咸潮上之鹽水入侵現象

近年來，我多次參加珠江河口的項目評估和研討會，發現許多研究人員對咸潮問題的一些概念理解混亂或不明確，對咸潮動態機制的理解非常簡單，沒有充分解釋富水地區的原因。在這些會議上,我談到過若干自己的觀點,但不全面或不容易被人理解。有鑒于此,決定系統地把自己的想法寫出來,發出一點聲音。我自1964年起參加磨刀門河口的水文測驗,此后1965、1966、1977、1986、2003和2005年也到現場測過流,因此對珠江河口咸潮活動特點與規律及其變化有若干觀察和思考?，F不嫌淺陋談幾點看法供交流討論。1咸潮至上的性質“咸潮”一詞乃珠江三角洲地區群眾對含氯度大于250mg/L的河口鹽淡混合水體的稱呼,意指有咸味的潮水,有經驗的老農能親嘗區分出“一分味”、“二分味”、“三分味”等。咸潮既然是一種“潮水”,就有潮汐運動的進退漲落變化與活動,此被稱為“咸潮活動”,枯季咸潮大舉向里深入時稱“咸潮上溯”,因其影響供水安全被視為“咸害”。多年來,南方的群眾、學界和媒體,皆用這樣的稱呼來討論、研究和報導河口咸潮問題。最早研究珠江河口咸潮問題的成果是前廣東省水文總站珠江河口實驗站黃兆棟和林振勛合寫的《珠江河口咸潮活動規律》一文。該文曾于1962年在青島召開的首屆全國海洋湖沼學術年會上宣讀,影響甚大?？墒?我國有的河口卻將“咸潮”稱為“鹽水”,而“咸潮上溯”被認為是“鹽水入侵”。兩相比較,哪種說法妥當?我以為前一種提法可能比較好。因為河口區一般由3種不同性質的水體構成(圖1):向陸一側的水體為河流淡水(riversfreshwater),鹽度<0.1或0.5,屬水團性質;向海一側的水體為海洋鹽水(seawater或saltwater),鹽度>30或31,亦屬水團性質;中間鹽度變化介于0.1(或0.5)~30(或31)之間的水體為河口水,屬沖淡水(dilutewater)或混合水(mixingwater)性質,它是河水稀釋海水亦即海洋鹽水和河流淡水相互作用和混合的產物,欠穩定,不具水團特性。可見,我們所研究的“咸潮”,其實只不過是河口混合水中偏于向陸一側鹽度較低(0.5~10)的那一部分沖淡水體。它的名稱叫“咸水”——有鹽味或稍咸的水(brackishwater),故不宜將河口“咸水”(brackishwater)與海洋“鹽水”(saltwater)等同或混為一談。視“咸潮上溯”(upstreambrackishtide)為“鹽水入侵”(intrusionofsaltwater)自然也不夠妥當。因“入侵”是一種主動的行為,非外來者的進入不宜叫“入侵”,而咸潮為河口自家之產物,它的上溯運動總體來看是一種被動的行為,主要是隨潮運動而已。長江河口由北支進入的咸潮,有人稱為“鹽水入侵”,但當它隨漲潮流上溯超越崇明島頭匯入南支后卻隨落潮流下泄,這是典型的咸潮隨潮運動現象,我們總不能把它在南支的“倒灌”(下泄)也視為“鹽水入侵”吧?2枯季小潮向中潮變化的季節和季節內河口鹽分蓄聚過程河口咸潮活動的規律及其上溯的動力機理,是河口咸潮研究的核心內容和關鍵科學問題,值得花力氣、下功夫進行琢磨和探索。以下所談只是個人的認識過程和一點體會。1974年,我赴上海參加由上海航道局召開的一次有關長江河口航道問題的研討會,會上南京水利科學研究所的河口學家黃勝先生說了一句這樣的話:由小潮汛向大潮汛變化時,河口是排水排沙的;由大潮汛向小潮汛變化,河口蓄水蓄沙。我當時聽了很感興趣,并細細品味。以后我就將之擴大為3種不同尺度的河口水、沙、鹽的循環運動,在給研究生上課時進行講解,即一年之中,河口在洪季排水、排沙、排鹽,枯季蓄水、蓄沙、蓄鹽,是為“大循環”;一月之中,河口在大潮汛時排水、排沙、排鹽,小潮汛時蓄水、蓄沙、蓄鹽,是為“中循環”;一天之中,河口在落潮時排水、排沙、排鹽,漲潮時蓄水、蓄沙、蓄鹽,是為“小循環”。按此理解,就河口鹽分的蓄聚來講,當以枯季(一年中)、小潮汛(一月中)和漲平或漲憇(一天中)時居多。可是,一月之中實際上的河口鹽度最大值,并不真正發生在小潮時,而是滯后出現在由小潮向中潮變化的時期,該時期一天之中的鹽度最高值,也非真正發生在漲憇時,而是滯后出現在初落時段即由漲憇至落急前的階段。1977年枯季,我在磨刀門觀測到初落階段河口底層出現鹽度最大值時的情景。當時上游方向已整體有徑流下泄,但測點垂線上只有表層下泄淡水,中、底層卻由咸水和上溯流控制。這意味著底部還有鹽量從外向里補充,中、底層受到上、下游相反方向水流的壓逼作用,密度梯度增大,水體愈來愈咸,底部鹽度陡升達最大值,至落潮之中潮位或中潮位稍后,上游方向的大量徑流到達,底部咸水立即掉頭向海退去(考慮到陸海相互作用,也可這樣表述:一旦咸潮回頭歸海,大量徑流即至)。一月之中由小潮向中潮變化時的情景與此有相似之處:小潮汛時,河口蓄足了咸水,一旦向大潮汛方向變化,河口開始排水,至中潮時正好有適量的淡水徑流經河口表層向海排泄,受此之牽動,底層存蓄之咸水進一步向陸上溯聚積于咸潮前鋒地帶出現一月中鹽度的最高值,中潮之后河口大量排水,咸潮盡退。類似的現象也見于天氣過程中:長江流域中、下游地區一年中最熱的一、二天并非一定都發生在夏季,而常常出現在夏秋轉換季節——當北方開始有冷空氣南下下壓,但所在地仍由暖空氣控制并不斷有熱量補充聚積的時候,這就是著名的“秋老虎”現象,一旦冷空氣到達,酷暑頓消,天氣立即由熱轉涼。可見這是兩種相互作用力量優勢轉換過程中特有的自然現象?？菁拘〕毕蛑谐弊兓瘯r期(一月中)及其初落時段(一天中),河口正處由“蓄”轉“排”的階段,其時表層淡水徑流向?！芭拧毙?河口縱、垂向密度梯度加大,正、斜壓力俱增,促使中、底層所“蓄”咸水上溯運動。此即珠委科研院陳榮力等最近強調的高度呈層型河口鹽水楔異重流的影響。但這只是咸潮上溯運動的最后“堅守”與“沖刺”,此前還有若干動作,如“聚積能量”、上溯“起動”和上溯“前奔”等過程。所以,河口咸潮活動及其上溯動力機理的研究,須全面考慮徑、潮流相互作用,特別是應重視河口物質在一年、一月和一天中的循環運動過程及其與咸潮生消變化的關系,這是認識的基礎,有助于掌控全局。而上述特定時間——由小潮向中潮變化時期(一月中)的初落時段(一天中),河口由“蓄”轉“排”的時機與條件,也十分重要,沒有這樣的交接轉換過程,異重流現象不可能這樣清晰和明顯,則底層咸水亦難有上溯“沖刺”之作為而使鹽度達最大值。冬季北風減水強化表層淡水徑流的向海排泄,更加“調動”底部咸水向陸運動,加重了咸潮的危害及影響,諺語“北風調咸潮”意即在此。3整體城市濕地景觀的影響過去枯季磨刀門的咸潮前鋒一般僅及燈籠山附近,到達聯石灣水閘進口處已不多見,但現在已遠及神灣、大涌口、竹銀,甚至過了大鰲頭。一方面,磨刀門因大規模圍墾,口門在大幅度向海延伸;另一方面,咸潮不僅沒有隨之向海退縮,反而更加向陸深入,且其上溯深入的程度較之河口向海延伸的距離,有過之而無不及。這到底是為什么呢?這都是上世紀后期磨刀門兩大人為干涉活動造成的惡果:一是河道大量采沙挖深河床,使口內河床逆坡趨陡、納潮蓄咸容積擴大、潮差變大和潮汐作用增強,以致咸潮進一步向里深入而不利于口內底層所蓄咸水的外排;二是大規模圍墾灘涂消滅濕地,使口門迅速向海延伸,改變了河口的邊界條件,過去磨刀門枯季天然的“蓄淡抑咸”功能嚴重受損。前一方面的情況已有不少研究進行過討論,這里不再贅述,而后者鮮有提及,于此補充做一點分析。圖2是本人依據過去實測水文資料繪制的上世紀60年代磨刀門地區大潮期間半潮周期內的水體結構與水流運動狀態示意圖。當時口門位置尚在掛定角附近,口外以西的燈籠沙和白藤—三灶間的區域為一片水下淺灘。從該圖可以看出,大潮期間落平或落憇時(圖2a),河口出水幾乎可將口外以西的整個淺灘區淡化,但漲潮時由龍屎窟進入的咸潮逐漸控制該區域,并將原落潮時排出的江水(淡水)全部頂托折返回磨刀門(圖2b、c)。漲潮時,磨刀門正是由于有這一大片原入海淡水徑流折返回來“聚積”和“重壓”在口門地區(圖2c),其自身門外進入的咸潮才沒有那么強勢有力。所以過去枯季磨刀門咸潮的影響并不嚴重。現在情況全都變了:圍墾工程將原口外西側大片灘涂濕地鏟除消滅,使河口原依靠這片濕地調節而具備的“蓄淡抑咸”功能喪失殆盡;圍墾的雙導堤工程使口門一下子向海延伸十多公里直面南海,從此磨刀門入海徑流一經排出,便被沿岸海流帶走,漲潮時回溯入口內的徑流量有限?？菁緷q潮時河口缺少了足夠淡水的“聚積”和“重壓”,咸潮乘虛深入,咸害肆虐。4“偷淡”在中國語音語音和其他方面的作用“偷淡拒咸”,是珠江三角洲沙田區的勞動群眾為了潮灌潮排農田,巧妙地掌控時機,利用圍堤上的涵閘(稱“梪”),適時開梪引淡(引堤外河道的淡水)又相機關梪拒咸潮于閘門外的水利操作行為。不要小視這“偷淡”的科學涵義及價值。它是珠江三角洲勞動人民的一項創舉:在漲潮淡水回溯和水位上升達一定高度(約在中潮位)時開梪引淡,又于漲平或漲憇略后水位趨降和底層咸潮上溯來臨前關梪拒咸,以取其利而避其害。這一開一關之間的時間并不長,必須機敏地掌握好時間分寸,形似于“偷”。這個“偷”字既生動又形象,顯現了人民群眾的創造精神,閃耀著智慧的光芒。1979年,我陪同接待前美國地理學會主席、海岸地貌學家沃克(Walker)教授并到新會縣禮樂公社參觀那里的農田水利工程,當介紹到這一帶的群眾如何利用潮汐河口水流運動規律,控制堤上的閘梪“偷淡拒咸”時,他興奮和驚奇不已,不僅請求翻譯再譯一遍,還要求對“偷淡”二字的漢語發音進行錄音,回國后在對路易斯安娜州立大學的學生作訪問中國報告時也宣講此事,聽者印象深刻(1),可見“偷淡”之魅力!“調水壓咸”,是另一具有開創意義和與珠江河口咸潮問題有關的水利操作行為。此起因于進入新世紀后珠江枯季徑流偏少,河口咸害問題突出,水利部門從流域中、上游水庫調水至河口濟淡壓咸的決策。經幾年運作,現已積累經驗,取得了良好的效果,社會效益尤為明顯。只是壓咸時機問題尚待進一步探索。應當認為,有大、中、小3個層面的壓咸時機問題值得研究和討論。大層面者指一年中枯季需壓咸之最小徑流量閾值的確定,即只有當西、北江(思賢滘)流量小于某一量級或指標后,才能根據需要和可能考慮調水壓咸。小層面者指一天中究竟是落潮時壓咸的好,還是漲潮時壓咸更有效?個人認為,應當是后者更重要。因現在磨刀門河口咸潮上溯加劇,較大程度上是由于河口原“蓄淡抑咸”功能受損,漲潮時回溯入口內的淡水量太少和“聚積”、“重壓”在河口的徑流量不足所造成的,這一點前已論及。不過,漲或落的時間短,加之一天中有兩漲兩落的起伏變化,實際應對操作起來難度大。真正需要重視的是應認真選擇好中層面即一月中最佳的壓咸時間。一月中有兩次大潮、兩次小潮,也就是說分別有兩次由大潮汛向小潮汛和由小潮汛向大潮汛變化的過程,咸潮隨之有序地在河口兩次大進大出。在半月時間內由大潮→中潮a→小潮→中潮b→大潮的變化過程中,咸潮進退狀態及其發生的時間或時刻次序大致如下:“準備前進”(大潮至中潮a)→“上溯起動”(中潮a)→“上溯前奔”(中潮a至小潮)→“沖刺”(小潮至中潮b)→“轉身后退”(中潮b)→“速退”(中潮b至大潮)。不同潮汛時段和不同運動狀態的咸潮,對壓咸的反應是不同的。例如,小潮為河口蓄鹽最多和咸勢強盛之時,如果此時或其稍后(“沖刺”階段)加大徑流量壓咸,就有可能“硬碰硬”,更加激起底部咸潮的“反彈”,上溯深入得更遠,這不是我們所期待的。又如,大潮為河口排淡量最大和咸勢弱衰之際,如果此時或其稍前(“速退”階段)加大徑流量壓咸,雖然這會把咸潮向海推得遠一點,但其徑流量流失大,且是出去