珠江三角洲各口門大道咸潮活動空間差異性分析

珠江三角洲各口門大道咸潮活動空間差異性分析

近十年來，珠江三角洲的咸潮活動日益嚴(yán)重，這給該地區(qū)居民的生活用水和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了不同程度的影響，造成了巨大的經(jīng)濟損失，損害了河口的生態(tài)環(huán)境。隨著珠江三角洲咸潮入侵的加劇和咸潮災(zāi)害的頻繁出現(xiàn),繼長江口之后,珠江三角洲的咸潮活動也逐漸成為研究的重點。這些研究只簡單描述珠江三角洲咸潮活動的時間變化規(guī)律,簡單分析造成咸潮爆發(fā)的因素。珠江三角洲是由西、北、東江三角洲復(fù)合而成,河道縱橫交錯,水網(wǎng)密集;珠江水、沙通過八大口門入海,并通過三大河口灣與南海北部陸架海域相連(圖1)。前人的研究表明,八大口門分別劃分為潮優(yōu)型、河優(yōu)型及河-波型河口,口門的主導(dǎo)動力、鹽淡水混合類型等都表現(xiàn)出明顯的空間差異性。而咸潮通過八大口門向三角洲上部入侵,其入侵強度及時間演化規(guī)律的深入研究與河口本身的動力特性息息相關(guān)。本文基于此點,著眼于咸潮入侵活動的空間差異性分析,擬將珠江三角洲咸潮入侵劃分成不同的類型,并對其鹽淡水混合特征分別進(jìn)行分析。1資料序列及序列的建立珠江三角洲是典型的復(fù)合三角洲,由多條河流輸沙匯聚于大珠江河口灣沉積而形成。三角洲網(wǎng)河由相互連通的4個相對獨立的網(wǎng)河水系組成,即:西北江三角洲水系、東江三角洲水系、珠江干流水系和潭江-崖門水道水系(圖1)。珠江在匯入三角洲網(wǎng)河區(qū)以前,分別以高要、石角和博羅水文站作為西江、北江和東江的來水來沙的代表水文站;而西北江相匯進(jìn)入西北江三角洲網(wǎng)河區(qū)以后,則分別以西江馬口、北江三水站作為網(wǎng)河區(qū)頂點的代表水文站。珠江三角洲通過多條口門水道與各河口灣相連,每條口門水道都有潮水位站控制(見圖1),同時觀測各口門水道含氯度變化,在1988年后,各站位基本都停止了含氯度觀測。本文采用的資料序列是1962～1988年間含氯度序列及東、西、北江的流量序列、各站潮水位、潮差序列及2001～2004年珠江三角洲兩次同步觀測數(shù)據(jù)。聚類分析方法在土地利用、沉積環(huán)境、海域環(huán)境、區(qū)域發(fā)展及其它地理格局差異分析、類型劃分得到廣泛應(yīng)用[9,10,11,12,13,14],是依據(jù)各樣本自身特點,通過定量測算各樣本間的相似程度和親疏關(guān)系,將性質(zhì)比較相似、綜合差異較小的樣本分別聚合成類,將性質(zhì)相似性比較小、綜合差異比較大的樣本分為不同類,將整個研究對象聚合成若干類。本文在收集大量資料基礎(chǔ)上,采用系統(tǒng)聚類方法對口門水道咸潮活動的空間差異性進(jìn)行分析。2珠江三角洲咸潮活動的空間差異2.1口門分布的分區(qū)咸潮活動是河口區(qū)特有的自然現(xiàn)象。由于珠江口及珠江三角洲動力與地形的復(fù)雜性,咸潮通過各口門水道入侵三角洲內(nèi)部的強度及活動規(guī)律有所不同。以口門水道各站枯季(1、2、12月份)的月均含氯度的多年變化進(jìn)行聚類分析,以相關(guān)系數(shù)為統(tǒng)計量,采用最遠(yuǎn)距離聚類法進(jìn)行聚類(圖2)。圖2看出,珠江口各口門水道的咸潮多年變化基本可劃分為4類。第1類型,包括橫門水道、洪奇瀝水道(萬傾沙西站)及磨刀門水道(燈籠山站),此類特征是月平均含氯度小,枯季多年平均含氯度在0.45～0.85之間;當(dāng)西江月平均流量超過3500m3/s,三個口門水道的月平均含氯度為基本接近于0。第2類為伶仃洋河口灣上部區(qū)域即虎門水道及獅子洋所連接的水道,包括連接?xùn)|江三角洲的南支流下段(泗盛站)及北干流下段(大盛站)、珠江干流及連接北江三角洲的沙灣水道(三沙口站),此一類地理位置特殊,咸潮主要通過虎門進(jìn)入獅子洋水域,并進(jìn)一步向東往東江三角洲、向西往北江三角洲、向北往珠江干流入侵。而獅子洋形態(tài)上較特殊,其周圍水道的咸潮多年變化有較好的一致性,如潮汐的多年變化一樣,咸潮具有與其它三角洲口門水道不相同的變化趨勢。此類以靠近虎門的泗盛站、三沙口站的含氯度為高,枯季多年均含氯度約為4.6、3.7psu;往上游方向,黃埔、大盛的多年月平均含氯度僅約0.6～0.9psu;第3類包括黃茅海的崖門水道及伶仃洋的蕉門水道(南沙站),枯季兩站多年平均含氯度為2.4左右。第4類為雞啼門水道(黃金站),該水道的多年變化主要受人類活動的干擾,20世紀(jì)70年代白藤湖圍墾工程使其咸潮活動強度增強,有一定的特殊性,故單獨列為一類。而赤灣代表伶仃洋河口灣含氯度的多年變化,其變化也與其它水道完全不同。以各口門同步觀測的逐時含氯度資料為聚類對象,考察各口門水道含氯度在短時間尺度變化中的空間分布(圖3)。根據(jù)各口門水道含氯度隨潮漲潮落變化的相似程度,可將整個口門水道分為兩大類:第1類,包括虎門水道和獅子洋周圍水道以及黃茅海的崖門水道。這一類型的水道是潮優(yōu)型水道,潮汐動力強。漲落潮期間都由咸潮控制,其中,大虎站漲潮平均含氯度最大,為7.6,大盛站最低,為1.5,其它水道介于兩者之間;而各站落潮平均含氯度在0.7～5.6之間;第2類則包括橫門水道及磨刀門水道、雞啼門水道及蕉門水道。而伶仃洋的洪奇門水道及黃茅海的虎跳門水道的含氯度變化雖然有些差異,但整體上可劃分為第2類型。這一類型位于珠江三角洲中部,由西北徑流控制為主,為徑優(yōu)型水道,潮汐動力相對偏弱。即使在潮漲潮落的逐時變化中,徑流的影響也相對比較明顯。漲落潮的含氯度相差極大,落潮時含氯度很低,其中3個水道落潮期間含氯度近似為0。2.2門東北部的徑流控制含氯度,a三角洲的咸潮活動強度主要由河口徑流與潮汐作用的強弱來決定。以珠江流量與口門各站含氯度的相關(guān)系數(shù)來考察珠江流量對咸潮活動的影響,進(jìn)而利用相關(guān)系數(shù)做統(tǒng)計量進(jìn)行聚類分析(圖4)。圖4顯示整個三角洲各口門水道可分成兩大類,一類是西、北江三角洲各口門水道,主要是徑流控制含氯度多年變化趨勢,口門各站鹽度對上游流量的響應(yīng)極為明顯,兩者呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)。上游徑流與各站枯季含氯度的相關(guān)系數(shù)都在-0.5以上,高可達(dá)-0.82。而另一類則是獅子洋周圍水道,枯季含氯度的多年變化受徑流的影響,但影響較小,與流量的相關(guān)系數(shù)在-0.1～-0.4之間。潮汐是珠江河口地區(qū)非常重要的海洋動力,是咸潮入侵最重要的驅(qū)動力之一。但珠江三角洲潮汐是珠江徑流影響下的潮汐,同時,由于各個河口灣地形的不同,珠江三角洲潮汐作用及其多年變化本身就存在很大的地域性差異,東四口門及西四口門水道的潮汐作用強度及多年變化都有所差異。潮汐變化主要指的是海水運動的高頻變化,枯季,珠江三角洲咸潮對潮汐高頻周期變化的響應(yīng)比較明顯,呈現(xiàn)出相應(yīng)地短周期變化,兩者之間的相關(guān)系數(shù)在0.6～0.7之間,為高度正相關(guān)。3口門浚潮優(yōu)型口門分布鹽淡水混合類型的分異根據(jù)上述聚類分析,珠江三角洲咸潮活動基本上可分徑控型和潮優(yōu)型兩大類型,兩類的活動特點非常鮮明。徑控型主要是指珠江三角洲中部6個口門水道及崖門水道,徑流影響大,月均徑流基本可控制口門水道月平均含氯度的變化,兩者之間的相關(guān)系數(shù)在-0.5～-0.85間;當(dāng)珠江月平均流量大于4000m3/s,橫門、磨刀門、洪奇瀝水道的月平均含氯度趨于0;當(dāng)西江日平均流量超過2300m3/s,橫門、磨刀門、洪奇瀝水道的含氯度很低,落潮期間含氯度為0。而潮優(yōu)型主要指虎門水道,枯季該水道一直被咸水控制,枯水季節(jié)徑流影響相對偏小,潮流的影響偏大,珠江月平均徑流與口門水道月平均含氯度的相關(guān)系數(shù)小于0.4。珠江三角洲各口門水道的鹽淡水混合類型決定于動力條件。不同類型間鹽度分層及混合過程有所不同。據(jù)沈煥庭河口灣研究成果,選取R為評價指標(biāo),其中,R=(Rb-Sa)/S,S為垂線平均鹽度,做如下規(guī)定:當(dāng)0≤R<0.2時,混合強度強,垂向混合均勻;當(dāng)0.7≤R<1時,鹽淡水垂向混合弱,層化明顯;當(dāng)0.2≤R<0.7,認(rèn)為鹽淡水混合強度為緩混合型?；蛘弋?dāng)R>1,各口門水道鹽淡水混合類型為高度分層型;當(dāng)R<0.1,即表底層鹽度差小于垂線平均鹽度的1/10時,為垂向均勻混合型;R在0.1～1間為部分混合型。圖5可以看出,兩大類型的鹽淡水混合過程都較好地對應(yīng)潮相的變化,R隨潮漲潮落加大或減小。徑控型口門水道,枯季其鹽淡水混合類型隨漲落潮過程從高度層化向中度層化轉(zhuǎn)化或向垂直均勻混合型轉(zhuǎn)化,高度分層一般出現(xiàn)在漲潮中末期及落潮初期,在落急時段,鹽淡水垂向混合趨于均勻;同時,小潮時該類水道的鹽淡水混合類型雖然隨漲落潮變化,但基本穩(wěn)定在高度分層型,大潮期間隨潮汐動力增強,鹽淡水混合增強,一般表現(xiàn)為緩混合型,在落潮階段,鹽度垂向分層完全破壞;在這一類型中,尤以雞啼門水道(黃金站)的垂向?qū)咏Y(jié)最為突出。由于潮汐動力較強,潮優(yōu)型水道(虎門水道)的鹽淡水混合比較均勻,只有在小潮的漲潮末期,其鹽淡水混合類型才表現(xiàn)為緩混合型。4兩種不同類型的鹽淡水混合類型本文通過對珠江三角洲各口門水道的多年月平均含氯度及逐時同步觀測資料的聚類分析,在空間上將其分為兩大類型:一為潮優(yōu)型,主要指虎門水道