1958年以来长江口南、北支河段河床演变及影响因素研究

根据1958—2019年长江口实测地形数据,对南、北支河段河床边界、河槽容积和河床冲淤等河床演变要素进行了计算分析。结果表明,从1958年至2019年,南、北支河段河床演变具有一定规律性:(1)岸线边界变化趋势表现共性,均遵循岸线内缩延展,河道面积逐渐缩小的变化规律。(2)冲淤演变差异明显,南支时间上整体趋于冲刷,分阶段冲淤交替,1998至2019年表现为持续冲刷;空间上整体表现为滩淤槽刷的特点。北支则整体趋于淤积,河道不断萎缩。(3)河槽容积变化表现一定相关性,2 m以深南、北支河槽总容积在84.76亿m3上下小幅波动,基本维持稳定,2019年比1958年仅增加4.1%。南、北支河段的河床演变受径流和外海水沙变化及人类工程活动综合影响,随着南、北支河段断面形态、滩槽格局及流域来沙的渐趋稳定,河床演变整体向平衡稳定方向发展。     

近百余年来长江口南支水下地形演变特征分析

长江口是我国最大的河口,监测数据有限且水沙变化和水下地形演变复杂,开展长江口各分区演变规律、演化趋势和影响因素研究至关重要。利用长江口南支1861～2013年间7个年份地形数据,建立了近百余年来长江口南支的水下地形数字高程模型(DEM),探究长江口南支整体冲淤演变规律、不同子研究区冲淤变化时空差异、典型断面发展演变特点,并从自然演化和人为活动干预角度分析了特大洪水、径流输沙、人类活动等因素对研究区水下地形演变的影响。结果表明:①长江口南支在1861～2013年间整体处于冲刷状态,呈现淤积-冲刷-淤积-冲刷的变化过程,各子研究区的冲淤变化存在明显的时空差异特征,只有崇明浅滩淤涨不断。②1861～2013年间,南支上段沙洲、槽沟摆动频繁,冲淤变化较为复杂;南、北港经历了一系列主次更替的变化过程;横沙东滩呈现上段冲淤变化不定、中段先冲后淤、下段相对稳定的演变特点;九段沙表现为不断淤高扩宽且下延的趋势。③长江口南支的演变是自然演化和人类活动共同作用的结果,1861～1958年,南支水道的冲淤变化主要以自然演化过程为主;1958～2013年,流域人类活动引起的长江来沙减少及口内工程建设对南支冲淤演变的影响显著。研究成果可为长江口的治理规划提供技术支撑。     

杭州湾北岸弧形岸段悬沙净输移分析——以龙泉—南竹港岸段为例

基于杭州湾北岸龙泉-南竹港弧形岸段的实测水文泥沙资料,利用余流分析和悬沙机制分解方法对该岸段的悬沙输运变化特征进行分析,并经2004-2005年地形冲淤验证.结果表明:龙泉-南竹弧形岸段的动力条件相对较弱,余流表现为总体向西流动,特征为"两头大、中间小",机制分解得出悬沙输运以净进为主,各动力项中主要以平均流项和stokes漂流项为主,平均输沙率方向受平均流项控制,涨落潮挟沙强度对净输沙也有一定的贡献,并导致研究区西部岸段出现逆向输沙;余流和机制分解结果表明海岸的中部及东部为悬沙的主要落淤地带,而西部则冲刷加深,这与地形的冲淤分析相一致.     

水沙条件对大湖口河冲淤特性的影响

为了解水沙条件变化对大湖口河冲淤特性的影响,基于二维水沙数学模型,模拟了典型年份洪、中、枯不同水沙条件下该河段冲淤情况,分析泥沙冲淤及河势变化。结果表明:大湖口河原始冲淤表现为第一、二、四段淤积,第三段冲刷,但水沙条件的变化,使得大湖口河河床冲淤整体呈现出上淤下冲的态势,河道断面冲淤表现为左淤右冲,冲淤程度进一步加强。随着上游来水来沙的变化,大湖口河将逐渐向单一、弯曲性河道演变,从而对大湖口河的防洪产生一定的影响。     

长江口南港河槽容积变化特征分析

根据长江口南港河段历史地形资料和1997—2011年4次固定断面水深测量资料,分析了南港河槽整体及分区域容积变化过程,重点分析了中潮位、5 m以深河槽容积变化特征。分析研究表明:瑞丰沙中部串沟和人类无序采砂导致2001—2004年河槽容积季节性变化剧烈,长兴水道深槽和南港主槽深槽均淤积。2001—2007年南港河槽基本处于洪淤枯冲状态。2001年前及2008年后季节性变化均为洪冲枯淤,2008年后季节性变化减弱;南港河槽容积长期处于增大趋势,2001年开始,由于瑞丰沙中部串沟,长兴水道由涨潮占优转变为落潮占优,不断淤积,一直持续到2008年。南港主槽上段北淤南冲,中下段南淤,主泓北偏,由于瑞丰沙的冲刷,河槽总容积仍呈增大趋势。2008年后河槽进入发展期;南港河槽上段深淤浅冲,幅度较小,中段串沟导致水流挟带大量泥沙在下游瑞丰沙嘴淤积;三峡工程运行后瑞丰沙嘴冲刷较为剧烈。     

小浪底水库运用以来高村—艾山河段冲淤演变

研究了小浪底水库运用以来黄河下游高村—艾山河段泥沙冲淤演变情况和冲刷强度的变化趋势。结果表明:在非汛期,黄河下游发生冲刷的河段主要在高村以上尤其是夹河滩以上,高村—艾山河段大致维持冲淤平衡状态,而艾山以下河道则发生淤积;调水调沙使高村—孙口河段由微淤状态进入微冲状态;孙口—艾山河段由微冲微淤状态变为冲刷状态;从冲淤强度沿程分布看,高村—孙口河段1999年10月至2006年10月间汛期和非汛期均为冲刷,孙口—艾山河段汛期冲刷而非汛期略为淤积。     

滩涂促淤圈围工程实施对工程岸段河势演变的影响

文章根据圈围工程实施前的历年实测资料和实施后的水下地形监测数据,对比分析和总结了促淤圈围工程实施对工程岸段河势演变的影响规律。研究结果表明,促淤工程实施前工程岸段的冲淤变化主要受南槽宏观河势的影响,促淤工程实施后为区内的冲淤变化主要受本工程自身影响,围区外侧滩地的冲淤变化受促淤工程自身与南槽宏观河势的共同影响。     

淮河干流吴家渡至小柳巷河段泥沙冲淤分析

采用输沙量法对淮河干流吴家渡至小柳巷段实测水文资料完整的20年进行年际变化分析,河段总体表现为冲刷。枯水年份河段输沙基本平衡或微淤;中水年份冲刷年多于淤积年;丰水年份总体表现为冲刷。丰水年和中水年的总体冲淤趋势取决于汛期,枯水年非汛期对全年冲淤影响较大。系统分析了河段冲淤与吴家渡站来流量以及年均来沙系数的关系。     

黄河内蒙古河段水沙及河床演变特性变化分析

随着黄河上游河段水库联合运用及水土保持工程的实施,内蒙古巴彦高勒至头道拐河段来沙量大幅度减少,河道演变剧烈,研究该河段演变特性变化可为河道防洪、防凌及下游河段水库调水调沙提供技术支持。为此,基于实测水沙及地形资料,并通过输沙率法结合同流量水位及典型断面变化分析了该河段水沙变化特性、河道时空冲淤分布特性及河道冲淤与水沙条件的耦合关系。结果显示,研究河段近期来水来沙总量偏少,至2018年有所增多,河道整体表现为冲刷,2012—2019年河段累积冲刷2.7亿t,其中汛期冲刷1.96亿t,河槽刷深展宽,河床高程下降,局部表现为上游冲刷下游淤积,包头上游河段冲刷量约为3.59亿t,下游河段淤积量约为0.72亿t,汛期冲淤变化比较剧烈。结果表明,来沙量大幅度减少,致使水流含沙量不能满足水流挟沙能力是河段发生整体累积性床刷的主要原因。     

黄河小北干流冲淤与水沙响应关系分析

依据实测大断面资料,给出了1974年以来黄河小北干流不同时段、不同河段的沿程冲淤量,分析了2003年以来该河段持续冲刷的原因,并对不同水沙搭配组合与小北干流冲淤量的响应关系进行了分析。结果表明:①1974年三门峡水库采用蓄清排浑运用方式以来,黄河小北干流的冲淤变化主要受来水来沙条件影响,基本保持非汛期冲刷、汛期淤积的特点。2003—2016年受上游汛期来沙量大幅减小的影响,沿程各河段汛期淤积量明显减小,在非汛期冲刷量减小不多的情况下,运用年各河段均为持续冲刷。②汛期水沙搭配组合中含沙量对冲淤量的影响程度更显著,运用年内水沙搭配组合中含沙量和流量对冲淤量的影响程度相当。     

长江口滩涂变化及其原因分析

为探讨长江口滩涂变化及其成因,基于实测地形资料,对长江口门的五大滩涂湿地以及崇明北沿的滩涂进行了分析。研究结果表明:在流域来沙减少的情况下,近年来长江口主要滩涂的演变趋势总体呈现高滩淤积,中、低滩冲刷的特征;长江口滩涂受整治工程影响远大于自然演变。建议应在《长江口综合整治开发规划》等相关规划的指导下,研究固滩促淤方案,采取相应的固沙措施,加强对促淤圈围工程的科学谋划和管理,保护长江口地区滩涂资源。     

青草沙水库工程对河床冲淤演变的影响

为了探究长江口青草沙水库建设前后工程周边的水动力环境和河床泥沙冲淤变化,通过平面二维潮流悬沙数值模拟,结合改进后可以同时计算淤积和冲刷强度的王义刚公式进行冲淤计算。研究结果表明,水库建成后,长兴岛北侧航道的分流比和流速下降,南侧航道的分流比和流速上升;水库南侧航道整体呈冲刷状态,而北侧航道整体呈淤积状态,南侧航道变化量小于北侧航道,工程的实施对北侧航道水下地形的影响较南侧大;改进后的王义刚公式对水库周边冲淤的计算结果与工程建设后实测地形和数值模型结果吻合较好。     

近期长江河口主槽冲淤过程与沉积物分布及变化特征

利用长江口人类活动强干扰下的海图水深数据及河槽表层沉积物资料,探讨近期长江河口主槽冲淤变化与沉积物分布特征,研究结果表明,在流域来水量变化不明显,来沙量锐减的情况下,长江河口段中上游主槽整体上处于微冲刷环境。而又受深水航道治理工程的影响,局部河段主槽出现淤积,沉积物粒径也发生相应的变化。其中,南支下段宝山水道总体上受到冲刷,沉积物枯季变细,洪季变粗;南槽航道上段、北港航道和横沙通道均受到冲刷,沉积物均逐渐变粗;南港航道、与北槽过渡河段的圆圆沙航槽和北槽航道主槽淤积,沉积物均逐渐变细,且三者的淤积均由航道回淤造成,南港航道回淤的沉积物粒径最粗(0.12mm左右),圆圆沙次之(0.07mm左右),北槽最小(0.02mm左右)。     

流域水沙变化和人类活动对长江口河槽演变的影响

基于1998—2016年长江口系列水下地形等有关资料,研究了流域减沙和人类活动对长江口河槽冲淤演变的影响趋势。结果表明:近20年长江口滩槽格局总体稳定,但南支以下河槽呈现由净淤积向净冲刷转变,口内的河槽冲刷、容积扩大,口外的航道拦门沙浅滩长度缩短。河口边滩圈围、江中沙洲人工守护及三峡工程的拦洪消峰作用促使长江口滩槽格局的稳定,而流域来沙减少与河口促淤圏围则促进南支以下河槽由净淤积向净冲刷转变。2002—2003年基本为长江口南支以下河槽冲淤转变的分界点,河口冲淤转变对应的流域年输沙量临界值约2.54亿t。未来,长江流域来沙量可能长期维持在临界值以下的较低水平,长江口将呈现岸滩槽地貌格局稳定条件下的缓慢冲刷趋势。     

流域水沙变化和人类活动对长江口河槽演变的影响

基于1998—2016年长江口系列水下地形等有关资料,研究了流域减沙和人类活动对长江口河槽冲淤演变的影响趋势。结果表明:近20年长江口滩槽格局总体稳定,但南支以下河槽呈现由净淤积向净冲刷转变,口内的河槽冲刷、容积扩大,口外的航道拦门沙浅滩长度缩短。河口边滩圈围、江中沙洲人工守护及三峡工程的拦洪消峰作用促使长江口滩槽格局的稳定,而流域来沙减少与河口促淤圏围则促进南支以下河槽由净淤积向净冲刷转变。2002—2003年基本为长江口南支以下河槽冲淤转变的分界点,河口冲淤转变对应的流域年输沙量临界值约2.54亿t。未来,长江流域来沙量可能长期维持在临界值以下的较低水平,长江口将呈现岸滩槽地貌格局稳定条件下的缓慢冲刷趋势。     

2003～2004年度三门峡水库冲淤特性分析

2003年11月～2004年10月，在三门峡水库进行非汛期控制水位318m原型试验条件下，分析了来水来沙，水库冲淤情况及潼关高程的变化，指出：①运用年入库水量为208．5亿m^3，沙量为3．168亿t，是典型的枯水枯沙年份；②2004年桃汛来水条件优于2003年，桃汛前后潼关高程下降值分别为0．15m和0．21m，主要是因为2003年桃汛期在潼关河段上段进行清淤疏浚，增大了桃汛洪水的冲刷作用；③2003年、2004年三门峡水库进行非汛期控制水位318m原型试验，回水影响范围控制在黄淤33断而以下，该断而以上河道完全处于自然状态，其冲淤变化由该河段比降、断面形态随来水来沙条件进行自动调整，水库运用已不对潼关河段的冲淤产生不利影响；④在有利的水沙条件冲刷和清淤的共同作用下，2003年汛期潼关高程下降0．83m，经过非汛期的冲淤变化，2004年汛前潼奖高程较2003年汛后上升0．30m，汛末潼关高程较汛初下降0．27m，由于汛期水沙条件不利，加上没有进行清淤疏浚，因此汛期潼关高程冲刷下降的幅度小于非汛期淤积上升的幅度。     

近年来黄河尾闾河道冲淤特性分析

着重分析了1976年清水沟流路以来黄河河口尾间河道冲淤变化特点.结果表明:①1976-2005年间,河口河段经历了强烈淤积-强烈冲刷-持续淤积-持续冲刷等冲淤变化过程;其冲淤变化与水沙条件、流路改道、河口的淤积延伸及河床边界等条件有关;②利津-7断面河段冲淤变化与利津径流量及来沙系数存在一定关系,与大于2 000m3/s的水量关系密切;③7断面以下河段冲淤变化与利津水沙通量,河道边界条件及流路延伸等因素有关.     

长江河口南汇嘴潮滩圈围工程前后水沙运动和冲淤演变研究

南汇嘴潮滩地处长江河口拦门沙地带,是上海陆沿海岸滩淤涨速度最快的滩地,也是促淤圈围土地最频繁的地带.在1994-2003年期间实施了大规模低滩筑堤促淤圈围工程,圈围土地约15 000hm2.由此,也必将对潮滩水沙过程和冲淤变化产生影响.工程实施期间,促淤坝田淤积速率明显增大,最大淤积区年淤积厚度在1.0m以上,一般淤积区年淤积厚度在0.3～0.8m,而促淤堤外侧浅滩受坝田外泄清水影响,滩面发生不规则的冲刷,一般冲刷深度0.3m左右,最大冲刷区达到1.0m左右,在水深大于3m的浅滩区仍以淤涨为主;圈围工程完成后,由于圈围工程堤线保持了原有格局,对水流流势影响较小,在流域来沙量出现锐减,而河口区再浮悬泥沙和海域来沙量有所增大的环境下,南汇嘴潮滩水体含沙量仍较高,大潮汛实测潮周期平均含沙量为1.67kg/m3左右,小潮汛为0.92kg/m3左右,而且浅滩水流输沙方式有利于促使潮滩淤涨发育过程.     

近期长江口北港冲淤变化与微地貌特征

2014年7月11-18日和10月29-31日以多波束测深系统和浅地层剖面仪等先进现场测量仪器对长江口北港河槽进行走航测量,结合人类活动强干扰下的海图水深数据及河槽表层沉积物资料探讨近期长江口北港河槽冲淤变化与微地貌特征。结果表明:在流域来水量变化不明显,来沙量锐减的情况下,近年来长江口河口段中上游河槽整体上处于微冲刷环境,而青草沙水库工程的实施导致北港中段河槽的冲刷程度更甚且冲刷态势向下延伸。2002-2012年北港泥沙净冲刷量为6.54亿m3,平均每年冲刷0.65亿m3。在其冲刷环境的影响下,近期北港河槽底床上除发育平滑床底外,还广泛发育冲沟和凹坑等侵蚀性微地貌,而河槽受到冲刷将导致底沙推移质运动增强,同样有利于沙波微地貌的发育。沙波主要分布在河槽沉积物为细砂的北港中上段底床的大部分区域和拦门沙河段的局部区域。     

三峡库区重庆主城区河段河床演变分析

三峡工程建成后,重庆主城区河段处于水库变动回水区,水流条件和泥沙运动规律将发生变化,该河段泥沙冲淤变化的分析研究,备受有关方面关注。根据2007年及多年所监测的来水来沙资料及河道观测资料,对重庆主城区河段的泥沙冲淤变化规律进行初步分析,结果表明：重庆主城区河段冲淤量主要与来水来沙条件、河道形态、两江相互顶托等因素有关;2007年重庆主城区河段冲淤主要分布在开阔段的缓流、回流区等部位;主要淤积期为6月中旬至7月中旬、9月中旬至11月中旬,主要冲刷期分别为年初至6月中旬、8月中旬至9月中旬、11月中旬至年末;全年略呈冲刷态势。