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磨刀门是珠江八大口门中输水、输沙量最大的口门,也是珠江最重要的泄洪通道,在珠江三角洲水系中占有极其重要的地位。近几十年来,磨刀门经历了一系列高强度的人类活动,磨刀门从以前的浅海海湾环境转变成为有双导堤控制的渠道化河道,口门迅速向海延伸,直面南海,成为珠江八大口门中唯一率先面海的口门,口门演变除受到径流影响外、潮流、波浪及沿岸流的影响越来越显著。
本文收集了磨刀门整治工程完成后的4套地形数据,建立了磨刀门河口的数字地形高程模型(DEM),在此基础上分析了磨刀门拦门沙近期演变特征;应用实测水文测验资料和数学模型方法,初步探讨了磨刀门拦门沙近期演变对排洪及拒咸的影响。
研究结果表明,20世纪90年代以来,磨刀门上游来水来沙量减少特别是来沙量明显较少,而潮汐动力增强,波浪作用对河口的塑造作用也增强。近期磨刀门拦门沙整体向海推进,洪季受洪水径流影响较大,枯季波浪的塑造作用较明显,总体表现为洪冲枯淤。磨刀门河口不断分汉是基本规律,西汊将进一步发展,东汊受洪水的冲决也将保持生命力,西汊前端次一级分汊体系也正在形成。在波浪作用和沿岸流的影响下,磨刀门口门沉积中心向西转移,东侧拦门沙侵蚀后退,西侧拦门沙淤积并岸。
磨刀门河口洪季受径流控制,水体层化较明显,表现为浮力射流。洪季径流通过表层快速向海下泄迅速向海排泄,高盐陆架水(盐度>30)被拦门沙阻挡,无法越过拦门沙上溯。数值模拟表明,拦门沙开挖对磨刀门河口局部水动力特征的影响较小,拦门沙的开挖不能大幅增加洪水排泄的效率。修建导堤封堵东汊会加大挂定角至大井角的水面比降,造成更严重的壅水,东西汉的浚深对排洪的影响也较小。结合实测资料分析与数值模拟结果可以看出,虽然拦门沙的存在对于泄洪有一定的阻碍作用,但是河口及其拦门沙可以通过地貌形态的自动调整来与强大的洪水径流作用相适应。
磨刀门河口枯季拦门沙外坡表底层均被高盐陆架水控制,内坡高盐水伏于底层,表层受径流控制,盐度随涨落潮波动较大,水体垂向分层较明显,表现出盐水楔型河口性质,浮力射流仍占主导。数值模拟表明,拦门沙开挖后,盐水上溯距离有所增加,拦门沙内坡垂向盐度梯度增加,层化更加明显。由此可见,拦门沙对成潮上溯具有积极的抑制作用。
综上所述,拦门沙是陆海界面的一扇自然“防护墙”,拦门沙障碍的存在,既卫护着河流,也卫护着海洋,其界面一侧为河流动力作用占优势,另一侧为海洋动力占优势,可以说拦门沙是一个缓冲地带,洪季拦门沙通过自身调整使洪水更快的向海排泄,如支汊冲决、次一级分汊发育等,另一方面拦门沙对风暴潮的壅水有一定的屏障作用;枯季,由于拦门沙的阻挡,高盐陆架水(盐度>30)即使在枯季只能伏于拦门沙外坡,很难翻越拦门沙上溯,可见磨刀门拦门沙演变是以一种既适应洪季排洪又有利于枯季拒咸的模式发展。