调水调沙影响下黄河口泥沙异重流过程

利用黄河干流大型水库进行调水调沙,在短期内将大量沉积物快速输送入海,是河口泥沙异重流触发的重要窗口期。根据2010年调水调沙期间黄河口沉积动力现场观测资料,建立覆盖整个渤海海域的ROMS数学模型,以黄河利津站逐日水沙数据和海域潮汐、风场数据作为模型驱动条件,模拟调水调沙期间的河口泥沙异重流发育过程。模拟结果显示,在没有大风扰动的情况下,河流入海悬沙浓度29.0 kg/m~3时会在河口产生高密度泥沙异重流。黄河冲淡水携带大量悬浮物从河口流出后,与海水迅速混合,在潮流影响下,冲淡水舌随时间由西北向东南偏转,输运至莱州湾西侧。淡水和沉积物主要以表层羽状流和底层异重流形式输运:表层羽状流扩展范围较大,输运路径为河口西北方向-远岸(河口东北区域)-莱州湾西侧;底层异重流扩散范围较小,输运路径为河口西北方向-河口沿岸(东)-莱州湾西侧。河口泥沙异重流生消和水体垂向结构存在周期性变化特征:落潮时段异重流发育较好,水体层化增强;涨潮时段异重流逐渐消亡,水体混合增强。估算出黄河口清水沟清8叉流路主泓区内水体由河口径流、潮汐应变和潮汐搅动引起的势能变化率,其中潮汐应变和潮汐搅动起主导作用,比河口径流引起的势能变化率高出2～3个数量级(102～103)。     

长江、黄河水沙特征初步对比分析

长江、黄河为我国最大的两条河流，也是世界上很有特色的大河。其发源于世界屋脊——青藏高原，从南、北两边向东流经我国三大地貌类型区，分别流入东海和渤海，流域面积广阔，携带了巨量的水、沙和营养盐类，在河口地区形成了巨大的三角洲，其邻近海域则形成了高生产力的海洋生态环境。因此，两大河流的年径流量、输沙量及其变化对长江、黄河三角洲区和邻近海域的地质地貌特征与生态环境等有极为重要的影响，且是我国陆海相互作用过程中极为重要的环节。由于长江、黄河流域气候条件、下垫面物质组成、流域地质地貌特征、河流入海口位置、海区自然条件以及人类活动影响的差异，使两大河的水沙特征在入海口的造陆速率等方面均有很大的差异。为了进一步了解长江和黄河水沙物质输运及其变化特征，作者选取距长江口门624km，潮区界附近的大通站作为长江干流水沙变化特征的代表，黄河则选用下游利津站作为黄河干流水沙变化特征的代表，将其水沙特征进行对比、分析，为今后研究该地区陆海相互作用提供可靠依据。     

调水调沙对黄河下游溶解铀浓度及入海通量的影响

为研究调水调沙对黄河下游溶解铀浓度及其入海通量的影响，于2014年调水调沙期间在黄河小浪底站及利津站进行了连续同步观测。结果发现，调水调沙期间，小浪底站溶解铀浓度的平均值在调水阶段为（4.28±0.33）μg/L，调沙阶段为（4.19±0.29）μg/L；利津站溶解铀浓度的平均值在调水阶段为（4.55±0.22）μg/L，调沙阶段为（4.87±0.40）μg/L。无论是调水阶段还是调沙阶段，利津站溶解铀浓度的平均值均比小浪底站高，且调沙阶段溶解铀增加量显著高于调水阶段。进一步分析讨论得出调水调沙期间氧化还原条件的变化以及悬浮颗粒物粒径的变化是影响黄河下游溶解铀化学行为的主要因素。2014年调水调沙的运行使得黄河下游利津站的溶解铀入海通量比河流正常输运状态下增加了8.3×102 kg；而2015年在只进行了调水的情况下，从小浪底站到利津站溶解铀通量减少了4.1×103 kg，说明不同模式下的调水调沙对溶解态铀入海通量的影响是不同的。由于在黄河口咸淡水混合带存在着悬浮颗粒物向水体释放溶解铀的现象，根据调水调沙期间悬浮颗粒物的增加量及溶解铀的释放系数估算得到2010年、2012年、2013年、2014年调水调沙期间在河口混合带释放的溶解铀分别为1.57×104 kg、0.739×104 kg、0.690×104 kg和8.25×102 kg，分别占各自年份全年溶解铀入海通量的15%、7.7%、5.3%和1.3%。     

48年来黄河入海水沙过程及其对流域人类活动的响应

黄河下游入海水沙现今出现急剧减少的趋势.水沙的季节性变化影响着年内的径流量、输沙量的分配情况.这种变化的影响因素有自然因素和人为因素两方面,而后者占主要地位.水沙的锐减对河口生态环境的变化有着负面影响.黄河干流已建成的大中型水库尤其是龙羊峡水库对入海水沙起着负面作用.     

黄河在调水调沙影响下的入海泥沙通量和粒度的变化趋势

基于1950—2013年的黄河水文泥沙资料,系统研究了黄河实施调水调沙以来入海泥沙在通量、粒度组成和时间分布上的变化特征,揭示了调水调沙影响下黄河入海泥沙的变化趋势。在2002年黄河实施调水调沙以来,6—11月平缓均衡的持续性高水沙量取代了调水调沙之前7—10月峰值尖瘦的汛期特征,汛期与非汛期差异减小,入海水沙通量的季节性特征显著改变。随着调水调沙的逐年实施,河床泥沙颗粒粗化,临界起动功率不断增大,而调水调沙期间的径流量峰值基本稳定,径流对下游河床冲刷效率不断降低,导致入海泥沙通量持续降低、泥沙颗粒变细。可以预见,黄河河口的淤积将会大大减缓,入海的泥沙将更多地沉积在远离河口的区域,维持河口三角洲叶瓣冲淤平衡的临界泥沙量将会加大。     

基于小波变换的西、北江水沙关系特征分析

对珠江高要、石角站近50年(1957-2000年)流量、含沙量和输沙量月均时间序列利用复Morlet小波变换,分析水沙序列的多时间尺度变化特征,并在流量的特征时间尺度上分段建立相应的水沙关系,结果显示:(1)两站水沙时间序列具有多时间尺度特征,年内洪枯季周期最为显著,水沙丰枯变化不同期.流量的长周期振荡特征较含沙量与输沙量明显,中时间尺度振荡在20世纪70年代有明显的突变点,石角站突变点略滞后于高要站.高要站输沙量明显多于石角站,在20世纪80年代之后石角站输沙量明显减少;(2)特征时间尺度上水沙关系存在丰枯变化.水沙关系公式Cs=aQb中,系数a值变化反映出少水期泥沙的供给量较小,指数b值显示少水期水流的挟沙能力强.两个多水时段(1992-2000年和1957-1974年)水沙关系近似平行下移,说明水流的挟沙能力相近,但泥沙供给量存在一定差别,前一个多水时段泥沙供应量小于后一多水时段,明显的人类活动是主要原因.整体时段的水沙关系曲线只能代表多水期的水流挟沙特征,而不能代表少水期的水沙关系.     

黄河入海水沙通量变化规律

根据利津站1950-2003年的水、沙实测资料,采用水文学和数理统计学相结合方法,对黄河入海水沙通量进行分析,分别得出了水、沙通量的年代变化、年际变化、季节变化规律以及水、沙通量之间关系.结果表明：黄河入海水、沙通量递减趋势明显,尤其在近20a来这种趋势更加显著;年际、年内沙量变化幅度都大于水量;黄河入海水沙主要集中在汛期,汛期与非汛期的水沙量差异将会持续减小;年输沙量和年径流量、多年平均月输沙量和径流量分别以乘幂、多项式回归,各月多年输沙量和径流量以多项式、指数回归,相关性都很高.     

黄河口现行流路入海水沙特征对流域的响应

基于1976-2012年利津站实测水沙资料,选取1976-1986年、1987-1999年及2000-2012年作为特征时段,探讨了黄河口现行入海水沙条件变化的阶段性特征,重点研究了入海泥沙粒度特征对入海水沙变化的响应情况。结果表明:(1)与1976-1986年年均入海流量1 020 m~3/s相比,1987-1999年与2000-2012年入海流量大幅度减小,分别为473.7 m~3/s和504.7 m~3/s;(2)与1976-1986年年均入海含沙量24.4 kg/m~3相比,1987-1999年大幅度减小至15.9 kg/m~3,2000-2012年仅为4.1 kg/m~3;(3) 1976-1986年入海悬沙中值粒径为0.022 mm,1987-1999年减小至0.016 mm,2000-2012年又变粗至0.021 mm,反映水库正常运行一段时间后,下游河床冲刷造成入海泥沙粗化;(4) 2000年后利津站与花园口站悬沙粒度特征变化趋势趋于一致。研究还揭示了利津站床沙特征与流域前4年来沙系数存在较好相关性,利津床沙粒径呈现随来沙系数减少而增大的趋势,表明流域来沙量减少会造成利津站床沙粗化。     

水库调控下黄河口沉积有机碳的分布、来源与输运特征

黄河是全球输沙量最大的河流之一,陆源颗粒有机碳通量高。然而,近年来流域水库调控对黄河下游水文格局和颗粒有机碳输送产生了重要影响,小浪底水库调水调沙时期成为黄河水沙和有机碳入海的关键时段。为揭示水库调控对河口水动力和有机碳分布的影响机制,基于2020年7月调水期和调沙期黄河口的水动力观测结果,结合沉积物有机碳测试结果,研究了水库调控不同阶段下河口沉积物粒度参数和表层沉积物有机碳的时空分布。研究结果表明,水库不同阶段下悬浮颗粒物的物源和主要扩散、沉积区域的变化,使得黄河口表层沉积物的粒度组成特征发生明显变化;在高径流量的调水期期间,粗颗粒泥沙携带颗粒有机碳在河口距离口门12 km范围内大量埋藏,河口区域表层沉积物的有机碳含量相较于调沙期明显偏低。调水期黄河口陆源有机碳主要来自下游河床冲刷,颗粒较粗,调沙期则转变为水库释放的细颗粒有机碳和流域C₃维管植物碎屑。水库调控的不同阶段使得黄河下游河流水动力格局和泥沙运输机制改变,从而引起黄河口沉积有机碳来源和分布的显著变化。因此,人类活动对调节有机碳向海洋的输送及其在近岸海域的分布具有主导性作用。     

黄河入海水沙通量年内变化规律分析

以黄河口利津水文站1950-2005年月均实测水沙资料为依据,采用随机水文学和数理统计方法对黄河入海水沙通量的年内变化规律进行了分析.结果显示:Fisher最优分割法检测出主汛期(7-10月)入海水沙出现1968年、1985年和1996年3个跳跃点,依据3个跳跃点可将汛期入海水沙过程分为4个阶段:即Ⅰ(1950-1968年),Ⅱ(1969-1985年),Ⅲ(1986-1996年),Ⅳ(1997-2005年),这一变化过程与全年入海水沙变化过程一致.4个阶段水沙年内下降过程经历了伏汛期减少→秋汛期减少→伏汛期减少3个主要过程,1-5月份水沙逐阶段下降;水沙年内分配不均匀性呈现不同程度的上升,水、沙集中程度变化过程不同步,水、沙集中期主要受不同年份伏汛和秋汛期水沙变化控制.汛期水沙占全年比例受大型水库利用方式影响不同时期呈上升或下降趋势.     

黄河调水调沙期间黄河入海水沙的扩散与通量

以2007年夏季黄河调水调沙期间黄河三角洲海域3断面连续站及渤海南部24个大面站观测的流场、温度、盐度及含沙量资料为依据,分析了调查区水沙扩散特征,计算了各连续站的拉格朗日余流及泥沙输送单宽通量。结果表明,黄河入海泥沙扩散范围非常有限,主要分布在南至莱州湾西南部、北至北纬38°附近离岸约20km以内的带状沿岸区域;但黄河冲淡水出现大面积扩散,覆盖了整个莱州湾的北部和中部,最远可至龙口附近,黄河入海水沙扩散不同步。在现行河口和钓口流路废弃河口存在两个高浓度泥沙中心,分别对应于黄河入海泥沙和废弃钓口流路海域底质再悬浮产生的两个泥沙来源。河口及三角洲近岸切变锋的阻隔及辐聚作用,是大部分黄河入海泥沙沉积在河口及沿岸13m水深以内的主要动力因素。受余流方向及水体垂向湍动较弱的影响,两个高浓度泥沙中心很少有泥沙交换。冲淡水的大面积扩散主要受表层余环流的影响。余流及悬浮泥沙通量计算显示,夏季黄河入海水沙在近岸主要向东北方向扩散。     

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...     

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。     

鸭绿江河口地区沉积物的粒度变化及影响因素

通过对比鸭绿江河口不同地区柱状样的粒度参数及敏感组分变化规律,分析了河口不同地区沉积动力环境和沉积特征的差异;结合代表性柱状样的210Pb测年,分析了柱状样在不同时期自然和人类活动影响下的沉积特征变化。结果表明,西水道主要受潮流作用而含有泥沙互层,粒度参数变化小;西岸潮滩受潮流和波浪作用含有贝壳碎屑,并在顶部出现粗化层。近几十年来,鸭绿江河口地区沉积特征的变化主要由于人类活动对水沙入海通量的影响:1941年以前柱状样的波动沉积特征反映了河流山溪性特征;1941—1970(1980)年随水沙入海通量减少而呈现砂含量降低、粉砂增加的特征;1970(1980)—1990年由于水沙入海通量变化较小,而呈现沉积物组成和敏感组分保持稳定的特征;但1990年后随水沙入海通量的进一步降低,邻近河口区域的沉积物出现明显的粗化。     

珠江磨刀门河口水位与海平面、上游流量的联合分布关系异变研究

河口的水位变化是径潮动力相互作用的结果,但近30年来,强人类活动对河口环境的影响已远超环境自我修复能力,导致水位发生异变。为研究这种变化,本文选取人类活动影响剧烈的珠江磨刀门河口作为研究区域,采用Copula方法定量分析在同一上下边界(上游流量和口外海平面)下由强人类活动引起的水位异变。结果表明:1)强人类活动后,河道地形下切显著,外海海平面对沿程各站水位的线性影响增强,上游马口流量对水位的线性影响减弱。2)强人类活动后甘竹至灯笼山站同概率水位事件明显降低;三灶海平面呈上升趋势;马口流量分布特性变化不明显。3)水位与海平面、流量的联合依赖关系发生明显改变,低水位与海平面关系的敏感度增加,而高水位与海平面关系的敏感度下降。低水位与流量关系的敏感度基本不变,而高水位与珠江流量关系的敏感度明显下降。4)强人类活动后各站水位变化幅度变窄,在相同概率海平面及流量驱动下,强人类活动后各站水位均有明显下降,水位与海平面、流量遭遇概率为0.1—0.9时,其月均水位下降幅度达0.01—1.24m。低海平面和低流量联合驱动下各站水位的下降幅度明显小于高海平面和高流量联合驱动下月均水位的变幅,而且上游站位的水位下降幅度明显大于下游站位。本研究成果可为强人类活动的影响辨识及珠三角水资源的合理配置和可持续发展利用等提供技术支撑。     

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     

桂林洞穴滴水对应CaCO3沉积物的稳定同位素特征与环境意义

桂林地区降水及茅茅头大岩滴水滴速和现代碳酸盐的碳氧同位素研究表明:(1)滴水沉积的δ18O达到了同位素沉积平衡,洞穴滴水的δ18O与同期降雨的δ18O值呈正相关关系;(2)在旱季和湿季交替时,滴水δ18O值滞后于降雨δ18O,受活塞效应的影响;(3)δ13C难以达到同位素沉积平衡,主要受滴水动力学影响;(4)同一洞穴不同滴水对环境的响应不同,如果洞穴顶板覆盖较厚,水分在土壤和岩层中滞留时间较长,滴水则反映受到平滑作用的降雨,反之则波动较大.     

鸭绿江西水道口悬沙动力特征

根据鸭绿江西水道口外两个站位大小潮实测悬沙数据,结合表层沉积物特征及潮流动力分析结果,从悬沙浓度、悬沙输沙量和悬沙粒级3个方面,分析了悬浮泥沙浓度大小潮时空变化特征及其与潮汐、潮流动力因素的关系,净输沙量特征及输沙方向、悬沙各粒级百分含量与涨落潮及泥沙沉积物之间的关系等内容。计算分析表明:影响悬沙动力特征的主要因素为空间位置、动力强弱及泥沙源;1#站位细粒沉积物丰富,潮流及输沙受口门地形控制,2#站位地形平坦,沉积物颗粒粗,泥沙源来自异地;悬沙浓度受潮流、潮汐动力影响呈规律性变化,输沙量受潮流动力、泥沙来源双重影响;两个站位悬沙粒级百分含量随涨落潮的峰值变化及与流速、流向、潮位的对应关系的不同,有效的指示了沉积物空间分布特征,反映了外部环境对悬沙的作用过程。     

胶州湾及其邻近河流中壬基酚等有机污染物的分布特征

为分析青岛胶州湾及其邻近河流中的壬基酚（NP）及其短链氧乙烯醚母体化合物、壬基酚单氧乙烯醚（NP1EO）和壬基酚二氧乙烯醚（NP2EO）的污染状况和分布特征，在研究区域内设置了17个站位分别采集了海水和沉积物样品，样品经萃取、浓缩、净化后采用气质联用仪测定各污染物的浓度。胶州湾水体中的NP、NP1EO和NP2EO的浓度分别为20．2-268．7、11．2-200．4和4．8-32．5ng／L。胶州湾沉积物中上述3种污染物的浓度分别为3．6-299．3、3．8-25．2和4．9-103．2ng／g。胶州湾邻近河流中的污染物浓度远远高于湾内，其中墨水河的污染最严重，水体和沉积物中NP的浓度分别达到28656ng／L和31704ng／g。与世界其他海湾NP等污染物的浓度相比，胶州湾属于严重污染地区之一，已经超出了其生物效应临界浓度。研究区域内50％的站位中NP浓度已经超过导致扇贝苗死亡的临界浓度，10％的站位已经超过引起雄性鱼类雌性化的临界浓度。