洪季伶仃洋水域径潮动力作用机制及演变探讨

方神光，喻丰华

（1. 广东水利电力职业技术学院, 广东 广州 510635；2. 珠江水利委员会 珠江水利科学研究院, 广东 广州 510611）

从19 世纪末至20 世纪70 年代，伶仃洋河口湾“三滩两槽”格局即已演变成型（赵焕庭, 1981），它是上游来水来沙与河口特定岸线边界和潮汐动力相互作用的必然结果（夏真, 2005）。从20 世纪80 年代开始，滩涂大面积围垦、河网联围筑闸、航道整治及河道采砂等人类活动造成伶仃洋河口水域水沙情势、河床地形及岸线边界等发生了显著改变（杨清书等, 2003; 胡德礼等, 2010; 谢丽莉等,2015），水域面积较19 世纪末减少约35%（赵荻能, 2017），中滩自2008 年以来则形成了容积达7 亿m3的巨大采砂坑（应强等, 2019）。受此影响，伶仃洋湾口断面涨落潮量较1981 年累计减少4.9%～6.0%（侯庆志等, 2019），河口岸线边界急剧变化致使潮汐不对称现象加剧，浅水分潮M4振幅总体呈增大趋势（Wong et al, 2003; 王宗旭等, 2020）；潮位在落潮时最大减少约0.3 m，涨潮时最大增加约0.26 m，且涨急流速呈减小趋势（刘晋涛等, 2020）；港珠澳大桥建设进一步削弱了伶仃洋河口湾水域的潮汐动力（方神光等, 2011）。与20 世纪80 年代相比，由东四口门汇入伶仃洋的径流量至90 年代末增大了32.6%，随后至2007 年则减少了12.2%，来沙量总体呈减小趋势（谢丽莉等, 2015; 袁菲等, 2018）。

伶仃洋水域潮汐动力和径流动力的变化最终反映在水流运动及其引起的冲淤演变。当前采用数学模型和物理模型等手段开展伶仃洋水域潮流动力演变、咸潮入侵等方面的研究极为丰富（陈子燊,1993; 陈文彪等, 1999; 包芸等, 2005; 韩西军等, 2008; 何杰等, 2012; 陈文彪等, 2013; 欧素英等, 2016; 何用等, 2018），本文则主要基于伶仃洋水域历年洪季定点同步观测数据，研究潮周期平均流速对潮汐动力、径流动力及其他动力因子的响应机制，探讨伶仃洋水域近些年洪季动力变化趋势及其对滩槽冲淤规律产生的影响。

1 研究区域

伶仃洋河口湾（113°30′～113°54′E，22°06′～22°42′N）呈NNW—SSE 走向的喇叭形，如图1 所示（图中为2016 年至2019 年水深等值线，珠江基面），自东向西依次为虎门、蕉门、洪奇门、横门，其中虎门属潮汐型河口，蕉门、洪奇门、横门属径流型河口；水下地形存在“三滩两槽”格局，东槽为矾石水道，平均水深9 m；西槽为伶仃水道，平均水深18 m，是广州港出海航道的主槽，东、西两槽将河口湾分割为东、中、西三滩。本世纪以来，由于广州出海航道等级提升，西槽槽宽向两侧扩展，东槽中下段水深有所加大，中滩在大规模采砂下分割成上部伶仃拦江沙和下部矾石浅滩，东、西槽在中滩中部有贯通之势（应强等, 2019）。伶仃洋西部水沙自蕉门起，沿西南方向输移，沿途接纳洪奇门、横门落潮水沙，经澳门附近水域后向西南方向输运。

图1 伶仃洋河口水域水深地形及水文观测站点位置Fig. 1 Bathymetric terrain and locations of hydrometric stations in the Lingdingyang Estuary

2 资料来源及水文背景分析

收集广州港务局于1992 年7 月、2007 年8 月和2013 年9 月（分别简称“92.7” “07.8” “13.9”）洪季在伶仃洋河口湾3 次航道测站的周日同步水文观测数据，其中“92.7”期间布测有15 个站点，“07.8”期间布测21 个站点，“13.9”期间布测17 个站点。这3 次同步观测中有7 个测点位置相同，分别是矾石站、伶仃1 站、伶仃2 站、伶仃3 站、抛泥地站、珠海站和大濠岛站（图1）。3 次同步观测期间，流速流向观测采用SLC9-2 型直读式海流仪和ADCP/ADP 施测，各测点流速、流向每整点测量1 次，每次测量历时不少于50 s；水深采用液位仪读取数据；各垂线测点数根据实际水深情况采用分层法施测，即当水深d＜5 m 时，用三点法（0.2d、0.6d、0.8d）分层观测流速流向；当5 m≤d＜10 m 时，用五点法（表层、0.2d、0.6d、0.8d、底层）分层观测；当d≥10 m 时，用六点法（表层、0.2d、0.4d、0.6d、0.8d、底层），其中表层为水面下0.5 m，底层为离底0.5 m。同期，收集了西、北江网河区顶端国家重点水文站马口站和三水站基于走航式声学多普勒流速剖面仪ADCP 施测得到的逐日流量数据；收集了伶仃洋河口湾大虎站、内伶仃岛站、赤湾站和桂山岛站共5 个潮位站自动验潮仪逐时潮位观测数据。

伶仃洋水域“92.7” “07.8” “13.9”三次同步观测期间上游西江马口站和北江三水站来流，以及主要潮位站点潮周期平均潮差，如表1 所示。上游来流用两站流量之和（马口站+三水站）代表；考虑洪水从控制水文站演进到伶仃洋水域大概要1 天，采用当天与前一天流量的平均值的方式，利用该流量之和来衡量进入伶仃洋的径流动力强度。3 次同步观测期间，以“92.7”大潮期间上游来流量最大，达到18 655 m3/s，为珠江河口常遇洪水量级。伶仃洋河口湾潮差较小，平均为0.86～1.69 m，属弱潮型，潮汐系数在0.96～1.77，为不正规半日混合潮型，在一个太阴日内出现2 次高潮和2 次低潮，潮高和潮时存在日内不等现象。空间分布来看，大虎站、内伶仃岛站、赤湾站和桂山岛站平均潮差呈现由下游向上游递增且东侧大于中部的空间分布特征；内伶仃岛站与赤湾站、桂山岛站潮差之间的相关系数均达到0.998（图2，含2018 年8 月洪季部分潮周期时段数据），说明它们之间的相关性极好；桂山岛站位于伶仃洋口门外侧，受伶仃洋地形地貌影响相对较小，所以选取该站潮周期平均潮差代表外海潮动力强度。

表1 伶仃洋同步观测期间径流和潮差统计Table 1 Statistics of the runoff and the tidal range observed simultaneously in the Lingdingyang Estuary

图2 伶仃洋主要站点潮差相关性分析Fig. 2 Correlation analysis of tidal ranges at main stations in the Lingdingyang Estuary

为比较动力因子作用规律的变化，还收集了洪季伶仃洋水域4 座浮标站（站点位置见图1 中A1～A4）2018 年8 月26 日至9 月10 日（农历七月十六至八月初一）共16 d 的同步观测数据。在浮标站使用1 MHz 浪龙声学多普勒海流剖面仪采集流向、流速、水深等数据，垂向设置为每层0.3～0.5 m，垂向测量范围为0.41～25.0 m。按珠江河口潮周期约24.8 h 计算，同步观测时长可包含15个完整潮周期。统计各潮周期内上游马口站和三水站来流量之和及下游桂山岛站平均潮差（图3）可见，桂山岛站潮周期平均潮差随天文潮变化而变化，平均潮差最大值出现在农历八月初一（公历9月9 日至10 日，第15 个潮周期）大潮期间，为1.5 m；上游马口站和三水站来流量在10 000～18 000 m3/s 变化，最大来流量出现在农历七月廿五至廿六日（公历9 月4 日至5 日，第10 个潮周期）小潮期间。

图3 A1～A4 浮标站同步观测期间上游来流量和下游潮差Fig. 3 Upstream flow rate and downstream tidal ranges observed simultaneously at the buoy stations A1-A4

3 研究方法

3.1 潮周期平均动力特征值计算方法

为准确计算潮周期动力特征值，引入主潮通量断面概念（方神光等, 2020），主潮通量断面对应潮流椭圆短轴且单宽潮通量最大（涨潮通量和落潮通量之和），将主潮通量断面两侧潮流矢量定义为涨潮流或落潮流。主潮通量断面寻找方法介绍如下。

任选一个断面，以其位置与N 轴正向夹角（ θ1）来定位，通过该断面的单宽总潮量为：

式中：Fnθ1和Fj分别为单宽总通量和潮段通量；m为涨落潮时段的总个数；Qin、vin和hi分别为i时刻的单宽流量、平均流速和水深；tj和tj-1为涨（落）潮段起止时刻。在0～180°范围内按顺（逆）时针旋转，可得到不同位置的断面，采用式（1）计算出通过不同短轴断面的单宽总潮通量{Fnθ1,Fnθ2, ···,Fnθk, ···,Fn(θ1+180°)}，选取最大潮通量作为主潮通量断面。确定主潮通量断面位置后，可区分各时刻观测数据的涨落潮矢量，并分解为N 分量和E 分量。采用沿时间轴积分法求出指定时段或潮周期内的动力特征值。

3.2 河口径潮动力作用的线性回归定量分析方法

洪季，潮动力和径流动力主导珠江河口近岸水域水流运动。山潮比被用来辨识珠江河口八大口门类型及水域主导动力因子（陈子燊, 1993; 陈文彪等, 2013），其他影响因素如海面风、盐度斜压梯度力、科氏力、底部摩擦阻力等均会影响水流动能与势能的转化及耗散（Zhong et al, 2006），引导河口潮流物质的净输移方向（欧素英等, 2016）。为定量区分和探讨潮汐动力、径流动力和其他动力对伶仃洋水域潮流运动的作用规律，结合上游径流量和河口控制水文站潮差，本文采用线性回归法定量拟合潮流运动特征值与主要动力因子的关系，线性回归方程（李静萍, 2015）为：

式中：vDF为潮周期垂向平均流速，单位为m/s；Δz为潮周期平均潮差，单位为m；Q为径流量，单位为m3/s；a、b、c为主要动力因子对vDF值的贡献权重，可用来定量剥离和分析水域的动力作用贡献。采用3.1 节的方法可计算得到“92.7” “07.8” “13.9”三次同步观测期间的潮周期平均涨潮和落潮流速值（vDF），采用同步观测期间珠江河口桂山岛站的实测值可计算得到Δz，采用马口站和三水站当天与前一天的日平均流量之和可计算得到Q。基于vDF、Δz、Q系列数据，采用线性回归方法进行拟合，便可得动力作用系数a、b、c的值。

4 潮流动力变化特征

4.1 潮周期水深平均涨落潮流变化规律

由主要测站潮周期I～VI（表1）垂线平均涨潮和落潮矢量图（图4）可见，伶仃洋水域内流态总体呈现涨潮流朝北、落潮流朝南；伶仃1 站和矾石站流态受岸线约束基本无变化，蕉门南支向南延伸导致西滩站涨落潮流态从2007 年的WNW—SE 转变为2013 年的NW—SSE，顺岸变化趋势显著。以金星门—内伶仃岛—赤湾为界，1992 年至2013 年6 次周日观测中，洪季，分界线以北的内伶仃洋水域潮动力轴线呈顺时针偏转、以南外伶仃洋水域呈逆时针偏转，如：内伶仃洋水域伶仃2 站，涨潮流向往东最大偏转29°（第III 潮周期），落潮流向往西最大偏转25°（第III 潮周期）；外伶仃洋水域伶仃3 站正好相反，涨潮流向往西最大偏转达22°（第VI 潮周期），落潮流向往东最大偏转12°（第III 潮周期），伶仃洋口外水域测站旋转流明显。除伶仃3 站和大濠岛站外，洪季其他站点潮周期落潮平均流速均大于涨潮平均流速，伶仃3 站涨潮平均流速始终大于落潮平均流速，大濠岛站潮周期平均涨、落潮流速总体相差不大，仅在上游洪水流量较大时表现落潮流速大于涨潮流速。珠海站水域开阔，水深较浅，位于伶仃洋东四口门洪水向西输送和潮汐主通道的交界位置，径、潮动力相互作用复杂，导致同一水文观测期间2 次潮周期涨、落潮主流向相差较大，但涨潮流朝北、落潮流朝南的总规律仍维持不变。

图4 “92.7” “07.8” “13.9”三次周日同步观测的垂线平均涨、落潮流矢量分布Fig. 4 Vector distributions of vertical average rising and falling flows observed simultaneously in the periods of “92.7” “07.8” “13.9”

4.2 二元线性回归拟合方程的验证及动力系数变化规律

为分析伶仃洋水域主槽和西滩的潮流动力特征，选取“92.7” “07.8” “13.9”三次同步观测中5 个共同测点（矾石站、伶仃2 站、伶仃3 站、大濠岛站、抛泥地站）的数据，其中矾石站、伶仃2 站、伶仃3 站、大濠岛站沿主槽从上游向河口布置，抛泥地站布置在西滩。采用线性回归拟合方法，得到各测站中a、b、c值（式（2）），如表2 所示。比较利用拟合公式得到的计算值与潮周期的统计值（图5），结果表明，拟合值与潮周期统计值极为接近且相关性较好，这验证了伶仃洋水域潮周期平均涨潮和落潮流速可通过二元线性拟合来较好地表达。

表2 “92.7” “07.8” “13.9”周日同步观测部分站径潮动力影响线性回归参数统计结果Table 2 List of linear regression parameters for the affection of runoff and tidal dynamics observed simultaneously at part of the stations in the periods of “92.7” “07.8” “13.9”

图5 航道测站周日观测的潮周期平均流速统计值与拟合值比较Fig. 5 Comparison between statistical values and fitting values of average flow velocities of tidal cycles observed at the waterway station

沿伶仃洋主槽水域，落潮阶段的潮差动力作用系数（a）总体大于涨潮阶段，这与伶仃洋喇叭形河口聚能作用相关。在涨潮阶段，口外潮汐动能在向上游传播过程中部分动能转化为势能，如内伶仃岛站平均潮差比口外桂山岛站潮差增大了20%～30%，而在落潮阶段，其过程逆转为势能向动能的转换（表1）。径流动力作用系数（b）在涨潮阶段和落潮阶段均为负值，其中，在涨潮阶段，径流动力作用系数沿主槽从上游向下游递减，而在落潮阶段，该系数呈先减小后增大的趋势，这是由西滩洪水径流沿程不断汇入主槽所致。其他动力因子作用系数（c）在涨潮阶段为正值而在落潮阶段为负值，且从上游向下游方向，该系数在涨潮阶段呈递增趋势，这与洪季盛行西南季风和咸潮运动有关，因为西南季风与涨潮流方向一致而与落潮流方向相反，且风速呈河口湾外大于湾内，同时向下游方向西滩洪水沿程不断汇入主槽也会不断增强底层指向上游方向的盐度斜压密度梯度力。

西滩水域的抛泥地站距伶仃洋湾顶较远，喇叭形河口聚能效应不明显，a值在涨潮和落潮阶段相差不大。b值在涨潮和落潮阶段均为负，表明洪季径流形成的冲淡水在西滩以自由漂流状态随潮汐扩散。c值涨潮阶段为负、落潮阶段为正，与主槽水域变化规律相反，且涨潮阶段的|c|很小且远小于落潮的|c|，表明西滩水域其他主导动力因子与主槽明显不同，西滩水域面积广、水深浅、岸线曲折且床面阻力大，因此形成“潮汐捕集”（Fischer, 1976）和储能机制（王宗旭等, 2020）导致涨潮时潮水储存聚集、落潮时集中释放，进而导致落潮阶段c值远大于涨潮阶段。

4.3 潮周期平均流速中的动力分项贡献分析

为分析各测站涨潮期和落潮期平均流速中径流贡献与潮汐贡献之比(bQ)/(aΔz)随径流量的变化特征，选取桂山岛站的潮差值，大、中、小潮平均潮差实测值分别为1.6 m、1.2 m 和0.8 m，上游来流量分别采用0、5 000、10 000、15 000 和20 000 m3/s，根据拟合系数值（表2）和式（2），得到涨潮期和落潮期各测站(bQ)/(aΔz)～Q关系（图6 和图7），结果显示，伶仃洋河口湾潮周期平均流速中径流动力的负贡献占比随来流量增加呈线性增大趋势，且潮汐动力越小，径流动力负贡献占比越大。这说明往年洪季不论涨潮阶段还是落潮阶段，进入伶仃洋河口湾的洪水径流以随潮运动为主，削弱了河口湾内的潮流流速。

图6 涨潮期平均流速中的径流动力与潮汐动力贡献之比Fig. 6 Ratios of runoff dynamic to tidal dynamic contributions in the average flow velocities during the flood period

图7 落潮期平均流速中的径流动力与潮汐动力贡献之比Fig. 7 Ratios of runoff dynamic to tidal dynamic contributions in the average flow velocities during the ebb period

统计图6 和图7 中涨潮期和落潮期的(bQ)/(aΔz)～Q关系线斜率kf和ke，结果如表3 所示。涨潮期，沿主槽水域越往下游，kf越小，径流影响越显著；小潮期且上游来流量为20 000 m3/s 时，大濠岛站水域出现|bQ|＞aΔz，说明潮汐动力不足以驱动涨潮流；但上游来流量越大，主槽纵向盐度密度差形成的斜压梯度力越大，咸潮上溯动力也越强劲，叠加河口西南季风作用，同样能驱动涨潮流，如大濠岛站c值最大，达到0.21（表2）。落潮期，主槽水域以伶仃3 站ke最小，径流动力影响最大，小潮期间上游来流为20 000 m3/s 时，该水域落潮流速接近0，泥沙极易落淤；西滩抛泥地站斜率ke均小于主槽其他测站，说明径流影响较主槽更强，小潮期间来流20 000 m3/s 时，径流动力对落潮流速的负贡献基本抵消了潮汐动力作用，但西滩的“潮汐捕集”机制形成的落潮水位差仍会驱使潮流继续向口外运动，体现其作用的c值达到最大，为0.22（表2）。

表3 “92.7” “07.8” “13.9”周日观测期径潮贡献比随来流量线性变化对应的斜率kf 和keTable 3 Slopes kf and ke corresponding to the linear changes of the contribution ratios of runoff and tidal dynamics with the incoming flow rate in the periods of “92.7” “07.8” “13.9”×10-5

4.4 洪水期径潮动力变化对伶仃洋水域泥沙冲淤影响的讨论

珠江河口东四口门洪季输入伶仃洋水域的径流量和泥沙量分别占全年输入总量的约80%和90%（韩西军等, 2008），且约60%的泥沙淤积在伶仃洋湾内（陈文彪等, 1999）。上游径流由东四口门进入伶仃洋后，受密度分层影响，以冲淡水形态由表层随潮流向东、西方向扩散，并以西向扩展为主（陈希荣等, 2018）。因此，结合径流贡献系数b均为负，说明进入伶仃洋水域的淡水径流主要以“搭车”的形态随潮汐运动，在动量守恒条件下，潮流流速会相应减小。洪水期，大量泥沙随径流进入伶仃洋水域，若径流量大且潮汐动力弱，会显著削弱伶仃洋湾内潮流流速，极易导致泥沙落淤。伶仃洋河口水域以悬移质为主（吴门伍等, 2012），年平均含沙量为0.1～0.2 kg/m3，平均中值粒径约6 μm（李孟国等, 2021），根据罗肇森和罗勇（罗肇森等, 1997）适应浮泥起动公式：

式中：vc为起动流速，单位为m/s；d为泥沙粒径，单位为mm；H为水深，单位为m；γw为湿容重，单位为kN/m3。采用实测大、中、小潮平均水深，计算泥沙起动流速vc，得到西滩水域抛泥地站约为0.35 m/s；主槽水域在0.35～0.45 m/s，并以主槽下游大濠岛站最大。将泥沙起动流速作为河床冲淤的临界值，在给定潮差后，采用式（2）反推伶仃洋水域各站的径流量临界值Qc：

采用桂山岛站的潮差值，大潮、中潮和小潮的潮差值分别取1.6 m、1.2 m 和0.8 m，结合拟合参数值（表2），应用式（4）计算各站径流量临界值Qc，结果如表4 所示。在潮差不变时，当上游径流量小于Qc，悬沙不易落淤，反之，则会形成淤积；当计算的Qc小于0 时，全部以0 代替（表4），表示任何径流量下，都会形成淤积。除伶仃3 站外，Qc均为落潮＞涨潮，说明伶仃洋大部分水域在涨潮阶段比落潮阶段更容易出现泥沙落淤；伶仃3 站的Qc为落潮＜涨潮，说明该站所处位置的外伶仃洋主槽段在落潮阶段更容易出现淤积，原因与主槽沿线两侧径流不断汇入密切相关。径流量临界值Qc还呈现大潮＞中潮＞小潮的特征，说明潮汐动力越弱，伶仃洋河口湾内泥沙越容易落淤，如小潮落潮阶段，主槽水域沿线站点Qc值基本为0，涨潮阶段的Qc值基本不超过5 000 m3/s，西滩抛泥地站涨潮阶段的Qc值都为0。

表4 “92.7” “07.8” “13.9”周日观测期的临界流量Table 4 Calculated results of critical flow rates in the periods of “92.7” “07.8” “13.9”×104 m3·s-1

洪水期，珠江河口的洪水主要来自西江和北江，多年平均洪水流量Qave为8 800 m3/s，多年平均洪峰流量Qfp为37 240 m3/s（欧素英等, 2016），将二者与临界流量Qc（表4）进行比较，结果如表5 所示。应用Qc与来流量之差表示是否会出现淤积，若Qc－Qave＞0 或Qc－Qfp＞0，表示不会形成淤积；反之，若Qc－Qave＜0 或Qc－Qfp＜0，则会形成泥沙落淤。当上游来流量为多年平均洪水流量Qave时，小潮期间，伶仃洋主槽水域都容易形成淤积，西滩淤积主要出现在小潮期涨潮阶段；大潮期和中潮期的伶仃洋水域泥沙都不容易落淤。当上游出现多年平均洪峰流量Qfp时，中潮期和小潮期的伶仃洋河口湾滩、槽水域都会出现泥沙淤积；大潮期间，伶仃洋主槽水域淤积主要出现在外伶仃洋段，西滩水域涨潮阶段和落潮阶段均处于淤积状态。因此，通过引入临界流量Qc的概念，较好地揭示了以往伶仃洋水域的冲淤变化规律；但3 次同步观测期间（“92.7” “07.8” “13.9”），上游最大来流量均未超过20 000 m3/s，因此，拟合式（2）及参数表2 的适用性有待进一步检验。另外，夏季伶仃洋水域悬浮泥沙平均浓度为0.03 kg/m3（贾淇文等, 2021），空间分布上呈现“西高东低，北高南低，槽低滩高”的态势，因此，有关伶仃洋滩、槽水域的冲淤规律，本文主要针对存在泥沙淤积的动力环境。

表5 临界流量与特征流量比较后的冲淤趋势Table 5 Erosion or deposition trend obtained after comparing the critical flow rate with the characteristic flow rate

5 近年伶仃洋水域径潮动力特征变化分析

5.1 浮标站径潮动力影响线性回归拟合及验证

为分析近年伶仃洋河口湾洪季径潮动力作用规律，采用伶仃洋水域A1～A4 站（图1）2018 年8月26 日至9 月10 日实测数据，得到了式（2）中的A1～A4 站的a、b、c拟合参数（表6），结果表明拟合值和实测统计值相关性很好。由A1～A4 站潮周期平均流速的拟合值和实测统计值的比较结果（图8）可知：两者差别基本都在10%以内，因此证实了采用线性回归方法能很好地拟合近年伶仃洋水域洪季潮周期平均流速的变化特征，亦说明洪季半月时段内的潮周期垂向平均流速随天文潮呈周期性变化，表现出潮型越强、流速越大的变化特征；位于矾石水道的A1 站的涨潮平均流速和落潮平均流速相差不大，位于横门汇合延伸段水域的A2 站的涨潮平均流速大于落潮平均流速，位于西滩水域的A3 站和位于主槽水域的A4 站均为落潮平均流速大于涨潮平均流速。比较各站潮周期平均流速大小，以A2 站所处的水域涨潮平均流速最大，A3 站的落潮平均流速最大。

表6 A1～A4 浮标站径潮动力影响线性回归参数统计Table 6 List of linear regression parameters for the affections of runoff and tidal dynamics at the buoy stations A1-A4

5.2 近年伶仃洋水域径潮动力作用特征讨论

伶仃洋水域岸线变化及围填海主要出现在2015 年之前，2000 年左右岸线增长和围填海速度最快，2008 年至2015 年岸线趋于稳定，但工业填海达到最大，主要出现在深圳宝安国际机场扩建工程用海（张晓浩等, 2016）。水深地形变化主要出现在2012 年之前，原因为伶仃洋出海航道三期疏浚工程完成及中滩挖沙（应强等, 2019; 李孟国等, 2021）。2015 年之后，伶仃洋岸线及滩槽水深趋于稳定，2017 年港珠澳大桥建成后，对伶仃洋水域动力环境也存在一定的影响（方神光等, 2011）。近年伶仃洋水域布设的观测站（图1）中，A1 站和矾石站均位于矾石水道，两站距离约7.0 km。内伶仃岛东北侧主槽水域A4 站位于伶仃2 站下游，相距约4.1 km。西滩A3 站与抛泥地站直线距离约4.0 km。本文通过比较处于相同水域附近的A1 站-矾石站、A3 站-抛泥地站和A4 站-伶仃2 站之间的径流动力和潮汐动力影响作用系数变化，来探讨伶仃洋河口湾主要动力因子作用的变化规律，比较结果如图9 所示。

图9 主要水域近年与历年动力作用系数变化比较Fig. 9 Comparison of the dynamic action coefficient changes in the main waters in recent years and calendar years

伶仃洋河口湾近年和历年潮汐动力作用系数a值均为正（图9），但近年得到的a值较历年结果呈明显减小趋势，说明伶仃洋水域涨落潮流速与潮汐动力正相关的规律不变，但潮汐动力对湾内水域涨潮和落潮流速的影响在显著下降，这与伶仃洋水域航道整治、中滩采砂以及滩槽冲刷（何用等, 2018）等造成的河口湾水深增大密切相关，同时港珠澳大桥在一定程度上削弱了湾内潮汐动力（何杰等, 2012）。近年，伶仃洋河口湾水域径流作用系数b值涨潮期为负值、落潮期为正值，与以往均为负值呈现明显差异；说明近年来径流动力对河口湾流速的作用规律较以往发生了明显变化，当前径流动力对涨潮流速和落潮流速的作用呈现更多的河道水流动力特征，这与近些年围垦及水深增大导致伶仃洋河口湾朝窄深型发展趋势密切相关。近年和历年，主槽水域（含矾石水道）的c值均在涨潮期为正值、落潮期为负值，但近年|c|值显著增大，说明洪季珠江河口季风、主槽盐度斜压密度梯度力等因素对潮流速作用规律不变，但其影响较以往明显增强，同样与近些年伶仃洋主航道整治导致水深增大密切相关；近年来，西滩水域的c值呈现涨潮期为正值、落潮期为负值，较历年发生逆转，表明近些年由潮滩围垦及冲刷加深等导致伶仃洋西滩的潮汐捕集和储能作用（王宗旭等, 2020）正在减弱。

因此，近些年对伶仃洋河口湾流速的影响呈现潮汐动力作用在减弱、径流动力影响在增强的变化趋势，主要与伶仃洋水域近些年水深地形变化密切相关。与20 世纪相比，珠江河口上游来沙量显著减少约70%（张子昊等, 2020）；伶仃洋水域面积减少约22%，分维数和形状指数下降，束窄率上升（宫清华等, 2019），河槽容积增加11.4 亿m3，以中滩下切最为明显，平均下切3.7 m，局部下切达20 m（何用等, 2022）；表明伶仃洋河口湾逐渐演变为窄深型的“伶仃河”或“伶仃湖”，这导致径流动力对河口湾内水流运动的作用方式较以往发生了根本性转变，洪水期进入河口湾的冲淡水由以往的“搭车”形态变为“开车”形态，致使河湖型水流动力特征显著。因此，伶仃洋河口湾滩、槽冲淤变化规律较以往相应发生改变，结合式（3）泥沙起动的临界流速概念，当前在河口湾内，涨潮阶段和落潮阶段均呈潮汐动力越小越容易落淤；涨潮阶段，上游径流量越大越容易落淤；落潮阶段，径流量越大反而越容易冲刷。

6 结 论

基于伶仃洋河口湾历年航道测站同步观测数据和近年浮标站实测水文数据，采用二元线性回归法拟合了潮周期平均流速与上游来流量和平均潮差之间的关系，比较显示，拟合值与实测统计值符合好且相关性高，证实了该方法的有效性。通过定量剥离出潮汐动力、径流动力和其他动力因子对潮周期平均流速的影响系数，系统分析了伶仃洋河口湾主要动力因子的作用规律。

分析历年航道测站同步观测数据，对洪季伶仃洋河口湾潮周期平均流速的影响中，反映潮汐动力贡献的系数a始终为正值，说明潮汐动力越强、湾内流速越大；反映径流动力贡献的系数b始终为负值，呈现上游来流量越大湾内流速越小。受伶仃洋喇叭形河口沿程势能与动能相互转化，落潮阶段主槽水域内潮汐动力对流速的贡献大于涨潮阶段。随着主槽沿程不断接纳西滩径流的汇入，径流动力对主槽水域流速的削弱不断增强。其他动力因子对西滩和主槽水域流速的贡献呈现不同的作用规律，主槽水域的c值涨潮阶段为正值、落潮阶段为负值，与咸潮入侵及西南季风密切相关；西滩水域c值涨潮阶段为负值、落潮阶段为正值，与西滩岸线及床面阻力形成的“潮汐捕集”和储能机制有关。引入临界来流量的概念来分析伶仃洋河口湾冲淤规律，内伶仃洋主槽及西滩水域在涨潮阶段更容易形成泥沙落淤，外伶仃洋主槽水域落潮阶段更容易形成淤积；潮汐动力越弱，河口湾水域越容易发生淤积，其中小潮期主槽以泥沙落淤为主，西滩泥沙落淤主要出现在涨潮阶段。

比较来看，近年来，伶仃洋河口湾潮周期平均流速与潮汐动力正相关的规律不变，但洪季潮汐动力对河口湾潮流流速的驱动作用在减弱；径流动力作用较历年发生明显变化，进入河口湾的冲淡水由以往的“搭车”形态变为指向河口湾外海方向的“开车”形态；主槽水域内的其他动力因子对潮流流速呈涨潮阶段为正贡献、落潮阶段为负贡献的规律不变，但其作用强度较历年有显著增强趋势；其他动力因子对西滩水域的潮流流速作用规律较历年发生逆转，呈现涨潮期为正贡献、落潮期为负贡献，这说明浅滩固有的潮汐捕集和储能作用被显著削弱。主要动力因子对潮流流速作用反映了伶仃洋河口湾因围垦及滩槽整体冲刷下切而呈朝窄深型河口湾演变的趋势。因此，洪季伶仃洋河口湾潮汐动力越小越容易落淤的规律不变，但径流动力增强变化为涨潮阶段更易落淤、落潮阶段更易冲刷，明显有别于往年的不论涨潮阶段还是落潮阶段河口湾均以落淤为主的特征。