图5、6)，3个阶段中2009—2012年包络线的斜率最大，即同等低流量条件下，咸界范围最大，咸界对流量最敏感；2012—2015年包络线的斜率最小，即同等低流量条件下，咸界范围最小。由于咸界还受前期流量及潮汐等因素影响，为将这些因素统一至同一水平，以便分析径流-咸界规律的变化趋势，本文分3个阶段对磨刀门水道潮周期最大咸界、最小咸界建立与当前流量、前期流量和潮差的多元回归模型，具体见式(1)，模型参数见表1。

L=- a1×Q前+b1×Q +c1×T

式中 L——磨刀门水道潮周期平均咸界，km；Q前——梧州+石角前一个潮周期平均流量，m3/s；Q——梧州+石角潮周期平均流量，m3/s；T——三灶潮周期平均最大潮差，cm；a1、b1、c1——系数。

根据表1参数，将潮差统一至200 cm，前期流量与当前流量一致、分别取2 000、2 500、3 000 m3/s得到计算结果(表2)。可见，流量在2 000 m3/s时，最大、最小潮差均为2012—2015年最低，分别为18.59 km和7.23 km，2009—2012年最高，分别为21.5 km和9. km；2 500 m3/s与2 000 m3/s的规律一致，最大、最小潮差均为2012—2015年最低，分别为16.45 km和6.07 km，2009—2012年最高，分别为18.59 km和8.07 km；3 000 m3/s时，最大咸界2012—2015年与2005—2009年一致，均为14.3 km，2009—2012年高于其余两个阶段，达到15.69 km，最小咸界2012—2015年最低，为4.91 km，2009—2012年最高，为6.24 km。

a) 近10年枯水期磨刀门水道咸界变化可分为3个阶段，2005—2008年咸界总体呈下降趋势，2009—2012年咸界呈快速上升趋势，2012—2015年咸界呈缓慢下降趋势。径流总体呈上升趋势，潮差呈下降趋势。

b) 将2005—2008、2009—2012、2012—2015年3个阶段的梧州+石角流量与最大、最小咸界分别绘制散点图进行包络线分析，3个阶段中2009—2012年包络线的斜率最大，2012—2015年包络线的斜率最小，2009—2012年居中。建立多元回归模型将潮汐、前期流量因素统一至同一条件后分析发现，同样来水条件下，最大、最小咸界均为2012—2015年最小，2009—2012年最大，2009—2012年居中。以梧州+石角来水2 500m3/s为例最大、最小潮差均为2012—2015年最低，分别为16.45 km和6.07 km，2009—2012年最高，分别为18.59 km和8.07 km。

c) 本文采用实测数据对径流-咸界规律变化情况进行分析，这种变化有可能是样本结构引起的，如2012—2015年高流量样本居多，而其余两个阶段低流量样本居多；亦有可能是由于航道疏浚等人类活动及河道、河口地形演变引起的，具体原因还有待于进一步分析研究。

【相关文献】

[1] 闻平,陈晓宏,刘斌,等.磨刀门水道咸潮入侵及其变异分析[J].水文，2007(3)：65-67. [2] 广东省斗门县地方志编纂委员会.斗门县志[M].北京：中华书局，2010. [3] 珠江水资源保护科学研究所.珠江三角洲咸潮入侵及数学模型研究报告[R].2007. [4] 水利部.关于开展全国重要饮用水水源地安全保障达标建设的通知.[Z].2001.

[5] 刘斌,孔兰,刘丽诗.基于主成份分析的磨刀门水道咸潮影响因素研究[J].人民珠江，2012(6)：24-26.

[6] 章文,刘丙军,辛彦博,等.珠江河口区盐度变化周期特征分析——以磨刀门水道为例[J].热带地理，2013(1)：28-33.

[7] 国家环境保护总局,国家质量监督检验检疫总局.地表水环境质量标准[Z].2002.