长江口12.5 m深水航道回淤特征

针对长江口12.5 m深水航道的回淤问题,收集整理了2010—2012年的航道回淤资料和水文测验资料,研究了航道回淤的时空变化特征及其与径流、潮流和含沙量的关系。结果表明:航道回淤呈洪季大、枯季小的年内变化特征,大风骤淤明显;航道回淤沿程主要集中在南港—圆圆沙段和北槽中下段,其回淤量占全航道的80%以上。南港—圆圆沙段回淤的泥沙颗粒以细砂为主,回淤强度与径流的关系不密切,与潮流的关系表现为大潮大、小潮小。北槽航道回淤泥沙颗粒以粉砂为主,回淤部位随径、潮流变化而变化,表现为径流增大,回淤部位下移;潮动力减弱,回淤部位上提。长江口拦门沙水域泥沙的再悬浮,可能是航道淤积最主要的泥沙来源。     

离岸沙坝-潟湖海岸拦门沙航道回淤

渤海湾曹妃甸老龙沟海区属于典型的离岸沙坝-泻湖海岸体系,口门处发育有拦门沙。采用实测资料分析和二维波流泥沙数学模型计算研究了拦门沙成因及其开挖后的回淤情况。研究表明,涨落潮流路不一致、落潮流扩散是老龙沟拦门沙形成的主要原因。针对该海区波浪、潮流、泥沙及海床演变特点,进行了2006年、2007年大小潮潮流泥沙的验证及2008年8~12月试挖槽回淤的验证,在此基础上,预测了拦门沙航道正常情况下的泥沙回淤和大风天骤淤。试挖槽监测资料分析及数学模型计算表明,风浪掀沙是影响老龙沟拦门沙回淤的重要因素。     

离岸沙坝-潟湖海岸拦门沙航道回淤——以渤海湾曹妃甸海域老龙沟拦门沙为例

渤海湾曹妃甸老龙沟海区属于典型的离岸沙坝-潟湖海岸体系,口门处发育有拦门沙。采用实测资料分析和二维波流泥沙数学模型计算研究了拦门沙成因及其开挖后的回淤情况。研究表明,涨落潮流路不一致、落潮流扩散是老龙沟拦门沙形成的主要原因。针对该海区波浪、潮流、泥沙及海床演变特点,进行了2006年、2007年大小潮潮流泥沙的验证及2008年8~12月试挖槽回淤的验证,在此基础上,预测了拦门沙航道正常情况下的泥沙回淤和大风天骤淤。试挖槽监测资料分析及数学模型计算表明,风浪掀沙是影响老龙沟拦门沙回淤的重要因素。     

整治工程影响下的河口拦门沙航道回淤特征及成因——以射阳港航道为例

通过不同时期实测地形资料,对比分析射阳港拦门沙航道一期整治工程建设后航道的回淤分布特征;利用实测水文泥沙资料和潮流数学模型计算分析射阳河口拦门沙航道开挖后的水流、含沙量特征;探讨了射阳港拦门沙航道淤积的泥沙来源和淤积成因。研究表明:航道开挖后沿程普遍淤积,尤其是口门及堤根区段航道淤积严重。导致航道淤积的主要原因为:有掩护航道内涨潮流速大、落潮流速小,口门外高含沙量水体进入航道后泥沙很难被带出航道,导致航道内普遍淤积;口门内2 km范围内回淤较大是由于越堤流输沙和口门内侧涨潮期间存在明显回流;导堤根部航道段回淤较大是由于射阳河与黄沙港河汇流后河道放宽,落潮期间出河口的水体挟沙力突然降低。     

长江口12.5 m深水航道回淤年际变化及成因

长江口12.5 m深水航道回淤量大,影响因素复杂。利用2011-2017年长江口航道水下地形、水文测验和航道回淤等系列资料,研究了12.5 m深水航道回淤的年际变化过程和原因。结果表明:① 12.5 m深水航道回淤总体呈现稳中下降的变化特征。②南港-圆圆沙段因航道滩槽高差的缩小和上游底沙输沙量的减少,回淤呈逐年减少态势。③北槽段因南坝田挡沙堤加高工程的实施和台风影响偏弱,2016-2017年回淤较此前有所减少;径流影响北槽最大浑浊带的发育部位,进而影响北槽航道回淤的部位,2016-2017年长江口径流量偏大是北槽航道主要回淤部位较往年偏下的主要原因。④流域减沙对12.5 m深水航道回淤的影响已开始显现。未来受其影响,南港-圆圆沙航道回淤有望进一步下降并维持较低量值,北槽航道回淤有望维持稳中下降态势。     

渤海湾曹妃甸港区开发对水动力泥沙环境的影响

针对渤海湾曹妃甸海域波浪、潮流、泥沙及海床演变特点,应用波流共同作用下二维泥沙数学模型研究港区开发方案。2006年冬季和夏季大、小潮潮流泥沙验证表明,该海域潮位及15条同步垂线流速、流向、含沙量过程的计算值与实测值吻合良好,并进行了矿石码头港池前沿海域在潮流与波浪共同作用下悬沙引起的冲淤验证,计算的冲淤厚度及其分布趋势与实测值比较接近。在此基础上,研究了曹妃甸前岛后陆的港区围垦方案对水动力环境的影响问题,包括该工程引起的曹妃甸甸头以南深槽、老龙沟深槽及各港池的流速变化及底床的冲淤变形等。     

考虑极端天气时港珠澳大桥人工岛设计波浪要素——II.设计波要素校核方法

近年来珠江口海域航道治理、桥梁工程、港口建设等大型水上工程建设项目越来越多,水工建筑物安全的重要性和对台风浪灾害破坏的敏感性是大型工程重点关注的要素之一,采用台风浪数学模型分析计算极端天气条件对港珠澳大桥岛桥结合部人工岛设计波浪要素的影响。分析统计1949—2014年影响广东省沿海地区的登陆台风资料,采用随机模型分析珠江口地区300年一遇的台风气压降和登陆最大风速参数;建立珠江口水域的台风浪数学模型;选取不利台风登陆路径,采用300年一遇台风参数组合计算极端天气条件下珠江口内东西人工岛的设计波浪要素,对原设计波要素进行复核。可为其他海洋工程项目设计提供新的思路和研究方法。     

考虑极端天气时港珠澳大桥人工岛设计波浪要素——I.数值模拟中不利台风路径选取

假想台风下的波浪数值模拟是跨海桥隧工程风险评价的重要内容。风场的生成方法与不利路径的选择对于波浪模拟结果有极大影响。研究检验了在单一假想台风风场下进行波浪模拟的合理性,分析了台风路径对于工程区不同方向波浪影响的差异。通过构建珠江口台风浪数学模型,对采用风圈半径方法筛选出的104场台风路径,按300年一遇强度进行了蒙特卡罗模拟。结果表明,对西人工岛处波浪场有重大影响的不利台风路径处于珠江口100km范围内。由此确定了体现不同特征的7条不利台风路径,为进一步研究极端天气条件下珠江口台风浪过程提供基础。研究成果为沿海河口地区易受台风影响的大型工程波浪要素分析提供方法支撑。     

巨型人工采砂坑对伶仃洋自然演变的影响

伶仃洋内建有华南最大的两个主枢纽港及相连的深水航道,长期保持"三滩两槽"稳定格局是广州港选择西槽开发深水航道并取得成功的关键基础。2008年以后,由于在中滩上人工采砂,现已形成了容积达7×108m3的巨型采砂坑,直接影响了伶仃洋的滩槽演变。采用现场调查和数值模拟等方法,分析了采砂活动过程中对周围水体及地形的影响,指出采砂区域水体含沙量为1.5~2.8kg/m3,最大可达5kg/m3以上,远大于采砂前0.2kg/m3,可引起附近海床淤积,对港珠澳大桥桥区的海床稳定也会产生影响。同时,采砂坑形成后潮位、潮流、潮量出现较大改变的区域主要在采砂坑及其附近水域,表现为潮位下降（小于1cm）,潮流减小,采砂坑内以泥沙回淤为主（33cm/a）,坑周围海床呈侵蚀冲刷状态,南侧冲刷较大。此外,现状条件下采砂坑以回淤为主,回淤时间预计20年,但在2#、3#采砂坑或2#、4#采砂坑连通等不利状况下,有可能形成新的潮流通道,改变现有"三滩二槽"的格局,对目前已有航道维护和港口生产造成不利影响。     

港珠澳大桥沉管隧道基槽异常回淤分析与数值模拟

港珠澳大桥沉管隧道E15管节基槽发生异常回淤,海底隧道沉管安装被迫中止。为查明E15管节基槽发生异常回淤的原因,先后开展了现场水文泥沙观测、遥感影像资料分析和数值模拟等多种技术手段。采用水沙数学模型反演了内伶仃岛上游采砂活动形成的浑水团在潮流作用下的扩散输移过程,沙源在数学模型中以面源形式模拟。模拟结果表明,采砂活动形成的浑水团在一个大潮期间的落潮过程中可输移扩散至基槽水域,其中E15—E27管节基槽日淤厚在采砂活动影响下将增加43.8%。数值模拟结果为查明E15管节基槽异常回淤的泥沙来源提供了佐证。E15管节以东基槽水域水沙环境复杂,天然淤积已经接近临界回淤允许值,基槽上游水域的采砂活动对沉管基槽回淤将带来不可控因素,采砂活动对周边水域产生的泥沙回淤影响应引起足够重视。     

三峡大坝下游近坝段沙质河床形态调整及洲滩联动演变关系

大型水库运行改变了坝下游水沙条件,引起河床冲淤、洲滩形态等适应性调整,尤其是近坝段沙质河床的响应最为敏感。以三峡大坝下游近坝段沙质河段为研究对象,采用1955-2018年水沙数据与1975-2018年地形资料,研究了河床冲淤量及河床形态、洲滩形态演变及联动关系等。研究表明：伴随流域来沙量减少,1975-2018年河床为累积冲刷态势,枯水河槽冲刷量占总冲刷量的93.1%,同步发生洲滩面积减少、深泓下切;以2009年分界,滩槽冲淤逐渐由"低滩冲刷,高滩淤积"逐渐向"低滩、高滩均冲"转变;受来沙量锐减、河道采砂活动等影响,2013年以来河床冲刷强度显著增大,疏浚抛泥对滩槽冲淤的影响较小;航道工程实施前滩群演变关联性强,太平口心滩发育与头部下移引起腊林洲边滩上段面积减小并后退,对应腊林洲边滩尾部面积增大且淤宽,使得三八滩面积减小且右缘蚀退,金城洲逐渐由边滩演变为心滩;航道工程实施后太平口心滩与腊林洲边滩上段关联性减弱,受航道工程及疏浚抛泥等影响腊林洲边滩下段淤宽,引起三八滩维持面积持续减小、右缘后退及左移态势,促使金城洲萎缩且分散。     

三峡大坝下游近坝段沙质河床形态调整及洲滩联动演变关系

大型水库运行改变了坝下游水沙条件,引起河床冲淤、洲滩形态等适应性调整,尤其是近坝段沙质河床的响应最为敏感。以三峡大坝下游近坝段沙质河段为研究对象,采用1955-2018年水沙数据与1975-2018年地形资料,研究了河床冲淤量及河床形态、洲滩形态演变及联动关系等。研究表明:伴随流域来沙量减少,1975-2018年河床为累积冲刷态势,枯水河槽冲刷量占总冲刷量的93.1%,同步发生洲滩面积减少、深泓下切;以2009年分界,滩槽冲淤逐渐由"低滩冲刷,高滩淤积"逐渐向"低滩、高滩均冲"转变;受来沙量锐减、河道采砂活动等影响,2013年以来河床冲刷强度显著增大,疏浚抛泥对滩槽冲淤的影响较小;航道工程实施前滩群演变关联性强,太平口心滩发育与头部下移引起腊林洲边滩上段面积减小并后退,对应腊林洲边滩尾部面积增大且淤宽,使得三八滩面积减小且右缘蚀退,金城洲逐渐由边滩演变为心滩;航道工程实施后太平口心滩与腊林洲边滩上段关联性减弱,受航道工程及疏浚抛泥等影响腊林洲边滩下段淤宽,引起三八滩维持面积持续减小、右缘后退及左移态势,促使金城洲萎缩且分散。     

流域减沙对长江口典型河槽及邻近海域演变的影响

基于2001-2015年长江口系列的水下地形和水文测验等资料,研究了流域减沙对长江口典型河槽及邻近海域演变的影响。结果表明:三峡工程建成后的近10多年,流域年均输沙量处于1.35亿t左右的较低水平。受其影响,长江口口内的南支、南港和北港上段的含沙量2008年之后明显下降,河槽冲刷、容积扩大,河槽形态向相对窄深方向演化。而拦门沙河槽的上游侧和口外侧近年来亦有所冲刷,拦门沙浅滩长度缩短。长江口水下三角洲前沿位于北港口外和南北槽口外有两个冲刷区,2007年之后年平均冲刷厚度达0.1 m左右,年侵蚀沙量达0.71亿m3。流域减沙对长江口河槽演变的影响尚在进行中,可能改变长江口水下三角洲向海淤涨的历史演变模式。     

On the linkages among density, flow, and bathymetry gradients at the entrance to the Chesapeake Bay

Linkages among density, flow, and bathymetry gradients were explored at the entrance to the Chesapeake Bay with underway measurements of density and flow profiles. Four tidal cycles were sampled along a transect that crossed the bay entrance during cruises in April–May of 1997 and in July of 1997. The April–May cruise coincided with neap tides, while the July cruise occurred during spring tides. The bathymetry of the bay entrance transect featured a broad Chesapeake Channel, 8 km wide and 17 m deep, and a narrow North Channel, 2 km wide and 14 m deep. The two channels were separated by an area with typical depths of 7 m. Linkages among flows, bathymetry, and water density were best established over the North Channel during both cruises. Over this channel, greatest convergence rates alternated from the left (looking into the estuary) slope of the channel during ebb to the right slope during flood as a result of the coupling between bathymetry and tidal flow through bottom friction. These convergences were linked to the strongest transverse shears in the along-estuary tidal flow and to the appearance of salinity fronts, most markedly during ebb periods. In the wide channel, the Chesapeake Channel, frontogenesis mechanisms over the northern slope of the channel were similar to those in the North Channel only in July, when buoyancy was relatively weak and tidal forcing was relatively strong. In April–May, when buoyancy was relatively large and tidal forcing was relatively weak, the recurrence of fronts over the same northern slope of the Chesapeake Channel was independent of the tidal phase. The distinct frontogenesis in the Chesapeake Channel during the increased buoyancy period was attributed to a strong pycnocline that insulated the surface tidal flow from the effects of bottom friction, which tends to decrease the strength of the tidal flow over relatively shallow areas.     

长江口北支河槽容积变化特征的定量分析

北支河槽容积变化是北支河道演变趋势在定量上的直接表现,河道边界条件和河床泥沙运动是影响河槽容积变化的主要因素。收集1986—2013年长江口北支河道年实测地形资料,利用GIS技术建立不同时期水下数字高程模型,进行北支河槽容积变化和河床冲淤变化特征分析。结果表明,北支岸线圈围和泥沙淤积导致了1986年以来河槽容积萎缩。北支河槽0m线以下容积共减少约7.110亿m3,岸线圈围引起河槽容积减少4.000亿m3,占比56.3%;泥沙淤积引起的河槽容积减少3.110亿m3,占比43.7%。具体而言,北支上段河槽容积萎缩主要是泥沙淤积所致,其航道开发综合利用应遵循上段的泥沙运动规律特点;中段则是边滩圈围和沙洲并岸引起,边界调整后束流作用加强,河床冲刷,断面形态调整后水深条件更加有利于中段的航道利用开发;下段是泥沙淤积和边滩圈围共同影响所致,泥沙淤积影响略大,但下段沿北岸-5m深槽始终存在且稳定,具备航道开发利用的河势基础,且南侧河道边界仍具有可圈围的余地。     

印度河扇水道堤岸外侧更新世沉积物波发育特征与形成过程分析*

印度河扇更新世发育的沉积物波结构复杂、形态多样,其形成过程的认识程度低。本次研究通过高分辨率地震数据和地震解释技术,研究了印度河扇沉积物波的波长、形态、波峰变化等形态特征;阐述了沉积物波与沉积物变形特征的差异、识别了两者的区分标志;总结了水道堤岸斜坡和区域斜坡上沉积物波的分布规律;在此基础上,讨论了沉积物波的形成机理和控制因素,分析了沉积物波的形成过程,并建立了印度河扇沉积物波的形成模式。研究表明: (1)研究区沉积物波波长平均为486.84 m,最大1473 m;波高在10~60 m之间,平均30 m。(2)沉积物波的形态有对称型和非对称型,其迁移方式有上坡迁移型、加积型和下坡迁移型;沉积物波主要发育在水道堤岸的斜坡上,在区域斜坡上也发育少量的沉积物波,这2种沉积物波波脊的走向差异很大,水道堤岸斜坡上的沉积物波主要分布于水道凹岸堤岸的外侧,距离水道越远其规模(波长、波高)越小,波脊走向近于NE-SW方向,与水道的走向平行或斜交;区域斜坡上的沉积物波波脊的走向多为NW-SE向,平行于区域斜坡的走向,离源区越远规模越大。(3)水道堤岸斜坡上的沉积物波是由水道型浊流在离心力的作用下,溢出水道的凹岸,在堤岸外侧的斜坡上沉积形成的,堤岸斜坡的角度对沉积物波的发育规模影响不大,浊流的强度和输沙量对其规模影响大;区域斜坡上发育的沉积物波是由顺坡而下的非水道化的浊流沉积形成;滑塌变形造成的起伏地貌以及早期沉积物波的存在,也都影响了后期沉积物波的发育。