江修恭 曾宪岳 庞瑞生
珠江流域解放后的开发和整治，无论从上游蓄水发电，下游防洪排水、口门的治导，海涂利用，都取得了巨大的成就。改革开放后，流域内各省经济迅速发展，尤其在广东珠三角地区工业化、城市化进程加快，人口骤增，由1980年的1259万人增加到目前的5000万人，需水量大增，而上游用水量也同样相应增长，特别在枯水期下泄水量有逐年减少的趋势，咸潮上溯入侵，使三角洲下游广大网河地区水质变咸而不能饮用，因此许多专家提出在珠江河口适当选址建挡潮闸，长久解决枯水期饮用水源问题；由于在大江大河的河口没有建挡潮闸的经验，更没有建闸后的任何观测资料，珠江出海网河密集，八大口门水文条件复杂，建闸后必然改变河口水网地区乃至内河的水文变化规律，因此很有必要在建闸前对水文条件变化问题作一定的研究，本文引用了珠江水利委员会组织的伶仃洋水文调查资料及有关专家对珠江口海岸带和海涂资源调查研究選写的论文集中的有关数据，并着重研究河口建闸后对水文条件变化的影响，作初步分析探讨，以供讨论研究参考。
一、建闸对防洪排水的影响
1、水位变化
网河地区潮汐河口段，当其地形、水深、上游来水量和海平面没有明显变化的情况下，感潮河段的水位主要取决于引潮力的变化，以有长期观测数据的广州水道浮标厂测站为例，枯水期黄埔潮位递增0.10m，浮标厂相应壅高水位0.08 ～0.1m，如果洪潮遭遇又遇台风，则会形成台风暴潮，其壅水高度更大；珠江口汛期也是台风高发时期，实测纪录，自1949年~1980年在珠江口登陆的台风达40次之多。广州浮标厂在1954 ～ 1978年，受台风暴潮影响，超过警戒水位(1.5m)达35次，平均1.4次/年，高潮最大雍高水位达1.57m(台风暴潮对广州水道水位的影响情况详见表1)。河口建闸后，潮流被挡，河道回复自然水道状况，部分河段潮位消除，自然潮汐这种影响也相应消除，即使遇到台风，河道本身没有潮流上溯动力，台风只引起河道风浪，不会有台风暴潮上溯效应。但从另一方面看，挡潮闸的运用基本操作是涨潮关闸挡潮，退潮开闸排水，而河道上游来水要求24小时排泄，挡潮闸关闸过程只提供12小时左右排水，那么关闸期间，下游闸前河道水位会随河床蓄水量增加而抬高水位，形成一段回水河段，此河段在设计洪水频率情况下，河段能否满足6小时蓄洪量，水位会不会超过河段堤围设计水位，这是很值得关注的问题，对此问题应有充分的研究，以免造成人为的洪水灾害。
关于河道两侧围田的排水问题，当建闸挡潮后，消除了涨潮水位，其排水历时将会延长；但在非洪水期，由于无潮影响，河槽蓄量相对较大，水位抬升增加较小，迴水段也相应较短，对下游的排水影响较小。
表1 台风暴潮对广州水道水位的影响
|
时间 |
台风登陆 地点 |
月球距近地点天数 |
三水(二)站当天流量 (米3/秒) |
广州水道当天最高水位(米) |
|||
|
年份 |
公历 月·日 |
农历 月·日 |
浮标厂 |
黄埔(二) |
|||
|
1957 |
7.13 7.7 |
6.20 6.10 |
(热带低压) 惠阳-宝安 无台风 |
1天 4天 |
2960 4220 |
1.434 1.394 |
1.43 1.26 |
|
1966 |
7.26 6.13 |
6.9 4.25 |
海康~徐闻 无台风 |
7天 9天 |
2270 4220 |
1.414 1.004 |
1.323 0.823 |
2、排洪排水量的变化
感潮河口的排洪泄水方式，是退潮净泄量排向大海，也就是河道涨潮时吸纳大量进潮量——往外直排出海，因为涨潮时受上游来水阻力影响流速较慢，落潮没有阻力流速较快，同样水位条件下，落潮量大于涨潮量，从而产生平衡以后的净泄量，河口实测资料也证实了这一现象(表2、表3、表4)，珠江八大口门实际多年平均总净泄量3123亿m3，与上游来水总量很接近，再度说明各站测量及整理成果是比较准确和可信的。
表2 多年平均八大口门涨潮量 (单位：亿m3 )
|
口门 (站名) 月份 |
虎门(大虎) |
蕉门(南沙) |
洪奇沥(冯马庙) |
横门(横门) |
磨刀门(灯笼山) |
鸡啼门(黄金) |
虎跳门 (西炮台) |
崖门 (黄冲) |
∑ |
各月占全年% |
|
1 |
190.4270 |
34.8987 |
11.4979 |
14.5742 |
17.6369 |
6.1049 |
6.7595 |
54.0848 |
335.9839 |
8.931 |
|
2 |
180.4023 |
31.5832 |
9.2023 |
12.6839 |
16.9419 |
6.0614 |
6.3706 |
52.0941 |
315.3397 |
8.381 |
|
3 |
198.6915 |
36.6194 |
10.3919 |
15.0026 |
22.7624 |
7.2934 |
7.7021 |
57.7933 |
356.2566 |
9.469 |
|
4 |
196.6487 |
30.2640 |
8.2294 |
12.1591 |
19.7149 |
6.7404 |
5.3250 |
52.3938 |
331.4853 |
8.810 |
|
5 |
186.0756 |
18.8270 |
4.4548 |
6.8090 |
9.3946 |
4.9330 |
2.4249 |
50.4381 |
283.3570 |
7.531 |
|
6 |
168.1530 |
14.7930 |
4.3857 |
5.6046 |
12.5008 |
4.4161 |
2.6547 |
46.4001 |
258.9080 |
6.881 |
|
7 |
178.6945 |
15.6235 |
4.0115 |
5.8021 |
10.0461 |
4.1446 |
1.8937 |
45.9998 |
266.2158 |
7.076 |
|
8 |
191.9178 |
17.9000 |
6.7775 |
6.8307 |
6.0326 |
4.0339 |
2.5829 |
51.3364 |
287.4118 |
7.639 |
|
9 |
206.0898 |
26.4202 |
10.2121 |
12.0030 |
7.5920 |
4.7368 |
3.0166 |
55.4799 |
325.5504 |
8.658 |
|
10 |
209.2789 |
31.8389 |
8.8358 |
14.4873 |
6.9282 |
5.7842 |
5.8174 |
60.6457 |
343.6164 |
9.139 |
|
11 |
195.1944 |
33.5461 |
7.9192 |
13.3718 |
11.8073 |
5.8046 |
5.9354 |
56.5104 |
330.0892 |
8.773 |
|
12 |
186.8087 |
33.1365 |
10.7056 |
13.2567 |
18.4704 |
6.8247 |
6.2632 |
52.7300 |
328.1956 |
8.723 |
|
∑ |
2288.3822 |
325.4503 |
96.6237 |
132.5850 |
159.8281 |
66.8780 |
56.7460 |
635.9064 |
3762.3997 |
|
|
各口门占八口门和的% |
60.822 |
8.650 |
2.568 |
3.524 |
4.248 |
1.778 |
1.508 |
16.902 |
100 |
100 |
表3 八大口门多年平均落潮量 (单位：亿m3)
|
站名
月份 |
大虎 |
南沙 |
冯马庙 |
横门 |
灯笼山 |
黄金 |
西炮台 |
黄冲 |
∑ |
各月占全年% |
|
1 |
211.7580 |
49.8437 |
15.5789 |
24.3772 |
38.4649 |
10.4839 |
10.8375 |
65.4768 |
426.8209 |
6.198 |
|
2 |
192.9353 |
48.2672 |
14.1813 |
23.3579 |
42.3729 |
10.8694 |
11.4176 |
60.3661 |
403.7677 |
5.863 |
|
3 |
214.2625 |
56.2894 |
16.4589 |
27.4986 |
53.4294 |
13.0764 |
13.8411 |
68.5793 |
463.4356 |
8.730 |
|
4 |
232.8397 |
65.2270 |
20.7654 |
33.7711 |
92.6389 |
17.5444 |
17.9280 |
68.0688 |
548.7833 |
7.969 |
|
5 |
271.8056 |
92.4240 |
32.9978 |
53.4680 |
133.2276 |
31.5520 |
29.5339 |
72.6001 |
717.6090 |
10.421 |
|
6 |
264.5090 |
87.9680 |
32.9477 |
52.8696 |
116.0689 |
31.0881 |
29.8247 |
70.1641 |
685.4400 |
9.954 |
|
7 |
269.7465 |
110.9155 |
41.3425 |
71.2761 |
157.9501 |
42.3366 |
36.3187 |
74.1308 |
804.0618 |
11.675 |
|
8 |
268.0938 |
97.2570 |
37.6465 |
59.9307 |
134.6996 |
34.0539 |
32.1349 |
73.1154 |
737.9318 |
10.716 |
|
9 |
247.1038 |
79.0422 |
29.9951 |
44.8870 |
99.6090 |
22.0128 |
22.6726 |
68.4709 |
613.7934 |
8.913 |
|
10 |
249.4949 |
67.5549 |
21.6778 |
36.5093 |
70.9102 |
16.7252 |
18.9784 |
69.9037 |
551.7544 |
8.012 |
|
11 |
224.2364 |
60.1171 |
16.8472 |
29.9598 |
57.0473 |
13.6826 |
15.0414 |
65.6324 |
482.5642 |
7.008 |
|
12 |
218.5757 |
52.0055 |
16.2836 |
25.1997 |
47.3424 |
12.1727 |
11.9332 |
66.9420 |
450.4548 |
6.541 |
|
∑ |
2866.3612 |
866.9115 |
296.7227 |
483.1050 |
1043.7611 |
255.5980 |
250.4620 |
823.4504 |
6886.3719 |
|
|
各口门占八口门和的% |
41.624 |
12.589 |
4.309 |
7.015 |
15.157 |
3.713 |
3.637 |
11.958 |
100 |
100 |
表4 八大口门多年平均净泄量 (单位：亿立方米)
|
站名 月份 |
大虎 |
南沙 |
冯马庙 |
横门 |
灯笼山 |
黄金 |
西炮台 |
黄冲 |
∑ |
各月与全年% |
|
1 |
21.331 |
14.945 |
4.081 |
9.803 |
20.828 |
4.379 |
4.078 |
11.392 |
90.837 |
2.908 |
|
2 |
12.533 |
16.684 |
4.979 |
10.674 |
25.431 |
4.808 |
5.407 |
8.272 |
88.428 |
2.831 |
|
3 |
15.571 |
19.670 |
6.067 |
12.496 |
30.667 |
5.783 |
6.139 |
10.786 |
107.179 |
3.431 |
|
4 |
36.191 |
34.963 |
12.536 |
21.612 |
72.924 |
10.804 |
12.603 |
15.675 |
217.308 |
6.956 |
|
5 |
85.730 |
73.597 |
28.543 |
46.659 |
123.833 |
26.619 |
27.109 |
22.162 |
434.252 |
13.901 |
|
6 |
95.356 |
73.175 |
28.562 |
47.265 |
103.568 |
26.672 |
27.170 |
23.764 |
426.532 |
13.653 |
|
7 |
77.176 |
79.357 |
30.869 |
53.100 |
128.667 |
30.020 |
29.552 |
21.779 |
450.520 |
14.421 |
|
8 |
77.176 |
79.357 |
30.869 |
53.100 |
128.667 |
30.020 |
29.552 |
21.779 |
450.520 |
14.421 |
|
9 |
41.014 |
52.622 |
19.783 |
32.884 |
92.017 |
17.276 |
19.656 |
12.991 |
288.243 |
9.227 |
|
10 |
40.216 |
35.716 |
12.842 |
22.022 |
63.982 |
10.941 |
13.161 |
9.258 |
208.138 |
6.663 |
|
11 |
29.042 |
26.571 |
8.928 |
16.588 |
45.240 |
7.878 |
9.106 |
9.122 |
152.475 |
7.881 |
|
12 |
31.767 |
18.869 |
5.578 |
11.943 |
28.872 |
5.348 |
5.670 |
14.212 |
122.259 |
3.914 |
|
多年平均净泄量∑ |
577.979 |
541.461 |
200.099 |
350.520 |
883.933 |
188.720 |
193.716 |
187.544 |
3123.972 |
|
|
各口门占八口门和的% |
18.502 |
17.333 |
6.405 |
11.220 |
28.296 |
6.041 |
6.200 |
6.003 |
100 |
100 |
当河口建闸挡潮后大部分进潮都会被挡。由于进潮量的大幅减少，河道排水流速加大，开闸排水流量将会加快出海，更重要的变化是原来河道接纳的涨潮总量，将变成河道调节容量，这对建挡潮闸后河道排水比较有利。
二、对河口泥砂淤积的影响
珠江下游河口区，无论是河床中的推移质还是水流搬运的悬移质，据实测资料，其大部分是由粒径为0.0625mm以下的细颗粒矿物质组成的淤泥和粘土，这些细颗粒矿物质在盐水环境中，由于物理化学作用，形成絮凝团，即以一种虚拟粒径下沉落淤。颗粒物理化学作用愈强，絮凝现象愈明显。
据省水利科研部门做了一个试验，采用标准海水配制不同盐度的水样，借助于SNY-1型泥沙颗粒分析仪和移液管，对1981年汛期磨刀门外拦门沙附近的中值粒径d50为0.01mm左右的河床沙样进行了120组试验分析，结果表明——虚拟粒径比原来粒径大1 - 5倍左右，泥沙絮凝沉降速度随盐度变化而变化。盐度小于20‰时，沉降随着盐度的增加而增加，在4 ～ 6‰及14 ～ 20‰之间，递增较快，其余范围变化缓慢，沉速高值在20‰附近。专家建议首期挡潮闸的磨刀门湾外海滨区枯期盐度为25‰左右，汛期盐度在4 ～ 20‰之间。为挟带泥沙细颗粒絮凝创造了有利条件，加速落淤，栏门沙固而形成口门延伸加速。
磨刀门河口建挡潮闸以后，高潮关闸，形成外咸内淡，而且闸内河道水位逐渐上升，河道回水段流速接近静水，一般认为内河泥沙会加大沉降，沉积加重，但当分析了磨刀门海盐度情况后，认为内河悬移质，因为淡水基本不能形成絮凝团，因此是悬移质不会迅速沉降，反之如不建挡潮闸，潮水上溯范围河段会因形成絮凝团而加快淤积。
另一方面建闸后由于滞留在内河水体中的悬移质，随落潮开闸加快了排泄速度，但闸前外海主槽和边滩都会加速淤积，为此挡潮闸前的淤积是不可避免的，所以解决闸前淤积问题，是建闸必须考虑的问题。
表5 磨刀门海区河床质中值粒径d50分析成果表
|
测 点 |
枯期 |
汛期 |
备注 |
||
|
取样日期 (月·日) |
单位 (毫米) |
取样日期 (月·日) |
单位 (毫米) |
||
|
灯笼山V2 |
10.14 |
0.190 |
5.9 |
0.100 |
取样时间：汛期为1981年，枯期为1980年 |
|
灯笼山V4 |
10.15 |
0.190 |
4.17 |
0.147 |
|
|
16 |
10.14 |
0.160 |
4.16 |
0.048 |
|
|
17 |
10.14 |
0.139 |
4.16 |
0.150 |
|
|
Ⅱ301 |
10.10 |
0.016 |
5.13 |
0.008 |
|
|
Ⅱ302 |
11.18 |
0.019 |
|
|
|
|
18 |
10.15 |
0.012 |
7.13 |
0.021 |
|
|
19 |
10.15 |
0.037 |
7.12 |
0.068 |
|
|
20 |
11.15 |
0.009 |
5.9 |
0.010 |
|
|
21 |
11.20 |
0.015 |
5.9 |
0.009 |
|
|
22 |
11.20 |
0.028 |
5.9 |
0.009 |
|
|
24 |
11.20 |
0.009 |
5.11 |
0.017 |
|
|
25 |
11.21 |
0.006 |
5.11 |
0.010 |
|
|
26 |
11.21 |
0.009 |
5.12 |
0.009 |
|
|
27 |
11.21 |
0.009 |
5.12 |
0.007 |
|
三、建闸对河道及河口水环境污染的影响
珠江三角洲是我省仍至全国主要的工业区和人口密集区，废水污水排放量较大，据中科院海洋研究所资料，从珠江径流带入海的污染物质总量是相当大的，而本报告中表6成果是1986年以前资料，现在情况会更加严重，实际污染情况不止是对河口和外海、内河也很严重，特别是在感潮河段，由于受潮水顶托造成水体交替缓慢，使污染物不易扩散迁移。已经排泄入大海的污染物，又会随涨潮再次送入内河感潮段，这种污物回荡的效应，如果河口外污染物不能及时得到稀释净化，当排污量达到一定的程度之后，污染物滞留水体变质发溴，这就是溴水河沟出现较多的原因之一。
表6 珠江径流携带入海的污染物质通量
|
污染物质 |
汞 |
镉 |
铜 |
铅 |
锌 |
铬 |
砷 |
酚 |
镍 |
石油 |
氰化物 |
666 |
DDT |
1605 |
|
通量(吨) |
8.788 |
269.7 |
225.5 |
3450 |
15460 |
1822 |
1039 |
1529 |
965 |
48600 |
834 |
641.6 |
200 |
2414 |
河口建挡潮闸后，没有潮水上溯，不会有污染物质回荡入侵，余下的就是内河排污量，消除潮水顶托后，开闸外排速度会加快，上游淡水对河道净化作用加强，但在下游关闸后回水段因为是静水，污染物很可能在闸后涨潮关闸期沉积。这一情况会延续5 ～ 6小时，进入低潮期才可以开闸排污，总体来讲建闸以后比河道天然状态排污能力是加强了，河道净化情况会相对好转，另外污染物中有很多铅、铜、汞、铬等重金属，是否会在关闸期6小时内，迅速沉降在闸后蓄水库区内就很难判断，需要加强测试研究。
对于闸前外海的污染与建闸前比较，总体不会增加，因为污水总排放量在一定期限内基本是固定的，最终还是要从消除污染源着手。建挡潮闸可以减轻河段本身污染，这一附加效益也是很值得重视的。
四、挡潮闸对防止盐水入侵的作用
人民生活用水和工农业用水对水质的要求不同，所定含盐浓度标准不同，按国标公共给水标准，食用水氯化物含量应小于250P.P.M，钢铁厂小于200P.P.M，味精厂、印染厂要求更高，农业水稻育秧小于600P.P.M，灌溉用水小于1100P.PM(相当于盐度2‰)。按以上含盐标准的咸水，所能达到的地方称为盐水界，也就是盐水入侵的终点界线，盐水界是不固定的，它随着径流大小和潮流的强弱在河口段上下移动，一般洪水期因上游来水量大，水位高，潮流后退，盐水界下移，枯水期则相反盐水界上溯 (详见示意图1)。盐水入侵危害最大的是枯水期，而且当上游枯水期来水量逐年减少后，盐水界入侵会不断上
表7 年最大盐水入侵距离(km)表
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时间 (年.月.日) |
起算位置 |
入侵距离Lmax |
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1964.2.22 |
灯笼山 |
13.85 |
|
1980.1.31 |
灯笼山 |
11.00 |
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1981.2.27 |
灯笼山 |
15.98 |
如在磨刀门下游河口建挡潮闸，切断潮水上溯，采取涨潮关闸挡盐，落潮开闸排水，盐水上溯终止，闸以上河道成为淡水河道，阻盐入侵作用明显，但还有一个问题值得注意，珠江下游河网区有些特殊情况，即在三角洲除了八大出海口门外，口门之间有河网相联，属河道分流河网，有进潮和分流排洪双向作用。也就是说在主河道河口建闸挡潮后，高潮期主河道没有上溯潮水，但分河网仍然会上溯再注入主流。盐水从分流入侵，是否会造成主河道含盐过高而失去挡潮作用？将是今后进一步观测研究的问题。
我们在分析了珠委实测河口盐水分布资料，及盐水揳活动规律后，认为分流河网对主干入侵盐水的入侵量很小，汇入盐度也较轻，不会从本质上影响主干河道盐分浓度，现分述如下：
1、海区盐分浓度距河口近浓度则小，远则大，如图2所示，实测磨刀门出口处，汛期表层盐度5‰，到20㎞外海为30‰。也就是说进入河道盐水先淡后浓，而分流河网一般都在河口上游10㎞以上，有的达20 ～ 30km，上溯到分流处入主干的盐水应当是浓度较低的。另外从盐度纵向分布图可以看出(上图3)盐水上溯是以盐水楔的活动型式进行的，盐水楔也是前淡后浓，所以无论表层或底层，上溯到主干分流口入侵的盐水浓度应对是较淡的。
2、主干河宽和分流河网宽之比一般为1/10 ～ 20，磨刀门灯笼山主干宽2000m，上段分流河网宽不到100m，由于上溯阻力影响在同样天文潮动力条件下，河宽阻力小，单宽河床入潮量大，河窄阻力大，单宽河床入潮量小，所以分流河网上溯潮量相对显得较小，主河道变成超标盐水的可能性很小，所以一般在分流河网距离河口较远，数量较少(只有1~2条)的干流河口建挡潮闸后，不一定要在分流河网建副挡潮闸。
3、现状在主干河道之间的河汊上，已经修建大量的挡潮闸，大部分支流河汊上已经有了挡潮闸，已经和正在发挥挡潮闸的效益。
通过以上初步探讨可以看出，珠江三角洲河口建挡潮闸还是比较有利的，这不但是挡潮闸阻挡了盐水上溯的危害，同时也阻挡了上溯涨潮水量，使河道排洪排污和调蓄淡水的能力都有所加强。
