国家重点研发计划
“珠江河口与河网演变机制及治理研究”项目
“水乃生命之源”，而“饮水不再是生命之痛”是为生民立命之永恒课题！曾几何时，珠三角谈咸色变，守着偌大珠江苦无“水”饮！十三五科技规划正破解珠江河口治理之挑战，水质性缺水将不再困扰粤港澳大湾区居民用水安全，“珠江河口与河网演变机制及治理研究”项目（简称项目）荣获2016年国家重点研发计划“水资源高效开发利用”重点专项2400万元经费的资助，基于水安全的珠江河口治理问题及关键技术研发将获重大突破。该项目由中山大学牵头和杨清书教授作为首席科学家，联合广东省水利水电科学研究院、中国海洋大学、武汉大学、河海大学、华东师范大学、上海交通大学、广东省水文局、交通运输部天津水运工程科学研究所、华南理工大学、广东省水利电力勘测设计研究院等11家国内一流的高校、科研和设计单位共同承担。
如何精准把控河口水安全的牛鼻子？河口治理是关键。珠江河口是世界上最复杂的河口之一，由河网与河口湾两大地貌单元构成，八大口门连接成“网-湾”复杂河口系统。试问珠江河口缺水吗？众所周知珠江径流量居全国第二，仅次于长江，缺水似天方夜谭，为何其水安全问题如此凸显？珠江河口的健康出问题了吗？如何诊断和把脉？河口治理良方安在？这些既是立项背景，又是项目必须回答的科学问题。
首先，珠江河口位于世界著名大湾区之一的“粤港澳大湾区”，是中国乃至亚太地区最具活力的经济区之一，具用水高度集中、供求错位、对人类活动高度敏感及水安全脆弱性特征。超强人类活动外科手术式的强烈而无序干预，珠江河口“网-湾”格局发生巨大变化：河网河床大幅下切，水位下降，伶仃洋河口湾出海航道也不断疏浚变深等；人类活动的直接干预效应已远超其自然过程，故称之为“河口格局的异变”；所谓“异变”，是指人类活动主导的河口异常变化，表现为变化范围、规模、强度均远超其自然过程，甚至变化趋势逆转；著名河口学家陈吉余院士认为：“人类活动已成为河口系统演变的第三驱动力，迫切需要深入研究河口系统的自然适应与人工干预的协调问题。”世界许多重要河口受人工干预亦发生泥沙来源及潮汐动力格局的异变，对水安全和水生态造成极大威胁，从全球视野来看，河口系统异变不是局部偶然现象。珠江三角洲是我国重要的经济圈，超强人类活动及其效应问题凸出，典型人类活动主要包括水库建设、河道采砂、口门整治、滩涂围垦、航道疏浚、桥梁建造等，特别是河床采砂活动，自1983年始15年内河网采砂总量相当于其70～125年的自然淤积量，河口系统难于恢复乃至不可逆转，导致河网水沙分配、盐水入侵及河势发生异变，而河口湾，其三滩两槽的地貌格局也发生巨大变化，滩槽原有的稳态打破，中滩采砂挖深，滩槽格局异变，因此，珠江河口异变已成为河口治理不可回避的重大科学问题，对水安全带来新的挑战。研发河口新格局的、旨在构筑未来水安全的“网-湾”多目标治理技术是服务于经济社会的重大需求。其次，河口位置独特，环境特殊，其扼守河海相互作用之要津，受河、海双重因子控制。洪水期大量淡水入注及过境，而枯水期随潮上溯的咸潮灾害频发；河口格局异变，改变了河口区的咸潮活动格局，直接威胁河口用水安全。第三，河口新格局的水安全风险研究是珠江河口治理及水沙调控的靶向问题。国外河口治理普遍采用整治工程措施，如荷兰的“三角洲工程”，美国密西西比河干支流河道整治等，这些工程只能满足当时经济社会发展的防洪、排涝及航运等需求。珠江河口从20世纪50年代开始进行相关治理，并取得成效，对河口的稳定及用水安全起重要作用。然而，河口格局异变，水安全形势和需求发生了根本改变，有必要对水安全风险进行再评估，并提供靶向问题，为未来珠江河口治理方案及水沙调控措施提供技术支撑。第四，河口新格局的河网险段治理和堤围防护关键技术，是河口治理迫切需要解决的核心问题。江海堤防是珠三角最重要的直接防洪（潮）屏障，河口格局异变，河床严重下切，险段恶化，河口湾的滩槽失稳，洪水和风暴潮灾害的风险加剧，险段堤围潜在风险陡增，险段堤围治理成新的难题，箭在弦上，迫在眉睫。
综上分析，针对河口异变新格局，紧密围绕国家水资源的重大需求，以河口演变为基础，以水安全为靶向，开展河口治理共性关键技术研发，并进行应用与示范。项目不仅破解河口异变格局下亟需解决的治理难题和挑战，而且构筑粤港澳大湾区水安全的重要保障，打造河口治理研发平台，项目具有重要性、前瞻性和迫切性。
“珠江河口与河网演变机制及治理研究”项目基于珠江河口异变新格局，项目围绕水安全的河口演变及治理关键科学问题，以“河口异变机制及趋势-治理靶向-技术研发-应用示范”为技术路线依次推进项目的研发，重点对超强人类活动驱动下河口时空异变、异变机制及演变趋势、异变下堤围安全潜在风险及水安全的脆弱性、河口治理措施及调控理论四个关键科学问题为基础，进而进行技术研发与示范。项目研究内容为：河口与河网异变过程、机制及演变趋势；基于过程的多维时空尺度耦合模拟及长周期模型预测；复杂异变条件下河口治理适应性及水安全风险评估；“网-湾”多目标治理及水沙调控措施；河网堤围险段治理防护技术与示范；珠江河口海岸防护及生态海堤建设技术与示范。
项目技术路线
项目启动至今，经所有参与单位的共同努力，已开展洪枯季河网-河口湾大规模同步水文泥沙观测（共21个断面），完成洪枯季磨刀门河口拦门沙近底水沙观测，采集河网区约1400个表层沉积物样，完成珠江河网263个险段的调查及信息复核工作，并开展珠江河口海岸侵蚀的现场调查。项目立项至今共表论文19篇，其中SCI、EI论文15篇，并取得发明专利1项。
珠江河口洪、枯季同步水文观测位置
磨刀门底边界观测位置
表层沉积物采样调查
珠江河网险段分布示意图
河口演变机理研究方面：根据历史资料和实测数据分析，采用河床演变学方法研究河网河床演变对珠江河网不同演化阶段时空差异性、影响因子及其作用机制，分析河网关键节点及口门的分流分沙变化；采用动力地貌方法研究河口的动力、沉积和地貌过程的异变，建立数学模型揭示滩槽格局形成和变化机制，利用数学模型探究径潮动力相互作用研究，河口环流形成机制对泥沙输运的影响和对人类活动的相应机制。
河口演变机理部分研究成果
多维时空尺度动力-泥沙-地貌耦合模拟技术研究：建立了珠江河网-河口三维气象-环流耦合模型、南海波浪模型、珠江三角洲河网、河口以及近海大范围三维水动力、盐度模型、珠江三角洲河网、河口以及近海大范围三维泥沙模型、珠江河口-近海大范围波流共同作用数学模学、黄茅海、磨刀门河口、伶仃洋河口湾二维泥沙数值模型、磨刀门河口长周期地貌演变模型、河口湾三维高分辨率动力-泥沙-地形数值模型等，共计辅助模型2个，数模3套。
多维时空尺度动力-泥沙-地貌耦合模拟技术部分研究成果
多目标水沙调控与水安全风险评估方面：构建了目标函数和约束条件，包括防洪目标、供水目标、航运目标等，选取计算期内的防洪风险最小、供水损失最小、河流生态和航运影响最小为模型目标；初步建立水安全脆弱识别模型。
多目标水沙调控与水安全风险评估部分研究成果
堤围防护与生态海岸建设方面：设计生态消浪物理模型实验方案；进行了粘性泥沙的冲刷和水下休止角的实验研究和数据分析；完成了往复流水槽的安装和调试，进行了部分预实验，完成了泥沙浓度测量设备、往复流水槽、射流实验装置、气动振动台等的设计制造与调试。
堤围防护与生态海岸建设部分研究成果
2018年，项目组将再接再厉，一如既往全面深入完成项目的各项研发工作，预期揭示珠江“河口湾-河网”系统动力-沉积-地貌格局的异变机理及演变趋势，建立复杂异变边界条件下河口治理适应性与水安全风险评估的理论技术体系，并开展典型工程的关键技术研发与应用示范。研究成果可为珠江河口及河网地区防洪御潮体系建设、河口岸线资源开发利用和水资源保护的宏观管理和科学决策提供重要技术支撑，提高综合管理水平，推动从“单一防灾、有限领域”向“全面整治、综合开发”管理理念的转变，加强经济社会的水资源综合开发利用和安全保障能力建设，实现该地区经济社会协调、可持续发展及人水和谐相处。
