河口河槽和口外海滨对流域来沙减少响应的差异性研究——以长江口南槽-口外海滨体系为例

为了探讨口内河槽和口外海滨水下岸坡对流域来沙减少响应敏感性方面存在的差异,利用 ArcGIS 软件对长江口南槽及其口外海滨段 1990 年、1996 年、2000 年、2004 年的地形数据进行冲淤速率计算和冲淤图绘制.结果表明:1990 - 1996 年、1996 -2000 年和 2000 - 2004 年三个时段南槽口内河槽的平均淤积速率分别为 2.08、1.51 和 11.97 cm / a,而口外海滨的平均淤积速率分别为 6.08、4.27 和- 6.62 cm / a;与口外海滨相比,口内河槽冲淤的空间分布更为复杂.结论包括:近期南槽口内河槽的(年 - 年代尺度)冲淤主要受底沙移动和深水航道工程影响,与流域来沙减少趋势的关系不大;而口外海滨的冲淤主要受河流供沙量的支配,对流域来沙减少响应较之南槽更为敏感,同时也可能与南槽的冲淤调整有一定关系.     

长江口九段沙的形成演变及其与南北槽发育的关系

根据１８４２～１９９５年的地形图和１９９６、１９９７年的野外观测,探讨了九段沙和南北槽的形成历史及形成后的演变过程。研究表明：九段沙是原铜沙浅滩南沿经涨、落潮槽对切贯通后形成的,北槽和北港一样最初原形是涨潮槽;南槽的前身是南港下段。九段沙形成以来具有趋势性和非趋势性两种冲淤变化。前者表现为扩大、淤高和位置向下游移动,后者反映在南北两侧的频繁冲淤。九段沙和南北槽在冲淤上存在相互制约关系。目前,南北槽河势已进入相对稳定时期。     

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。     

长江口前沿潮滩对来沙锐减和海面上升的响应

长江口前沿潮滩是上海市土地的重要来源,也是2个湿地自然保护区所在,其冲淤演变趋势与上述命运休戚相关。根据1970年代以来的地形资料,计算了河口口门地区潮滩面积在不同时期的自然增长速率;建立了潮滩面积增长速率同河流供沙条件之间的回归关系;探讨了河流来沙锐减和海平面上升共同作用下潮滩的冲淤趋势。结果表明:(1)近30a大通站输沙率和含沙量分别下降26%和31%,而河口前沿潮滩面积增长速率下降73%;(2)潮滩冲淤转换临界输沙率Qs和含沙量C(大通站)分别为2.6×108t/a和0.25g/L左右;(3)由于三峡工程等的影响,长江的输沙率和含沙量将下降到上述临界值之下,加之海平面的加速上升,今后几十年研究区潮滩将遭受侵蚀。     

基于可见光遥感测深技术的长江口南支河段河势演变规律研究

以长江口南支河段为研究区,利用LandsatETM+遥感影像反演的1999年水下地形和该河段2002年实测水深数据,结合长江口来水来沙现状和河段特征,分析了河段的冲淤变化和沙体迁移规律,提出了需采取的治理措施。研究结果表明:(1)从1999到2002年南支河段总体发生冲刷,年平均冲刷量为0.1926亿m3,河道内白茆沙、新浏河沙和新浏河沙包的沙头年平均后退467,374和421m;(2)上、下扁担沙之间由于串沟发育,两者有分离的趋势,沙体5m等深线的变动格局显示两沙体沙尾向下移动导致新桥水道上段水深加深、下段南侧水深变浅;(3)固定白茆沙和上、下扁担沙沙体,对维持南支河段航道的航运、稳定南北槽河势具有重要作用。     

悬沙组分对再悬浮过程响应的初步研究——以长江口南槽口门为例

根据2011年5月31日至6月3日在长江口南槽口门附近海域投放三角架观测系统获取的沉积动力观测数据以及现场采集的水样和底质样品,进行底部边界层参数、悬沙粒度及悬沙组分分析,以探讨研究区近底部边界层特征和沉积物再悬浮过程。结果表明,研究区海域的悬沙以粉砂组分为主,潮周期内近底部流速与相应层位的悬沙浓度变化呈正相关,存在显著的再悬浮作用。分析发现,随着水体中悬沙砂组分的增加,再悬浮通量随之显著增加;砂组分减小,则再悬浮通量亦减小。因此,悬沙砂组分是对再悬浮过程响应的敏感组分,在一定程度上可指示和"示踪"再悬浮效应。     

长江口横沙东滩近30年来自然演变及工程影响的GIS分析

利用长江口深水航道治理一、二期工程实施前后的地形资料,在GIS软件及相关的统计分析软件的支持下,分析了治理工程对横沙东滩冲淤演变的影响。结果表明:横沙东滩在长期的自然演变过程中滩地面积相对稳定,但20世纪90年代中期以来,由于长江来沙量减少,滩地面积出现减小的趋势;深水航道北导堤工程(1998—2000年5月)使横沙东滩的冲淤形势发生了较大的变化:横沙东滩窜沟扭曲、萎缩,白条子沙及其以东浅水区域淤积加剧;促淤工程实施后,形成了一个有利泥沙沉积的环境,过境泥沙的大量淤积及人工吹泥上滩使得横沙东滩淤长速度显著加快。     

近期(2000-2008年)长江口南港河槽的冲淤变化——兼议外高桥新港区岸段强烈淤积的原因

长江口南港是上海外高桥新港区所在岸段,其冲淤变化对该港区水深的维护具有重要影响。本文利用ArcGIS对2000-2008年长江口南港海图资料进行数字化,建立不同时期此河槽的数字高程模型,定量计算南港河槽尤其是主槽的冲淤变化,分析其演变规律。结果表明:(1)2000-2004年南港河槽整体上冲刷21.9×106m3(平均冲刷速率为3.5cm/a);(2)2004-2008年南港河槽整体上转为淤积,河床共淤积26.0×106m3(平均淤积速率为4.1cm/a);(3)2004-2008年外高桥新港区净淤积73cm,其中2006年7月-2007年7月1年淤积57cm。结论包括:(1)南港复式河槽中间沙脊的大量采砂导致的过水断面调整可能是近期沙脊两侧深槽出现淤浅趋势的重要原因;(2)2006年7月-2007年7月南港主槽(包括外高桥新港区)的强烈淤积可能还与该水文年长江径流量特低有关。(3)南港作为长江入海水沙的过境通道,其冲淤变化与河流来沙量变化的关系不大,而流域极端气候事件导致的径流量变异、河口人类活动以及河槽的自适应调整可能是该河槽年际冲淤变化的更重要诱因。     

淤泥质潮滩高程及冲淤变化遥感定量反演方法研究——以长江口崇明东滩为例

潮滩是淤泥质海岸最主要的地貌类型之一,淤泥质潮滩特征在很大程度上代表了所在海岸带的性质,查清其性质和分布对于合理开发潮滩资源和研究现代海岸带动态变化具有重要意义.本文以星载多源遥感技术为主要研究手段,结合常规调查资料和野外调查工作,以长江口崇明东滩为研究区,利用淤泥质潮滩水边线提取技术和潮位站实测水位高程进行潮滩地形反演,确定潮滩坡度及其淤积或侵蚀速度,为长江口潮滩资源合理开发利用和环境保护的长远规划提供重要的参考依据.     

长江口南支河床容积对来沙量减少的响应规律研究

近年来,长江中下游来沙量持续性减小,其对河床冲刷的效应已逐渐在长江口显现。然而,长江口河床容积的变化特征缺少定量研究,与来沙量减小的时空响应规律不明确。通过分析长江大通站、徐六泾站的泥沙资料,并统计不同高程下的河床容积随时间变化特征,建立不同区段、不同高程河床容积与上游不同时段平均来沙量的关系。结果表明,大通站2003—2020年的年输沙量较三峡工程建成前有大幅减少,其对徐六泾站的当年洪季含沙量有着直接且显著的影响。长江口南支0 m以下河床处于冲刷态势,2003年后河床冲刷速率有明显增加,其中-10 m以下深槽部分的冲刷量贡献最大。南支主要落潮通道河床容积与前1年大通平均来沙量具有显著的相关性,因此来沙量减小主要引起长江口落潮通道河床容积增加,其效应具有约1 a的滞后性。     

工程影响下长江口涨潮槽演变特征研究--以北港六滧涨潮槽为例

崇明岛南岸发育有六滧涨潮槽,研究其演变过程对于崇明世界级生态岛港口建设、通航安全和岸滩稳定具有重要意义。为此,在长江口北港中上段2000、2004、2008、2012和2018年海图水深数据的基础上,分别于2018年7月利用SeaBat 7125、2019年7月利用M80无人艇搭载的SeaBat T50-P多波束测深系统以及ADCP对六滧涨潮槽开展了水下地形和流速的测量工作,分析工程影响下六滧涨潮槽的演变特征。结果表明:六滧涨潮槽淤浅,外侧沙脊冲刷剧烈,槽内落潮优势明显。其原因为流域来沙减少、以青草沙水库为主体工程的南北港分流口整治及长江大桥的修建导致了北港中上段主槽冲刷、主流北移。同时,六滧涨潮槽局部水动力条件增强,槽内的丁坝坝头局部冲刷加剧,并且奚家港东侧岸滩出现侵蚀,需引起重视。     

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。     

南黄海太阳沙西侧潮流脊槽的沉积物分布特征和沉积环境演变

对南黄海太阳沙西侧潮流脊槽区进行了底质调查,采用密集站位的振动活塞柱状沉积物采样器取样。根据粒度分析结果,比较精细地研究了厚度约2～3 m浅表层沉积物的空间分布特征。结果表明:表层沉积物中,细砂主要分布在潮流脊和岸滩上,其它较细的沉积类型主要分布于潮流槽内,呈显“脊砂槽泥”的沉积地貌基本特征。同时,沙脊上的表层细砂的分布范围明显与沙脊至海岸的距离有关,除了潮流的影响外,主要与外侧沙脊的消浪作用有关。另外,根据表层沉积物分布的沉积地貌特征,探讨了潮流脊槽的沉积环境演变。     

基于潮沟定点观测的潮间带水、沙、盐交换研究——以长江口九段沙一潮沟为例

为研究潮间带和潮下带的水、沙、盐交换,于夏、秋两季在长江口九段沙一典型潮沟的固定点利用OBS-3A和ADP-XR进行了水深、浊度、盐度、流速流向剖面和回声强度观测。结果表明:(1)夏季大潮、冬季中-大潮、冬季小潮的潮周期垂向平均流速分别为26.5、15.9和8.4cm/s,夏、冬季观测到的最大流速分别为84cm/s和35cm/s。(2)夏季盐度变化范围为0.65—4.91,平均盐度2.14;冬季盐度变化范围为3.5—10.3,中-大潮和小潮平均盐度分别为6.26和7.98。(3)高悬沙浓度出现在涨潮初期和部分落潮末期的低水位阶段;涨潮阶段的平均悬沙浓度是落潮阶段的1.11—7.0倍。(4)涨、落潮阶段的水体和盐输运量大体上趋于平衡;(5)无论是冬夏季或大小潮,潮沟在潮周期内的净输沙方向均指向陆,即落潮输沙量小于涨潮输沙量(平均小40%);平均每个潮周期内净输沙量为6102kg,结合潮盆面积推算的潮周期沉积速率为0.0112mm/tide,或8.2mm/a。     

开敞大河口滩槽冲淤对台风的响应及其动力泥沙机制探讨——以长江口南汇边滩—南槽—九段沙系统为例

台风期间 ,潮间带和潮下带岸坡总体上遭受侵蚀 ,而向岸一侧的沼泽和向海一侧的深槽则趋于淤积。台风期间的冲淤强度比正常天气的高 1- 2个数量级。台风期间裸滩的侵蚀机制是风将高能传递给水体使水体挟沙能力剧增 ,沼泽迅速淤积的机制与植被的消能捕沙功能、涨潮水体的高含沙量和明显的增水有关 ,而深槽的骤淤则是由于深水区底层相对较弱的动力条件与浅滩侵蚀所致的高含沙量不相适应。受径流和潮流对泥沙扩散作用的影响 ,台风所致的滩槽冲淤不一定达成平衡     

人工构筑物对海洋水动力和冲淤环境的影响——以长岛连岛大坝为例

连接南长山岛和北长山岛间的连岛大坝阻隔了海水交换,导致长岛周边海域水质和海洋生态环境日益恶化,而南、北长岛跨海大桥的建设,使得大坝拆除成为可能。运用ECOMSED三维模型模拟了大坝拆除前后长岛海域潮流场和海底冲淤规律,研究了长岛海域的水动力和沉积动力特征,在此基础上,分析了大坝对庙岛塘海域环境的影响。结果表明,大坝拆除后其附近海域水动力条件增强,冲淤环境变为侵蚀环境。     

河控型河口盐度层化对悬沙的捕集机制以洪季磨刀门河口为例

河控型河口盐度混合和层化是控制悬沙输移扩散的重要动力机制。以珠江磨刀门河口为研究对象,基于2017年洪季三船同步大、小潮水文泥沙观测数据,分析河控型河口水体盐度层化结构的时空变化对悬沙分布的影响机制。结果表明：受径潮动力耦合时空变化影响,河口盐度垂向分布表现出时空差异,即受径流主导的M1站(挂锭角),河口盐度在涨落潮周期内垂向混合均匀,受径潮控制的M2站(口门)在整个潮周期内盐度层化结构明显,口门外侧的M3站,潮动力作用较强,盐度垂向分布随涨落潮变化而变化;悬沙空间分布与盐度分布关系密切,盐度混合均匀利于悬沙垂向均匀分布,而盐度层化则使悬沙倾向于滞留在底层水体中,且在盐度层结界面之下出现高悬沙浓度,悬沙浓度垂向分布曲线呈L字型或抛线型,纵向上表现为高浓度悬沙团抑制在盐水楔前端,盐度层化对悬沙的捕集效应明显。通过对比水体标准化分层系数与水流垂向扩散强度系数发现,两者呈现负相关关系,即标准化分层系数愈大,垂向扩散强度愈小,表明水体层化抑制悬沙垂向扩散强度,而且水体层化程度越高,悬沙垂向扩散抑制程度越大,进而促进了河口水体盐度层化对悬沙捕集作用。本研究有助于揭示河口细颗粒泥沙运动机制及河口拦门沙演变机制,并为磨刀门河口拦门沙治理提供科学依据。     

高分辨率风场对长江口海域波浪场模拟能力的影响研究——以台风“灿都”为例

长江口海域岛屿众多, 地形复杂多变, 对灾害性海浪模拟和预报能力的提升有迫切需求。本研究基于长江口高分辨率非结构网格海浪模式SWAN(Simulating WAve Nearshore), 结合“两洋一海”区域耦合预报系统模拟风场, 以2021年第14号台风“灿都”为例, 研究了台风轨迹、台风移速和台风风场分辨率等对长江口及邻近海域海浪模拟和预报的影响。结果表明: 风场模型水平分辨率增加有利于台风细结构和台风悬臂状结构的模拟。分辨率增加, 风速整体呈减弱趋势, 但在台风中心(小于两倍最大风速半径)和外围悬臂区域风速增加显著。风场分辨率从27 km提升至9 km和3 km, 波浪模拟精度增加显著, 3 km风场驱动的波浪模拟精度最高, 继续提升风场分辨率至1 km对波浪模拟无明显提升。改变风场模型分辨率同时会影响台风路径和移动速度。波浪场的差异反映了台风结构、路径和移动速度的共同影响, 由于波浪的波动传播属性, 台风浪的差异一般比风场差异的范围更大。     

潮优型河口动力对水深变化的响应机制研究——以葡萄牙Guadiana河口为例*

强人类活动(如航道疏浚)和自然气候变化(如海平面上升)对近岸河口环境不同影响的辨识是目前河口海岸学研究的热点和难点问题。在地形概化和动力简化条件下, 解析模型能够快速辨识强人类活动和自然气候变化对河口环境的影响, 它是探讨河口动力过程对外界干扰的响应机制的重要工具。本文基于前人对葡萄牙Guadiana河口不同分潮之间非线性相互作用的研究, 采用一维水动力解析模型探讨河口不同分潮潮波传播过程对水深变化(模拟航道疏浚和河道淤积过程)的响应机制。研究结果表明: 平均水深$\overline{h}$的变化影响无量纲河口地形参数γ和摩擦参数χ, 进一步影响河口动力参数包括潮波振幅参数ζ、流速振幅参数μ、波速参数λ、潮波振幅增大/衰减率参数δ以及流速与水位之间的相位差?等; 平均水深变化对河口中下游段(x=0~60km)的潮汐动力影响较大, 而对河口上游段(x=60~78km)影响较弱; 主要半日分潮(M₂、S₂、N₂)对水深变化的响应略大于全日分潮(K₁、O₁); 航道疏浚幅度小于2m时, 对河口潮汐动力格局影响不大, 而当疏浚幅度大于2m时, 将对河口潮汐动力格局及水环境(如盐水入侵等)产生较大影响; 河道淤积将导致潮汐动力减弱, 流速振幅、潮波振幅及传播速度减小, 流速和水位之间的相位差也减小。     

南黄海夏季海水pCO2研究Ⅱ--下层海水涌升和长江冲淡水对海-气界面CO2通量的贡献

根据2001年7月对南黄海的大面积调查,研究了南黄海夏季pCO2的分布机制,着重讨论下层海水涌升和长江冲淡水对海-气界面CO2通量的贡献,并给出了南黄海海-气界面CO2通量。研究结果表明:夏季南黄海总体上是CO2的1个弱源,大约向大气中释放45.05×104t C。夏季南黄海表层海水pCO2分布表现出了极大的不均性,其汇区主要由长江冲淡水造成,影响区域占汇区吸收CO2的99.9%;而在源区,下层海水涌升虽然面积较小却占源区释放CO2的35.2%。可见陆架边缘海区源/汇格局的地域差异非常之特别。