珠江东四口门浅滩横向分汊发育的临界性及其沉积动力机制

Thresholds of estuarine channel bifurcation are an important fundamental question for understanding and predicting estuarine bifurcation. An indication of the thresholds of lateral channel bifurcation is an unresolved challenging task for estuarine geomorphologist. The previous researches indicate that the positive gradient of water level and the river-tide interaction are the main reason for the lateral channel formation, which is however not sufficient to explain and predict the location of the lateral channel bifurcation. The historical maps at four river mouths at the east of the Pearl River Estuary, show that the lateral channel is mainly at the turning of the subaqueous main channel. Hence, the hypothesis of this project is that the turning of subaqueous main channel is likely to be the threshold geomorphological feature that facilitates the lateral channel bifurcation. Based on the analysis of historical maps, field observations and scenario analysis of process-based numerical modeling, this project will indicate the threshold geomorphological feature that facilitates the lateral channel formation, study the characteristics of threshold processes (gradual and catastrophic processes), and reveal the sedimentary mechanism of the estuarine lateral channel bifurcation. This research will provide new mechanism for explaining the lateral channel bifurcation in the estuary, and scientific base for estuarine management and planning.

河口分汊临界性是理解和预测河口分汊的一个重要基础问题，然而长期以来，分汊临界性一直是河口地貌的尚未解决的难题。已有的研究认为水面横比降和径潮相互作用是浅滩横向分汊的重要原因，但是该机制并不能很好地解释和预测横向分汊发育的位置。对珠江东四口门浅滩历史海图的初步分析显示，横向分汊的位置主要分布在河口入海主槽走向转向处。鉴于此提出如下工作假说：主槽转向很可能是河口浅滩横向汊道发育临界性的地貌特征。本项目将结合历史海图分析、现场观测及数值模拟情景分析等方法，阐明横向汊道发育临界性的地貌特征，研究在这地形条件下横向分汊发育临界性的作用过程特征（渐变性和突变性），揭示横向分汊发育的沉积动力机制。本项目的研究有望揭示河口分汊的新机制，促进河口水下三角洲发育演变规律的研究，为河口开发利用规划与治理提供科学依据。

本项目围绕“横向分汊发育临界性的地形和作用过程特征”关键科学问题，基于项目研究计划，开展了野外观测、历史地形分析和数值模拟研究三个工作。分别在2019年和2020年洪季在研究区域开展了现场观测，获取了最新的滩槽地形、浅地层剖面和口门分汊水道的水沙动力情况。收集整理了自1900年至2020年的10套研究区域的地形数据，对河口浅滩横向汊道的发育演变规律作了研究。并建立了河口浅滩横向分汊的水动力、泥沙输移和地貌变化耦合过程的数值模型，并开展了十到百年的长周期模拟情景试验，对横向分汊发育临界性的作用过程特征和沉积动力机制进行了研究。..研究结果发现，主槽道的转向确实对横向分汊发育的临界性起到关键的地形作用，它的转向是伴随着口门水下浅滩的延伸转向发育的。总体上，随着口门滩槽的发育演变，主槽道的曲率有增大的趋势。 因此，河口横向分汊的临界性可由主槽道的30天水沙通量的径潮比FTR值判定。伶仃洋河口整体纳潮量大小远大于径流量，因此它也对河口分汊的临界性也起到重要的作用。即使有强大的径流作用（如洪水或者风暴潮增水），如果伶仃洋的纳潮量较大时，仍可能不发生分汊；反之，随着伶仃洋纳潮量的减少，河口横向分汊的发生概率将增大。不管是主槽道的内凹和外凹，这种主槽道的转向都促成了水沙输运过程在原主槽道方向和转向后的主槽道的分流。主槽道发育演变主要受潮流作用，而横向的汊道发育则主要受径流作用。因此，在FTR值减少时，即潮流相对增强时，主槽道增强的双向潮流作用会将口门水沙沿主槽道方向向近海输运，而横向汊道的向东净输移能力下降，泥沙落淤到汊道中，横向汊道萎缩; 当FTR值增大时，主支槽道将会有相反的响应。本项目的研究强调了伶仃洋河口纳潮量大小对横向分汊临界性也起到重要作用，这对丰富横向分汊的形成机制的认识有重要意义。