伶tr洋潮流动力与湾口型态关系研究沈汉塑陈丽棠黄希敏朱三华摘要：伶仃洋的潮流动力特性，受径流与潮汐双重作用，本文通过水动力的数 值模拟，探导不同湾口型态与伶仃洋水动力变化关系，研究成果可为伶仃洋河口治 理提供科学依据通过伶仃洋不同湾口型态模拟，还进一步说明珠江水利委员会上 世经90制定的原治导线方案在维持伶仃洋潮流动力方面最为合理，更能发挥喇叭型 态辐聚效应关键词：潮流动力数值模拟伶仃洋1序言伶仃洋是广州古海湾残留的水域，是呈喇叭状的河口湾，北部湾头虎门口宽度不足 4km,湾口东起九龙半岛,西隸」，宽65km,湾口至湾头南北纵深60km,海域而积2100km2, 其中内伶仃洋1041 kn?伶仃洋的潮汐属于不规则的半日潮混合潮型，潮差一■般不足2m, 最大仅3m多水流运动呈往复流伶仃洋西侧有蕉门、洪奇门和横门三条水道汇入，年均 承接珠江流域径流最1742亿m3,占八大口门总泄量的53.4%,沙量3389万t,占八大口门 总泄量的47.7%近100年来，内伶仃洋水下地形基本维持三滩两槽的格局，海区冲淤演变具有西滩外 延，中滩扩展、东滩稳定和东、西两槽日渐缩窄的特点但近20年来，蕉门、洪奇门及横 门口门向外延伸较快，湾II型态变化较大，对伶仃洋水域潮流动力产生深刻的影响。
本文通 过数学模型探导不同的喇叭型态伶仃洋潮动力变化情况2伶仃洋岸线演变在上世纪80年代以前，伶仃洋的河势发展是以口门自然延伸为主的过程，而80年代 以后，则是围星工程活动为主引起的口门快速延伸，20年左右内伶仃洋水域而积己减少了 约22%,但无论是前者或后者，伶仃洋三滩两槽的大格局基本不变伶仃洋三滩二槽大格局是1901年以后才开始明显形成的洪奇门出海水道，近百年 來随着东北面万顷沙尾滩不断淤长亦向东南延伸，1883年一1916年的滩地沿东南延伸速度 年均达100m在1883年海图中，蕉门口外滩地还不其发育到20世纪前后，才陆续出现 鸡抱沙浅滩、龙穴浅滩和弱沙浅滩等，并不断扩大从80年代中以来，人类滩涂资源开发工程活动较为剧烈近20年来，蕉门口围星总 面积约为35 km2,蕉门形成一主一支的格局,蕉门延伸段长约12km,凫洲水道长约5km万顷沙共围星的而积约52 km2,蕉门延伸段的右岸线向东南延伸约17km,洪奇门水道左岸 线向东南延伸约Skim横门岛以东及以南共围星约29 km2,横门南槽西侧浅滩共围星而积 约47 km2,洪澳岛周边围星面积约10 km20伶仃洋东滩交椅湾和大铲湾开发成陆的面积共 44.3 km2,岸线向外平移约2km,两湾之间的岸滩成陆面积为14 km2,占23%,岸线向外伸 长平移约0.9kmo3伶仃洋水动力模型珠江三角洲地区河网交错，入海口门多，水流受潮汐影响显著，在径流与潮汐的共同 作用下，研究伶仃洋不同岸线对水文要素影响变化的规律，需要将河网和河I I作为一个整体 进行研究。
河网一维水流模型采用半隐式有限元法，模型上边界到高要、石角、博罗、麒麟 咀、老鸦岗、石咀，下边界至珠江三角洲八大口门站，大虎、南沙、冯马庙、横门、灯笼山、 黄金、西炮台和黄冲站二维水流模型是采用止交贴体坐标系，通过压力校止技术计算，模型上边界至黄埔、大盛、泗盛、三沙口、亭角、大陇浴、横门、灯笼山、黄金、横山、石咀, 下边界东至伶仃洋东侧的香港半岛、西至黄茅海两侧的鹅头颈，南至外海40m水深处，计算域内江心洲均按多连通域处理，河道内网格线沿河势延伸，边界网格线贴合边界•维水流计算非恒定基本方程及汉口连接如下:dA 8Q s 1 = q + $ 0dt dS c8Q | d(Q2/A)dt dS式中A代表河道过水断面面积，Q代表断面流量，q代表均匀旁侧入流，Qc代表集 中旁侧入流，&为Dirac 6 , z代表水位，K代表流量模数，山谢才公式计算汉口流量连续方程：进出每一汉口必须与该汉口蓄水量的增减相平衡，即dt c dt式中，Q, z分别代表汉口的蓄水量与水位，Ac代农汶口的蓄水血积（汇合区面积）,Qi, z分别代表通过i河道断而进岀该汉口的流量与汉口水位水位衔接方程：各汉口相连汉道的水位应相等，即二维曲线坐标系下水流连续方程和动量方程如下： r（ Hu）+ —+ 4- C Hm） + Hvu（l - Hv2 色]必 1| :—— + ——-——1=0dt 55 Qrj =gu\u2 + v2 gH=~ C1 一乓匡+1 方 O SC. SCnE矣％）+尹％） + H気-叫鬧Q（Hv） 1 d d dCF +艺区5站）+诺Hvv） +曲石-册鬧gv\u2 + v2 gH=~ —c1 —一可护I d d SC兀滋©g“） +乔C；Hg +叽有他#]式中：V为歹、〃方向上的流速，%、f、叽 b砖为垂直而上应力。
c「1 总 v 3C^ _CF . = 2v [ 1 -]q代CQ勿_ _c「1 " Vo' — 2v [ 1 1” 5旳c,cn昭C S v Cs d u勺=%"[乓鬲（4）+乙鬲（©）]式中：叫为紊动粘性系数，表达式为* = a比H数学模型地形采用1998年〜2000年测地形图一二维水流数学模型通过1999年7 月、2001年2月和1998年6月等水文纽合连续多潮周期的率定与验证，潮位过程的相位计 算与实测一致，潮位峰谷值的计算偏差在0.10m以内的单站合格率超过85%；计算流量过 程与实测峰谷值的偏值在20%以内的单站合格率超过80%；各河道糙率值在0.015〜0.034 ZlfiL通过验证，水流模拟精度基本满足工程规划精度要求4不同湾口型态与伶仃洋潮流动力关系研究不同湾口型态对对伶仃洋潮动力变化规律研究，分成三部分，第一部分为研究伶仃洋 治导线形成后伶仃洋潮动力变化规律，第二部分研究伶仃洋进一步演变后潮动力变化情况， 第三部分研究伶仃洋变成伶仃河潮动力变化规律本文主要是研究不同湾口型态对对伶仃洋 潮动力变化规律，故计算的水文纽合是枯季2001年2月4.1伶仃洋治导线方案潮位变化规律上世经90年代,珠江委针对伶仃洋海区西滩浅槽淤积严重、不利于泄洪,西滩外延 扩张、影响伶仃洋西槽的稳定、制约航运事业的发展等问题，按照维持和稳定伶仃洋海区喇 叭型形态和有利于行洪纳潮的治理原则，兼顾航运、灌溉、排水、河口生态环境保护的要求, 在研究海区海床演变发展趋势和水沙运动规律的基础上，采用现场资料分析、数学模型、物 理模型和遥感信息技术等多种研究手段，提出了伶仃洋河口湾喇叭型方案。
东治导线北起交 椅湾的沙角，南至大铲湾棚头咀；西治导线从凫洲水道出口南岸至龙穴岛，以弧线连接甘沙 尾部，弯向西南至淇澳岛东侧，中间留蕉门延伸段、横门与洪奇门汇合延伸段出口伶仃洋 治导线方案示意见图1伶仃洋治导线方案实施后虎门口至内伶仃岛潮位流速沿程变化值统计结果见农1虎 门口到内伶仃仃岛散点统计位置示意见图2计算结果表明，伶仃洋治导线形成后，伶仃洋 潮位变化规律均为高潮位升高低潮位降低，潮差增加，潮流动力加强，说明喇叭型湾口会导 致辐聚力增加，使伶仃洋潮动力加强流速变化情况看，山于形成规则的喇叭型河口湾后， 上段涨落流速增加，而下段山于上段潮位雍同导致涨落潮流速比降降低，而涨落潮流速降低表1不同岸线方案后伶仃洋沿程潮位流速变化规律散点潮型水位(m)潮型流速(m/S)①②③④①②③④1HH1. 500. 08-0. 03-0.31涨潮1. 280. 01-0. 02-0. 26LL-1. 11-0. 19-0.100. 39落潮0. 770. 020. 01-0. 202HH1. 500. 07-0.04-0. 30涨潮1. 110. 02-0. 02-0.23LL-1. 11-0.20-0.090. 38落潮0. 900. 020. 00-0.253HH1.490. 06-0.04-0.31涨潮1. 160. 050. 00-0.23LL-1. 12-0. 19-0.080. 39落潮0. 880. 040. 02-0. 244HH1.480. 06-0.05-0.31涨潮1. 210. 050. 01-0. 30LL-1. 13-0. 17-0.050.41落潮0. 870. 040. 01-0.255HH1.460. 05-0.07-0. 30涨潮1. 370. 060. 04-0. 50LL-1. 13-0. 17-0.040.41落潮0. 960. 020. 02-0. 346HH1. 460. 05-0.08-0. 32涨潮1.090. 090. 20-0. 32LL-1. 13-0. 16-0.020. 42落潮0. 960. 030. 05-0. 347HH1. 430. 05-0.08-0. 32涨潮0. 750. 130. 19-0.15LL-1.08-0. 14-0.040. 40落潮0. 600. 060. 09-0. 149HH1. 360. 120. 07-0.06涨潮1.08-0.06-0. 020. 15LL-1. 16-0. 17-0.120. 03落潮1.23-0. 030. 020. 1710HH1. 370. 120. 110. 10涨潮1. 13-0. 15-0.23-0. 02LL-1.40-0. 18-0. 22-0.31落潮1.25-0.10-0. 020. 2111HH1. 360. 120. 130. 19涨潮1. 15-0.16-0.21-0.44LL-1.52-0. 13-0. 18-0. 28落潮1. 34-0. 13-0. 11-0.2412HH1. 360. 120. 130. 19涨潮0. 97-0.08-0. 10-0. 37LL-1.58-0. 11-0. 16-0. 23落潮1. 12-0.09-0. 07-0.27注：①2000年现状；%1 治导线方案-2000年现状;%1 远景方案-2000年现状；%1 伶仃河方案-2000年现状。
图4伶仃河方案示意图图1原治导线方案水意图图3远景方案示意图图2虎门至内伶仃岛沿程散点位置示意图4.2伶仃洋远景方案潮位变化规律伶仃洋进一步演变，喇叭型湾口会进一步缩窄，缩窄的依据以2000年实测伶仃洋海区-5.0m等高线，简称伶仃洋远景方案，该方案示意见图3伶仃洋远景方案实施后虎门II至内伶仃岛潮位流速沿程变化值统计结果见农1,从此 表可以看出，随着远影方案的实施，伶仃洋潮流动力性质发生明显的转变，高低潮位降低, 湾顶的涨落潮量减少，说明伶仃洋随看。