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中國評論學術出版社 >> 文章内容

磨刀門河口攔門沙演變機理及治理問題研究




  1 前 言

  磨刀門河口徑流强,潮汐弱,是西江幹流的出海口,其逕流下泄量約占西江逕流總量的三分之一左右,來水來沙多使得河口區灘地淤積迅速,而人工圍墾又加快了河口向海的延伸進程。時至今日,磨刀門内海已基本圍墾成陸,現河口已外延伸至開敞海域,是珠江八大口門中唯一一個率先面海的口門。因此,磨刀門河口攔門沙除受逕流、潮汐作用外,
外海高鹽陸架水和波浪動力的作用和影響亦愈來愈大,
致使攔門沙的發育演變趨於復雜化,而且攔門沙灘頂愈來愈高,最淺處水深已不足2m,一般認爲這有礙洪水的排泄,不利於通航。

  爲了進一步瞭解磨刀門河口及其攔門沙近期的演變趨勢與規律,並爲該口門及攔門沙的治理提供科學依據,中山大學河口海岸研究所與中水珠江規劃勘測設計有限公司携手合作,共同對磨刀門水沙動力特性、攔門沙發育演變及治理問題進行研究調查。

  2 主要調查研究内容

  主要調查研究内容包括:

  1)於2003年9月24~25日對磨刀門攔門沙西側的交杯四沙之形態進行了實地測量,並與2000年時的形態作了對比分析。

  2)選擇在口外斜坡(10m水深)、攔門沙頂和口内河槽(大井角)3個測點,於2003年9月26~27日進行了水文泥沙同步測驗,測驗内容包括流速、流向、含沙量和含鹽度等項目。

  3)於2003年9月28~29日,在磨刀門攔門沙及其周圍水域采集表層沉積物樣品120個,全部做了粒度分析。

  4)對該海域波浪資料進行了收集與整理,並計算分析了波浪折射、繞射作用及其對攔門沙改造和修飾的影響。

  5)對近二十年來攔門沙冲淤變化及演變過程進行了分析。

  6)對河口性質和攔門沙演變機理進行了探討。

  7)最後提出和討論了磨刀門河口治理的問題與原則。

  3 磨刀門河口的性質與動力結構

  3.1 水體架構及陸—海和河 —潮動力相互作用

  磨刀門河口從陸向海由三種水體搆成:①河水或淡水,鹽度<0.5;②混合水,又稱冲淡水或河口水,鹽度0.5~30;③海水或陸架水,鹽度>30。兩頭之河水和海水皆性質較穩定而具水團性質。唯中間之混合水很不穩定,其鹽、温和密度梯度大且變化劇烈,它明顯爲河水和海水混合與相互作用的産物,因而是一個接交過渡地帶而具有“界面”的性質——介於河流系統和海洋系統之間的界面。攔門沙(包括其内坡、頂部、外坡)恰好居“河口界面”位置,説明攔門沙的形成應與這樣的動力架構,特别是“河口界面”的過程有關,其主要特點如下:

  1)從陸向海,磨刀門河口水體由河水(淡水)→混合水(冲淡水)→海水(陸架水)逐漸變化,攔門沙居河口界面位置,主要由河口混合水控制。本次調查時馬口站日平均流量約爲7600m3/s,基本與該站的多年平均流量7400m3/s相當。圖3反映了平均狀態下的攔門沙區域確實是和河口界面位置相吻合的,即該區域正是由河口混合水(或冲淡水)所控制。

  2)從陸向海,磨刀門河口潮流由往復流→半旋轉流→旋轉流逐漸變化,攔門沙中心區的半旋轉特性對底沙搬運趨勢有重要影響。如圖4所示,攔門沙頂的潮流主要在第三、第四象限作“半旋轉”運動,而與其内側的往復流和外側的旋轉流都不同。這亦表現了攔門沙界面區域的過渡特性。

  3)從陸向海,磨刀門河口的表層流爲下泄流優勢,但底層水流却發生由下泄流優勢→滯流→上溯流優勢的轉换變化,攔門沙受正、斜壓力相向作用,表層下泄流很强,底層却因下泄和上溯流在此交匯而流速很小(動力弱)。攔門沙在低潮時有阻水平臺的作用,其時受地形和底部上溯流的影響,妨礙逕流下泄。

  4)磨刀門攔門沙區特有的動力架構及水流特點,利於流域搬運的泥沙在這裏聚集。簡言之是:底沙阻滯;懸沙部分回返。所以,攔門沙是河口界面過程的産物。

  3.2 波浪動力與河—波相互作用

  3.2.1 波浪特徵

  對大萬山測站(位於磨刀門河口東南約30km)2001年4月至2002年3月的波浪實測資料進行了統計分析,表明該海區的波浪以涌浪爲主,或以涌浪爲主的混合浪,其餘爲風和涌浪并存且相差不大。

  磨刀門河口海區全年均有SE向浪的發生,除6、7月份外,其餘10個月均是SE向浪占優勢,其中又以冬半年(9月至次年2月)爲高(頻率均在80%以上);夏季則以S向浪爲主,發生頻率大於40%,其中6、7兩個月份,S向浪出現頻率超過了SE向浪。就全年情况來説,以SE向浪出現頻率最高,占70.62%,其次爲S向浪,占14.45%,而其餘浪向均不及10%。

  全年各月平均波高大致爲1.01~1.32m,平均週期則爲5.15~5.70s,波高和週期的變化範圍均較小,最小值出現在9月份,波高最大值爲3.1m(出現在2001年7月2日)。總的來説,磨刀門河口的波能較高,以涌浪爲主,主浪向爲SE,冬季盛於夏季。

  3.2.2 河—波動力相互作用强弱判别

  爲了比較河流逕流動力與海洋波浪動力相對優勢的程度,采用“流量有效指標”來進行分析。“流量有效指標”指河口單寬流量與近岸單寬波峰波力之比(爲無量綱數)。如圖8所見,磨刀門河口的流量綫爲上凸型,而波力綫爲下凹型,兩者的峰值相互錯開,即洪季(夏季)河流逕流動力較强時,波力恰處於較弱時期,因此流量有效指標值較大,表明磨刀門河口在夏季時以河流逕流作用爲主;而冬季時正好相反,此時爲河流的枯季,逕流量小,但波力較强,因而流量有效指標值較小,説明磨刀門河口在冬季時以波浪動力作用爲主。

  可見,磨刀門河口的動力作用特點是:豐水流量期(夏季)與最大波能期(冬季)錯開,攔門沙(淤積)建設期與(侵蝕)破壞期交替進行。

  3.2.3 磨刀門攔門沙的“岬角效應”

  由於磨刀門攔門沙在平面上爲向海突伸的地形,波浪傳播至此將産生“岬角效應”,即入射波浪近岸運動時發生折繞射現象,波能在攔門沙上發生輻聚,從圖9(該圖以年平均波高1.2m計算,矢量綫長度代表波高大小)中清楚可見,波向綫在攔門沙處非常密集,且波高增大,最大值可比入射波高(外海波高)增大一倍以上;而攔門沙兩側則發生波能輻散,具體表現爲波向綫較疏,波高較小。特别是攔門沙西側翼波能輻散現象更爲明顯,其波向綫數目和長度均較攔門沙東側小得多(在攔門沙東側,如與攔門沙處的波高相比,其波高無疑要小許多;但若與入射波高相比,則略有增大)。波能的輻聚使單位尺度的波浪動力增强,其對泥沙的擾動和搬運能力隨之加大,攔門沙的外坡發生侵蝕後退而向上加積;而波能輻散使單位尺度的波浪動力减弱,造成泥沙堆積。由此導致了波浪作用下的泥沙及其堆積體(冲流壩,如交杯沙)向岸(向裏)、向上(加高)和向西的轉移、搬運運動(見圖10)。

  3.3 磨刀門河口性質與類型

  由於波浪動力的作用,磨刀門河口的逕流動力作用的相對重要性有所下降,即與純逕流型河口相比,磨刀門河口的流量“有效性”有所降低,特别是在枯季(冬季),塑造河口過程的主導地位讓位於波浪動力。但年内流量有效指標的變化曲綫與流量本身的變化曲綫形態基本相似,説明磨刀門河口,總的來看仍屬河流逕流作用略占優勢。若以Wright和Coleman(1973)的河口類型譜爲參照,磨刀門河口所處的位置介於羅馬尼亞的多瑙河河口和西班牙的埃布羅河河口之間,表明波浪動力在磨刀門的河口過程中已佔有相當重要的作用。

  可見,磨刀門河口已較過去發生了重大的變化,即:它已不再是典型的(或單純的)河優型河口了,而是具有了河流—波浪型(過渡型)河口的特徵。

  4 表層沉積物特徵及其反映的泥沙搬運趨勢

  4.1 表層沉積物類型及分佈

  2003年9月,在磨刀門口門附近海域采集120個表層沉積物樣品,其中有94個樣品用沉降法、有26個樣品用篩析法分别做了粒度分析,依據沉積物中值粒徑繪製出沉積物類型圖。按中值粒徑大小來劃分,本區表層沉積物可歸納爲15類,其特徵和分佈爲:

  (1)粘土質粉砂(YT):中值粒徑爲5.76Φ~7.68Φ之間,以粉砂爲主,次爲粘土,分選中等,多數呈正偏態,很少呈負偏態。其比重占所有樣品的四分之一。主要分佈於磨刀門水道延伸段之下段左岸、攔門沙外坡、三竈島西南附近,馬鬃島和石欄洲附近亦有少量分佈,其分佈範圍較大。

  (2)極細砂(VFS): 中值粒徑爲3.11Φ~3.9Φ之間,以細砂爲主,粘土次之,再次爲粉砂,分選很好,幾乎一半呈正偏態,一半呈負偏態。主要分佈於大岡島東南、石欄洲東南和攔門沙頂。

  (3)極細砂-粉砂(VFST):中值粒徑爲4.40Φ~5.35Φ之間,極細砂和粉砂含量接近,分選中等,呈負偏態,很少分佈,樣品只有一個,位於大窩山西南。

  (4)細砂-粉砂(FST):中值粒徑爲3.21Φ~4.76Φ之間,細砂和粉砂含量接近,分選好,呈正偏態,主要分佈於攔門沙東南。

  (5)砂-粘土-粉砂(SYT):中值粒徑爲6.12Φ~6.80Φ之間,以粉砂爲主,粘土次之,砂和粘土含量接近,分選中等,呈正偏態,主要分佈於攔門沙外坡。

  (6)細砂(FS):中值粒徑爲2.38Φ~3.12Φ之間,主要以細砂爲主,部分樣品中含有少量礫石。分選很好,多數呈正偏態,很少呈負偏態。主要分佈於攔門沙内坡及石欄洲東南。

  (7)粘土-粉砂-極細砂(YTVFS):中值粒徑爲3.96Φ~5.74Φ之間,以極細砂爲主,次爲粉砂,粉砂和粘土含量接近,分選差,呈正偏態,主要分佈於大岡島以南、石欄洲以南和大井角附近,分佈範圍較小。

  (8)粉砂-極細砂(TVFS):中值粒徑爲3.93Φ~4.27Φ之間,以極細砂爲主,粉砂次之,分選好,呈正偏態,主要分佈於攔門沙以東,範圍較小。

  (9)粘土-極細砂-粉砂(YVFST):中值粒徑爲4.87Φ~6.09Φ之間,以粉砂爲主,極細砂次之。極細砂和粘土含量接近,分選中等到差,呈正偏態,主要分佈於大岡島東南、馬鬃島以南和石欄洲西南區域,且分佈範圍較小。

  (10)粘土-粉砂-細砂(YTFS):中值粒徑爲3.60Φ~5.86Φ之間,以細砂爲主,粉砂次之,粉砂和粘土含量接近,分選差,呈正偏態,小範圍分佈於大井角附近。

  (11)粉砂(ST):中值粒徑爲5.20Φ,分選中等,呈正偏態,主要分佈於攔門沙頂區域,範圍很小。

  (12)粘土質粉砂(TY):中值粒徑爲6.93Φ~8.80Φ之間,以粉砂爲主,粘土次之,含有少量細砂,分選中等到差,小部分呈正偏態,大部分呈負偏態,主要分佈於三竈島以南和攔門沙西南。

  (13)粉砂-細砂(TFS):中值粒徑爲3.71Φ~3.77Φ之間,以細砂爲主,粉砂次之,分選差,呈正偏態,只有兩個樣點(編號62和64),分佈於交杯灘東南較小範圍。

  (14)砂-粉砂-粘土(STY):中值粒徑爲6.40Φ,以粘土爲主,粉砂和砂的含量接近,分選差,呈負偏態,小範圍分佈於攔門沙頂區域。

  (15)極細砂-粘土-粉砂(VFSYT):中值粒徑爲5.76Φ~6.50Φ之間,以粉砂爲主,粘土次之,粘土和極細砂含量接近,分選差,呈正偏態,主要分佈於三竈島東南。

  4.2 各級配泥沙分佈特點及其反映的泥沙搬運趨勢

  所稱的“表層沉積物”是一種泥沙組成的綜合概念,其實它由各種級配(或各種粒級)的泥沙所組成。將“表層沉積物”中的各種不同粒級的泥沙,例如砂(主要由細砂和極細砂搆成,中值粒徑範圍在0.25~0.063mm或2~4Φ之間)、粉砂(中值粒徑在0.063~0.004mm或4~8Φ之間)和粘土(中值粒徑<0.004mm或<8Φ),按其百分含量值,分别點繪在圖上。

  1)細砂和極細砂統稱爲“砂”,它是磨刀門河口最主要的粗粒沉積物。它們的分佈和搬運趨勢有如下特點:①集中分佈於-3或-4m以淺的攔門沙區域(含交杯四沙、三沙),該區域砂的百分含量大於40,在攔門沙灘頂地帶,砂的百分含量更高達90以上,即分選性好,顯示出這是波浪作用粗化的結果。而-4m以深的攔門沙外緣斜坡,含量很低(<20%);②主要分佈區域呈NE—SW走向,而與優勢浪向(SE)相垂直。這也顯示出它們是波浪作用的結果。③在攔門沙尖端出現順時針“旋轉轉運”現象,此與SE向浪在攔門沙尖端的繞射、折射作用及其産生的泥沙搬運趨勢有關,即東側波浪作用下的沿岸輸沙搬運至攔門沙尖端後,要轉而向NW方向“旋轉轉運”,過去的交杯一、二、三沙以及現在的交杯四沙,都是通過這樣的轉運方式不斷發展壯大,並向陸遷移的。

  2)粉砂分佈及其搬運趨勢則有如下特點:①粉砂在攔門沙區域含量甚低,尤其是在攔門沙灘頂地帶百分含量不足10。説明攔門沙區域因經常受到波浪作用,較細的粉砂物質很難(或很少)在這裏停留而被水流搬走了。②粉砂主要沉積分佈在攔門沙向海一側的前緣斜坡區域。特别是攔門沙東南方向的射流擴散海域,乃粉砂沉積的主要區域,該區域粉砂百分含量>50。

  3)粘土物質爲最細的懸移質泥沙,同樣被擴散搬運在攔門沙前緣區域沉積,但沉積中心較粉砂沉積區偏於西南方向,這説明最細的懸移質泥沙搬運得更遠些,並體現了西南向沿岸流(或海岸流)的影響。

  5 攔門沙演變

  5.1 攔門沙區域冲淤對比分析計算

  5.1.1資料和方法

  本次地形對比主要集中在横洲—大井角以外的深槽及攔門沙區域之-5m以淺的海域。采用1977年、1983年、1994年和2000年海區地形資料進行對比分析。其中,1977年、1983年和1994年地形圖爲珠江基面,而2000年地形圖則爲85國家高程基面。兩基面之間依據下列關係式進行换算:

  珠江基面+0.744m=85國家高程基面

  理論深度基面與珠江基面的换算關係隨各個站點潮位不同而不同,本次分析采用平均值。分析過程中,按某一固定方向共劃出16條斷面,分别進行了地形對比;又將分析計算區劃分爲9個分片區域,按二個時段(即1977~1994年和1994~2000年)進行冲淤變化的對比分析和計算。

  5.1.2 主要結果

  首先對1977年、1994年和2000年三個不同時期一至九區的容積進行了量算。然後根據上述量算結果,對比1977~1994年和1994~2000年間的變化(見表5),即得出這兩個時段内各分片區域的冲淤總量(萬m3)、年平均冲淤量(萬m3/a)和年平均冲淤厚度(m/a)。由表5及圖21、圖22、圖23和圖24可見,磨刀門攔門沙區域的冲淤變化有以下特點:

  1)1977~1994年間,磨刀門河口的深槽(一、二區)、攔門沙地區(四區)及攔門沙東南側(六區),總的來講呈冲刷狀態,以二區的冲刷强度較大,爲2.8cm/a,其餘三區的冲刷强度小於1cm/a。河口東部(三、五區)和西部(八區)及攔門沙外坡(七區)則表現爲淤積,淤積趨勢爲西强(淤積强度大於3cm/a)東弱(淤積强度小於1cm/a)。

  2)1994~2000年間,情况有一些變化,這表現在:①一、二、三區總的來講,都呈冲刷狀態,其中磨刀門主槽靠大横琴一側的深泓及交杯三沙—石欄洲外的主(西)汊較明顯,但東支汊相對呈萎縮狀態;②攔門沙頂端(四區)淤高;③攔門沙東南側斜坡(六區)總的來看也呈冲刷狀態(冲刷强度爲0.7cm/a);④攔門沙西側(七、八區)淤積量較大,尤以八區(交杯四沙)淤積爲甚,淤積强度達16.1cm/a;⑤一至八區仍以淤積爲主,總淤積量爲771.65萬m3,年平均淤積量爲128.61萬m3/a。

  5.2 攔門沙特徵及其演變趨勢

  1994年是一個頗具代表意義的時間分界綫,此前,磨刀門基本呈自然狀態;此後,爲雙導堤整治工程完成後的情况。上述冲淤對比分析計算及所繪冲淤厚度圖和冲淤速率圖,較好地反映了1994年前、後時期攔門沙演變特徵和趨勢的許多信息。以下分深槽、東側攔門沙淺灘和西側攔門沙淺灘三個區域(或部位)來説明。

  5.2.1 深槽特徵及演變趨勢

  1)磨刀門幹流河槽西淺灘的淤高和擴展,與交杯沙的發展有關。1977~1994年間,磨刀門幹流河槽總體上雖然爲冲刷狀態,但在1977~1983年間則爲淤積,這主要表現在河槽西淺灘的淤高和(向東)擴大。這期間正是磨刀門西側攔門沙區域即交杯二沙和交杯三沙迅速淤高擴大和向陸並岸的時期,幹流河槽西側淺灘的淤積當與口外交杯沙淺灘發展造成的阻水作用有關。特别是交杯三沙在向陸並岸的過程中,還有“反向沙咀”向東延伸並向裏(陸)反曲,因而束窄口門,對河槽内水流的阻滯影響尤爲明顯。但90年代初期磨刀門雙導堤工程完成後,口門延長,下泄流量集中,1994~2000年間河槽深泓總的來講呈冲刷狀態。又由於90年代中後期進一步對西側的交杯沙(二沙、三沙)地區和東側的小香洲—石欄洲地區進行圍墾,口門再下延至交杯三沙東咀至石欄洲之間,該斷面的西灘灘坡,2000年與1994年相比較,冲刷侵蝕後退現象十分明顯,這顯示了交杯三沙“反向沙咀”束窄口門對逕流排泄的影響。

  2)磨刀門河槽在口外始終呈分汊狀,一干一支關係分明,即支汊道偏東,干道(主汊)偏南,這應視爲是磨刀門河口尾閭的一個基本特點。可惜在90年代中後期小香洲—石欄洲區域的圍墾將“横琴支汊”水道消滅,這是磨刀門河槽軸綫西偏的原因之一。

  3)主汊干道位置向偏西方向移動,這與攔門沙東半部分受SE向波浪作用引起的部分沿岸泥沙向西運移和堆積的壓逼作用有關。對比1977年、1983年、1994年和2000年等不同時期的地形資料,明顯看出磨刀門口外主汊道存在這種演變趨勢。

  4)隨着磨刀門河槽和主汊道位置的略爲西移,口外沉積中心也跟着發生轉移,即攔門沙前端(或尖端)位置一方面外推,同時還從原來的朝向SE方向逐漸轉變爲朝向正S方向。

  5.2.2 東側攔門沙淺灘特徵及演變趨勢

  1)隨着沉積中心的西移,東側攔門沙-4或-5m以淺的水下斜坡,在波浪作用下侵蝕後退。這是由於沉積中心向西轉移後,東側攔門沙區域物質(泥沙)補給不足,即供沙减少,在波浪作用下必然發生侵蝕後退現象。如1994~2000年間,東側攔門沙斜坡(六區)的冲淤量達24.6萬m3,年均冲蝕量爲4.1萬m3/a,冲刷强度爲0.7cm/a。

  2)波浪除冲刷攔門沙斜坡,使之侵蝕後退外,還有以下兩種重要的作用:一是使沉積物(泥沙)粗化和净化(即分選性變好);二是岸坡侵蝕産生的泥沙由越冲浪横向向陸、向上搬運,使淺灘加高,磨刀門攔門沙在1994年大洪水時整體向海推進,灘頂高度降低,其後在波浪的作用下,又轉爲向陸後退,攔門沙頂部淤高;而非航道所經淺灘段,有的甚至已淤高到在低潮時可出露水面,與此同時,還有一部分泥沙沿岸縱向向西搬運。東側攔門沙區域泥沙的這一横一縱的搬運作用,使攔門沙砂體的走向由原來的與河流方向平行而逐漸改變爲與河流方向相垂直。這就是波浪動力對攔門沙的“改造”和“修飾”作用,或言是攔門沙形體之變形與波浪動力相適應的結果。

  5.2.3 西側攔門沙淺灘特徵及演變趨勢

  西側攔門沙淺灘是指磨刀門河槽及主汊道以西的交杯沙淺灘區域,包括交杯一沙、二沙、三沙和四沙。從圖17和圖23可看出,1977年時横洲島外僅有交杯一沙出露水面,交杯二沙隱約處於水下狀態;至1983年時,交杯二沙已經成陸且呈彎弓狀並與交杯一沙相連,交杯三沙亦部分成陸並正在進一步向陸(即向交杯二沙)移動靠攏;1994年時,交杯一、二、三沙已基本上連成一片,並開始有交杯四沙雛形出現;至2000年時,交杯一、二、三沙均圍墾成陸,交杯四沙明顯較1994年時範圍大了許多。

  2003年9月,我們對交杯四沙進行了現場勘測,在其西北部生長着一大片繁茂的蘆葦。而在交杯四沙的東南面(向海面)低潮位附近,發現有蘆葦的殘根出露,由此可以得知,交杯四沙在東南向浪的作用下,其直接受浪作用的東南面不斷地被侵蝕,造成岸綫後退(見圖28),而侵蝕下來的泥沙一部分向兩側發生縱向運動,另一部分則横向越過砂體,在四沙的波影區堆積下來,並掩埋了原生長在波影區的蘆葦。如此往復,使四沙整體向西北方向後退移動,且使曾被砂體掩埋而死亡的蘆葦殘根(還有泥團,因波影區的水流和波浪動力弱,利於細物質的沉積)暴露在向浪的東南面灘坡上。與此同時,四沙的兩端(東北和西南端)則在不斷淤長,尤其在四沙的南部,宛如是原砂體的復製品,形態很相似,但其沙咀向西北延伸得更遠。時間僅過了三年,但四沙的規模比2000年時又進一步增大了。

  可見,四沙在波浪的作用下,前坡侵蝕、後坡堆積,整體表現爲向陸後退,在此過程中,其砂體也在不斷發展壯大。將來交杯四沙會進一步擴大成大型新月形沙脊,並一步一步地向陸運動,最終靠岸與交杯三沙相連,那時將會有交杯五沙出現。如此反復進行,西側攔門沙淺灘地區便演變成“灘—脊平原”,即由一系列向陸反曲的沙脊與潮灘相間搆成的三角洲平原。因此,西側攔門沙淺灘區域泥沙運動和地形演變的主要特點如下:

  1)隨着沉積中心的向西轉移,此區成爲河口的主要沉積區,即這裏是河流輸沙的主要淤積場所。

  2)這裏還是東側攔門淺灘斜坡遭波浪侵蝕産生的泥沙向西轉運沉積的最終歸屬地,即波浪作用形成的沿岸漂沙最終被搬運至此區域沉積下來。

  3)由於存在前述兩種泥沙活動機理,這給交杯沙(不論是一沙、二沙、三沙、四沙或將來的五沙,……)的發育提供了豐富的泥沙來源。交杯沙是一個新月形砂體,學術上稱“冲流壩”(swash bar),它是沿岸泥沙轉運和波浪“冲越”(washover)作用的産物,其形成與攔門沙尖端波能輻聚和其兩側波能輻散有關。即波能輻聚的尖端區,波浪冲越作用强,這一方面使淺灘前坡侵蝕後退,另一方面又在淺灘後坡發生“越冲扇”(overwash fan)的沉積(或堆積)作用,由此造成新月形淺灘的横向向陸移動(或運動);而尖端兩側的波能輻散區,泥沙分向兩側縱向搬運,兩側之反曲沙咀(沙角)隨之亦相向延伸發展(其中朝偏東方向延伸加長的沙咀,稱爲“反向沙咀”,它對束窄口門有重要的影響)。當然,隨着整個新月形淺灘的發展壯大和向陸移動,其兩側反曲沙咀(沙角)的延伸方向也在有規律地變化着。

  5.3 未來發展預估

  根據上述磨刀門河槽及攔門沙演變特徵,我們可以大致預估未來磨刀門河口的變化趨勢。有以下幾點值得重視和注意: 

  1)口外河槽一分爲二,且干、支分明。支汊朝SE方向入海,洪季和大水年時冲刷擴大,枯季及小水年時又淤積萎縮;主汊道在其發育過程中却是逐漸向偏西方向移動的,並最終逐漸基本定位在朝正S方向入海。

  2)攔門沙西半部分,仍將是磨刀門口外淤積最盛的區域,該區的交杯四沙將發展擴大和向陸靠攏或並岸,緊接着還會有五沙、六沙等相隨出現。這種淤積發展形勢,不利於磨刀門徑流及洪水的向西分洪,亦限制河槽進一步向偏西方向移動,故有上述主汊道“基本定位”(在朝正S方向入海)之説。

  3)攔門沙東半部分由於波浪垂直向岸的越冲沉積作用,主、支汊之間的區域將進一步淤積堆高,甚至部分出露水面而成陸,其砂體(或堆積體)的走向亦被改造呈NE—SW向。而東部攔門沙斜坡的繼續侵蝕後退,將使東支汊入海區域成爲最薄弱的地段,下一次(或幾次)大洪水來臨時,東支汊會得到發展(西汊則相對萎縮),沉積中心有可能向偏東方向轉移,再後在波浪作用下,又發生東汊道西移及其攔門淺灘泥沙向西轉運的現象。這樣冲决(東汊道),轉移;再冲决,再轉移……,如此反復進行,這是河—波型河口過程及其變化的基本特徵。

  6 磨刀門口門治理問題探討

  6.1 治理原則

  磨刀門口門治理問題,必須在考慮河口性質(類型)及特點的基礎上,根據客觀實際和規律,來制定適宜的治理原則及措施。因爲河口性質和類型不同,治理的原則和措施是不同的。例如,潮優型河口治理的原則,是要保障潮汐動力進出暢通,因此必須注意:①保護好口内水域,即盡可能維持足够大的納潮面積;②口外應呈喇叭狀,即河口要有一定的放寬率,以利潮波傳播並穩定維持其1/4潮週期,使潮汐能量沿程呈等量分佈。而河優型河口治理的原則,是要利於洪水逕流安全地向海排泄,因此不能人工設障(如丁壩之類的阻水建築物),並應重視河口分汊的作用,不宜將口門整治成只有單一水道入海。

  現在的磨刀門是一個“河流—波浪型”河口。那麽,“河流—波浪型”河口的主要特點是什麽,這類河口的治理應重視或注意哪些問題?

  這類河口的一部分性質與河優型河口有相似之處,即有太多的洪水逕流需要安全地向海排泄。因此,口門也不能束窄或人工設障,並也應考慮河口分汊的作用。但它還有另一方面的重要特性:受到波浪動力作用的重要影響。波浪動力是從相反的方向與河流(逕流)動力作鬥争的,它試圖要把河流輸出的泥沙(主要是較粗粒的泥沙)重新推回來,從而搆築攔門沙阻水平臺,影響洪水逕流的排泄。當然,河流動力也不甘示弱,它一方面盡力自動調整自己的狀態(如攔門沙内坡河床的冲刷和主汊道逐漸向偏西方向移動),以適應各種新的情况;另一方面在嚴重或關鍵性時刻(例如大洪水時),還要尋找薄弱環節,冲决攔門沙,突出重圍(如使東支汊進一步冲刷擴大)。

  上述不同類型河口的治理原則,如果要用一個字來形容的話,那就是,潮優型河口要有利於“納”(即有利於增加納潮量),河優型河口要有利於“泄”(即有利於向外分泄洪水),河流—波浪型河口要有利於“决”(即有利於冲决攔門沙淺灘向海排泄洪水)。磨刀門河口的治理,應當對後一種原則加以考慮。

  6.2 控制處理好口門的西邊界

  西側攔門沙淺灘區域是泥沙主要的和最終的淤積地,交杯沙的形成、後退擴大、成陸和並岸,最好能順其自然,不要進行太多的人爲干涉。但鑒於交杯三沙的“反向沙咀”曾從西向東延伸束窄了口門,並促進了磨刀門河槽(特别是河槽中的西淺灘)的淤積(見圖21),因此建議清淤清障,對交杯三沙原“反向沙咀”的咀頭作適當的挖切處理,同時輔以一定的導流(防沙)堤工程,以防止將來交杯四沙的“反向沙咀”向東延伸而超越控制綫再次束窄口門,這“一定的”(即不要一下子超前修得太長)導流(防沙)堤工程以取南北走向爲宜。

  6.3 攔門沙治理宜緩

  目前磨刀門攔門沙在河流和波浪動力的相互作用下,還處在發展階段,未能完全定型。但主槽延伸方向,已從過去的西北—東南走向明顯轉變爲北—南走向,這是磨刀門河口性質由昔日之“河優型”向今日之“河流—波浪型”轉變的結果,即波浪作用使河口延伸的主方向(向西)發生了偏轉。攔門沙的淤高對逕流的下泄似起着一定的阻礙作用,然而在大洪水時,易於在攔門沙淺灘東側的薄弱地段决口出汊,形成新的分支水道或强化東汊道以幫助分泄洪水。攔門沙具可動性即有自動調整的性能,故目前攔門沙區域不宜搞太多、太大的人工建築物或其他阻水工程,即攔門沙的“治理”應暫緩考慮爲好。

  6.4 保護决口支汊水道

  磨刀門既是西江幹流的出海口,洪水時有大量的逕流須向海排泄,然而其正面受攔門沙的阻礙,西面又是連綿的交杯沙,唯有向東尋求出路。現磨刀門東支汊正處於雛形發育階段,只要有洪水下泄,它就會冲深擴大,它現在是、將來也還是磨刀門洪水冲决攔門沙向海排泄的重要路徑之一。再者,從航運的角度看,在未來相當長的一段時期内(即磨刀門主槽自然演變到轉向正南方向之前),磨刀門航道的開發還須對東支汊多加考慮。故應對東支汊進行保護,不僅不能再像過去那樣,盲目將寶貴的汊道堵塞,而且在必要時還可考慮進行一定的疏浚或工程整治。這是人工促進“决”,符合治理原則和大方向。

  總之,磨刀門口門的治理要重視河口特性,現階段不宜搞限制性大規模的雙導流堤工程,應給予空間,讓河口自身有機會和可能來維持其自適應能力。但關鍵性的部位或區段,應控制掌握好其發展走向,而攔門沙頂向東决口的分汊水道應加以保護龢利用。

  (本成果完成於2004年,這次刊印内容有所裁减.合作者:田向平,雷亞平,王世俊,樑娟,胡達。)
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