长江口北槽浮泥周期性变化初探

根据2000年长江口北槽浮泥的实测资料,分析浮泥厚度和体积等几何尺度随时间的变化,发现长江口北槽浮泥存在日、半月和年际三种周期变化;日周期的变化受潮流动力周期的控制,这是由潮流冲刷浮泥形成的悬沙并再絮凝沉积造成的;半月周期的变化受潮流半月周期变化引起的泥沙供给量的变化控制;年周期的变化主要是由影响细颗粒泥沙絮凝沉积的长江口水温的年度变化所控制,泥沙供给和动力的年周期变化也有一定的影响.     

长江口北槽柱状沉积物粒度分布特征及沉积环境指示意义

为了研究长江口北槽深水航道的泥沙回淤机制及来源,通过对长江口北槽深水航道中部南、北导堤两侧坝田区域所采浅钻柱状样的沉积物特征、粒度参数特征、粒度成分和沉积速率特征等的分析,探讨北槽深水航道水动力条件和泥沙沉积环境。结果显示,柱状样以黏土质粉砂为主,受径流和潮汐作用,分选性都较差,偏态均为正偏,北导堤和南导堤两侧柱状样的分选系数、偏态和峰态在同一侧相互之间的特征较一致,且三组分组成接近;南北导堤异侧之间的粒度特征差异较为明显,北导堤一侧的平均粒度比南导堤的小,北导堤坝田附近的柱状样粒级百分比在垂向上波动变化较大,南导堤则表现的较为单一;南北导堤的敏感组分主要集中在粒级100μm部分。结合资料和测年数据,综合得出,由于北导堤和南导堤的涨落潮不对称,导致了其粒度特征上的不同;北槽淤积中的流域供沙逐渐减少,泥沙来源逐渐转变为滩槽交换供沙为主;北槽受深水航道工程影响巨大,泥沙沉积过程复杂,还需深入研究。     

长江口南槽最大浑浊带表层沉积物动态变化研究

河口最大浑浊带表层沉积物的动态变化在很大程度上反映径潮流交汇作用影响的悬底沙交换过程,直接关联最大浑浊带区域的拦门沙冲淤整治。利用2013年6月在长江口南槽最大浑浊带小潮至大潮期间定点持续采集的共9 d逐时水文资料及表层沉积物等数据,分析了南槽最大浑浊带表层沉积物沉积动力过程。主要结果包括：(1)南槽最大浑浊带表层沉积物颗粒较细,以粉砂为优势粒级,沉积物分选性较差,平均粒径、分选系数及偏态自小潮到大潮呈逐渐减小的特征。落潮时水体悬浮泥沙易发生絮凝沉降,表层沉积物较细,以极细粉砂为主;涨潮期间,受涨潮顶托作用,以细砂为主的水体粗颗粒泥沙易于沉降,表层沉积物较粗。(2)沉积物组分存在2种变化模式：主要模式为潮流作用及盐水絮凝引起细颗粒悬沙沉降,以粗黏土及极细粉砂为主的沉积模式;次要模式为径流作用下,细颗粒泥沙被冲刷,细砂比重增加,导致表层沉积物变粗,以中粉砂为主的沉积特征;其中径流主导了表层沉积物的短时间内变化,而盐度的变化决定了表层沉积物整体的粗细转换。     

1997—2019年长江口北槽地形演化特征及驱动机制

河口拦门沙位于河流和海洋的交界,具有弱动力、易沉积、水深浅的环境特征。打通拦门沙,建设深水航道一直是海洋学和工程学的一个难题,目前深水航道工程已经深刻地改变了拦门沙河槽的演化格局。本文根据北槽三期航道工程建设时间节点,收集了 1997 年、2002年、2007 年和 2019 年北槽航道水下地形数据分析工程前后的地形演变特征,并结合航道工程建设、人为疏浚和外部环境变化等因素对北槽地形演变的驱动效应进行分析。结果表明：深水航道建设后长江口北槽主要出现了“槽冲滩淤”的河槽地形演化特征;空间上,北槽上段主要发生了北侧滩涂淤积,南侧航道侵蚀,而下段主要发生了南侧滩涂淤积,北侧航道侵蚀的演变格局。导堤和丁坝的建设是引起河槽“槽冲滩淤”的主要因素,而科氏力引起的涨、落潮流路变化也增加了河槽上下段的差异演化;深水航道工程建设是引起 1997—2007 年北槽淤积的主要驱动因素,而人为疏浚则是 2007—2019 年北槽侵蚀的主要影响因素;尽管人类活动已经成为北槽河槽演化的主要原因,但周围环境变化如流域来沙减少和海平面上升也加剧了近期的北槽侵蚀。     

长江口北槽黏性细颗粒泥沙特性的试验研究

选用长江口北槽黏性细颗粒泥沙,在不同盐度的人工海水中通过静水沉降、动水沉降等各种试验手段了解其基本特性。在静水沉降管中观测了胶粒的电化学絮凝过程和重力碰并过程,于不同盐度条件下找出最佳絮凝盐度;并通过黏性细颗粒泥沙在流动海水中絮凝的试验研究,揭示其在动水中絮凝的机理和规律,及不同条件下的起动流速、不淤流速、沉降速度等特征值,从而分析其落淤情况。研究结果表明,长江口北槽细颗粒黏性泥沙的最佳絮凝盐度约为15,起动流速为15~20 cm/s,这与泥沙的淤积固结时间有关,而不淤流速约为60 cm/s。并由试验得到了挟沙力与流速之间的经验关系,以及用于估算不同流速条件下泥沙沉降速度及淤积量的经验公式。这些结果可用于长江口航道的疏浚、整治工作中,具有一定的理论指导意义。     

长江口北槽深水航道工程对九段沙冲淤影响研究

根据1989～2003年长江口九段沙附近地形图,在地理信息系统软件MapInfo的支持下,分析了北槽深水航道工程对九段沙冲淤演变的影响。在长江来沙减少总的情势下,九段沙总的淤积速率在明显下降,但北槽深水航道工程使局部冲淤形势发生逆转：九段沙顶端到江亚南沙大片区域淤积速率显著增强,沿北槽深水航道南导堤外缘形成一个10km长的淤积带;九段沙东侧水下三角洲受工程的影响不大,淤积速率持续降低并底端发生冲刷。     

长江口南槽最大浑浊带枯季大小潮悬沙峰特征及其动力机制

长江口最大浑浊带是陆海交汇的核心区域,其航槽是扼海-河联运的咽喉,悬沙峰的涨落潮周期变化深刻影响航槽的稳定性。本文利用长江口南槽上、中、下段3个站点枯季小潮和大潮的流速、盐度、悬沙平均粒径和悬沙浓度的实测资料,分析最大浑浊带悬沙峰特征及其动力机制。发现:流速和滩槽交换增强导致大潮平均悬沙浓度比小潮增加了0.78—1.97倍,絮凝也导致憩流底层悬沙浓度增加8%左右,但流速和絮凝与悬沙浓度的关系均非线性。大小潮盐度梯度与底层悬沙浓度关系呈现高线性相关关系,表明盐度梯度强化或突变是泥沙再悬浮形成悬沙峰的主要动力。     

长江口深水航道一、二期工程建设以来北槽河段的冲淤演变

利用长江口深水航道治理一、二期工程实施前后的水下地形资料,在GIS软件及相关的统计分析软件的支持下,分析了治理工程对北槽拦门沙河段的影响。结果表明:整治工程使得河道平均水深增加,河床上下平顺相接,河床横断面形态趋于均匀,河势趋于稳定。至2005年初,北槽河道上段水深比工程前的1998年初平均增加了1.34m,中段则淤浅0.63m,下段刷深0.81m,河床纵向上变得和缓、平顺;丁坝段的冲刷南侧的强度较北侧大,中下段河槽北偏,深泓从原来的东南-西北走向改呈东西向,全槽形成了一条上下段平顺相接的微弯自然深泓线,河槽的形态也从工程前的宽缓或陡峭形变为均匀的“V”字形;下游河段没有产生新的航道拦门沙。     

长江河口北槽弯道环流的涡度研究

基于ADCP走航观测得到长江河口北槽弯道附近3个横向断面(AD3、AD5和AD6)的流速资料,采用涡度方法,本文计算、分析了弯道环流与混合在垂直横向上的时空分布、影响因素及其重要性。3个横向断面上均存在由不规则界面分开的二层结构的横向环流。半拉格朗日余流的计算结果显示:(1)小潮期间,AD3、AD5和AD6断面呈现表层向海、底层向陆的纵向环状半拉格朗日余流;大潮期间,呈现表、底层均向海的纵向半拉格朗日余流;(2)小潮期间,AD3断面呈现表层向北导堤、底层向南导堤的横向环状半拉格朗日余流;大潮期间,AD3断面中间区域呈现表层向北导堤、底层向南导堤的、而断面两端区域则呈现表层向南导堤、底层向北导堤的横向环状半拉格朗日余流;(3)小、大潮期间,横向断面AD5和AD6均呈现表层向北导堤、底层向南导堤的横向环状半拉格朗日余流;(4)"纵向半拉格朗日余流"在–0.2—0.7m/s;横向半拉格朗日余流"在–0.15—0.2m/s;(5)纵向半拉格朗日余流在横向上有明显变化。对弯道环流的进一步分析表明:(1)斜压梯度、内部摩擦致混合和底部摩擦致混合这三项各自的纵向分量是驱动纵向环流形成的主要因素,"纵向动量的横向重新分布项"次之,离心力和地转的影响可忽略;(2)横向斜压梯度和内部摩擦致混合项是驱动横向环流形成的主要因素,离心力、地转和底部摩擦致混合次之;(3)横向环流可能通过"纵向动量的横向重新分布项"减弱纵向动量,从而可能减弱纵向环流。     

长江河口北槽河道悬沙絮团特性及其影响因素研究

利用多种先进室内外测量仪器进行河口现场观测和室内电镜扫描获得相关资料,对长江河口北槽河道细颗粒泥沙絮凝的水沙环境、絮团的微观形态结构、絮团的粒径组成及其主要影响因素进行了综合分析和讨论。结果表明,北槽河道具有非常适宜细颗粒泥沙絮凝的潮流、盐度、含沙量和悬沙颗粒粒径等基本环境条件。北槽河道悬沙絮团形态多样,主要包括松散状絮团、蜂窝状絮团和密实状絮团。絮团主要由细粉砂和黏土类细颗粒泥沙组成,表面多粗糙不平,结构或密或疏。絮团粒径变化与潮周期动力过程密切相关,具有周期性变化特征。涨、落憩时絮团粒径较大,涨、落急时絮团粒径较小。絮团粒径涨憩大于落憩,小潮大于大潮。垂向上,絮团粒径由表层至底层逐渐增大。周期性潮流流速对北槽河道悬沙絮团粒径变化起到了控制作用。北槽细颗粒泥沙絮凝作用,是导致疏浚航道发生回淤的主要原因之一。     

长江口南槽最大浑浊带潮周期内悬沙变化规律及其影响因素

最大浑浊带水体悬沙时空变化过程是河口沉积动力学研究的核心内容之一。利用2013年6月16—24日在长江口南槽最大浑浊带自小潮至大潮连续9天的逐时定点水文及悬沙观测资料,分析南槽最大浑浊带悬沙垂向变化特征及影响机制,由此加深对长江口最大浑浊带形成及变化的理解。主要结果包括：(1) 南槽最大浑浊带悬沙平均粒径为3.52～18.84 μm。从小潮到大潮、从表层水体到底层水体,悬沙粒径逐渐增大,水体含沙量逐渐增大,含沙量为0.12～2.29 g/L。(2)水体流速呈现自下而上、自小潮到大潮逐渐增大的态势,与悬沙粒径的关联度较好;而水体盐度呈现自上而下、自小潮到大潮逐渐增大的态势,与悬沙含量的关联度较好。(3)南槽最大浑浊带水体悬沙垂向变化涵括两种控制机制：涨落潮作用引起的底沙再悬浮控制水体悬沙约7 h的周期性变化;涨潮流挟带的口外泥沙絮凝形成的絮团在涨潮流和重力作用的影响下引起水体悬沙出现约14 h的周期性变化特征。     

Morphological Evolution and Its Response to the Navigational Improvements in the North Passage,Yangtze Estuary

By use of bathymetric chart,recent change of the riverbed in the North Passage of the Yangtze Estuary has been studied in this paper.The main channel of the upper,middle and lower(section)in the North Passage has been successively eroded and its groin field significantly deposited.At the same time,sediment has been deposited on the entrance region.Erosion and deposition had responded rapidly to the construction of the regulation engineering.There was about one year duration of lagging between erosion in the deep channel and the construction of the regulation engineering.The siltation lag of time in the groin field varied with the initial depth,but the average deposited thickness was about 0.5 m per year.Volumetric analysis demonstrates that there is a increasing trend of siltation in the North Passage after 2002,because of the difference in duration and quantity between erosion in the deep channel and deposition in the groin field.The water volume of the North Passage was reduced by ≈9%(280 million m3)between 2002 and 2006.Sediment budget reveals that the main sediment deposited in the North Passage takes its source from the river and the ocean.The decreasing water volume was attributable to shoaling in the groin field.Its triggering factors for increased sedimentation are the navigational improvements(jetties and groins)after 1998,which altered the passage boundary and destroyed the equilibrium state on the average ebb and flood sediment fluxes.The establishment of a stable estuary is attributed to a reduction in depth of the groin field.The forecast on the sediment deposition quantity and continuous infilling time in the groin system is about 325×106m3 and 6～7 years,respectively.     

长江口浑浊带的形成机理与特点

泥沙积聚再悬浮是长江口浑浊地带形成的主要机理.促使泥沙积聚有径流潮流相互作用和盐淡水交汇混合两种机制,前者形成潮汐浑浊带,后者形成盐水浑浊带长江口浑浊带是具有两种不同机制的盐潮复合浑浊带.长江口浑浊带在不同时间、不同地点表现出不同的特点.     

Alteration of estuarine circulation pattern due to channel modification in the North Passage of the Changjiang River Estuary

The exchange flow structure was examined in the North Passage of Changjiang River Estuary, where a deep waterway project(DWP) was carried out to improve the navigability. Before the construction of the DWP, the friction effect played a significant role in shaping the transverse structure of the exchange flow. The turbulent eddy viscosity generated near the seabed can be transferred to the upper water column, which facilitated vertical momentum exchange. As a result, the landward inflow extended ...     

长江河口北槽水沙过程对航道整治工程的响应

北槽大型航道整治工程确定了南北槽分汊口分流界线, 阻碍了北槽和邻近滩槽的水沙自由交换过程, 使北槽水沙动力过程发生调整。基于工程前后北槽主槽纵向同步水沙观测数据的统计分析表明:入口段落潮优势显著减弱;上段枯季时落潮优势显著减弱, 而洪季时落潮优势有所增强;中段(弯曲段拐点附近)落潮优势略有减弱;下段落潮优势明显加强。北槽主槽水沙纵向输移机制分析表明:欧拉余流、潮泵作用、斯托克斯效应和垂向环流为悬沙输移的主要驱动力, 其中欧拉余流输沙指向海, 斯托克斯输沙和垂向环流输沙指向陆, 而潮泵输沙随着季节而变化。洪季, 欧拉余流输沙和潮泵输沙在工程前后的变化使大潮期河床冲淤由中段和下段普遍落淤转化为中上段集中落淤。枯季, 工程前后稳定的潮流辐散输沙作用使大潮期河床以冲刷为主, 但工程后在入口段和上段潮泵的向上游输沙占优势, 使悬沙在入口段落淤。     

南沙头通道及横沙通道对长江口深水航道的影响分析

根据长江口南沙头通道、横沙通道和南北槽分汊口的断面水深变化及长江口南北港和南北槽的分流比变化实测资料,分析了长江口北槽深水航道淤积的原因。结果表明,北槽深水航道上段淤积受多种因素影响,其中,南沙头通道和横沙通道的发展对深水航道影响最大。南沙头通道的发展在加大落潮流量的同时,对南港南岸会产生一定的冲刷,后经沙洲的阻挡,把泥沙带向南港北岸,在北槽进口段处落淤,直接影响了进入深水航道的落潮量;横沙通道由于直接贯通了北港北槽的水沙交换,因而削弱了南港和北槽之间的水沙交换,促使北槽深水航道上段产生淤积,这也是南槽河道上段刷深的一个主要原因,而南槽河道的发展必然减少了进入北槽的落潮量,进一步加剧了北槽深水航道上段的淤积。同时,科氏力与北槽南导堤分流口鱼咀工程对深水航道也造成了一定的不可忽视的影响。研究成果对治理北槽深水航道淤积问题保障深水航道正常运行具有十分重要的科学实践意义。     

Characteristics and generation mechanism of turbidity maximum in the Changjiang Estuary

INTRODUCTIONItiswellknownthattheregenerallyexistsahigherconcentrationsedimentzoneinrivermouththanthatinthe'upperandlowerones,whichiscalledturbiditymaximum(TM).ButnomoreintensiveresearchonthisphenomenonhadbeenconductedforalongtimesinceitwasfoundinFrenchGirondeEstuaryin1938.Itwasnotuntilthe1950swhenitattractedresearchersallovertheworldandwasregardedasacommonphenomenoninanestuary.Itplayedanimportantroleinestuarinesedimentationandenvironment.Sincethe1960s,lotsofstudiesonTMintheChangjiangE…