磨刀門、橫門整治工程對(duì)河口水動(dòng)力條件和生態(tài)環(huán)境的影響

張智偉

(揚(yáng)州大學(xué) 水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009)

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磨刀門、橫門整治工程對(duì)河口水動(dòng)力條件和生態(tài)環(huán)境的影響

張智偉

(揚(yáng)州大學(xué) 水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009)

珠江河口在近30年進(jìn)行了大量的整治工程，不同工程對(duì)河口的影響散見于文獻(xiàn)之中。為方便研究人員了解已有整治工程的情況并開展下一步研究，該文以東四口門中的橫門和西四口門中的磨刀門為例，簡要敘述了磨刀門、橫門的整治工程對(duì)河口水動(dòng)力條件和生態(tài)環(huán)境的影響，以及磨刀門和橫門在整治工程后的河床演變。

磨刀門；橫門；整治工程；水流動(dòng)力條件；生態(tài)環(huán)境；河床演變；影響

珠江三角洲由西江、北江、東江組成，其河口東起九龍半島九龍城，西至赤溪半島鵝頭頸，由八大口門組成，其中東四口門由虎門、蕉門、洪奇門和橫門組成，注入伶仃洋；西四口門由磨刀門、雞啼門、虎跳門和崖門組成，形成“三江匯流、八口入?！钡那閯?shì)。珠江河口徑流量大，年均入海徑流量為3 260多億m3，多年平均輸沙量為7 098萬t。珠江河口以不規(guī)則半日潮為主，多年平均潮差在0.86～1.63 m之間，屬于弱潮河口[1]。

珠江河口經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，人口稠密，涉及廣東省的廣州、深圳等6市及香港、澳門特別行政區(qū)，是我國經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)之一[2]。珠江河口整治對(duì)整個(gè)珠江三角洲地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展有重大影響，直接關(guān)系著流域內(nèi)水資源綜合利用和生態(tài)環(huán)境等問題。

磨刀門和橫門分別屬于東四口門和西四口門，水動(dòng)力條件相似，均屬于徑流作用較強(qiáng)而潮汐作用較弱的河口，年平均潮差分別為1.11 m和1.10 m。故本文選取磨刀門和橫門作為珠江河口整治工程的代表，綜述了其水動(dòng)力條件、生態(tài)環(huán)境、河口地貌由于整治工程的開展而發(fā)生的巨大變化。

1 整治工程概況

20世紀(jì)80年代選擇磨刀門作為珠江河口的整治試驗(yàn)工程以來，珠江河口八大口門的整治工程已陸續(xù)付諸實(shí)施，主要通過修建導(dǎo)堤、整治灘涂、疏浚航道等工程措施使珠江河口基本形成了現(xiàn)有的泄洪格局。

磨刀門首先以北起掛定角、南至大井角的東導(dǎo)堤和北起東六圍尾、向南到洪灣口的西導(dǎo)堤來固定泄洪主槽，再以洪灣水道作為泄洪支汊，同時(shí)規(guī)劃開發(fā)灘涂形成鶴洲北、鶴洲南等7片墾區(qū)。整治工程實(shí)施后，原口門段淺海區(qū)大部分成為陸地，形成以磨刀門主槽(橫洲水道)、洪灣水道為泄洪通道，白龍河為排水通道的格局[3](如圖1所示)。

圖1 磨刀門整治工程示意

橫門的治理主要通過自20世紀(jì)80年代中的圍墾工程進(jìn)行，同時(shí)在2000年左右開始對(duì)橫門北汊實(shí)施疏浚治理工程以及在瀝沁沙尾圍等地實(shí)施導(dǎo)堤工程。圍墾工程實(shí)施后，口門岸線及平面邊界形態(tài)發(fā)生較大的變化[4](如圖2所示)。

圖2 橫門整治工程示意

自20世紀(jì)80年代以來，伶仃洋進(jìn)行了大量的開發(fā)建設(shè)，包括了東西兩岸大規(guī)模的灘涂開發(fā)，以及廣州深水航道的建設(shè)，使航道水深從9 m浚深至11.5 m，局部地區(qū)可達(dá)13.5 m。伶仃洋東部水域的海床挖沙活動(dòng)及口門以上河床挖沙使局部地區(qū)的河床灘槽地形發(fā)生明顯變化[5]。

2 整治工程的影響

珠江河口的整治工程從20世紀(jì)50年代開始實(shí)施，并且仍在不斷進(jìn)行中[6]。前期整治工程的效果究竟如何，有什么不足之處可取之處，對(duì)水動(dòng)力條件、生態(tài)環(huán)境、河口地貌產(chǎn)生了什么樣的影響，均為急需探討的問題，可為今后的河口規(guī)劃和治理提供經(jīng)驗(yàn)。

2.1水動(dòng)力條件的影響

對(duì)于磨刀門，經(jīng)過整治后以橫洲水道作為泄洪主槽，以洪灣水道作為泄洪支汊。通過多年實(shí)測地形資料發(fā)現(xiàn)磨刀門主槽河段在整治后出現(xiàn)河道容積增加，過水?dāng)嗝婷娣e增大的情況，而橫洲水道在整治后則口門深槽外移；對(duì)于磨刀門主槽，水流流速增大，泄洪阻力減少，水流輸沙能力增強(qiáng)，利于洪水和泥沙的下泄；徑流來沙主要集中在主槽河段，落潮水流動(dòng)力增強(qiáng)，漲潮水流動(dòng)力大幅減弱，甚至在主槽河段不形成漲潮流[3]。

對(duì)于橫門，近30 a的整治和圍墾工程使橫門北汊與洪奇門下泄水流交匯后沿南岸線下泄，使得徑流水沙的輸移路徑受到限制并發(fā)生了改變。由于口門向外海延伸，從口門上溯的漲潮流與徑流相互作用的滯流帶下移，漲潮流動(dòng)力相對(duì)減弱，而落潮流則相對(duì)加強(qiáng)。對(duì)于橫門南汊而言，經(jīng)過圍墾后，橫門南汊的落潮水流動(dòng)力下移并有所加強(qiáng)，漲潮流動(dòng)力則相對(duì)減弱[4]。

通過對(duì)磨刀門和橫門整治工程的影響對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，口門整治工程的共同點(diǎn)在于使落潮水流動(dòng)力加強(qiáng)，漲潮水流動(dòng)力減弱，以此利用落潮水流沖刷河段，防止河段淤積，維持入海水道的暢通。

2.2生態(tài)環(huán)境的影響

珠江口處于海陸交界的過渡區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)自然環(huán)境和人類活動(dòng)的相互作用相當(dāng)活躍，是典型的生態(tài)脆弱區(qū)域。在進(jìn)行河口的相關(guān)整治工程時(shí)一定要密切注意保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)，進(jìn)行生態(tài)友好型的工程建設(shè)。橫門整治工程對(duì)河口生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了不良影響；而磨刀門整治工程加劇了河口咸潮上溯。

經(jīng)過近30 a的大規(guī)模圍墾工程，廣州、東莞等市沿海圍墾總面積已達(dá)66.7 km2，整個(gè)伶仃洋面積減少約253.83 km2。雖然1999年《珠江河口整治管理辦法》的出臺(tái)，嚴(yán)格限制了灘涂資源的開發(fā)，但圍墾仍在繼續(xù)[7]，橫門口伶仃洋的面積仍在不斷減少[8]。大規(guī)模的圍墾工程導(dǎo)致了灘涂濕地和紅樹林海岸的銳減，造成河口生態(tài)系統(tǒng)中灘涂濕地的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的中斷，致使河口水生物棲息繁育的生存空間遭到嚴(yán)重?cái)D壓。大量的導(dǎo)堤建設(shè)致使水生生物的正常能量交換和流動(dòng)遭到了阻斷，生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)受到了影響[9]。堤防的迎水坡面以及港口工程等大量的混凝土工程則嚴(yán)重影響了水生植物的正常生長，使水生生物難以棲息，破壞了河口近岸的食物鏈系統(tǒng)，使得生物多樣性降低，影響生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定[10]。

大規(guī)模的河道挖沙活動(dòng)，導(dǎo)致河床嚴(yán)重下切，水深和河槽容積都大幅增加，直接改變了河床形態(tài)[11]。河道水深增加會(huì)顯著增大潮波的傳播速度[12]，致使咸潮上溯，咸水界向上游河段移動(dòng)，因此大規(guī)模的河道挖沙活動(dòng)是磨刀門水道的咸潮災(zāi)害加劇的根本原因[13]。而磨刀門口門圍墾整治后，橫洲水道成為枯季主要的進(jìn)潮口，口門“調(diào)淡”作用消失，使咸潮更容易上溯，因此大規(guī)模的圍墾也是磨刀門水道咸潮上溯的重要原因[13]。

2.3河口地貌演變

河口整治工程的實(shí)施改變了河口固有的地形邊界，使得河口水動(dòng)力特征發(fā)生調(diào)整，并最終影響河口地貌演變過程。以整治工程實(shí)施后磨刀門、橫門的河床演變作為代表，敘述珠江河口在整治工程實(shí)施后的河床演變情況(見表1)。

表1 磨刀門和橫門主要整治工程

2.3.1磨刀門

20世紀(jì)70年代初，磨刀門為十字形的淺海灣[14]。自20世紀(jì)70年代末受人類活動(dòng)影響以來，隨著不斷的自然淤積和大量的人工圍墾，磨刀門口門內(nèi)的海域面積不斷減少，自1984年整治工程實(shí)施之初的17 310 hm2，縮小到1997年的6 248 hm2。整治工程完成后也即形成了以橫洲水道為主的出海河道。

對(duì)于磨刀門水道(橫洲水道)而言。河道的平均寬度、寬深比都減小，而平均水深卻顯著增加，表明主槽河段近40 a來向窄深方向發(fā)展[15]。橫洲水道上、中游段深泓線較為穩(wěn)定，靠近左岸，走向與岸線基本一致，但下游段深泓線變化較大，逐漸偏向河道中間并有所擺動(dòng)[14]。

整治前，磨刀門河道水流在水沙擴(kuò)散和潮汐頂托的作用下，水流散亂，以致淺灘連疊，淤積嚴(yán)重[16]。整治后，由于水流集中輸沙能力增強(qiáng)，燈籠山至橫洲口長15.5 km的主槽河段由淤轉(zhuǎn)沖，平均水深由1983年的3.4 m增大為2000年的4.7 m[16]。

2.3.2橫門

橫門近20 a的局部整治工程和圍墾開發(fā)引起口門岸線及平面形態(tài)變化，對(duì)口外灘槽沖淤產(chǎn)生一定的影響。

橫門北汊與洪奇門出口匯流區(qū)經(jīng)整治開發(fā)后成為堤岸約束型的河道，該河段沖刷，1984—1999年年均沖刷量約為78.38萬m3，年平均沖刷厚度約為6.17 cm[4]。而橫門北汊與洪奇門匯合延伸的槽道是主要的泄流排沙通道，該槽道沿程有沖有淤，上游段沖刷，下游段淤積[4]。橫門北汊與洪奇門出口尾閭的淺灘區(qū)是內(nèi)伶仃洋西灘的一部分且沿程淤積，1984—1999年年平均淤積厚度約為0.67 cm[4]。橫門南汊，自圍墾后形成了約7 km長的河道，年平均沖刷量為21.19萬m3。而橫門南汊尾閭淺灘區(qū)總的趨勢(shì)是淤積，1984—1999年年平均淤積厚度約為0.49 cm[4]。

通過對(duì)磨刀門和橫門整治工程對(duì)河床演變影響的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，整治工程實(shí)施后，在短時(shí)間內(nèi)劇烈地改變河床的形態(tài)條件，對(duì)河床的演變趨勢(shì)產(chǎn)生了巨大的影響。磨刀門的主槽河段由淤轉(zhuǎn)沖，河道的平均水深增加。橫門口門處則既有沖刷的河道又有淤積河道，趨勢(shì)不定。。因此，河口整治工程可能使河口的性質(zhì)和演變趨勢(shì)發(fā)生變異，在工程實(shí)施前必須對(duì)整治工程實(shí)施后可能發(fā)生的河床演變做出詳細(xì)的預(yù)測。

3 展望

珠江口大規(guī)模的整治工程已進(jìn)行了30多a，并且還在不斷實(shí)施過程中。在之前的大規(guī)模整治工程中既有不少成功的經(jīng)驗(yàn)值得總結(jié)，又有不少失敗的教訓(xùn)值得深思。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)，珠江口又有不少整治工程準(zhǔn)備實(shí)施。

在今后的整治工程中，必須加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)。禁止無序的圍墾開發(fā)工程，嚴(yán)格審批新的圍墾工程，做到環(huán)評(píng)不合格一票否決。在工程的設(shè)計(jì)規(guī)劃階段就要充分考慮到對(duì)環(huán)境的影響，做到對(duì)生態(tài)環(huán)境友好，盡可能保護(hù)水環(huán)境、水生態(tài)、灘涂資源，保護(hù)水生動(dòng)植物的棲息地。

在整治工程實(shí)施前，必須加強(qiáng)理論研究，采用歷史資料分析、物理模型和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行充分的論證，并充分利用數(shù)值模擬的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行長周期、大范圍的模擬，盡可能明確工程對(duì)周圍水域的水沙動(dòng)力條件和河口演變的影響，減小對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。

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(本文責(zé)任編輯 王瑞蘭)

Influence of Modaomen Estuary and Hengmen Estuary Regulating Project to Hydraulic Conditions and Ecological Environment

ZHANG Zhiwei

(School of Hydraulic, Energy and Power Engineering, Yangzhou University, Yangzhou 225127, China)

extensive regulating projects has been conducted in the Pearl River Estuary over the past 30 years. The influence of the different projects exists in the different literatures. To facilitate the researchers to understand the existing situation and to carry out the next step of research, this paper based on the Hengmen, one of the east estuary, and modaomen, one of the west estuary, reviews that the regulating projects of modaomen and hengmen have influence on the hydraulic conditions and the ecological environment, and riverbed evolution of the modaomen and hengmen.

modaomen； Hengmen； regulating projects； hydraulic conditions； ecological environment； riverbed evolution；influence

2016-05-20;

2016-06-28

張智偉(1995)，男，本科，從事港口航道與海岸工程專業(yè)研究。

TV856