珠江三角洲咸潮特性分析研究

陳 昊

（廣東省水文局惠州水文分局，廣東 惠州 516000）

1 研究目的及意義

咸潮是一種持續(xù)干旱下會出現(xiàn)的情況，當(dāng)降水偏少，同時上游河水的流量不足，以至于海水倒流涌入內(nèi)陸威脅到飲用水源時，水體鹽度升高，咸潮就會出現(xiàn)。影響咸潮的主要因素有天氣變化、潮汐漲退和上游來水，因此咸潮一般發(fā)生在冬季或干旱的季節(jié)的河海交匯處，例如珠三角周邊地區(qū)。咸潮的影響主要表現(xiàn)在氯化物的含量上，當(dāng)水中氯化物濃度超過250毫克/升時則不宜飲用。水中鹽度過高則會對人體造成傷害。咸潮還會造成地下水和土壤內(nèi)的鹽度升高，對珠江三角洲地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響，危害當(dāng)?shù)刂参锷妗?/p>

2021年10月以來，珠江三角洲流域遭遇1963年以來歷史少有的秋冬春夏連旱，來水量為1991年以來同期最小。來水持續(xù)偏少導(dǎo)致咸潮上溯。位于珠江三角洲流域下游的地區(qū)面臨嚴(yán)重的咸潮威脅。以東莞為例，2021年9～11月，東莞市東江沿線部分水廠取水口河段出現(xiàn)了氯化物濃度連續(xù)超標(biāo)的情況，受影響水廠不得不實行間歇性減、停產(chǎn)，對全市的生產(chǎn)生活用水造成了不利影響。咸潮上溯的影響范圍越來越廣，強(qiáng)度也越來越大，因此，及時掌握區(qū)域旱情咸情，加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測，深入分析研究珠江三角洲地區(qū)咸潮特性，對確保沿線和下游供水區(qū)抗旱壓咸成效具有重要作用。

2 咸潮監(jiān)測站點分布情況

選取廣東省水文水資源監(jiān)測中心在珠江三角洲流域中設(shè)置的71個有可能受咸潮影響的常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測站點作為研究對象，其中西北江三角洲58個，東江三角洲13個，站點分布見圖1。

圖1 珠江三角洲咸潮監(jiān)測站點分布

3 咸潮時間趨勢分析

對71個站點的氯化物濃度進(jìn)行時間趨勢分析，主要通過箱線圖統(tǒng)計濃度月度變化情況、季節(jié)性Kendall趨勢檢驗法等。

3.1 氯化物濃度月度變化箱線圖

以東莞水道的站點為例（泗盛、厚街、東莞水廠、石龍南），取4個站點2016年1月～2022年2月每月氯化物監(jiān)測數(shù)據(jù)并作自然對數(shù)變換，作氯化物濃度月度變化箱線圖，如圖2所示，可以發(fā)現(xiàn)位置最靠近河口的泗盛氯化物濃度受汛期影響最為明顯，呈現(xiàn)明顯的非汛期上升而汛期下降的變化規(guī)律，即1～3月和10～12月氯化物濃度均處在較高水平，而4～9月則相對較低，其中4、5月開汛時期氯化物濃度變化幅度較大。而位置第二靠近河口的厚街的氯化物濃度同樣也受汛期影響，也呈現(xiàn)非汛期上升而汛期下降的變化規(guī)律，但變化幅度則較為平穩(wěn)。而位置離河口較遠(yuǎn)的東莞水廠和石龍南則基本不受汛期影響，氯化物濃度無明顯升降變化。值得注意的是，東莞水廠10～12月出現(xiàn)的異常值均為2021年10～12月氯化物濃度數(shù)據(jù)。

圖2 泗盛、厚街、東莞水廠、石龍南2016年1月～2022年2月氯化物濃度月度變化箱線

3.2 季節(jié)性Kendall趨勢檢驗法

選擇2016～2021年71個站點氯化物濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行季節(jié)性Kendall趨勢檢驗，結(jié)果如表1所示?？梢园l(fā)現(xiàn)高度顯著上升的站點占絕對多數(shù)，無站點顯著下降,說明珠江三角洲地區(qū)在2016～2021年期間氯化物濃度水平呈現(xiàn)整體顯著上升的趨勢。

表1 季節(jié)性Kendall趨勢檢驗法分析結(jié)果

4 咸潮空間趨勢分析

由于2021年珠江三角洲地區(qū)遭遇較為嚴(yán)重的咸潮上溯問題，因此選取71個站點2021年汛期與非汛期氯化物濃度均值，運用Arcgis10軟件中經(jīng)驗貝葉斯克里金插值法作氯化物濃度等值線圖，如圖3和圖4所示，可清晰直觀的發(fā)現(xiàn)咸潮上溯的范圍及對各個水質(zhì)監(jiān)測站點的影響情況。其中氯化物濃度越高越偏黑，濃度越低則越偏灰白，灰線為氯化物國標(biāo)限值250毫克/升?？梢园l(fā)現(xiàn)，咸潮上溯導(dǎo)致非汛期氯化物濃度明顯高于汛期，且咸潮在非汛期時期影響范圍更深更廣，同時非汛期的國標(biāo)限值250毫克/升灰線較汛期向內(nèi)河有較為明顯的移動。但不同河口表現(xiàn)不一，具體如下。

圖3 2021年汛期氯化物濃度變化等值線（毫克/升）

圖4 2021年非汛期氯化物濃度變化等值線（毫克/升）

在獅子洋附近的河口中，可明顯看見，在汛期時期咸潮主要影響河口附近的站點，其中虎門大橋站點氯化物濃度較大。東江三角洲的麻涌河、倒運海水道、東江南支流、東莞水道上的代表站點麻涌、洪梅、漳澎、泗盛、厚街等站點均在國標(biāo)限值250毫克/升灰線以內(nèi)，而在西北江三角洲，除了虎門水道和蓮花山水道的虎門大橋和蓮花山站點外，其余站點均在國標(biāo)限值250毫克/升灰線以外，說明東江三角洲河口受咸潮影響的程度要高于西北江三角洲。

而非汛期時期，咸潮對站點的影響范圍則更深更廣。除了河口的站點氯化物濃度大幅提高外，國標(biāo)限值250毫克/升灰線還出現(xiàn)了明顯的上移，洪奇瀝水道的萬頃沙和洪奇瀝大橋、蕉門水道的南沙和亭角大橋、前航道的黃埔等站點均在國標(biāo)限值250毫克/升灰線以內(nèi)。東江北干流的新塘水廠站點為國家重要飲用水水源地——廣州—東莞—惠州東江北干流水源地的水質(zhì)監(jiān)測代表站點，與國標(biāo)限值250毫克/升灰線非常接近，說明該站點在非汛期時期可能會遭受咸潮上溯較大的影響。

在雞啼門水道和磨刀門水道中，咸潮上溯除了對河口站點尖峰大橋和廣昌的氯化物濃度產(chǎn)生較大影響外，也對黃楊新泵站和平崗站點產(chǎn)生一定的影響，其中黃楊新泵站氯化物濃度2022年1月超標(biāo)，而平崗則是2021年11～12月連續(xù)兩個月超標(biāo)，超標(biāo)倍數(shù)甚至超過了3倍。此2個站點為國家重要飲用水水源地——珠海市黃楊河水源地和珠海-中山市磨刀門水道水源地的常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測代表站點，因此取用水時需要考慮咸潮對水質(zhì)的影響。

在崖門水道和虎跳門水道中，非汛期中的灰線相較于汛期往內(nèi)河移動了一定的距離，但距離不遠(yuǎn)，未影響至石咀、虎坑和南環(huán)等站點，而靠近河口的站點，如官沖和西炮臺，非汛期氯化物濃度均值則明顯高于汛期，說明相對于位于獅子洋的其他河口，這2個水道的咸潮上溯影響并不明顯，但河口站點的氯化物濃度仍有較大變化。

5 結(jié)論

在時間趨勢變化上，近6年珠江三角洲地區(qū)氯化物濃度水平呈現(xiàn)整體顯著上升趨勢；靠近河口的站點的氯化物濃度呈現(xiàn)明顯的枯水期上升而豐水期下降的變化規(guī)律。在空間趨勢變化上，咸潮對于不同河口的影響不同，要充分掌握珠江三角洲咸潮形成機(jī)制及活動規(guī)律，還需要結(jié)合水量、河口動力結(jié)構(gòu)等因素進(jìn)行更進(jìn)一步的分析。