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珠江河口咸情防控面臨的問題與策略

來源:中國水利 作者:楊芳,何穎清,盧陳,鄒
發布于:2021-03-31 共5250字

  摘    要:学术论文代写,学术论文翻译,英文学术写作 珠江河口咸潮防控對粵港澳大灣區水安全保障極為重要。目前,在來水偏枯、河道下切、海平面上升等因素的影響下,珠江河口咸潮發展態勢不容樂觀。通過分析珠江河口咸情新形勢和新問題,針對流域、三角洲、河口,提出了建立特枯年份壓咸流量保障應急方案、完善珠江河口本地供水體系、三角洲聯圍閘泵群“引、換、蓄、補”水量調度調蓄淡水,重視河口治理、研發河口阻咸技術、加強咸潮監測預警預報的對策,建立統籌流域、三角洲、河口的珠江河口咸潮“上補、中蓄、下阻”綜合防控體系。

  關鍵詞:学术论文代写,学术论文翻译,英文学术写作 珠江河口; 咸潮; 防控; 對策;

  Abstract: Salt tide prevention and control in the Pearl River estuary is crucial for water security of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area. The situation of seawater invention in the estuary is not optimistic, under the impacts of multiple factors of less water coming from upstream, undercutting of river course and sea level rise. Based on evaluation of the trend, an emergency plan is prepared in order to dilute salt by increasing flows in the extremely dry year, safeguard water supply in the delta by means of "perting, exchanging, storing and replenishing" through joint operation of pumps. More attention should be paid on estuary restoration, technology development and monitoring and early warning system. An integrated system that increases water sources upstream, stores water in the middle reaches and prevents salt tide in the estuary should be built.

  Keyword:学术论文代写,学术论文翻译,英文学术写作 the Pearl River estuary; saltwater tide; prevention and control; countermeasures;

  咸潮是河口地區特有的自然現象,咸潮入侵是指河口外高鹽水隨潮漲潮落沿河口向上輸運和混合,造成上游河道水體變咸的現象。珠江口是我國受咸潮影響較為嚴重的三大河口之一。20世紀80年代以來,隨著城市化進程的加速發展,珠江河口咸潮影響范圍越來越廣,涉及廣州、珠海、中山、東莞、佛山、江門等市以及澳門特別行政區,影響人口約1 500萬人。21世紀初,珠江河口咸潮災害連年發生,面臨“守著珠江無水飲”的局面。在水利部的統一指揮下,2005年年初水利部珠江水利委員會成功組織實施首次壓咸補淡應急調水。經過多年的探索與實踐,“調水壓咸”可基本保障珠江河口主要城市正常年份的供水安全。然而,在珠江三角洲河網區河道地形、沿海海平面等多重因素影響下,珠江河口咸潮開始呈現出“來得早、去得晚”的特點,具體表現為咸潮上溯距離增加、發生時間提前、持續時間變長,取淡水的概率減少,壓咸流量增加等。珠江河口地區是粵港澳大灣區核心區域,咸潮的持續加劇已經對粵港澳大灣區供水構成嚴重威脅。通過系統梳理珠江口咸情面臨的新形勢及主要問題,提出了珠江河口的若干抑咸策略。
 

珠江河口咸情防控面臨的問題與策略
 

  一、珠江河口咸情面臨的新形勢

  1. 河口區未來十年來水偏枯

  徑流是影響鹽水入侵最主要的甚至是決定性的因素,咸潮上溯強度與流量呈負相關關系。根據實測資料分析,珠江三角洲西江干流主要徑流站馬口站枯水期主周期為28年,北江干流三水站枯水期主周期為10年,分別存在18年和7年的平均周期,通過小波分析預測珠江口徑流量未來發展趨勢,結果表明:2019—2028年為水量較少年份,珠江河口未來將面臨較長時間的枯水年。

  2. 干流河道大幅度、不均衡下切

学术论文代写,学术论文翻译,英文学术写作   河床下切意味著水深增大,底部鹽水楔厚度增加、前鋒上移,底層高鹽水入侵顯著增強,咸潮上溯加劇。由于上游水庫建設、水土流失治理等,使得下游河道來沙量驟減,降幅達到80%,加之高強度的航道整治及采砂活動,干流河道呈現大規模、不均衡下切。如1999—2016年間,珠江三角洲河道整體下切明顯,西江干流平均下切2.54 m,北江干流平均下切1.21 m,咸界進一步上移約1.22 km。未來,流域上游來沙量持續減少態勢不變,加之西江黃金水道、磨刀門出海航道、廣州港出海航道等航運工程的建設,預測未來一定時期內珠江三角洲河道地形變化整體仍將處于河床下切的態勢,但其下切速率會有所減緩。

  3. 磨刀門攔門沙萎縮

  攔門沙外坡對底層高鹽水入侵具有“阻咸效應”:小潮期潮汐動力較弱,漲潮階段口外高鹽水體難以越過攔門沙;同時,攔門沙局部淺水區流速增大,垂向混合增強,一定程度減緩咸潮上溯。受20世紀80年代開始的磨刀門河口整治工程影響,磨刀門入海口外移,2000年磨刀門河口東汊、西汊一主一支格局基本形成。近年受上游來水來沙變化及人類活動的影響,磨刀門河口攔門沙萎縮,總體呈現“東沖中淤、東西并進、中心開挖”的特征。

  4. 河口海平面持續上升

学术论文代写,学术论文翻译,英文学术写作   一定徑流量下,海平面上升將增大河口咸潮入侵的距離,沿程咸水強度增加,咸潮入侵的持續時間更長。當海平面上升40~100 cm時,珠江各口門含鹽度0.3‰的鹽水入侵距離將增加1~3 km,最大可增加5 km。在海平面上升1 m的情況下,珠江東四口門高鹽天數將明顯增加,其中蕉門增加最多,可達3個多月。據《2018年中國海平面公報》,2000—2019年海平面上升6.6 cm。根據眾多學者的研究成果,珠江口平均海平面還將持續上升。高海平面若同時疊加風暴增水和天文大潮,將進一步加劇咸潮入侵的程度。

  5. 河口區枯季離岸北風的發生頻率顯著增加

学术论文代写,学术论文翻译,英文学术写作   向岸風加強淺水區水體的鹽淡水混合,導致其垂向分層與縱向環流減弱;而離岸風會使表層低鹽水流失速率增快,同時在底層形成逆風向補償流,高鹽水入侵加劇,從而增強河口水體的縱向環流,更有利于咸潮上溯。據統計資料,20世紀末以來,珠江河口枯季離岸北風的發生頻率顯著增加,導致咸潮上溯加劇。

  綜合考慮未來珠江河口上游來水偏枯、珠江三角洲河道演變仍將處于緩慢下切、磨刀門攔門沙萎縮、海平面持續上升、不利風況出現概率增加等因素,珠江河口咸潮上溯仍將繼續朝著不利的趨勢發展。

  二、珠江河口咸情防控面臨的問題

  1. 粵港澳大灣區建設戰略時期供水需求進一步增大

  粵港澳大灣區經濟發達、人口稠密、用水總量需求大,2017年用水總量為199.65億m3,其中珠三角9市用水量為186.1億m3,香港用水量為12.58億m3,來自東江的供水量占51.7%,澳門用水量為0.97億m3,主要依靠珠海供水系統供給。在粵港澳大灣區建設的戰略時期,隨著產業及人口的不斷聚集,大灣區用水總量需求將進一步加大,在咸潮逐年加劇、未來上游來水偏枯的情勢下,珠海、澳門、中山、廣州等大灣區重要城市1 500萬人供水安全面臨較大的威脅。

  2. 連續枯水年或特枯水年供水仍面臨較高風險

  經過多年的探索與實踐,珠江委壓咸補淡工作積累了較豐富的經驗,從“被動應急,壓制咸潮”(2005—2006年)到“主動應對,統籌兼顧”(2006—2010年),再到“水量配置,統一管理”(2011年至今),連續16年實施珠江枯水期水量調度,基本保障了粵港澳大灣區正常年份的供水安全。但上游水庫隸屬多個部門,水庫的主要功能不一致,調節能力不一致,要保證實現目標壓咸流量并非易事。以各斷面1980—2016年枯水期逐月平均流量系列評價控制指標的枯水期月滿足程度,以各斷面自然年內枯水期各月平均流量均滿足控制指標為標準評價枯水期年滿足程度,西江梧州、北江石角、東江博羅、西北江匯合口思賢滘(馬口+三水)控制斷面壓咸流量枯水期月滿足程度分別為61.7%、94.6%、98.2%和74.3%,年滿足程度分別為13.5%、78.4%、91.9%和29.7%。2010年以來,在流域統一調度情況下,供珠海與澳門的重要取水口平崗泵站枯水期平均有48天超標,17天不可取水,特枯水年取淡概率不足60%。可見,在對現有已建成水利工程實施調度的情況下,現狀主要控制斷面枯水期下泄流量控制指標滿足程度不足,一旦流域出現連續枯水年或特枯水年,粵港澳大灣區供水安全將面臨較高風險。

  3. 咸潮防控技術儲備不足,咸潮防控風險大

学术论文代写,学术论文翻译,英文学术写作   河口咸潮防控是一個系統工程,涉及區域包括:流域上游、三角洲河網、河口。目前珠江河口的咸潮防控僅依靠流域上游梯級水庫群“調水壓咸”,通過十余年的枯水期水量統一調度,該項技術已較為成熟。但珠江三角洲河網區以及河口區的咸潮防控技術未得到充分發掘。在河網區,以“蓄淡”為核心功能的三角洲原水取輸蓄供系統在應對咸潮方面還存在諸多技術難題有待突破。在河口區,由于以往對咸潮運動機理和影響因子作用規律認識不夠深刻和全面,河口咸潮防控理念還有待轉變和提升,口門治導線控導、攔門沙治理等對咸潮上溯阻滯的長期效應未得到充分論證,河口阻咸技術手段研發和應用也未在相關規劃中予以明確。因此,僅依靠單一手段的咸潮防控存在“一損俱損”的風險。

  三、珠江河口抑咸策略

  1. 完善珠江河口本地供水體系,提高河網區的蓄淡能力

  通過增加蓄淡庫容、優化管網結構、調整取水口等措施進一步完善珠江河口本地供水體系,從而提高蓄淡調咸能力。同時,應逐步替換供水系統的經驗調度運行模式,充分利用數值模擬技術建立區域原水取輸蓄供系統調度模型,實現水量與含氯度的精準模擬,并應及時響應新工程格局,優化原水調度模型,保證供水系統調度方案的最優化。

  2. 充分利用三角洲聯圍河涌調蓄淡水資源,提高淡水利用率

学术论文代写,学术论文翻译,英文学术写作   探索以多汊河口聯圍水閘水泵群工程調度的方式,提高骨干水庫群調度淡水利用率。建立聯圍閘泵群“引、換、蓄、補”水量調度體系,調控聯圍內和取水河道的水量和水質。“引”即適時將外江淡水引入聯圍;“換”即置換內河涌污水,改善河涌水質;“蓄”即盡可能多地蓄積淡水資源,在盡可能短的時間內使得調度期末內河涌蓄水量最大;“補”即利用流域骨干水庫群調水壓咸期間釋放的淡水補充至外江河段抑咸,保障下游河道取水口取水安全。

  3. 高度重視河口治理對于咸潮防控的整體、宏觀、長遠效應

  河口咸潮防控、咸害治理是一項系統工程,除了做好上游流域梯級水庫群調度、三角洲供水系統科學調配外,河口區本身的治理也應加大力度。基于咸潮運動機理和變化規律的認識,在以往泄洪、納潮、輸沙等治理目標基礎上,充分考慮咸害治理功能和需求,將抑咸列入河口治理目標。在規劃口門治導線、制定攔門沙開發治理保護方案時,充分考慮咸潮的影響,進一步規范、優化河口平面布局、水下地貌形態,實現治導線規劃、攔門沙治理方案對咸潮防控的整體、宏觀、長遠效應。

  4. 從咸潮上溯的源端進行抑制,研發河口阻咸技術

  加大阻咸技術的研究,從咸潮上溯的源端進行抑制。工程措施阻咸對策的基本思路為:通過擋潮閘工程、擋咸潛壩工程、攔門沙以及水幕工程等措施,在咸潮發生期間,阻止鹽度隨水流運動向上游輸運,將咸界控制在取水口下游鄰近水域,確保取水口不受咸潮影響。

  5. 做好特枯年份提高壓咸流量保障程度的可行性研究及應急方案

学术论文代写,学术论文翻译,英文学术写作   西北江匯合口的思賢滘(即馬口+三水)控制斷面最小壓咸流量為2 500 m3/s。在現有已建成水利工程調度情況下,根據1954—2010年長系列逐月調節計算,思賢滘壓咸流量的保證率為65%。大藤峽工程建成后,思賢滘壓咸流量的保證率可提高到93%。一旦流域出現連續枯水年或特枯水年,粵港澳大灣區供水安全仍面臨較高風險。目前,珠江流域正在規劃建設思賢滘、天河南華生態控導工程,應研究探討聯合這兩項工程在特枯年份提高壓咸流量保證率的可行性及應急方案,進一步保證特枯年枯水期下泄流量的保障程度。

  6. 加強咸潮監測預警預報

学术论文代写,学术论文翻译,英文学术写作   綜合運用咸情觀測站、遙感、數模、物模等手段,聯合海洋、氣象、水利、電力等部門,建立氣象、海洋、水文信息的一體化咸潮監測預警預報系統,實現近期咸情的精確預報,在咸害發生之前提前防范與規避風險。充分運用珠江河口原型觀測平臺取得長時間序列、可比對、一致性的觀測數據,準確把握上游徑流、潮汐活動、風速風力及海平面上升等與咸潮活動的響應關系,掌握咸潮的動態變化,為咸潮活動規律研究以及咸情發展趨勢預測提供基礎數據,實現遠期咸情變化趨勢的準確預測,為咸潮災害防治奠定基礎。

  7. 建立統籌流域、三角洲、河口的珠江河口咸潮“上補、中蓄、下阻”綜合防控體系

  “上補”即目前每年開展的珠江枯水期水量統一調度。以流域上游西江、北江骨干水庫群為調度對象,以三角洲壓咸流量為調度目標,在咸潮預報等技術支持下,采用“避漲壓落”“打頭壓尾”等調度方式,滾動優化水庫群調度方案,動態調整水庫下泄水量,確保補水過程滿足壓咸目標流量,在保障三角洲水量需求的同時,實現發電、航運、生態等綜合效益最大化。

学术论文代写,学术论文翻译,英文学术写作   “中蓄”即以珠海-澳門供水系統、珠江三角洲聯圍閘泵群等取淡蓄淡工程為調度對象,以提高取水概率或蓄水水量為調度目標,在咸情預報基礎上,結合上游水庫群補水調度,采用取輸供蓄系統模擬調度技術、聯圍閘泵群蓄淡技術,實現河網區水利工程精細化調度及水資源高效利用。目前,珠江河口咸潮防控主要依賴“上補”和“中蓄”,可基本保障一般枯水年的供水安全。

学术论文代写,学术论文翻译,英文学术写作   “下阻”即以水下拍門、河口治導及攔門沙治理、航道方案布局優化等工程措施,配合“上補”及“中蓄”,從源頭上削弱咸潮影響。

学术论文代写,学术论文翻译,英文学术写作   “上補、中蓄、下阻”一體化的珠江河口咸潮綜合防控體系可有效保障珠江河口特枯年份或連續枯水年份應急供水安全。

  參考文獻

  [1]韓曾萃,等.錢塘江河口咸水入侵長歷時預測和對策[J].水利學報,2012(2).
  [2]孔蘭,等.咸潮影響下磨刀門水道取淡時機初探[J].水資源保護,2011(6).
  [3]劉忠輝,宏波.海平面上升對珠江河口東四口門鹽水入侵的影響[J].人民珠江, 2019(5).

作者單位:珠江水利委員會珠江水利科學研究院水利部珠江河口治理與保護重點實驗室
原文出處:楊芳,何穎清,盧陳,鄒華志.珠江河口咸情變化形勢及抑咸對策探討[J].中國水利,2021(05):21-23.
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