长江口枯季水沙特性分析——以2003年为例

基于2003年2月长江口大面积水沙同步观测资料的分析结果,长江口枯季水沙特性:a)垂线平均流速特性:时间上大潮＞小潮,落潮＞涨潮;纵向上由徐六泾向口门呈"先减小后增大再减少"的变化;断面上北支＞南支,南港＞北港,南槽最小.大潮徐六泾垂线平均流速为102cm/s,浑浊带水域北港最大,为128cm/s;口门水域南槽口外最大,为100cm/s.小潮徐六泾为78cm/s;浑浊带水域北槽最大,为83cm/s;口门水域北港口外最小,为36cm/s.b)垂线平均含沙量特性:时间上大潮＞小潮,涨潮＞落潮;纵向上由徐六泾向口门呈"先增大后减小"的变化;断面上北支＞南支,大潮北港＞南港,小潮南港＞北港,北槽较高,北港大潮较高,小潮最低.大潮徐六泾垂线平均含沙量为0.09kg/m3;浑浊带水域北港最高,为1.14kg/m3;口门水域南槽最高,为0.81kg/m3.小潮时徐六泾为0.06kg/m3,浑浊带水域北槽最高,为0.99kg/m3,口门水域北港最低,为0.09kg/m3.c)无论大小潮,水沙净通量均为北槽＞北港＞南槽.d)0.4H流速和含沙量能近似表示其对应的垂线平均值.南北槽大、小潮的水动力和含沙量分布均匀,变化较小,北港变化较大.e)流速和含沙量梯度表明,紊动强度大潮＞小潮,落潮＞涨潮,水体垂向混合的强度大潮＞小潮,涨、落潮的水体垂向混合的强度差别较小.     

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。     

浙中沿岸流及其对风和潮汛的响应

根据浙江中部近海2018年4月—2018年10月的近岸锚系流速观测数据和同步的风速风向数据,结合锚系点周边水域全潮大、中、小潮水文观测资料,进而分析了该海域水流的变化特征。锚系点余流主要沿着与等深线平行的方向(东北-西南向),余流散点图的主轴方向为25.5°(东北偏北向),沿着主轴方向的余流与垂直于主轴方向的余流标准差分别为0.12m/s和0.02m/s。余流北分量和风速北分量具有良好的相关性,两者月平均时间序列的相关系数达到了0.96,逐时整点时间序列的相关系数为0.69。锚系点余流具有13.37 d和28.49 d的周期性变化特征,该周期与大、小潮的更替周期非常接近。小潮期间,潮流的强度相对较弱,余流对风的响应较为显著,余流和风的相关性较好,两者相关系数为0.72;而在大潮期间,潮差较大且潮流流速较强,余流和风的相关性相对较差,两者相关系数为0.30。本研究,得到了锚系点及其周边水域的流速分布特征,初步获悉天文潮和风场等的非线性作用对研究区域潮流和余流的影响,可以为浙江中部沿岸海洋开发和环境保护提供动力学方面的依据。     

基于浮标观测的长江口外海流特征分析

为了揭示长江口外海域海流的特征及其季节和垂向变化规律,于2006年8月1日-2007年7月31日在长江口外海域（平均水深约46.0m）利用大型浮标进行了1年的分层海流流速流向观测。结果表明：（1）该海域海流为顺时针方向的旋转流,在垂向上流向较一致,季节变化不显著。（2）长江口外海域水平流速总体较大,夏季表层最大流速为128.5cm/s,冬季最大表层流速为105.5cm/s;垂线平均流速相近（差异<8.0 cm/s）,夏季流速最大为47.0cm/s,冬季为40.8cm/s。小潮的平均流速为26.5cm/s,大潮平均流速为小潮的2倍。（3）剖面各层流速垂向差异明显,最大流速出现在表层（春季和冬季）或次表层（夏季和秋季）,最小流速均出现在底层;各层的最大平均流速为57.9cm/s,出现在夏季的18m层。（4）垂线平均余流为7.5~11.3 cm/s,春季最强冬季最弱;春季和冬季各层余流均为东向,夏季和秋季基本为东北向或北向。（5）观测海域海流受长江冲淡水、台湾暖流、季风、潮汐等动力作用的共同制约。     

珠江口洪季最大浑浊带的大小潮变化与机制分析*

基于ROMS三维模型, 模拟了珠江口洪季最大浑浊带的轴、侧向分布和大、小潮变化。模拟结果表明, 珠江口伶仃洋最大浑浊带的轴向位置在22.3°—22.45°N之间, 并随着潮流变化而周期性上下游迁移。控制最大浑浊带形成的主要因素是余流作用下的底层泥沙辐聚, 决定最大浑浊带位置的主要因素是水平对流输沙, 泥沙来源主要是上游浅滩沉积物的再悬浮。小潮期间堆积在浅滩的细颗粒沉积物在大潮期间被悬浮, 搬运到下游的滞流点位置, 在中滩南部和西滩外缘落淤。“潮泵”作用在大潮期间将泥沙向下游输运, 在小潮期间向上游输运; 垂向剪切作用则有利于悬浮泥沙的陆向输运; 二者共同作用产生泥沙辐聚, 形成最大浑浊带。大、小潮期间余流结构差异不大, 主要由密度差和潮汐混合不对称共同导致, 其中前者贡献更大。     

特大洪水期间长江口浑浊带分粒级输沙特征

基于2020年7月特大洪水期间长江口浑浊带南槽、北槽和北港多站位同步实测水沙动力数据,研究了河口浑浊带分粒级输沙时空特征及其对泥沙来源响应的指示意义,结果表明：1）北港和北槽是流域泥沙净向口外输移的主要输沙通道,南槽是海域泥沙净向口内输移的主要输沙通道,主槽内粉砂是主要输沙组分,占比63.2%,口外粉砂和黏土是主要输沙组分,分别占43.2%、40.9%;2）大潮粉砂输运占比高于小潮,黏土输运占比低于小潮,口外测站砂组分在大小潮期间在横沙浅滩和九段沙间沿岸输移,横沙浅滩附近大、小潮离岸输沙分别是北港口外的1.7倍和8倍,不利于横沙浅滩淤涨;3）当前流域减沙高达70%,此次特大洪水期间黏土、粉砂和砂三组分近底净向口内输移为减沙背景下的口外供沙提供了有力的佐证。     

上海洋山建港后港域夏季水文泥沙状况分析

对2007年9月17-26日在上海洋山港海域固定观测点(平均水深13 m)观测得到的水文泥沙要素,以及悬沙和底质样品分析.分析结果为:1)港域有效波高0.21-1.37 m(风速0.6～14.0 m/s),平均0.61 m(平均风速5.5 m/s).平静天气(平均风速小于5.0 m/s)下,波高随水深变化,两者的相关系数为0.899;而在强风天气下,波高受风况控制.2)最大表层流速超过2.00 m/s.大潮涨潮流占优势,小潮时落潮流占优势;与北岛链汉道封堵前相比,大潮涨、落潮平均流速分别减小15%和30%,小潮涨、落潮平均流速均减小30%～40%.各层余流均为西北方向,与涨潮流方向一致;垂向平均余流速0.11 cm/s,表层达0.25 m/s.3)离底高程1.35 m层和0.35m层最大悬沙浓度均大于3 kg/m3,两层平均悬沙浓度分别为0.89和0.95 kg/m3.无论大潮还是小潮涨潮悬沙浓度均大于落潮,这种现象在大潮时更为显著,潮周期中最大悬沙浓度出现在涨急.与工程前相比悬沙浓度明显降低,大、小潮降低均达20%.4)港区底质平均粒径9.0μm,工程后有变细的趋势.     

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。     

潮汐应变对长江口北槽枯季湍流混合与层化的影响

利用TELEMAC-3D开展了长江口北槽2010年枯季条件下湍流混合与层化的有限元数学模拟研究。该模型在外海开边界设置了8个主要分潮,并在自由表面考虑了定常风的影响,利用北槽水域3个潮位站(横沙、北槽中、牛皮礁)和2个水文观测站(北槽中段CSW、北槽下段CS8)2010年枯季的潮位、流速及盐度观测资料对模型进行验证并获得了良好的精度,从而得到北槽水域纵向、平面流场和盐度场。模拟得到的流速、盐度被用来计算势能差异(φ)、势能差异变化率(φ/t)、Simpson数(Si)和梯度Richardson数(Ri)。结果显示:1)北槽水域大潮平均和小潮平均的势能差异的变化范围分别约为0~30 J/m3和0~90 J/m3,且较大的势能差异基本位于主航槽,这些表明北槽水体小潮的层化大约是大潮的3倍,主航槽的层化强于坝田区,而北槽中段往往具有更强的层化。2)落急时刻,就北槽下段而言,潮汐应变、潮汐与风共同搅动引起的势能差异变化率的范围分别约为-20×10-4~100×10-4W/m3、0~100×10-4W/m3,这些表明,从大潮至小潮,潮汐应变总体增强而潮汐与风共同搅动总体减弱。空间上,主航槽丁坝附近的潮汐应变明显强于坝田区,潮汐与风共同搅动的强度在坝田区内、外也存在差异,导堤和丁坝的影响明显。3)对于北槽下段CS8站,大潮至中潮的Si数在0.15~0.4之间(介于下临界值0.088和上临界值0.84之间),表明潮汐与风共同搅动占优,属于应变致周期性层化(SIPS)。小潮的Si数在0.9~1.5之间(高于上临界值0.84),表明潮汐应变显著增强并占优,属于持续性层化。4)北槽下段CS8站梯度Ri数的量级范围在混合较好的表层和底层约10-3~10-2,在层化较好的中间水层约100~101。该站湍动能耗散率的量级范围大潮为10-3~10-9W/kg,小潮为10-5~10-10W/kg,具有明显的M4周期性特征和涨、落潮不对称分布,且表层和底层分别由于风应力和底摩擦作用而具有较强的耗散,中间水层稳定层化区的耗散则显著减小,潮汐应变是造成湍动能耗散率在涨、落潮周期内不对称分布的重要因素。     

广东红海湾海流季节性特征分析

基于2017年春季和冬季的海流资料分析了红海湾海区海流特征、潮流状况、涨落潮流特性、余流特征及表层漂流特征。研究海域共布设3个临时潮位观测站和11个全潮水文观测站。根据流速、流向过程曲线和潮位过程曲线的关系,得出涨(落)潮流速最大的时刻和最小流速发生时刻与潮位关系并非固定在高(低)潮时或半潮面左右,由此看出,研究海域的潮波介于驻波与前进波之间,属于不规则半日潮流主导的海域。研究海域中大部分站位潮流属于往复流,少数站位潮流运动具有一定的旋转性,平均涨潮流速最大为7 cm/s,平均退潮流速最大为14 cm/s。春季大潮期和中潮期各站余流流向整体为偏东向,小潮期,除少数测站余流流向偏向南东向,其余测站余流流向偏西向;冬季大潮期和中潮期各站余流流向整体为偏西向,小潮期,湾西侧余流流向偏西向,湾东侧余流流向偏南东向。垂向上各层余流流速由表至底逐渐减小,流向基本一致。     

珠江磨刀门河口环流结构动力特征分析

河口环流结构关系到物质输运、泥沙沉积和地貌变化等物理过程。根据2019年磨刀门河口原型观测平台洪枯季连续观测分层潮流资料,统计洪枯季、大小潮河口东、西汊的涨落潮流及历时变化特征,利用理论方法解析河口东西汊平面环流和重力环流结构,进一步引入混合参数研究河口纵向环流中的潮汐应变环流。研究发现枯季东、西汊在转潮时刻存在东涨西落的平面环流结构,洪季平面环流特征较不明显;枯季重力环流强度整体略大于洪季,西汊重力环流强于东汊,表层向海环流流速可达0.2～0.25 m/s,而底层向陆环流流速相对较小。洪季大潮期由潮不对称性驱动的潮汐应变环流相对较大,进而增强了纵向环流的强度。河口垂向余流结构同样表现洪枯季、大小潮的变化规律。洪季余流整体较大,西汊在小潮期表层余流流速超过0.6 m/s,而东汊余流则明显呈现表层向海、底层向陆的分布特征,枯季余流整体较小,表明其对物质输运和河口地形塑造作用较弱。     

Estimates of mixing on the South China Sea shelf

1 Introduction The outer shelf of the South China Sea is a di- verse environment characterized by sharp changes in bottom topography (Wang et al., 2002). Internal wave and diapycnal mixing may be a vital mechanism con- trolling the distribution of physical water properties, nutrient fluxes, and concentrations of particulate mat- ter. Therefore, the research on diapycnal mixing on the outer shelf in the South China Sea is of great impor- tance to explore the level and variability of the abov…     

围填海对伶仃洋水流动力的短期影响模拟研究

利用已经过验证的高分辨率三维海洋动力模型FVCOM,根据1984—2014年内伶仃洋的围填海变化情况,结合情景模拟案例,研究分析围填海对伶仃洋水流动力的影响,探究截流式和顺流式围填海对伶仃洋不同季节的水平余流场、垂向环流结构以及潮汐变化过程的影响。研究结果表明,围填海对伶仃洋的余流流向没有明显影响,但对余流速有较大的影响。在水平方向上,截流式围填海使得周边海域的余流速明显增大,增幅在0.02～0.25 m/s不等,其中口门区域受到的影响最大;相较于底层流场,表层流场受围填海的影响相对更大,围填海以南的较远海域在表层出现一条强度逐渐减弱的流速减小带,减幅在0.02～0.15 m/s不等,且影响范围与流场的分布密切相关,在夏季向南延伸,在冬季向西南延伸。顺流式围填海的影响则主要分布在伶仃洋两侧沿岸,并且不同季节的影响特点有一定区别,在夏季使得内伶仃洋东岸海域流速增大,但在冬季使其流速减小,变化幅度均在0.02 m/s以上。在垂直方向上,围填海使口门区域余流的纵向流速梯度增加,并且改变了伶仃洋余流的垂向分布情况,总体表现为远离围填海的海域表、底层余流的流速减小,中上层余流的流速增大;与此同时,围填海大幅度改变了周边海域的横向流速,并且在伶仃水道、矾石水道等区域产生了新的横向环流。围填海使得河口至围填海的余水位明显上升,使得伶仃洋海域的余水位下降,余水位梯度的增大是围填海周边余流速增大的主要原因。另外,围填海影响了伶仃洋的潮汐变化过程。在大潮期间,围填海改变了伶仃洋海域涨落潮时的潮流流速,使得周边海域落急流速增加,较远海域落急流速减小,而涨急流速都减小;同时,围填海使得海域涨落潮时的潮位受到一定影响。围填海最终使得伶仃洋的潮汐相位提前了20～35 min。     

三沙湾夏季底边界层动力过程及悬沙输运特征

基于2018年8月福建三沙湾湾内外共两个定点站位的船基和座底三脚架观测数据,研究了三沙湾底边界动力过程及悬沙输运特征。结果表明,三沙湾湾内湾外两个站位均表现出涨落潮历时相近但涨落潮流速明显不对称的现象,即湾内涨潮流速大于落潮流速,湾外则相反。湾内水体受淡水输入影响较大,表现出落潮期间显著的温盐层化,而涨潮期间水体混合良好;湾外水体受淡水影响不明显,表现为水体温度主导的层化。通过对底边界层动力过程的分析表明,湾内（距底0.75 m）、湾外（距底0.50 m）站位底边界层的平均摩阻流速分别是0.016 m/s、0.013 m/s,且两个站位拖曳系数基本相等（2.03×10-3）,表明在相同流速下湾内站位的底部切应力更大,近底沉积物再悬浮和搬运相对湾外站位更为显著。因此观测期间悬沙浓度最大值出现在湾内站位,为109 mg/L,且悬沙在垂向上的分布可达上层水体;湾外站位悬沙浓度更低,并且底部悬浮泥沙仅能影响至距底5 m的水体。悬沙通量机制分解结果表明,三沙湾夏季的潮周期单宽悬沙从湾外向湾内方向净输运,湾内站位向湾内方向净输运74.88 g/(m·s),平流输沙占主导作用,贡献率41.7%;湾外站位向湾内方向净输运10.57 g/(m·s),主要受平流输沙和垂向净环流的控制,贡献率94.9%     

长江河口悬沙与盐分输运机制分析

2004年9月15~22日在长江口南支口门区域进行了水位、流速、悬沙浓度、盐度的全潮观测,基于这些现场数据,分析河口区域流速结构、悬沙浓度与盐度的时空分布特征;利用机制分解法研究河口悬沙、盐分的通量和输运机制,并探讨它们与水体垂向结构之间的关系。主要结论如下:长江河口区的悬沙浓度存在显著的时空变化特征,从口内向口外,悬沙浓度呈显著减小趋势,大潮期间的悬沙浓度较大,是小潮期间的数倍。通量机制分析结果表明,长江河口区以欧拉余流为主,向海输运,并有向海方向逐渐减小的趋势,斯托克斯余流向陆输运,在大、小潮期间有显著差异。盐分输运机制中,以欧拉余流占主导地位,潮泵效应、垂向重力环流、垂向剪切扩散作用的贡献次之。长江河口悬沙净输运率在向海方向逐渐减小,大潮期间的悬沙净输运率比小潮期间的大1~2个数量级,水动力条件是造成长江河口悬沙净输运时空差异的主要因素。悬沙输运机制小潮期间以欧拉余流占主导地位,在大潮期间则以与紊流相关的垂向剪切扩散作用取代欧拉余流占据主导地位。悬沙瞬时输运机制中的剪切扩散项在中下层水体的理查德森数(Ri)小于0.25时才有较大的量值,在南槽内,当底层水体的理查德森数(Ri)处于-0.1相似文献   

基于长期定点观测资料的莱州湾人工鱼礁建设区局地水动力特征

为了研究人工鱼礁区基本水动力特征,本文利用人工鱼礁投放区的座底海床基获取半年以上的水动力观测资料,通过谱分析、调和分析、滤波等方法分析了该海区潮汐、潮流特征,并讨论了余流特征。结果表明,该海域属于不规则半日潮,具有显著的全日潮周期和半日潮周期,潮汐性质指数为0.98,平均潮差为0.95m,最大可能潮差为2.25m。潮流为典型的往复潮,潮流主向为NNE-SSW,优势分潮为M2分潮。垂向上,流速大小随深度增加显著降低,海底1m的流速较表层降低约30%,流向向沿鱼礁布设方向偏转。该海域余流较小,欧拉余流与斯托克斯余流大小相当,分别为1.35cm/s,1.41cm/s,均为向岸输运,欧拉余流表层受风影响较大,拉格朗日余流为2.76cm/s,方向SEE。该海域流场垂向结构与人工鱼礁投放后底摩擦增加、鱼礁对近底层水流的阻滞作用有关。底层温度具有显著的季节变化与日变化特征,短期高频变化存在显著的全日周期与半日周期,冬春季由于垂向混合加强,全日信号更为显著。底层浊度的升高主要由大风过程加强垂向混合的引起。     

象山港内湾潮汐应变对横向流及其余环流垂向空间结构的调控研究

横向流 (垂直于海湾主轴方向的流动) 对横向动量以及物质分布具有重要影响。已往研究表明,潮汐应变对横向流的垂向空间结构具有重要的调控作用。但这种认识仅局限于强层化海区,弱层化条件下潮汐应变对于横向流空间结构的影响仍未可知。为此,本文以象山港为例,基于实测数据阐释了弱层化条件下潮汐应变对横向流及其余环流垂向空间结构的调控作用。结果显示,象山港内湾横向流的垂向空间结构随大小潮呈现出明显的变化规律。大潮时,潮汐应变现象明显,涨潮时较强的垂向混合使得横向流在高潮阶段呈现出一层结构;落潮时垂向混合较弱,横向流在低潮时呈现两层结构。小潮时,潮汐应变受到抑制,垂向混合在涨落潮时均较弱,因此横向流在高低潮阶段均呈现出两层结构。经过潮时均进一步得到的横向余环流呈现出上层向南、下层向北的两层结构。由于潮汐应变的大小潮变化,横向余环流的反转深度反转点自大潮到小潮呈现出上升的趋势。     

杭州湾枯季水沙若干特征分析

根据2014年1月及2017年2月杭州湾大、小潮水沙资料,计算了流速、含沙量、单宽潮量、单宽输沙量,进而分析了潮周期断面净潮量、净输沙量和区域冲淤分布。研究发现杭州湾涨、落潮平均流速比值整体较20世纪八九十年代增大,绝大部分区域大于1.0,涨潮流相对增强,澉浦南岸和金山北岸尤为显著。含沙量平面上分布澉浦、杭州湾南岸两个高值区(大潮大于3 kg/m³,小潮大于1.3 kg/m³)以及北岸湾口至乍浦之间的低值区(大潮小于2 kg/m³,小潮小于0.9 kg/m³),随潮汛变化显著,最大含沙量浓度通常滞后于急流时刻。各测站涨、落潮量和输沙量呈现“大涨大落”和“大进大出”的特征,造成杭州湾短时间尺度内的“大冲大淤”。大潮两涨两落金山与乍浦、乍浦与澉浦之间区域净输沙量可达几千万吨,净冲淤则在几百万吨。     

人类活动对珠江伶仃洋余环流结构的影响研究：以洪季小潮为例

近20 a来,受高强度人类活动影响,珠江伶仃洋滩槽已发生远超自然过程的异变,其河口动力结构必然发生响应,影响物质输运过程。本研究利用三维水动力数值模型,探讨了伶仃洋河口小潮期余环流结构的变化特征及原因。结果表明：近20 a来伶仃洋底层余流强度提高,沿深槽上溯时向中滩偏转,易引起泥沙汇聚于此。中滩存在表层向西,底层向东的横向余环流结构,主要由非线性对流项和科氏力项驱动。中滩大规模采砂后引起对流项变化,造成余环流结构东移,表、底层余流增强,可加快表底层物质交换。西槽内存在表层向海、底层向陆的纵向余环流结构,主要由正压和斜压梯度力驱动。受浚深影响,向陆斜压梯度力和非线性对流项均增强,引起表层余流减小22%,而底层增大24%,这将削弱小潮期西槽内水体交换能力,即减慢物质输出,易造成西槽淤积、水环境恶化等影响。研究成果对研究人类活动干扰下的河口余环流结构及物质输运响应具有一定借鉴意义。