伶仃洋动力地貌演变对人类活动的响应研究

The process of estuarine morphodynamics is an important content of the river and ocean interaction, which is one of the research focuses for the human activities. In recent years, for the large-scale human activities, the topography of Pearl River and Lingdingyang estuary changed, which breaks the balance between the hydrodynamic and the morphology. Firstly, the history and hydrology datum are used for analysis the relations between the changes of the coastal lines and underwater topography with the hydrodynamics in the Lingdingyang estuary. Secondly, a multi-factor three-dimensional hydrodynamics model of Lingdingyang is built, the hydrology datum and bed changes are used for varication and calibration the model. The changes of the sediment transport, shelf water intrusion and diluted water will be studied based on the model. Lastly, the mid-long term process-based morphodynamics model of Lingdingyang is built. Based on the model, the cause-and-effect relationship between the hydrodynamics and morphology will be study. The long-term estuarine morphological changes of the Lingdingyang will be simulated.

河口的动力地貌过程是陆海相互作用研究的重要内容，也是河口对人类活动响应的研究热点之一。近年来，大规模的人类活动，使得珠江网河区和伶仃洋岸线和地形发生了较大的变化，改变动力与地貌之间的平衡。鉴于此，首先采用资料分析、遥感图像处理等方法，明晰人类活动引起的珠江网河和伶仃洋岸线地形变化，研究伶仃洋动力过程变化规律；其次，构建伶仃洋及近海三维水流、波浪、盐度、温度和泥沙输运数学模型，采用实测水文、盐度、泥沙及地貌演变资料对模型进行率定，应用模型模拟不同时期岸线地形条件下动力过程，揭示伶仃洋陆架水、冲淡水、泥沙输运等的时空变化特征；然后，构建中长周期伶仃洋地貌演变模型，明晰动力与地貌的因果关系，预测伶仃洋地貌长周期演变的趋势，探索新边界条件下伶仃洋地貌中长周期演变机制。

伶仃洋是我国具有承载大型航运能力的最重要海湾之一。研究基于水沙动力条件影响下的长时间地貌演变对于伶仃洋航运功能的改变已成为我国水利水运工程中的重大科学问题。本研究基本按照原计划执行。（1）通过遥感和数字高程给出了近百年伶仃洋地貌演变：伶仃洋“三滩两槽”地貌格局的形成经过了一个长时间的过程。19世纪末“三滩两槽”的雏形已显现，至20世纪70年代形成完整的“三滩两槽”地貌格局；近年来人类活动对伶仃洋地貌演变影响显著高于自然演变，“中滩”地貌破坏严重，地貌格局有“三滩两槽”向 “三滩三槽”演变的趋势；（2）构建了珠江河网和河口一、二维水沙耦合模型，模拟分析了珠江河网八大入海口门分流比变化，结果表明：二十世纪70年代至90年代末多年平均流量东四口门分流比由58.93%增至63.47%，西四口门分流比由41.07%减至36.53%。二十世纪90年代末至2005年，随着西江河槽容积的大幅增大，西江分流比增大，西四口门分流比有所增大，东四口门分流比减小。多年平均流量西四口门分流比由36.53%增至46.08%，东四口门分流比由63.47%回落至53.92%；（3）采用广义垂线坐标系，构建了三维非结构网格的动力地貌模型，地貌模型床面采用床面分层，并模拟了泥沙的固结过程，模型采用CUDAC进行GPU并行计算，提高了模型运行效率，降低了计算成本，模型计算速度较共享内存的CPU多核并行模型提高了30-60倍；（4）应用地貌模型重现了伶仃洋“三滩两槽”地貌形成过程，模拟表明岛屿岸线形态是形成伶仃洋“三滩两槽”地貌的主要影响因素；动力结构分析表明，内伶仃洋的动力主要受径流和潮流共同作用，外伶仃洋主要受潮流控制；应用模型分析了地貌加速因子、科氏力、上游来沙量等因子对伶仃洋地貌演变的影响。地貌加速因子测试表明，伶仃洋长周期地貌模拟中地貌加速因子应小于20；（5）采用最新的地形岸线资料，应用模型预测了伶仃洋地貌的演变趋势，结果显示伶仃洋将基本保持“三滩两槽”的地貌格局。