长江口南、北港分汊口演变与治理

按输水输沙特征,中等潮汐长江口多年来保持“三级分汊,四口入海”地貌形态格局。第二级南、北港分汊口问题已成为当今发展重要障碍之一。近百年来南、北港分汊口呈周期性冲淤演变,1971年前后共约10年,中央沙头石头沙西10 km左右的分汊口位置最佳,河势归顺,河床稳定,南、北港都畅通。现今分汊口正处于剧烈变动时期,分汊口治理,南支及其下游河段的开发与工程须认真考虑其影响与对策。     

长江口滞流点洪、枯季移动的数值分析

为研究长江口滞流点位置的季节变化,利用Delft3D-Flow模块建立长江口二维潮流数学模型,通过实测水文资料对模型进行验证。在此基础上,模拟长江口各汊道洪、枯季滞流点移动情况,并从各汊道沿程断面的落潮量、涨潮量和落、涨潮量之比3个方面进行了水动力分析。结果显示:洪季,北支滞流点在八滧港东北方向约1.9 km处;在南支各汊道中,北港滞流点位于鸡骨礁东北方向约10.0 km处,北槽滞流点位于牛皮礁东南方向约3.8 km处,南槽滞流点位于大辑山东北方向约14.1 km处。枯季,除北槽外,其余各汊道均出现两个滞流点,且北支的两个滞流点相距最远,分别在灵甸港西南方向约3.2 km处和六滧港东北方向约3.1 km处;北港滞流点分别在鸡骨礁西北方向约25.8 km和20.2 km处,北槽滞流点在横沙以西约5.3 km处,南槽滞流点分别在中浚西北方向约6.5 km和东北方向约5.5 km处。北支洪、枯季滞流点的移动距离为4.6~53.3 km,北港、南槽洪、枯季滞流点的移动距离分别为22.0~27.7km和34.6~39.2 km,而北槽洪、枯季滞流点的移动距离最大,为57.1km。长江口各汊道滞流点的移动反映了河流径流和海洋潮流的综合作用。     

长江口南北槽分流口动力地貌过程研究

分汊口的地貌演化格局对于三角洲建造和下游河槽的稳定具有重要作用.作为长江河口的第三级分汊口（南、北槽分流口）,形成历史较短,但又经历了长江口最大的水利工程（北槽深水航道工程）的影响,故该分流口的变化是近年来长江河口研究的核心内容之一.本文基于近50 a的地形、流域入海水沙和南北槽落潮分水分沙比等数据,探讨了南北槽分流口的动力地貌变化过程.结果表明：（1）在1998年前,长江口南北槽分流口经历了由不稳定—相对稳定—动态平衡的阶段,其中分流口沙洲洲头出现下挫—上提—下挫、主泓线则经历分流口南侧—北侧—南侧的周期变化,河槽断面由U型发展为W型.（2）长江大洪水是导致分流口地貌格局出现变化的动力因素.在洪水发生的间歇期,分流口地貌则处于由不稳定向相对稳定发展的调整阶段.（3）1998年修建沙洲洲头潜堤工程后,沙洲洲头出现上提—下挫—上提的微弱变化,但总体上沙洲头向北偏移,这导致进入北槽的分水分沙比有所减小.（4）自2002年以来,沙洲洲头因分流口的淤积而缓慢上提,潜堤北侧北槽上段淤积加重,潜堤南侧尤其紧贴潜堤部位侵蚀加剧,南槽分水分沙增大,分流口落潮冲刷槽进一步向南槽发展.     

近年来长江口南槽河势演变过程及航道开发建议

南槽是长江口第三级分流南汊道,是上海市重要的船舶航行通道之一,两侧发育两大滩涂资源。根据长江口南槽2002—2013年水下地形数据,结合上游来水来沙和南槽分流分沙资料,对南槽演变进行全面分析,结果表明:南槽上段分流口区持续冲刷,处于不稳定状态;中段主槽区域基本处于"槽冲滩淤"状态;下游拦门沙河段基本处于稳定状态。在人为因素和自然条件的双重影响下,南汇边滩处于"滩动槽稳"态势,而九段沙一侧处于"滩稳槽动"状态。目前河槽深泓线摆幅很小,适宜航道继续的开发。     

长江口盐度的时空变化特征及其指示意义

2003年2,7月在长江口进行了枯、洪季大规模综合水文测验,布控范围西自江阴东至口外-20m,测验站点覆盖4条入海汊道.测验资料统计分析表明:(1)径流大小、汊道分流比、潮汐强弱和地形条件是控制盐度时空变化的主要要素;(2)在盐度空间分布上从大至小的顺序是:北支,南槽,北槽,北港口;(3)北支枯季发生盐水倒灌南支,而洪季可有一半以上区段为淡水所控;在其他3个入海汊道中,北港口门段是长江口盐淡水混合相对最弱的区段,盐度潮周期变幅最大,但洪枯变幅最小;南槽的盐淡水混合较强,盐度潮周期变幅较小,但洪枯变幅很大;北槽介于两者之间.(4)盐度时空变化反映洪季北支、南港和南槽分流比都有所增加.     

1982和2012年枯季长江口最大浑浊带悬浮泥沙和盐度垂向剖面特征对比

2012年1月在长江口北港、北槽和南槽水域纵断面开展枯季多船准同步观测,将获得的大小潮悬浮泥沙和盐度数据与1982年12月同水域调查结果进行对比分析。结果表明:2012年长江口最大浑浊带枯季悬沙浓度比1982年减小了约50%;北港、北槽、南槽相近测点的大潮垂向平均悬沙浓度相较于1982年分别减小了43%、60%和40%,2012年长江口表层平均悬沙浓度与1982年相比减少了约53%。北港断面浑浊带核心与1982年浑浊带核心位置相近;北槽浑浊带核心向内迁移;南槽浑浊带核心位置向外迁移。2012年与1982年枯季遥感反演的长江口同水域表层悬浮泥沙浓度也明显降低。在30年来入海泥沙持续减少背景下,长江口3条入海主汊的最大浑浊带特征依旧显著,径流与潮流的此消彼长、径流的季节分配不同以及口内汊道分流分沙比的变化影响了长江口最大浑浊带核心的移动,浑浊带悬沙浓度最高的地段也是盐度梯度最高的地区。     

径流量变化对长江口水动力特性的影响

为了研究径流量变化对长江口水动力特性的影响,利用MIKE21建立长江口水动力数学模型,分别模拟计算长江口不同径流量影响的潮流场,统计分析不同径流量时各汊道涨落潮量和净泄量以及分配比例;统计分析不同径流量对各汊道潮位变化的影响;统计分析不同径流量对北槽中下段水动力特性的影响。得到如下结论:1)径流量的变化对于涨潮分流的影响显著,随着径流量的增加,更多的潮流从北支、北港、南槽进入长江口内。当上游的径流动力增强,外海潮流受上游径流的阻挡,难以继续上溯。2)越是靠近上游,径流量的变化对平均潮位的影响程度越高,入海口处受径流的影响微弱;上游径流量越大,潮波向内陆传播越受阻,能量消耗越大,致使其动力减弱。3)径流量的变化对平均流速的影响与上述潮位变化类似,上游径流量越大,各汊道流速越大;越靠近海洋,径流影响越小。4)长江口北槽中下段转流时刻会出现平面对流现象。横向方向上普遍存在越堤水流,且南北导堤均为北向越堤流占优势。     

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。     

近50年长江口南、北港及附近分汊型河槽的演变

依据1958-2006近50年海图资料,在GIS技术平台下,对海图进行数字化处理,建立不同时期水深数据库,对比计算不同时期河槽容积的变化,探讨近50年来流域来水来沙减少背景下长江口南、北港分汊型河槽容积变化及演变趋势。结果表明:(1)近50年来南、北港冲淤变化趋势一致,整体上略有淤积之势,局部性波动明显;复式河槽的出现与南支主泓摆动、涨落潮流路分异关系密切,是长江口多级分汊格局形成的缩影。(2)南、北槽河槽演变在20世纪80-90年代呈现此消彼长特征,经过南岸边滩淤积,南槽主泓偏移,水流深切边滩,巩固沙体4个过程形成江亚南沙,长江口二级分流节点处地貌演变复杂,总体可归纳为上游沙体下移,沙体合并,水道消亡。(3)近期河槽演变受人工设施影响显著,来水来沙减少使河槽延伸减缓,南北槽分水分沙条件逐渐改变。     

1959～2013年长江河口南槽动力地貌演变过程

南槽作为长江口入海四口之一,是长江水沙输运向海的主要通道。在长江入海水沙急剧变化和长江口大型涉水工程的影响下,南槽的动力地貌过程成为当前长江河口研究的重点内容之一。分析和揭示近50年来南槽的动力地貌变化过程对理解长江河口响应人类活动和自然驱动作用的变化具有重要意义。基于此,本文通过1959~2013年长时间序列的南槽地形资料,研究长江入海水沙变化及南槽落潮分流分沙比影响下的南槽动力地貌演变过程。结果表明,南槽在1989年江亚南沙并滩前后呈现两种不同的地貌演化阶段:江亚南沙并滩前,南槽普遍发生淤积,两侧浅滩不断淤涨,河槽总体呈缩小态势,河槽拦门沙呈现"双峰"状态;江亚南沙并滩后,南槽呈现出"上段冲蚀加深、中段微冲、下段河槽束窄、两侧浅滩淤积"的状态,拦门沙向"单峰"发展。此外,周边涉水工程的实施对近期南槽地貌的冲淤演变过程有较大的影响。     

长江河口水流输运时间研究

利用水龄理论的新方法,借助环境水动力学模型定量讨论了多年平均径流条件下长江河口径流和潮汐作用对河口水流输运时间的影响。研究给出了长江河口水流输运时间的时空格局:多年平均流量条件下,水流从徐六泾输出至河口(122.5°E)大约需要24d,南、北槽分流口以上河段水流输运时间主要由径流控制,水流输运时间为8d,向下至拦门沙滩顶水域由径流和潮汐共同控制,水龄为16d,说明最大浑浊带区域的水流输运速度较上下游为慢,从一个侧面阐述了最大浑浊带区域水动力的特征;长江河口水流输运时间存在明显的层化现象,表底层相差最大值可达6d。数值模拟试验结果表明长江河口的潮汐作用是影响河口水流输运时间的关键要素,河口巨大的进潮量增强河口水流交换能力并减小水流输运时间,从而显著影响随水体运动的物质输运格局。水流输运时间研究,不仅可以成功应用于河口水动力环境的量化研究,而且可以为泥沙输运及污染物输运等环境变化研究提供动力的基础。     

科氏力对河口分汊的影响

以长江口、黄河口、珠江口、闽江口等几个分汊河口为例,分析了科氏力在河口分汊中的作用。结果表明,涨落潮流路分歧主要通过形成涨落潮冲刷槽和中央缓流区浅滩而逐渐使河口产生分汊;水面横比降则以横向环流和横向切滩两种形式,或堆积或冲刷,导致河口分汊。     

近年来人类活动影响下长江河口的变化模式

To evaluate the controlling factors for coastline change of the Changjiang(Yangtze River) Estuary since 1974,we extracted the mean high tide line from multi-temporal remote sensing images that span from 1974 to 2014 at 2-year intervals.We chose 42 scenes to constrain the changing pattern of the Changjiang Estuary coastline,and implemented GIS technology to analyze the area change of the Changjiang(Yangtze) Subaerial Delta.Runoff,sediment discharge and coastal engineering were withal considered in the analysis of the coastline changes.The coastline has transgressed seaward since 1974,and a part of it presents inter-annual variations.The area of the Changjiang Subaerial Delta increased by 871 km2,with a net accretion rate of 21.8 km2/a.Based on the change of sediment discharge due to the major projects in the Changjiang River Basin,we divided the changing pattern of the coastline into three stages:the slow accretion stage(1974–1986),the moderate accretion stage(1987–2002),and the rapid accretion stage(2003–2014).Liner regression analysis illustrated that there is a significantly positive correlation between the area changes and sediment discharge in the Chongming Eastern Shoal and Jiuduansha.This suggested that sediment load has a fundamental effect on the evolution of the Changjiang Estuary.Construction of Deep Waterway in the North Passage of the Changjiang River(1998–2010) led to a rapid accretion in the Hengsha Eastern Shoal and Jiuduansha by influencing the hydrodynamics in North Passage.Coastal engineering such as reclamation and harbor construction can also change the morphology of the Changjiang Estuary.We defined a contribution rate of area change to assess the impact of reclamation on the evolution of Changjiang Estuary.It turned out that more than 45.3% of area increment of the Changjiang Estuary was attributed to reclamation.     

GIS支持下的长江口拦门沙泥沙冲淤定量计算

依据1842～1997年10幅不同年代的长江口海图资料,利用地理信息系统和数字化仪进行处理,建立不同时期的长江口水下数字高程模型,以此作为基础资料,实现了从横剖面、深泓线纵剖面、平面变化等不同角度对长江口拦门沙地区滩槽演变、岸线侵蚀、沙岛形成与变迁等进行研究.通过计算河槽容积,实现了对不同时段泥沙冲淤量的计算.结果表明,155a来拦门沙总的趋势是不断淤积,但不同时期淤积速度大不一样,个别时期甚至会发生一定程度的冲刷,这主要与动力条件的波动有关.1842～1997年,共淤积泥沙38.10亿t,平均每年淤积0.246亿t,约占长江来沙的5%,年均淤厚为1.1cm泥沙淤积部位主要在九段沙、横沙及横沙东滩、崇明东滩三处.发生冲刷的范围较小,仅占总面积的21.4%,主要在北槽,北港上段和南槽局部也有轻微的冲刷发生.     

长江口北支强潮河道悬沙运动及输移机制

随着崇明北侧岸滩的自然淤涨和人工圈围,北支河道显著束窄,"喇叭口"顶点位置下移。在新的地形及流域来水来沙变异背景下,作为长江河口的分支强潮汊道,其悬沙运动与输移特点值得探讨。根据2010年4月小潮至大潮连续8 d的半个半月潮水沙观测,结合多年不同河段水沙观测数据得到的含沙量过程曲线显示:整个河道潮流强、含沙量高,含沙量过程曲线呈 "单峰-双峰-单峰"的变化特点;河道悬沙的输移以平流输移和"潮泵输移"为主,以"喇叭口"顶点为界,上游段河道平流输移占主导地位,"潮泵输移"次之;下游段"潮泵输移"占主导,平流输移次之。净输沙总量呈:上段河道向海,下段河道向陆,在"喇叭口"顶点附近存在一个泥沙汇聚的最大浑浊带区域。     

Indicators and impact analysis of sediment from the Changjiang Estuary and East China Sea to the Hangzhou Bay

Based on the historical evolution of the Hangzhou Bay, by making use of the conclusions made by the previous research workers and the integration of concrete data, five distinct impact indicators of the sediment from the Changjiang Estuary and the East China Sea to the Hangzhou Bay are summarized. Numerical calculation and analysis indicate that the scouring and deposition of seabed in the Hangzhou Bay are subject to the direct impact of the evolution of the Changjiang Estuary, and the growth and decline and the direction of the sandy bar at Nanhuizui give traces to the sediment transport between the Changjiang Estuary and the Hangzhou Bay. The transport of sediment from the Changjiang Estuary to the Hangzhou Bay occurs mainly in winter and spring seasons and the increase of the Changjiang River runoff and the decrease of sediment charge have caused scouring in the northern coast of the Hangzhou Bay and the seabed erosion along the frontal margin of the Changjiang River Delta.     

Indicators and impact analysis of sediment from the Changjiang Estuary and East China Sea to the Hangzhou Bay

Based on the historical evolution of the Hangzhou Bay, by making use of the conclusions made by the previous research workers and the integration of concrete data, five distinct impact indicators of the sediment from the Changjiang Estuary and the East China Sea to the Hangzhou Bay are summarized. Numerical calculation and analysis indicate that the scouring and deposition of seabed in the Hangzhou Bay are subject to the direct impact of the evolution of the Changjiang Estuary, and the growth and decline and the direction of the sandy bar at Nanhuizui give traces to the sediment transport between the Changjiang Estuary and the Hangzhou Bay. The transport of sediment from the Changjiang Estuary to the Hangzhou Bay occurs mainly in winter and spring seasons and the increase of the Changjiang River runoff and the decrease of sediment charge have caused scouring in the northern coast of the Hangzhou Bay and the seabed erosion along the frontal margin of the Changjiang River Delta.     

长江分汊河口涨、落潮悬沙不对称特征及季节性差异

入海河口由于径流的存在以及河口地貌形态的影响，存在涨、落潮水动力、悬沙以及盐度分布等不对称现象，同时这一不对称现象还存在显著的区域性和季节性差异。根据2013年7月和2014年1月洪、枯季长江口定点准同步水文泥沙调查结果，发现长江口分汊型河槽悬沙浓度在时间上存在洪枯季、大小潮不对称特征，在空间上存在东西向沿程分布、南北向横向分布以及垂向上表底层分布不对称特征。河势演变形成南、北支河口涨、落潮悬沙浓度不对称分布的整体格局；洪、枯季变化影响河口涨、落潮悬沙分布的再分配过程；大潮涨、落潮过程对悬沙分布不对称影响显著大于小潮；季节性风浪作用影响河口最大浑浊带涨、落潮悬沙不对称南北差异；底部高含沙浓度对口门段涨、落潮悬沙不对称性贡献显著。     

长江口年代际冲淤演变趋势预测与应对策略

受流域来水来沙条件变化及河口大型工程建设的综合影响,长江口呈现新的冲淤格局,为预测未来演变趋势,本研究基于前期研究中建立的长江口年代际冲淤演变预测模型（Delft3D）,未来情景考虑不同来沙量条件和相对海平面上升速率。预测结果表明,到2035年长江口整体以冲刷为主,口内河段主槽和浅滩边缘冲刷较明显,仅高滩局部淤积;到2050年口内河段保持净冲刷状态,拦门沙地区在现状来沙量条件下略有淤积,但在极端低来沙量条件下转变为净冲刷状态,海平面上升对拦门沙地区冲刷具有一定抵消作用,但不会使冲淤状态产生本质改变。本研究分析认为,长江口局部区域未来冲淤趋势可能对河口综合治理与保护产生不利影响,针对新格局条件下的滩槽河势稳定、重要洲滩保护、重大工程安全评估、冲刷致灾研判以及海堤防护标准再评估等方面提出了对策建议,可为新时期长江口综合治理与可持续发展提供参考。     

夏季长江口外低氧区的动态特征分析

研究长江口外海域夏季低氧区的动态特征具有重要的科学意义和应用价值.通过对长江口外低氧区典型月份历史资料以及该海域生态环境演变的分析,揭示了长江口外海域低氧区北移、氧最低值波动下降和低氧区面积扩大的年代际变化趋势,阐明了低氧区的演变与富营养化以及海洋动力环境之间的关系,并对2006年夏半年(6-10月)低氧区的位置变化过...