粵港澳大灣區咸潮綜合防控體系研究

楊 芳，陳文龍，盧 陳，鄒華志，王 強，萬東輝

(1.珠江水利委員會珠江水利科學研究院，廣東 廣州 510611；2.水利部珠江河口治理與保護重點實驗室，廣東 廣州 510611)

粵港澳大灣區水資源時空分布不均，供水水源單一，本地水庫調蓄能力不足，供水以感潮河道型水源為主，河道供水占總供水量的70.4%，供水安全受咸潮威脅[1]。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、佛山、東莞、江門等市以及澳門特別行政區，影響人口約1500萬人[2]。

2005年以來，珠江流域已連續17年成功組織實施珠江枯水期水量調度，通過上游的調水壓咸以及本地水庫的蓄淡避咸，有力保障了粵港澳大灣區供水安全。由于氣候變化，近年來珠江流域干旱事件頻發，當極端枯水年或連續枯水年遭遇強咸潮上溯時，流域骨干水庫及區域本地水庫蓄水量有限，極易面臨調水量有限甚至無水可調局面，僅靠當前調水壓咸措施已難以保障粵港澳大灣區供水安全[3]。此外，隨著粵港澳大灣區發展規劃的實施，區域經濟高速增長及城市群發展模式對區域供水量和供水水質提出了更高要求。在咸潮逐年加劇、未來江河來水偏枯、用水需求增多的情勢下，大灣區供水安全將面臨更大威脅[4]。鑒于此，本文擬在分析珠江河口咸情面臨的新形勢及主要問題的基礎上，深入研究珠江河口咸潮運動機理，提出珠江河口咸潮綜合防控體系，以期構建粵港澳大灣區咸潮防控理論框架，為有效提升珠江河口咸潮防控能力、保障粵港澳大灣區水安全提供支撐。

1 珠江河口咸潮防控面臨的形勢

1.1 咸潮上溯加劇

珠江河口面臨上游來水偏枯、河道長期處于下切態勢、重要口門攔門沙嚴重萎縮、海平面持續上升等不利局面，珠江河口咸潮上溯呈增強趨勢[5]，具體表現為：①上游來水偏枯。珠江流域來水呈周期性變化，研究表明，2019—2028年將為水量較少的年份，珠江河口將面臨較長時間的枯水年[6]。②河道長期處于下切態勢。21世紀以來西江、北江、東江主干河道平均下切幅度分別達2.5 m、1.2 m和0.4 m，未來流域上游來沙量持續減少態勢不變，預測珠江三角洲河道仍將長期處于下切態勢[7]。③重要口門攔門沙嚴重萎縮。受上游來水來沙變化及采砂影響，磨刀門攔門沙-2 m以淺區域嚴重刷深，口門由東、西兩汊與中心攔門沙并存格局，演變為攔門沙基本消失的單槽格局[8]。④海平面持續上升。據《2019年中國海平面公報》，2000—2019年海平面上升6.6 cm，珠江河口平均海平面還將持續上升。

受上述不利因素綜合影響，珠江河口咸潮發生頻次增多、上溯距離增加、發生時間提前、持續時間延長。1949—1999年珠江河口發生嚴重咸潮的頻率約為7 a一次，21世紀以來其平均發生頻率已不足3 a一次；咸潮上溯距離從20世紀距口門50 km，推進到2020年的近70 km；2020枯水期和2009年相比，上游來水相當，但咸潮平均上溯距離增加了4.5 km。2021年珠澳供水系統取水口廣昌泵站和聯石灣水閘咸潮首次出現時間分別提前至6 月21 日和8月3 日(一般為9月或10月上旬)，為有記錄以來最早；2021年9月，東江三角洲開始出現咸潮，較有記錄以來咸潮最早出現時間提前約90 d，之后取水口含氯度連續突破歷史極值，直至2022年3月才有所緩解，持續時間接近180 d[9]。

1.2 供水需求增加

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199.65億m3，其中珠三角9市用水量186.10億m3，香港用水量12.58億m3(來自東江的供水量占51.7%)，澳門用水量0.97億m3(其中96%的供水量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，據預測，2030年珠海、澳門、中山等地平均需水量較2020年增幅分別為10.7%、31.8%和11.7%[10]?；浉郯拇鬄硡^中心城市均位于珠江河口，供水以河道型水源為主，布設于西江、北江、東江干流的取水口(取水總量15萬m3/a及以上)分別為100個、29個和55個，河道供水占總供水量的70.4%。因此粵港澳大灣區供水保障與珠江流域中上游來水及河口咸潮上溯關系密切。在未來上游來水偏枯、咸潮逐年加劇的情勢下，廣州、珠海、東莞、中山及澳門等大灣區重要城市供水安全將會面臨較大威脅。

1.3 咸潮防控技術體系不足

針對河口咸潮防控，國內外學者開展了相關理論研究和工程應用實踐，主要分為水庫調度補水壓咸和河口工程阻咸兩類措施。在實際的河口咸潮防控應用中，多僅靠單一種類措施進行咸潮防控，應對手段較為單一。國外主要側重于采用臨時潛壩、人工沙坎、水幕等工程措施阻擋咸潮上溯，對壓咸補淡方面的研究較少。Luyun等[11]通過SEAWAT模型預測截流墻安裝后的鹽水楔入侵現象，試驗和數值模擬結果表明較短的截流墻能更快去除殘留鹽水。Abdoulhalik等[12]通過物理模型試驗和數值模擬研究，分析了3種不同結構的截流墻對鹽水楔的破壞作用；同時Abdoulhalik等[13]還通過對傳統的地下物理屏障進行改進，提出了一種控制咸潮上溯的新型屏障系統，將不透水防滲墻和半滲透性地下水壩相結合，該系統相較不透水防滲墻和半滲透性地下水壩，分別使咸潮上溯距離減小62%和42%。與之相反，國內則主要依賴上游壓咸補淡措施抑制咸潮上溯，而缺乏工程阻咸措施的研究。長江流域水量豐沛、河湖眾多、水利設施密布，長江口壓咸補淡主要是協同長江流域上中下游水情，充分發揮各種水利設施對長江口咸潮的改善作用，包括三峽水庫徑流調節、沿江省份節制取水、南水北調工程取水錯開長江口枯季咸潮入侵高峰期等，當遭遇枯水年，需延長蓄水時間提前蓄水[14-15]。錢塘江河口則主要依賴咸潮預報預警信息制定壓咸補淡、避咸蓄淡方案，當遭遇特別嚴重咸潮，則根據缺水情況限制不同行業取用水量，以保證城市供水秩序穩定[16-17]。珠江河口在長期的實踐中創造和總結出“打頭壓尾”“動態控制”“避漲壓落”等一系列獨創壓咸補淡調度策略，確定不同場景下最小壓咸流量、最佳壓咸時機和調度方案，具有針對性和可操作性，取得了良好的效果，基本保障了正常年份的供水安全，但極端干旱條件下，仍存在有效蓄水率低、壓咸流量保障不足的問題[18-19]。

壓咸補淡和阻咸措施均能在一定程度上抑制咸潮上溯，但二者均存在顯著不足。壓咸補淡措施受上游來水條件、水庫有效水量制約較大，在遭遇特枯年或連續枯水年時，流域上游水庫蓄水將嚴重不足，僅調度上游水庫補水無法應對咸潮上溯，河道取水保障率顯著降低。例如，2021年東江流域遭遇了1963年以來最為嚴重的秋冬春夏連旱，相應咸潮上溯也是最為嚴重的一年，東江流域來水減少七成，骨干水庫最枯時有效蓄水率僅為5%，新豐江水庫已突破死水位以下0.2 m，基本面臨無水可調的局面，9—12月以東江三角洲河道來水為水源的東莞市各水廠取水口含氯度超標時長累計高達1 232 h，含氯度最高超過1 200 mg/L，水廠暫停取水累計總時長達700 h[4]。而臨時潛壩、人工沙坎、水幕工程等阻咸措施的研究目前尚不成熟，其適用性、可行性、具體參數設置等尚無明確結論，其與河口治理、防洪安全、灘槽演變等的協調性也有待進一步研究。

河口咸潮防控是一項涉及流域-區域協同治理和上中下游聯合調度的系統工程，應將水庫調度補水壓咸和河口工程阻咸有機結合，一方面采用水庫調度補水壓咸和三角洲取輸蓄供工程調度相結合的方式確保供水安全，另一方面從源端阻攔咸潮上溯。因此，若在現有措施基礎上增加河口阻咸措施，可進一步完善粵港澳大灣區咸潮防控體系。在此過程中需解決若干關鍵技術問題，如調水壓咸時機、蓄水時機以及阻咸工程關鍵參數等，而全面掌握和認識咸潮運動規律及機理，是突破以上關鍵技術的理論基礎。

2 珠江河口咸潮運動規律及其輸運機理

珠江河口咸潮影響因素多、規律復雜多變，受潮汐、徑流變化影響，咸潮上溯具有明顯的日周期、半月周期和季節變化規律，且珠江河口為多汊出海，各口門徑流、潮汐動力作用關系與河床地形不一致，存在不同的鹽淡水混合、層化機制;即便在同一口門，在不同潮汐條件下鹽淡水垂向環流過程也存在顯著差異[20]。西江磨刀門水道沿程取水口眾多，是珠海和澳門供水的重要水源，受咸潮影響顯著。針對磨刀門水道咸潮運動規律，2009年12月，珠江水利科學研究院開展了一次大規模的咸潮原型觀測，觀測時段為12月10日15時到25日15時，共布設了8條測量垂線(圖1，P1～P8)，觀測內容包括鹽度、流速、流向、風速和風向，其中流速、流向和鹽度垂向為每隔1 m測量一個數據，垂向分層數為8～12層，獲得了為期半月的逐時資料。本次測量數據具有較好的代表性，既能反映磨刀門水道咸潮上溯的日周期和半月潮周期變化規律，又能體現鹽淡水混合、層化動力結構特征。

圖1 測量垂線位置布置Fig.1 Map of the vertical observation line

2.1 咸潮運動規律

2.1.1時間變化規律

珠江河口潮汐屬于不規則半日潮，一日內以兩漲兩落周期性變化為主，如圖2所示。受潮汐影響鹽度也呈現出兩漲兩落的日內變化特征，且鹽度峰、谷值一般滯后于漲停、落憩1～2 h。

圖2 P5測量垂線表底層鹽度日變化Fig.2 Daily variation of surface and bottom salinity at P5

磨刀門水道咸潮具有特殊的大中小潮周期變化規律，本文分別從實測鹽度和咸界的逐時變化對其進行分析。圖3給出了P1～P8測量垂線鹽度逐時變化與大橫琴潮位的對應關系。結果表明，磨刀門水道半月潮周期內的鹽度變化具有一定的規律性：小潮期，底層鹽度以鹽水楔的形式持續入侵河道上游，表層鹽度基本維持不變，此階段表底層鹽度差值最大；中潮期，表層鹽度持續上升，底層鹽度逐日略微下降，表底層鹽度差持續減??；大潮期，潮汐動力強勁，鹽水“大進大出”，表底層鹽度每日持續下降，表底層鹽度差逐漸加大。

圖3 測量垂線鹽度半月變化過程Fig.3 Salinity variation process of vertical observation line in fortnight period

進一步分析咸界半月周期變化規律，以2009年實測鹽度資料，輔以對應時刻的磨刀門沿岸取水廠含氯資料，進行插值計算得到半月潮周期的逐時咸界(表層鹽度0.5 PSU)距河口(以石欄洲為零點)的距離，結果如圖4所示。咸界變化趨勢總體而言可分為上升和下降兩個階段，上升的開始階段對應潮型為小潮期，隨著潮差的逐漸增大，咸界從距河口21.5 km穩步上移至46.0 km，至大潮前兩三天的中潮咸界達到峰值64.0 km，隨后咸界逐日緩慢下移[21]。整體而言，咸界上移的時間較短，只需6個日潮周期，但是上漲速率快，而咸界下移歷時長，需要9個日潮周期，且速率緩慢。

圖4 咸界半月周期變化(2009年12月10—25日)Fig.4 Periodic variation of saline water intrusion border in half a month(December 10 th-25 th, 2009)

2.1.2空間變化規律

圖5為磨刀門大、小潮的鹽度垂向分布，一般下游鹽度大于上游，底層鹽度大于表層，其中小潮期從口門處向河道內鹽度緩慢減小，垂向分層明顯；大潮期垂向摻混較為均勻，縱向分層明顯，鹽水上移距離較小潮時大幅下移。

(a) 小潮(2009年12月11日1時)

(b) 大潮(2009年12月16日4時)圖5 磨刀門水道大、小潮鹽度垂向分布Fig.5 Vertical distribution of salinity in Modaomen channel at neap tide and spring tide

采用分層系數評價混合強弱，分層系數表達式為

(1)

圖6 潮周期平均鹽度空間分布特征Fig.6 Spatial distribution characteristics of mean tidal salinity

圖7 日潮平均分層系數變化Fig.7 Daily variation of stratification coefficients

2.2 咸潮輸運機理分析

2.2.1輸運過程分解

對咸潮單寬通量輸運過程進行分解，分析徑流和潮流作用下鹽度輸運變化規律。根據物質通量計算方法[22]，瞬時變化的流速u和鹽度s分解為

u=uA+uE+uT

(2)

s=sA+sE+sT

(3)

式中下標A、E、T分別表示潮平均的垂向平均余流項、重力環流項和潮汐波動項。因此，潮汐平均的鹽通量FS可以分解為

(4)

式中：FA為平流鹽通量；FE為重力環流形成的鹽通量；FT為潮汐波動引起的鹽通量；T為潮周期;A為斷面面積;t為時間。

2.2.2鹽度輸運機理分析

基于以上鹽度輸運過程分解，對2009年12月10日15時至25日15時數據進行逐日平均，分別得到第1～14天的日平均值，其中第1天為小潮段，第4天為小潮后的中潮段，第7天為大潮段，第10天為大潮后的中潮段，第14天則重回到小潮。圖8為P1、P5和P6測量垂線的鹽度重力環流項sE逐日變化(sE正值表示向海方向輸運鹽分，負值表示向內河方向輸運鹽分)，上層為正值，下層為負值，總體上第1天和第14天的sE絕對值最大，第7天的居中，第4天和第10天的最小，對應潮型則表現為小潮最大、大潮次之、中潮最小，說明小潮的環流最強，中潮的環流最弱。

(a) P1

(b) P5

(c) P6圖8 鹽度重力環流逐日變化Fig.8 Daily variation of salinity gravity circulation

圖9為測量垂線P5的鹽通量FS、FA和FE逐日變化情況，由于上游的穩定徑流量的影響，FA始終表現為向海輸運(正值)，重力環流項FE則與uE、sE相關，由于uE、sE的絕對值上層均大于下層，從而使得FE始終為向內河輸運(負值)，FT量級較FA和FE小，因此，FS的正負和大小主要由FA和FE相對大小關系所決定。FS的正負則決定了鹽分是在河道內累積還是向外海下泄，當FS為正則為鹽分下泄，反之則為鹽分累積。第1天、第2天的小潮期，由于潮差較小，混合強度較弱，垂向鹽度分層明顯，重力環流輸運明顯大于徑流平流輸運，此時FS為凈向內河的輸運方向；第3～10天隨著潮差的增大，混合作用加強，FE逐漸減弱，且隨著徑流量的增大FA也逐漸增大，從而使FS變化為凈向海的輸運方向(正值)；第11～14天FA小幅降低，FE則由于潮差的逐漸減少而緩慢增大，使得FS的鹽分輸運方向出現向海和向內河的波動變化。

圖9 P5測量垂線的鹽通量逐日變化Fig.9 Daily variation of salt flux on vertical observation line at P5

2.3 咸潮運動機理

磨刀門水道咸潮上溯半月周期內可分為上升和下降兩個階段，咸潮上溯最遠發生在小潮后的中潮期，咸潮上溯過程伴隨著鹽淡水混合和層化交替轉換，采用咸潮輸運機理對這一典型規律進行分析，結果表明：小潮期由于重力環流驅動鹽淡水層化，鹽淡水高度分層，鹽水楔從底層長驅直入；小潮后中潮期垂向混合驅動鹽淡水混合，鹽淡水混合加強，底層鹽水摻混于表層，咸界進多退少，達到最大上溯距離；大潮期重力環流和徑流平流輸運相互博弈，表底層鹽淡水混合相對均勻，向內河或向海輸運，咸界進少退多，整體下移；大潮后中潮期重力環流再次主導層化，鹽淡水向緩混合甚至弱混合轉變，再次形成鹽水楔現象，進而形成周而復始的半月周期變化過程[23-24]，如圖10所示。

圖10 咸潮運動機理示意圖Fig.10 Schematic diagram of salt tide movement mechanism

分析圖10可知，靠上游的表層鹽度變化與底層鹽度的蓄積和潮汐的混合變化有關：底層鹽度首先在小潮期蓄積，然后隨著潮差逐漸增大，整體流速增大，垂向混合逐漸增強，底層蓄積的鹽分逐漸摻混至表層，并隨潮汐運動而漲落，最終引起咸界的上下移動。因此，有兩個途徑控制咸界的上漲：一是可通過增加徑流量將鹽分在最短時間內推移出河口，減少河道的鹽分總量；二是控制底層鹽度的上漲，切斷表層鹽度的源頭。咸潮運動機理可為進一步探討調水壓咸和河口阻咸措施提供理論支撐。

3 珠江河口咸潮“上補-中蓄-下阻”綜合防控體系

3.1 “上補”

“上補”，即上游水庫調度補水壓咸。珠江河口咸潮上溯具有典型的半月潮周期變化規律，期間鹽淡水混合、層化狀態交替轉換，小潮期鹽水楔上溯現象明顯，咸潮對上游流量變化的響應與鹽淡水的混合狀態密切相關。因此，充分考慮咸潮運動機理，科學確定最佳壓咸時機，合理分配半月潮周期內的壓咸水量，是實現水庫調度補水壓咸效果最佳的關鍵所在。

壓咸時機和壓咸流量是保證壓咸效果、減少淡水資源浪費的關鍵控制參數，眾多學者采用原型觀測、機理分析、數值模擬等多種方法開展了大量的研究。壓咸時機的確定與咸潮運動機理密切相關。盧陳等[25]采用原型觀測資料分析、水槽機理試驗和咸潮物理模型試驗相結合的研究方法對磨刀門水道壓咸時機進行了分析，指出鹽淡水垂向混合最好、表層鹽度最大的時段，即小潮后的中潮期是最佳壓咸時機。小潮期口門內鹽淡水的垂向分層較為明顯，指向上游的斜壓梯度力較大，咸勢整體處于上漲階段，存在明顯的表層低鹽水向海、底層高鹽水向內河的縱向環流結構，壓咸淡水到達后，表層鹽度降低較為明顯，底層水體的鹽度幾乎維持不變，說明壓咸淡水易從表層快速流失，而底層高鹽水則難以消退，因此，在小潮期增大上游流量的壓咸效果不佳。自中潮期開始，鹽淡水垂向混合較強，重力環流減弱，上游淡水對下游高鹽水形成擠壓作用，咸勢整體處于消退階段，流量增加后表、底層鹽度均有所降低，說明壓咸淡水流失速率減緩，與高鹽水混合后隨潮流漲落進退，最終攜帶更多鹽分流入外海，整體而言，中潮期及其后的大潮期增大上游流量的壓咸效果會更好。然而，不同學者對壓咸時機選擇上仍存一定的爭議，尹小玲等[26]通過分析枯季磨刀門水道監測資料，指出在咸潮退落末期增加流量可以得到較好的壓咸效果，而聞平等[27]則認為大潮轉小潮期是壓咸補淡的最佳時機。因此，針對珠江河口調水壓咸時機和壓咸流量的研究，需進一步分析不同動力特征口門咸潮運動規律及鹽淡水混合、層化機制，識別不同徑流與潮流博弈條件下咸潮上溯的關鍵影響因子，綜合確定調水壓咸時機，精準增加下泄流量，減緩咸潮上溯強度，提升取水口取淡概率，為水廠取水創造有利條件。

3.2 “中蓄”

“中蓄”，即中游三角洲地區取蓄淡水避咸。在充分認識咸潮上溯規律和機理的基礎上，構建高效、適用的咸潮預報技術，精準預報取水口的取淡概率和取水窗口期，對區域取水、蓄水等供水工程體系開展精細化調度，充分利用本地調蓄能力，實現錯峰搶淡或擇優取淡，盡可能增加淡水儲蓄量，避免咸潮對供水造成的不利影響[28]。精細化咸潮預報和供水調度是開展“中蓄”的關鍵，但需根據區域特征因地制宜地采用不同咸潮預報方法和供水調度模式，構建針對性“中蓄”措施，實現水利工程精細化調度及水資源高效利用。

粵港澳大灣區城市群多以湖庫、河涌、清水池等作為主要的供水蓄水空間。其中，以湖庫為主要蓄水空間的區域，地勢起伏較大、河網密度較小、河涌容量有限，湖庫泵站眾多，外江與湖庫連通，應充分利用湖庫調蓄作用，汛末通過泵站將外江淡水抽蓄到湖庫中，枯水期再適時向湖庫補水，形成江水補庫、庫水避咸的調度機制，需根據咸潮預報和水廠供水負荷變化情況進行綜合優化，確定最佳泵站取水、水庫補水和水庫出水的調度方式；以內河河涌為主要蓄水空間的區域，地勢平坦開闊、河網密度高、河涌容積大、水庫湖泊少、水閘泵站眾多，內河涌與外江水力聯系密切，需準確把握搶淡時機，優化水閘搶淡、河涌蓄淡、水庫調度和泵站供淡等調度工程，將外江淡水蓄積到內河涌，置換河涌水體，改善河涌水質，滿足枯水期應急供水需求；以清水池為主要蓄水空間區域，則應在咸潮精準預報基礎上，需通過錯峰取水、上下游水廠互補、清水池調蓄、二次供水混合等措施，最大程度降低末端管網水的鹽度，降低咸潮對供水安全的影響。

咸潮預報按時間尺度可分為短期預報和中長期預報，二者適用范圍不同。對于以湖庫或河涌為主要蓄水空間的區域，本地調蓄能力較強，主要依靠中長期咸潮預報，在保證一定取淡概率下，經過取水口、水廠、水庫之間多源互補，即可滿足供水要求，如西江三角洲的珠澳供水系統，具備約39 d的調蓄能力，且各取水口、水庫、水廠間連通性較好，具備“多源互補”的飲用水調配能力，咸潮預報需求為半月或月尺度的中長期取淡概率預報[29]；對于以清水池為主要蓄水空間的區域，本地調蓄能力較弱，短時間尺度下水廠鹽度的精準預報尤為重要，如東江三角洲的東莞市，僅依靠各水廠清水池不足2 h的調蓄能力，咸潮預報的關鍵需求為日尺度的短期逐時鹽度過程。

3.3 “下阻”

“下阻”，即下游工程措施阻咸。不同類型工程措施的阻咸原理與適用性存在顯著差異，“下阻”措施需基于所在區域的咸潮運動機理，因地制宜，有針對性地確定工程類型，這是實現高效阻咸的關鍵所在。通過適用的工程措施，從咸潮上溯的源端阻擋外海高鹽水入侵，從而降低咸潮上溯的強度，為上游取水口創造更高的取淡概率，可與“上補”“中蓄”措施配合協調實施，保障極端枯水年或連續枯水年情況下的供水安全。

對于鹽淡水分層型河口，如磨刀門水道，外海高鹽水多以鹽水楔的形式從底部入侵，如能通過潛壩、拍門等底部半阻斷的工程措施破壞其鹽水楔的形成或減緩鹽水楔的上溯速度，可有效降低咸潮的上溯強度，但阻咸工程縱向布置位置、結構高度、形式等關鍵工程參數，需要在充分掌握其鹽淡水混合、層化變化規律基礎上開展充分的論證。對于充分混合型河口，其潮汐動力較強，如東江南支流，外海高鹽水主要隨漲潮流向上游輸移和擴散，下阻工程措施一般采用水閘、圍堰等垂向全阻斷的結構形式阻斷咸潮上溯通道，可徹底解決咸潮上溯問題，但需考慮工程建設對通航、生態等的綜合影響。

磨刀門存在明顯的鹽淡水垂向分層現象，小潮期底層高鹽水以鹽水楔的形式持續上溯，期間高鹽水漲多退少，這是磨刀門咸潮的典型運動規律。因此，磨刀門可采用底部半阻斷的工程措施，通過破壞其鹽水楔的垂向分層，減緩高鹽水的上溯速度，從而達到有效阻咸的效果。綜合考慮咸潮上溯規律、工程投入和泄洪、通航等需求，宜采用水下拍門和攔門沙修復的工程措施[30]。其中，水下拍門具有投資少、安裝快和不影響泄洪、通航的優點，可作為應急工程措施，用以應對嚴重的咸潮上溯事件；攔門沙修復具有生態友好、抑咸時效長的優勢，可作為遠期阻咸工程措施，用以應對海平面上升等引發的咸潮上溯加劇形勢。

3.3.1水下拍門阻咸原理與效果

水下拍門適用于鹽淡水分層型河口，主要通過破壞鹽水楔的形式減緩咸潮上溯。利用磨刀門咸潮以鹽水楔的形式從底部入侵的特性，通過在底部設置拍門，漲潮期在漲潮流推力作用下拍門關閉，在直接減緩鹽水楔上溯速度的同時，增強拍門所在位置鹽淡水的垂向混合，進而起到減弱咸潮上溯的作用；落潮時，拍門在落潮流的推動下自動打開，使底部高鹽水可隨潮流順利下落，縱向上可阻塞底層鹽水入侵通道，垂向上增強垂向混合破壞層化，從而達到減緩咸潮上溯的目的。羅丹等[31]通過咸潮物理模型試驗分析了水下拍門抑咸效果，結果表明，水下拍門不影響泄洪、通航，咸潮上溯量比不設拍門時大為減小，在一個半月潮過程中，最遠的上溯距離較無拍門時減少約10 km，且水體鹽度大為減小。

3.3.2攔門沙阻咸原理與效果

以磨刀門為例，對攔門沙的阻咸原理進行分析。沒有攔門沙的地形條件下，外海高鹽水得以長驅直入，磨刀門水道出口段鹽水楔厚度和入侵長度均明顯增大，進而加劇了底層向內河、表層向海的縱向環流結構，即底層高鹽水快速入侵，同時表層低鹽水亦加速入海流失，咸潮上溯較為嚴重。攔門沙修復后，攔門沙淺灘對口外高鹽水的入侵具有直接的阻擋作用，當外海高鹽水以底層鹽水楔的形式到達攔門沙水域時，由于地形坡度變陡，鹽水楔前鋒初期難以順利越過攔門沙體，同時底層高鹽水順攔門沙淺灘地形向水體表層運動，至攔門沙頂時由于水深變淺，垂向混合增強，高度分層的鹽水楔遭到破壞，有利于減緩咸潮上溯；另一方面，由于攔門沙淺灘的阻擋，東西兩側深槽成為高鹽水上溯的主要通道，由于兩側深槽存在一定的夾角，當底層高鹽水體匯合時存在一定的相互頂托作用，從而減緩鹽水楔的上溯速度。研究表明，攔門沙每抬高1.5 m，距離河口15 km內平均含氯度約減小600 mg/L，上溯距離約減少1 km；距離河口23 km內平均含氯度約減小252 mg/L，上溯距離約減少500 m[8,32]。

4 結 語

珠江河口是粵港澳大灣區的核心區域，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，在上游來水偏枯、網河區干流河道大規模下切、攔門沙萎縮、海平面持續上升、不利風況出現概率增加的形勢下，珠江河口咸潮發展態勢不容樂觀。本文通過分析珠江河口不同動力特征口門咸潮運動機理和上溯規律，系統梳理了珠江河口咸情面臨的新形勢及主要問題，在珠江河口的若干抑咸策略基礎上，創建了統籌流域、三角洲和河口的珠江河口咸潮“上補-中蓄-下阻”綜合防控體系，初步構建了粵港澳大灣區咸潮防控理論框架，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，為提升珠江河口咸潮防控能力、保障粵港澳大灣區水安全提供支撐，也可為我國其他河口乃至世界河口咸潮防控提供參考。