长江河口北槽水沙过程对航道整治工程的响应

北槽大型航道整治工程确定了南北槽分汊口分流界线, 阻碍了北槽和邻近滩槽的水沙自由交换过程, 使北槽水沙动力过程发生调整。基于工程前后北槽主槽纵向同步水沙观测数据的统计分析表明:入口段落潮优势显著减弱;上段枯季时落潮优势显著减弱, 而洪季时落潮优势有所增强;中段(弯曲段拐点附近)落潮优势略有减弱;下段落潮优势明显加强。北槽主槽水沙纵向输移机制分析表明:欧拉余流、潮泵作用、斯托克斯效应和垂向环流为悬沙输移的主要驱动力, 其中欧拉余流输沙指向海, 斯托克斯输沙和垂向环流输沙指向陆, 而潮泵输沙随着季节而变化。洪季, 欧拉余流输沙和潮泵输沙在工程前后的变化使大潮期河床冲淤由中段和下段普遍落淤转化为中上段集中落淤。枯季, 工程前后稳定的潮流辐散输沙作用使大潮期河床以冲刷为主, 但工程后在入口段和上段潮泵的向上游输沙占优势, 使悬沙在入口段落淤。     

枯季长江口南槽悬沙输运过程和机制研究

开展枯季河口悬沙输运机理研究对于揭示弱径流条件下的陆海相互作用、河口季节性冲淤和水沙关系等具有重要的科学意义.本文根据2018年12月18-25日长江口南槽3个站位连续13个潮周期的同步流速、流向和悬沙浓度等观测资料,运用通量机制分解法研究了各输沙项的特征、贡献和输运机理.结果 表明,从小潮至大潮流速和悬沙浓度不断增加,由南槽上部至下部流速和悬沙浓度逐渐降低.观测期间平均流速与平均悬沙浓度存在明显的正线性关系,但受底质空间差异影响,悬沙浓度对流速的响应强度存在显著的空间变化.枯季期间南槽存在着中上部向陆净输沙、下部向海净输沙的空间输运格局.平流输沙和潮泵输沙是影响和控制净输沙的关键因素,二者的强度和贡献存在明显的潮周期变化和空间变化,垂向环流输沙的强度很弱,对净输沙贡献很小.南槽涨落潮输沙不对称现象明显,流速、悬沙浓度和历时都具有一定的涨落潮不对称性,这些不对称现象共同调节和控制着潮周期净输沙强度和方向的时空变化.     

夏季潮流作用下龙口湾海域悬浮泥沙时空变化特征及其输运机制

根据龙口湾海域海流、悬浮泥沙等实测资料,利用Morlet小波分析与单宽悬沙通量机制分解法,分析了研究区悬浮泥沙浓度时空分布特征和变化规律,并探讨了悬浮泥沙的输运机制。研究结果表明,平面分布上,研究区的悬浮泥沙分布呈现人工岛外悬沙浓度大于岛内水道海域的分布特征;垂向上,各站位平均含沙量由底层向表层逐层递减,特征明显。悬浮泥沙浓度在潮周期的变化较为复杂,各站位悬浮泥沙浓度在单日内一般出现2～4次峰值;悬浮泥沙浓度峰值往往滞后于流速峰值0.5～2 h;悬浮泥沙浓度在时间上的变化以12～16 h尺度为主要周期。研究区单宽输沙通量主要介于2.64～24.68 gs~(-1)m~(-1);整体上呈现人工岛外海域悬沙通量高于人工岛内的平面分布格局。悬浮泥沙输运方向与潮致余流方向基本一致;受余流、地形、悬沙浓度等影响,各个输沙分项对输沙率的贡献相差较大,平流输运在悬沙输移中占绝对优势,其次为垂向净环流输沙。     

南黄海西部日照近海悬浮泥沙分布、输运及控制因素

基于2020年10月日照近岸海域大潮期水文泥沙观测资料,研究了海流和悬浮泥沙时空分布特征,利用单宽通量机制分解等方法,探讨了悬浮泥沙输运机制和控制因素。结果表明,日照近岸海域悬浮泥沙浓度平面上呈由岸向海逐渐降低的分布特征,垂向上呈由表层至底层逐渐升高的趋势。悬浮泥沙浓度变化与潮周期流速变化趋势总体一致,但具有滞后效应。研究区单宽净输沙率为4.72～24.68 g/(s·m),近岸单宽净输沙率明显大于远岸输沙率。悬浮泥沙输运以平流输运为主,其次为潮泵效应或垂向净环流输运。研究区水体垂向混合均匀,对悬浮泥沙垂向分布影响微弱。潮流引起研究区悬浮泥沙浓度的潮周期变化,南黄海西部近海悬浮泥沙净输运方向和潮余流方向大体相同,在远岸开阔海域总体呈向南的净输运趋势。研究成果有利于完善南黄海西部近海泥沙输运规律理论成果,对日照近岸工程建设具有一定的指导意义。     

当代珠江三角洲网河同步水沙时空变化特征

珠江三角洲网河水沙形式复杂,河口的同步水沙分配特征对研究河口水沙输运以及泄洪排放路径的理解至关重要。分别于2016年12月枯季大小潮与2017年7月洪季大小潮,通过4个航次对珠江三角洲16个站位进行了同步水文观测。观测结果显示,洪枯季西江都为珠江三角洲水沙的主要来源,网河区流量输送存在3条通道,最终经由磨刀门(枯季26%,洪季33%)、洪奇沥(枯季18%,洪季20%)、虎门(枯季20%,洪季16%)三口门入海,三口门枯季总流量占八大口门的64%,洪季占69%。泥沙输运存在2条主要通道,最终经由磨刀门(枯季34%,洪季43%)与洪奇沥(枯季16%,洪季26%)入海,两口门枯、洪季泥沙量约占八大口门的50%、69%。16站位流量与输沙率季节性差异显著,网河区流量季节性差异北江大于西江大于东江,八大口门季节性差异由中间口门向两侧口门递减;网河区输沙率季节性差异西江大于东江大于北江,八大口门季节性差异也由中间口门向两侧口门递减,含沙量的季节变化与输沙率相似,受潮流作用影响,洪枯季大潮含沙量一般大于小潮含沙量。     

椒江河口春季悬沙输运特征及通量机制研究

通过分析2016年3月椒江河口两个定点站位的潮周期水文泥沙观测数据,研究了椒江河口春季悬沙输运特征及通量机制。结果表明,河口内侧站位潮流速大于外侧站位值,两站位垂线平均悬沙浓度分别为0.3~5.8kg/m~3和0.3~1.0kg/m~3。悬沙通量机制分解表明,内侧站以向海的潮泵输沙效应最显著,对单宽输沙量绝对值贡献率为43.9%,其次是向陆的平流和垂向净环流输沙,综合作用下悬沙向陆净输移0.39kg/(m·s);外侧站位以向海的平流输沙为主导作用,贡献率为72.6%,悬沙向海净输移0.10kg/(m·s)。小波分析和频谱分析表明,含沙量、输沙率及流速三者之间存在不同的响应关系,内侧站输沙率主要受流速的影响,而外侧站位则主要受控于悬沙浓度变化。     

杭州湾口门中部水沙输运机制初探——以岱衢洋为例

根据2012年9月在杭州湾口门中部外侧海域岱衢洋主槽内获得的包括大、中、小潮的垂向流速和悬浮泥沙观测资料,利用机制分解方法计算了岱衢洋的水沙输移通量等特征,分析并讨论了各个输沙项对总输沙量的贡献,解释了杭州湾水沙进出外海的输运机制。研究结果表明:研究区域单宽涨潮量大潮为小潮的2.3倍,单宽落潮量大潮为小潮的1.6倍。从小潮到大潮的余流和单宽净输水量由向海变为向陆;单宽涨潮输沙量大潮为小潮的4.5倍,单宽落潮输沙量大潮为小潮的2.7倍。单宽输沙量表现为小潮和中潮向海,大潮向陆的特点,大潮单宽净输沙量约为小潮和中潮的2倍;在各输沙项中,平流输沙主要来自水体净输移(拉格朗日余流决定)对悬沙输移的贡献,平流输沙方向小潮向海,中潮和大潮向陆,其中大潮和小潮时平流输沙在各项中贡献率最大;潮泵输沙小潮和中潮向海,大潮输沙向陆,中潮时潮泵输沙贡献率在各项中贡献率最大;垂向净环流输沙方向均向陆,大中小潮悬沙含量的垂向的差异是导致小潮垂向净环流输沙量大,大潮输沙量小的主要原因;杭州湾中部通过岱衢洋通道与外海泥沙交换的主要形式是大进大出、反复搬运,而在一个完整的半月周期内外海泥沙净进杭州湾的量相对较小。     

夏季浙江沿岸陆架区泥沙输运机制

基于2014年夏季浙江沿岸陆架区的水文、泥沙、底质沉积物等实测资料,运用物质通量分析方法和Gao-Collins粒径趋势分析法,探讨了泥沙的输运通量、输运方向、动力机制及净输运趋势。夏季,近岸含沙量规律性较强,由西至东逐渐降低,由南至北逐渐升高,且与潮流有非常好的对应关系,呈现出明显的潮周期变化特征。研究区净悬沙通量自岸向外海迅速变小,悬沙输运中平流输运占主导地位,其次是垂向净环流对悬沙输运的影响,近岸海域表现为向海输沙,30 m以深海域表现为东北向输沙,同时台湾暖流的屏障作用也影响了悬沙向海扩散。粒径趋势分析显示浙江沿岸陆架表层沉积物的长期输运机制为由东北向西南输运,在流系以及海底地形的影响下,中部海域出现粒径趋势较弱的沉积中心。而在夏季,悬浮泥沙主要为平行岸线向东北输运,估算每天进入研究海域的净悬浮泥沙约为1.9×106 t。     

伶仃洋洪季悬沙平面分布特征及成因探讨

基于伶仃洋河口2007年洪季（8月）潮流和泥沙现场观测资料,通过实测资料分析结合二维泥沙数值模型的方法,分析其悬沙浓度平面分布特征。结果表明,悬沙浓度从伶仃洋湾顶虎门至湾口沿西槽向海在纵向上呈现出先减小再增大后减小的变化趋势;横向上,西槽最大,东槽和中滩次之;内伶仃岛西北侧海域为含沙量高值中心。悬沙纵向输移机制分析表明,伶仃洋洪季输沙主要贡献项为平流向海输沙、潮汐捕集和垂向环流的向陆输沙,其中后两项在内伶仃岛附近的贡献较大。潮流、径流来沙、径潮强度对比以及地形边界作用为悬沙场平面分布差异的主要成因。     

崇明东北潮滩泥沙输运过程的研究

潮滩泥沙的输运过程是河口近岸泥沙输运的重要组成部分,也是诊断潮滩侵蚀-淤积的重要动力指标,特别是在地貌演变过程显著的区域更具指示意义。本研究选择长江口崇明岛东北部潮滩,在2018年3月30日—4月10日进行三脚架多参数观测,获取了高分辨率的流速、含沙量等剖面数据,运用机制分解法分析了连续21个潮周期的泥沙输运过程。结果表明:崇明东北侧潮滩观测站位的含沙量从观测开始至大潮阶段不断增大,在此期间底部含沙量也出现了最大值(7.82 g·L~(-1))。大潮过后直到小潮期间含沙量逐渐减少;观测站位单宽净输沙量有着明显的潮周期差异,从数量上看,大潮期间的单宽净输沙量为1.61×10~4kg·m~(-1),中潮期间为8.28×10~3kg·m~(-1),均远远大于小潮期间的单宽净输沙量,从方向上看,则具有大潮和小潮向口内,中潮向口外的泥沙净输运方向差异;大潮和中潮内的单宽输沙率均大于0.17 kg·m~(-1)·s~(-1),远大于小潮时的单宽输沙率。对各项输沙机制的结果分析来看,"潮泵效应"对输沙量的贡献最大,平流输运次之,而由于水深较浅,垂向环流对输运量影响较小。在观测期间出现了显著的从潮滩向主槽的泥沙输运。总体上看,潮滩泥沙输运过程指示了显著的向口内和主槽的泥沙输运,是北支河口区域泥沙淤积的重要来源。     

长江口北支悬沙浓度及输移的时空变化

本文基于4次洪枯季同步水文观测资料,着重分析了长江口北支悬沙浓度的潮周期变化、垂向分布、纵向分布和悬沙输移及其时空差异。研究结果显示,悬沙浓度的潮周期变化过程在大中潮期以M型(双峰型)为主,下段主槽内在大潮期多出现V型,上段在枯季可出现涨潮单峰型;小潮期可出现无峰、单峰或双峰型。涨、落潮悬沙浓度峰值及均值,在枯季多涨潮大于落潮,洪季中小潮特别是小潮期易出现落潮大于涨潮;下段主槽内在大潮期易出现落潮大于涨潮。悬沙浓度的垂向分布及其变化特点,在大中潮期与悬沙的潮周期变化型式有关,其中M型存在显著的洪枯季差异。纵向上,最高悬沙浓度在枯季出现于中段灵甸港至三和港之间及附近河段,洪季则在下段三条港附近。潮周期悬沙净输移,枯季大多向陆特别是大中潮期,洪季中上段大多向海,下段大潮期多向陆、中小潮易出现向海;下段主槽内在大潮期易出现向海。     

长江口北港口门海域悬沙输运机制分析

根据2012年10月24日至11月1日在长江口北港口门海域获取的沉积动力学数据,采用输运通量分解方法分析水沙输运机制。结果表明,长江口北港口门附近海域涨、落潮期间底部悬沙浓度与近底部流速呈显著线性相关,存在显著的再悬浮作用;潮周期内的悬沙输运具不对称特征,涨潮悬沙浓度大于落潮悬沙浓度,悬浮泥沙有向陆输运的趋势。拉格朗日平流输运是影响悬沙输运的主要贡献项;潮泵效应(尤其是潮汐捕捉效应)以及河口垂向环流作用是两个次要影响因素,在影响程度上前者比后者略大。观测发现,长江口北港口门海域潮流除了具有涨落潮流速、历时等不对称现象外,还具有流速结构不对称的特征,进而导致涨、落潮底部湍流混合程度不对称与输沙不对称,这可能是造成悬沙向河口内输运形成最大浑浊带的重要因素。     

基于解析解的长江口南港悬沙侧向捕集特征分析

为探讨长江口南港的水动力结构及悬沙侧向输运特征,本文从解析解的角度构建了潮汐河口水沙输运数学模型,并将其应用到长江口南港某横断面上。南港水动力主控于半日潮流,余流主要由陆相径流及本地非线性对流项驱动,悬沙分布上北侧副槽远大于南侧主槽,水沙分布的计算结果与实测结果在结构上基本一致。通过输沙函数进一步分析表明,潮流输沙和余流输沙是南港侧向输沙函数的两个主要部分。南港中强劲径流削弱了涨潮流,增强了落潮流,使得向河槽南侧的涨潮流输沙小于向河槽北侧的落潮流输沙,潮流输沙指向河槽北侧。径流驱动的南港侧向余流在涨潮流方向上为一逆时针环流结构,余流输沙指向河槽北侧。扩散输沙指向南侧主槽,因其总是指向悬沙浓度梯度的负方向。在各输沙因子的综合作用下,南港中大量悬沙捕集于河槽北侧,使得河槽北部底层潮平均含沙量值达到最大值。     

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。     

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。     

Dynamics of the turbidity maximum in King Sound, tropical Western Australia

King Sound is a 100-km-long embayment located in tropical northwestern Australia with a spring tidal range of 11 m. This is the second largest tide in the world after the Bay of Fundy in Canada. Intertidal areas cover about 800 km². The upper reaches of the sound are turbid with fine suspended sediment concentration reaching 3 kg m⁻³. Field studies of the dynamics of water and fine sediment were carried out in the dry seasons of 1997 and 1998. The tide was a propagating wave, shoaling and dissipating by friction as it entered the sound. This mode of propagation generated an asymmetric tidal current with a stronger current at flood than at ebb. An evaporation-driven salinity maximum zone was found in the upper reaches of the sound, and this was also where the turbidity maximum occurred. Tidal pumping by the tidal asymmetry and, possibly, the biological filter formed by muddy marine snow, trapped the fine sediment in the upper regions of King Sound. Wind-driven waves contributed significantly to entrainment of bottom fine sediment, possibly through wave pumping of the sediment and not wave-induced orbital velocities. Field data suggest that erosion of bottom fine sediment was proportional to the sixth power of the tidal current and the third power of the wave height.     

近期长江河口南汇南滩水域水沙变化特征

基于南汇南滩水域2011年12月和2012年6月洪、枯季大潮的现场水文观测资料及2003年2月枯季大潮、2004年9月洪季大潮的历史观测资料,分析潮流历时、流速、优势流和含沙量等水沙现状和变化特征,探讨近年来该水域水沙变化的主要影响因素。结果表明:(1)目前,南汇南滩水域洪季大潮落潮流占主导优势,枯季大潮涨潮流占主导优势;(2)东海大桥及其周边促淤围垦工程后,洪季大潮落潮优势增强,涨潮垂线平均含沙量减少,落潮垂线平均含沙量增多;枯季大潮落潮优势减弱,涨、落潮垂线平均含沙量均减少;(3)近岸工程建设是南汇南滩水域洪季落潮优势增强、枯季落潮优势减弱的主要影响因素;涨、落潮垂线平均含沙量的变化主要与工程建设、流域来沙量减少、近岸沙体变迁等作用有关。可为河口河槽治理提供理论依据。     

桐花树红树林潮滩近底层悬沙浓度垂向剖面变化特征分析*

观测红树林潮滩在波浪和潮流作用下的近底层垂向剖面悬沙浓度变化过程, 对理解海岸带植被的消能促淤机制和滨海湿地生态修复工程有着重要作用。本文以北部湾七星岛岛尾桐花树红树林潮滩为例, 基于剖面流速仪HR、声学多普勒单点流速仪ADV、浪潮仪T-wave及剖面浊度仪ASM, 获取了研究区域2019年夏季大潮连续3天的水文数据, 同时结合桐花树典型植株实测参数, 分析了潮周期内红树林潮滩近底层垂向剖面悬沙响应波浪、潮流作用及桐花树空间结构的运动过程。结果表明: 1) 桐花树潮滩近底层悬沙浓度和悬沙通量具有涨潮明显大于落潮的潮汐不对称现象, 剖面垂向高悬沙浓度区域在涨潮初期—涨急由距底部0.1~0.37m转变为距底部0.5~0.67m, 落急—落潮末期则由上部转变为下部; 2) 潮周期内悬沙起动和再悬浮阶段发生在以波浪作用主导的涨潮初期和落潮末期, 平流和沉降发生在以潮流作用为主的涨急至落急整个阶段; 3) 涨潮阶段桐花树冠层的茂密枝叶通过减缓流速拦截多于冠层上部40%以上的悬沙, 落潮水体则挟沙自陆向海经过桐花树群落, 使得悬沙浓度下降超过71%。该不对称涨、落潮动力沉积机制有利于悬沙向岸输运, 促进潮滩扩张过程。