珠江三角洲各口门大道咸潮活动空间差异性分析

珠江三角洲各口门大道咸潮活动空间差异性分析

近十年来，珠江三角洲的咸潮活动日益严重，这给该地区居民的生活用水和工农业生产带来了不同程度的影响，造成了巨大的经济损失，损害了河口的生态环境。随着珠江三角洲咸潮入侵的加剧和咸潮灾害的频繁出现,继长江口之后,珠江三角洲的咸潮活动也逐渐成为研究的重点。这些研究只简单描述珠江三角洲咸潮活动的时间变化规律,简单分析造成咸潮爆发的因素。珠江三角洲是由西、北、东江三角洲复合而成,河道纵横交错,水网密集;珠江水、沙通过八大口门入海,并通过三大河口湾与南海北部陆架海域相连(图1)。前人的研究表明,八大口门分别划分为潮优型、河优型及河-波型河口,口门的主导动力、盐淡水混合类型等都表现出明显的空间差异性。而咸潮通过八大口门向三角洲上部入侵,其入侵强度及时间演化规律的深入研究与河口本身的动力特性息息相关。本文基于此点,着眼于咸潮入侵活动的空间差异性分析,拟将珠江三角洲咸潮入侵划分成不同的类型,并对其盐淡水混合特征分别进行分析。1资料序列及序列的建立珠江三角洲是典型的复合三角洲,由多条河流输沙汇聚于大珠江河口湾沉积而形成。三角洲网河由相互连通的4个相对独立的网河水系组成,即:西北江三角洲水系、东江三角洲水系、珠江干流水系和潭江-崖门水道水系(图1)。珠江在汇入三角洲网河区以前,分别以高要、石角和博罗水文站作为西江、北江和东江的来水来沙的代表水文站;而西北江相汇进入西北江三角洲网河区以后,则分别以西江马口、北江三水站作为网河区顶点的代表水文站。珠江三角洲通过多条口门水道与各河口湾相连,每条口门水道都有潮水位站控制(见图1),同时观测各口门水道含氯度变化,在1988年后,各站位基本都停止了含氯度观测。本文采用的资料序列是1962～1988年间含氯度序列及东、西、北江的流量序列、各站潮水位、潮差序列及2001～2004年珠江三角洲两次同步观测数据。聚类分析方法在土地利用、沉积环境、海域环境、区域发展及其它地理格局差异分析、类型划分得到广泛应用[9,10,11,12,13,14],是依据各样本自身特点,通过定量测算各样本间的相似程度和亲疏关系,将性质比较相似、综合差异较小的样本分别聚合成类,将性质相似性比较小、综合差异比较大的样本分为不同类,将整个研究对象聚合成若干类。本文在收集大量资料基础上,采用系统聚类方法对口门水道咸潮活动的空间差异性进行分析。2珠江三角洲咸潮活动的空间差异2.1口门分布的分区咸潮活动是河口区特有的自然现象。由于珠江口及珠江三角洲动力与地形的复杂性,咸潮通过各口门水道入侵三角洲内部的强度及活动规律有所不同。以口门水道各站枯季(1、2、12月份)的月均含氯度的多年变化进行聚类分析,以相关系数为统计量,采用最远距离聚类法进行聚类(图2)。图2看出,珠江口各口门水道的咸潮多年变化基本可划分为4类。第1类型,包括横门水道、洪奇沥水道(万倾沙西站)及磨刀门水道(灯笼山站),此类特征是月平均含氯度小,枯季多年平均含氯度在0.45～0.85之间;当西江月平均流量超过3500m3/s,三个口门水道的月平均含氯度为基本接近于0。第2类为伶仃洋河口湾上部区域即虎门水道及狮子洋所连接的水道,包括连接东江三角洲的南支流下段(泗盛站)及北干流下段(大盛站)、珠江干流及连接北江三角洲的沙湾水道(三沙口站),此一类地理位置特殊,咸潮主要通过虎门进入狮子洋水域,并进一步向东往东江三角洲、向西往北江三角洲、向北往珠江干流入侵。而狮子洋形态上较特殊,其周围水道的咸潮多年变化有较好的一致性,如潮汐的多年变化一样,咸潮具有与其它三角洲口门水道不相同的变化趋势。此类以靠近虎门的泗盛站、三沙口站的含氯度为高,枯季多年均含氯度约为4.6、3.7psu;往上游方向,黄埔、大盛的多年月平均含氯度仅约0.6～0.9psu;第3类包括黄茅海的崖门水道及伶仃洋的蕉门水道(南沙站),枯季两站多年平均含氯度为2.4左右。第4类为鸡啼门水道(黄金站),该水道的多年变化主要受人类活动的干扰,20世纪70年代白藤湖围垦工程使其咸潮活动强度增强,有一定的特殊性,故单独列为一类。而赤湾代表伶仃洋河口湾含氯度的多年变化,其变化也与其它水道完全不同。以各口门同步观测的逐时含氯度资料为聚类对象,考察各口门水道含氯度在短时间尺度变化中的空间分布(图3)。根据各口门水道含氯度随潮涨潮落变化的相似程度,可将整个口门水道分为两大类:第1类,包括虎门水道和狮子洋周围水道以及黄茅海的崖门水道。这一类型的水道是潮优型水道,潮汐动力强。涨落潮期间都由咸潮控制,其中,大虎站涨潮平均含氯度最大,为7.6,大盛站最低,为1.5,其它水道介于两者之间;而各站落潮平均含氯度在0.7～5.6之间;第2类则包括横门水道及磨刀门水道、鸡啼门水道及蕉门水道。而伶仃洋的洪奇门水道及黄茅海的虎跳门水道的含氯度变化虽然有些差异,但整体上可划分为第2类型。这一类型位于珠江三角洲中部,由西北径流控制为主,为径优型水道,潮汐动力相对偏弱。即使在潮涨潮落的逐时变化中,径流的影响也相对比较明显。涨落潮的含氯度相差极大,落潮时含氯度很低,其中3个水道落潮期间含氯度近似为0。2.2门东北部的径流控制含氯度,a三角洲的咸潮活动强度主要由河口径流与潮汐作用的强弱来决定。以珠江流量与口门各站含氯度的相关系数来考察珠江流量对咸潮活动的影响,进而利用相关系数做统计量进行聚类分析(图4)。图4显示整个三角洲各口门水道可分成两大类,一类是西、北江三角洲各口门水道,主要是径流控制含氯度多年变化趋势,口门各站盐度对上游流量的响应极为明显,两者呈现明显的负相关。上游径流与各站枯季含氯度的相关系数都在-0.5以上,高可达-0.82。而另一类则是狮子洋周围水道,枯季含氯度的多年变化受径流的影响,但影响较小,与流量的相关系数在-0.1～-0.4之间。潮汐是珠江河口地区非常重要的海洋动力,是咸潮入侵最重要的驱动力之一。但珠江三角洲潮汐是珠江径流影响下的潮汐,同时,由于各个河口湾地形的不同,珠江三角洲潮汐作用及其多年变化本身就存在很大的地域性差异,东四口门及西四口门水道的潮汐作用强度及多年变化都有所差异。潮汐变化主要指的是海水运动的高频变化,枯季,珠江三角洲咸潮对潮汐高频周期变化的响应比较明显,呈现出相应地短周期变化,两者之间的相关系数在0.6～0.7之间,为高度正相关。3口门浚潮优型口门分布盐淡水混合类型的分异根据上述聚类分析,珠江三角洲咸潮活动基本上可分径控型和潮优型两大类型,两类的活动特点非常鲜明。径控型主要是指珠江三角洲中部6个口门水道及崖门水道,径流影响大,月均径流基本可控制口门水道月平均含氯度的变化,两者之间的相关系数在-0.5～-0.85间;当珠江月平均流量大于4000m3/s,横门、磨刀门、洪奇沥水道的月平均含氯度趋于0;当西江日平均流量超过2300m3/s,横门、磨刀门、洪奇沥水道的含氯度很低,落潮期间含氯度为0。而潮优型主要指虎门水道,枯季该水道一直被咸水控制,枯水季节径流影响相对偏小,潮流的影响偏大,珠江月平均径流与口门水道月平均含氯度的相关系数小于0.4。珠江三角洲各口门水道的盐淡水混合类型决定于动力条件。不同类型间盐度分层及混合过程有所不同。据沈焕庭河口湾研究成果,选取R为评价指标,其中,R=(Rb-Sa)/S,S为垂线平均盐度,做如下规定:当0≤R<0.2时,混合强度强,垂向混合均匀;当0.7≤R<1时,盐淡水垂向混合弱,层化明显;当0.2≤R<0.7,认为盐淡水混合强度为缓混合型。或者当R>1,各口门水道盐淡水混合类型为高度分层型;当R<0.1,即表底层盐度差小于垂线平均盐度的1/10时,为垂向均匀混合型;R在0.1～1间为部分混合型。图5可以看出,两大类型的盐淡水混合过程都较好地对应潮相的变化,R随潮涨潮落加大或减小。径控型口门水道,枯季其盐淡水混合类型随涨落潮过程从高度层化向中度层化转化或向垂直均匀混合型转化,高度分层一般出现在涨潮中末期及落潮初期,在落急时段,盐淡水垂向混合趋于均匀;同时,小潮时该类水道的盐淡水混合类型虽然随涨落潮变化,但基本稳定在高度分层型,大潮期间随潮汐动力增强,盐淡水混合增强,一般表现为缓混合型,在落潮阶段,盐度垂向分层完全破坏;在这一类型中,尤以鸡啼门水道(黄金站)的垂向层结最为突出。由于潮汐动力较强,潮优型水道(虎门水道)的盐淡水混合比较均匀,只有在小潮的涨潮末期,其盐淡水混合类型才表现为缓混合型。4两种不同类型的盐淡水混合类型本文通过对珠江三角洲各口门水道的多年月平均含氯度及逐时同步观测资料的聚类分析,在空间上将其分为两大类型:一为潮优型,主要指虎门水道