强人类活动驱动下珠江磨刀门河口径潮动力的季节性异变特征

人类活动对河口环境影响巨大,揭示在强人类活动驱动下河口径潮动力非线性相互作用的异变特征,有利于了解人类活动影响河口动力地貌的机制,对河口区水利工程建设及环境保护等具有重要指导意义。基于1960—2016年珠江磨刀门河口沿程潮位站(甘竹、竹银、灯笼山、三灶)的逐月高、低潮位数据及马口水文站的月均流量数据,统计分析了磨刀门河口在强人类活动驱动下月均水位、潮波振幅及其空间梯度(即月均水位坡度和潮波振幅衰减率)的季节性异变特征。结果表明,1990年和2000年为磨刀门河口径潮动力的异变年份, 1990年前为自然演变阶段, 2000年后为恢复调整阶段,1990—2000年为过渡阶段;高强度采砂导致的河床下切使磨刀门河口月均水位及月均水位坡度显著减小,夏季减小幅度最为明显,沿程平均分别减小0.53m和8.93×10~(-6);月均水位坡度减小导致潮波衰减效应减弱,进而使沿程潮波振幅增大,多年平均增大0.071m;磨刀门河口径潮动力相互作用具有明显的季节性差异,夏季月均水位坡度随流量增大在上游抬升明显,冬季月均水位坡度在上游显著减小,但在下游略有抬升;随着流量的增大潮波振幅的衰减作用增强,但当流量超过阈值20000m~3/s时,月均水位坡度引起的底床摩擦增大效应不足以抵消横截面积辐散效应,潮波衰减效应略有减弱。     

珠江河网横向汊道水位演变特性及原因探究

珠江河网横向汊道体系是维持三角洲河网动力平衡的独特地貌结构,具有泄洪纳潮的重要功能,探讨该结构水位的阶段性演变及其影响因子辨识是河口动力学研究的重要科学问题。采用流量驱动的R＿TIDE数据驱动模型,对研究区域内“容桂-凫洲水道”和“潭洲-前航道”两个典型横向汊道体系共8个站点的日均水位序列进行分解,分离出由上游流量驱动引起的水位变化及地形和海平面共同驱动的水位变化。结果表明,经过水库的调蓄作用,在“容桂-凫洲水道”,流量驱动导致冬季日均水位抬升(平均为0.04m),其余三季日均水位下降;“潭洲-前航道”则由于北江流量增大导致流量驱动的日均水位均有不同程度的抬升(平均为0.17 m)。由于地形下切和海平面上升,地形和海平面共同驱动的日均水位变化普遍为负值(除南沙、黄埔站分别为0.11、0.07 m),“容桂-凫洲水道”中下部河段在秋季受海平面上升(秋季海平面高程最大)影响大于河床地形下切效应导致水位抬升,而其余站点主要受到疏浚、采砂等人类活动引起的地形下降影响,水位下降,且上游变化幅度明显大于下游;对径潮动力方差贡献率的分析结果表明,“容桂-凫洲水道”和“潭洲-前航道”夏季径流对水位的方...     

珠江磨刀门河口水位分布演变特征及其对人类活动的响应*

河口区水位受径流、潮汐、地形、人类活动等多因素影响, 其空间分布结构及变化复杂。作为河口动力结构的重要参数, 水位分布演变特征及机制的研究对水资源高效开发利用和河口治理具有重要指导意义。文章基于珠江磨刀门河口沿程马口、甘竹、江门、竹银、灯笼山和三灶6个测站1965—2016年月均余水位数据及马口站的月均流量数据, 分析人类活动影响下水位空间分布的异变, 采用双变量线性回归模型定量辨识水位分布异变的主要影响因素, 并初步讨论人类活动、动力结构、地形变化之间的相互耦合关系。结果表明, 基于平均水面形态变化参数(即曲率)可较好地指示河床冲淤变化趋势, 河段平均曲率为正, 指示河床趋于淤积, 曲率为负, 河床趋于冲刷侵蚀; 围垦、大规模挖沙、河道疏浚等强人类活动前, 磨刀门河口上、下段坡降大于中段(江门—甘竹段), 即中段存在一个水位坡降变缓的区域, 枯季低流量时中段水位坡降出现由海向陆方向的倒坡降, 强人类活动后, 余水位空间分布结构发生异变, 中段坡降增大、低流量时的逆坡降消失; 强人类活动引起的河床地形变化是磨刀门河口沿程水位空间形态发生变化的主要原因, 使口门段(三灶—竹银)和河口上段(甘竹—马口)水位曲率分别减小0.41×10^-4m·km^-2和1.04×10^-4m·km^-2, 河口中段(竹银—甘竹)水位曲率增大0.21×10^-4m·km^-2, 沿程曲率由正(下凹)-负(上凸)-正转变为负-正-负, 沿程河床也随之由淤积-冲刷-淤积趋势转变冲刷-淤积-冲刷趋势。     

珠江磨刀门河口潮波振幅梯度与上下游动力边界的关系异变研究

强人类活动目前已经成为河口演变的主要动力。阐明流量驱动下河控型河口潮波传播演变过程及机制,对河口治理及人类活动的影响评价具有重要指导意义。以珠江磨刀门河口为例,研究了径潮动力阶段性演变特征。采用流量驱动的R_TIDE数据驱动模型探究了该区潮波振幅梯度和上下游动力边界(即上游流量和口门振幅)关系的变化规律。结果表明,在强人类活动影响下,各潮位站M₂分潮振幅明显上升(三灶站除外),且具有季节性差异和阶段性变化,灯笼山-马口河段的M₂分潮振幅沿程平均增大约0.07 m,河段潮波振幅梯度平均增大约4.61×10^–6 m^–1。研究潮波振幅梯度与上下游动力边界的阈值的关系表明,阈值效应主要出现在甘竹-马口河段。在强人类活动影响下,潮波振幅梯度阈值增大,相应的流量阈值增大,而振幅阈值基本不变。在达到振幅阈值之前,由于底床摩擦效应,大潮振幅衰减效应大于小潮,而在超过振幅阈值后,地形辐聚效应成为影响潮波振幅梯度变化的主要因素,大潮振幅衰减效应小于小潮。阈值的变化主要与流量、地形、摩擦等多因子耦合作用有关,当地形辐聚效应和底床摩擦效应达到平衡时,潮波振幅梯度与上下游动力边界之间则出现阈值效应。该现象的发现可为河口海岸防灾减灾和水资源管理等实际问题提供重要理论支撑。     

珠江河网典型横向汊道径潮动力时空差异性分析——以“南沙—南华”横向汊道为例

横向汊道对维持珠江河网径潮动力格局的稳定发挥着重要作用,研究其径潮动力时空演变过程及规律对粤港澳大湾区的防洪、供水和通航等具有重要意义。本文基于1966—2016年“南沙—南华”横向汊道沿程潮位站的逐日高低潮位数据及马口、三水水文站的日均流量数据,采用双累积曲线方法及T＿TIDE潮汐调和分析模型,分析了该横向汊道径潮动力的时空差异性。结果表明:1) 1993年为该横向汊道径潮动力的异变年份,1993年后横向汊道潮波振幅梯度绝对值与余水位梯度多年均值降幅分别为25%和38%; 2)强人类活动干预后该横向汊道径潮动力变化存在时空差异性, 1993年后口门南沙站潮动力减弱(M2与K1分潮振幅多年平均降幅分别为0.01m和0.02m),其他站点潮动力增强,潮波衰减效应在中游略有增强,而在上游和下游减弱,且夏季比冬季变化显著; 3)上述时空差异性受自然变化与人类活动的非线性累积影响。口门附近高强度的围垦叠加航道整治工程使得口门快速延伸,导致潮波传播阻力增大,而横向汊道上游高强度的采砂活动使得地形显著下切,导致潮波传播阻力减小;受上游流量与下游海平面季节性变化的叠加影响,横向汊道径潮动力变化在夏季...     

考虑海平面上升影响的极值水位计算

本研究基于非平稳序列极值理论,定量分析极端水位事件年超越概率受海平面上升的影响;以工程设计使用年限内极端水位发生概率作为控制条件,构建考虑海平面上升的极值水位计算方法;结合平均海平面的长期变化过程,推算海平面上升下的极值水位。基于全球10个验潮站历史水位观测资料,验证历史平均海平面长期变化与高、低水位耿贝尔分布位置参数变化的一致性以及构建方法的合理性。结合政府间气候变化专门委员会对海平面上升的预测,推算和对比分析不同海平面上升情景下的极值水位,并评估相应极值水位在当前极值分布中的重现期。     

珠江磨刀门河口潮汐动力变化对人类活动的响应

磨刀门河口是珠江流域西江的主干入海口, 20世纪80年代以来受到网河区无序采砂和磨刀门整治工程的双重影响, 潮汐动力必然发生相应的调整。本文基于多年的水文资料, 结合统计分析、调和分析和数值模拟的方法, 对近五十年以来磨刀门河口的潮汐动力变化过程及其对人类活动的响应进行研究。结果表明, 20世纪80年代以前, 磨刀门河口总体上呈现出高、低潮位缓慢上升、潮差逐渐减小的趋势, 潮汐动力变化呈现出径流优势型入海口门水道向海延展的自然演变趋势; 20世纪80年代以来, 网河区无序采砂使水位下降、诱使潮汐动力增强, 磨刀门整治工程使水位上升、潮汐动力减弱, 由于河口不同段受到人类活动以及外海潮汐多年变化和海平面上升的干扰程度不同, 其潮汐动力变化呈现出不同特征。近口段受网河区无序采砂影响较大, 水位下降, 潮汐动力增强; 河口段受两种人类活动的双重影响, 水位上升, 在整治工程期间(1983—1993)潮汐动力减弱, 在整治工程后(1993—2003)受网河区无序采砂的影响潮汐动力增强; 口外海滨段受外海潮汐多年变化和全球海平面上升以及整治工程的共同作用, 水位上升, 潮汐动力减弱     

珠江磨刀门河口径潮动力耦合条件下余水位的多时空尺度分析

本文通过构建径潮动力耦合条件下潮波传播的一维水动力解析模型，从理论机制上探讨珠江磨刀门河口径潮动力非线性作用下余水位的多时空尺度变化。结果表明:余水位变化呈现明显的大小潮和洪枯季变化，枯季余水位大小潮的变化幅度介于0~0.4 m，而洪季余水位与上游径流紧密相关，增幅大枯季一个量级（介于0~6 m）；解析模型可分离控制余水位变化的3个主要因素，即径流、潮流和径潮相互作用因子，计算结果表明河口不同区段余水位的主控因素有明显的洪枯季变化，上游段，枯季余水位受径潮相互作用因子控制，洪季受径流因子控制；枯季下游段余水位受潮流控制，而洪季余水位主要受径潮相互作用因子控制。     

长江口天文潮预报修正的一种方法

本文从统计学的角度,使用大通流量,江阴,天生,吴淞自1948年以来的水位资料,经周期图分离,过滤各类周期波和随机振动后进行分析,发现: (1)大通年平均流量有丰水期与少水期。 (2)江阴与天生受迳流影响有高水位期和低水位期,吴淤还受其海域来水的影响,1972—1980年出现另一个较高的水位期。此外各站无长期增减的趋势。 最后建立月平均流量与各站月平均水位的相关关系,对各港口逐月,逐旬的潮汐预报进行修正。     

珠江磨刀门河口亚潮频率水位的控制论研究

本文应用现代控制论研究河口非潮汐海平面变化及其与影响要素的关系。两年连续的水位及水文气象要素资料表明,在0.01—0.50cpd的频带上水位有相当高能的波动,这些波动的能量主要直接或间接来自风应力、河流径流以及河口外的海平面波动。本文应用1982年时间序列辨识了五个二阶的MISO CAR模型,系统输出是河口亚潮频率海平面;系统输入是河流人注流量、风应力和气压。模型检验后对1983年亚潮频率海平面进行一步和多步后报,符合良好。系统仿真定量地估计了各控制因素对水位的相对重要性。频域和时域分析都表明河口水位系统具有振荡特性。     

长江河口潮波传播机制及阈值效应分析

河口潮波传播过程受沿程地形(如河宽辐聚、水深变化)及上游径流等诸多因素影响,时空变化复杂。径潮动力非线性相互作用研究有利于揭示河口潮波传播的动力学机制,对河口区水资源高效开发利用具有重要指导意义。本文基于2007—2009年长江河口沿程天生港、江阴、镇江、南京、马鞍山、芜湖的逐日高、低潮位数据及大通站日均流量数据,统计分析不同河段潮波衰减率与余水位坡度随流量的变化特征,结果表明潮波衰减率绝对值与余水位坡度随流量增大并不是单调递增,而是存在一个阈值流量和区域,对应潮波衰减效应的极大值。为揭示这一阈值现象,采用一维水动力解析模型对研究河段的潮波传播过程进行模拟。结果表明,潮波传播的阈值现象主要是由于洪季上游回水作用随流量加强,余水位及水深增大,导致河口辐聚程度减小,而余水位坡度为适应河口形状变化亦有所减小,从而形成相对应的阈值流量和区域。     

太平洋海域海平面变化的灰色系统分析

应用灰色系统理论，对太平洋海域４８个长期验潮站的月均海平面分别建立了ＧＭ（１，１）模型。ＧＭ（１，１）模型能较好地反映太平洋海域的海平面变化的趋势，它除了能给出连续的海平面变化速率外，同时能方便地给出海平面变化的加速率。模拟结果表明，在太平洋地壳均衡假设下，太平洋海域的月均海平面以平均速率０．１７ｃｍ／ａ上升。在太平洋海域所取的４８个长期验潮站中，有４０个站在加速上升，全部站的平均加速度为０．０００２９ｃｍ／ａ２。且加速率逐渐增大。当然这些加速率都很小，但作为一种普遍性的趋势，这已足以说明：太平洋海域的海平面在加速上升     

珠江河口一维河网、三维河口湾水动力连接计算

对珠江河口一维河网和三维河口湾斜压模型的水动力连接计算进行了研究。通过一维河网求解公式递推出口门连接处水位、流量关系式,然后依据三维模型计算得到口门连接处流量值,根据口门连接处的水位及流量连接条件计算出口门连接处的水位值,以此水位作为边界条件分别计算一维河网和三维河口湾斜压模型,实现了一维和三维斜压模型的水动力连接计算。对模型的连接计算进行验证对比,结果基本令人满意。     

海平面上升对珠江三角洲经济和环境的可能影响及其防御措施

主要根据ＩＰＣＣ［１］提出的假定未来海平面上升３０，６５，１００ｃｍ，对在现有防潮设施下给珠江三角洲地区环境及经济建设所造成的可能影响进行了计算和分析，其中包括淹没低地，风暴潮及洪涝灾害加剧，海岸侵蚀，咸水入侵和生态环境变化以及经济损失等。并以１９９０年该地区的经济发展为基数，用数学模型对２０００年和２０３０年的经济进行了初步预测，并据此估算出２０００年、２０３０年出现历史最高潮位、百年一遇高潮位时可能造成的经济损失。同时，为了把海平面上升的影响降到最低，文中还提出了提高防洪排涝能力，加高加固防洪墙，整治河流以增加泄洪能力，加强城市规划以消除内涝威胁等相应的防御措施。     

黄河清水沟流路稳定性分析

根据１９８９年５月和８月枯、洪水两个季节黄河拦门沙区及河口海区地质和水文调查资料，结合黄河利津水文站近几年的径流量和输沙量变化，对黄河清水沟流路稳定性及其影响因素进行综合分析研究。结果表明，近年来黄河来沙量渐少是清水沟流路稳定的重要因素之一，随着河口向南转向海动力作用较弱的莱州湾，海水沿河上溯力逐渐减弱，河流泥沙得以更顺利入海，并在口门外沉积；现流路河口海域的水动力作用虽然较弱，但涨，落潮流的分布