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。     

现行黄河口滨海区冲淤时空演变及其影响因素

自黄河入海流路人工改道清 8 汊后，受自然因素变化和人类活动干预影响，入海水沙出现新的情势，河口滨海区水下地形也发生相应调整。本文基于 1997—2018 年实测水深断面资料，建立水下地形数字高程模型 （DEM），综合研究了黄河 口滨海区冲淤的时空演变及其影响因素。结果表明，1997—2018 年黄河口滨海区整体呈淤积状态，累积淤积量为 5.36 * 108 m3。从时间上来看，水下地形演变经历 3 个阶段：缓慢冲刷 （1997—2002 年）、快速淤积 （2002—2007 年）、缓慢淤积 （2007— 2018 年）。从空间上来看，现行河口区呈淤积状态，而孤东近岸和老河口区呈冲刷状态。在水下地形不同的发展阶段，维持冲淤平衡的临界输沙量也有所不同，调水调沙之前为 1.65*108t/a，调水调沙以来为 1.09* 108t/a。来水来沙对河口滨海区的冲淤演变起着主导作用，2016—2017 年调水调沙中断，河口滨海区大面积冲刷。2018 年防洪调度的实施使水下地形迅速淤积。黄河口滨海区演变除了受来水来沙的直接影响，还受泥沙粒径和口门位置的影响。     

近期长江河口冲淤演变过程研究

基于长江河口1997年以来数字地形图和近期水文泥沙实测资料,分析研究了近期长江河口大量人工整治工程和流域水库工程建造影响下的河口河道自动调整过程。结果表明:1997-2013年河口段中上游河道微冲刷、拦门沙滩顶仍保持淤积外移、口门外侧近海域冲刷的态势略有增强,而其影响原因与历史时期的自然因素影响为主略有差异,近期人类高强度活动的影响贡献率增大。首先,南支至南港和北港中上游河段河床普遍发生冲刷,河床沙活动较活跃,床面微地貌沙波发育更明显,而口门外侧海域地形略有冲刷蚀退,这些变化与流域来沙锐减有直接关系;北支、北港口门、南槽和北槽河道拦门沙河段呈淤积,尤其北槽主航道的拦门沙河段6m水深浚深为12.5m后回淤量很大,这些与拦门沙河道动力结构环境、河口和海域再悬浮泥沙补给有关;局部河段出现强冲和强淤现象,与近期河口工程建造有关。所以,长江河口近期正处在对自然因素变化和人类活动增强的自我缓慢地自动调整和适应过程之中。     

不同水沙情势下现行黄河口滨海区冲淤时空演变

2018年至2021年黄河河口春季生态调水与2次罕见大洪水,导致时段内入海水沙过程和水沙通量发生变化。为了解滨海地貌变化特征,根据海域实测地形资料,结合同期利津水文站来水来沙数据,分析了河口滨海区2、5和10 m等深线变化及冲淤演变,比较了现河口各汊三角洲前缘发育情况。结果表明：2018年至2021年河口年均入海水沙分别为362亿m3^和2.81亿t,是2002年至2017年入海水沙均值的2倍;4 a间入海泥沙共11.67亿t(包括尾闾河道冲刷0.42亿t),其中有8.58亿t(6.13亿m³)落淤在现行河口滨海区;洪峰呈漫流入海,入海汊口稳定性变差,加速河口出汊摆动演变,口门前方形成长轴平行岸线、短轴垂直岸线的椭圆形连续狭长淤积带,三角洲前缘得到充分发育;大洪水期间,河口在东北向自然出汊,东汊和东北汊成为入海主汊。     

近期长江河口冲淤演变过程及自动调整机理研究

基于长江河口1997年以来数字地形图和近期水文泥沙实测资料, 分析研究了近期长江河口大量人工整治工程和流域水库工程建造的影响下的河口河道自动调整过程。结果表明:1997年以来的16年中河口段中上游河道微冲刷、拦门沙滩顶仍保持淤积外移、口门外侧近海域冲刷的态势略有增强, 而其影响原因与历史时期的自然因素影响为主略有差异, 近期人类高强度活动的影响贡献率增大。首先, 南支至南港和北港中上游河段河床发生普遍冲刷, 河床沙活动较活跃, 床面微地貌沙波发育更明显, 而口门外侧海域地形略有冲刷蚀退, 这些变化与流域来沙锐减有直接关系;北支、北港口门、南槽和北槽河道拦门沙河段呈淤积, 尤其北槽主航道的拦门沙河段6m水深浚深为12.5m后回淤量很大, 这些与拦门沙河道动力结构环境、河口和海域再悬浮泥沙补给有关;局部河段出现强冲和强淤现象, 与近期河口工程建造有关。所以, 长江河口近期正处在对自然因素变化和人类活动增强的自我缓慢地自动调整和适应过程之中。故然, 开展此类研究有其重要的现实意义。     

长江口南汇边滩冲淤变化规律与机制

根据1842—2004年海图资料分析发现,南汇边滩存在近百年尺度的强烈冲刷—淤积旋回。长江主泓走南港或北港是造成冲刷期"北滩、东滩淤积,南滩、过渡带冲刷"或淤积期冲淤态势反相的主要原因;冲刷期内风暴强度和频数明显多于淤积期,造成冲刷期滩面叠置记忆的是暴风浪成因的"高滩冲刷、低滩淤积"的冲淤态势,而淤积期保存的是弱风浪成因的"高滩淤积、低滩冲刷"叠置增强的剖面特征。尽管三角洲整体冲淤态势的转变主要受流域来沙量的控制,但不同岸段受河口河势分水分沙作用、潮流和波浪等共同作用,明显存在此冲彼淤、冲淤动态调整等特征。已有的入海泥沙含量阈值研究以点代面或以局部代整体,这是造成阈值估算偏高的主要原因。2003年三峡水库开始蓄水后平均年输沙量154 Mt/a已低于低阈值184 Mt/a,但三角洲尚未如预测那样发生由净淤积向净侵蚀的转变。已有的河口水文观察资料显示,水体含沙量也未发生明显下降,这可能是潮控型三角洲潮流对泥沙在河口的再分配起主导作用,并可能由此延长三角洲冲淤转变对入海泥沙量减少的滞后。今后需进一步加强潮控型河口复杂过程的综合研究,提高对泥沙含量阈值估算和应对可能面临的海岸侵蚀及其相关的环境地质灾害的能力。     

长江口南汇边滩冲淤变化规律与机制

根据1842—2004年海图资料分析发现,南汇边滩存在近百年尺度的强烈冲刷—淤积旋回。长江主泓走南港或北港是造成冲刷期"北滩、东滩淤积,南滩、过渡带冲刷"或淤积期冲淤态势反相的主要原因;冲刷期内风暴强度和频数明显多于淤积期,造成冲刷期滩面叠置记忆的是暴风浪成因的"高滩冲刷、低滩淤积"的冲淤态势,而淤积期保存的是弱风浪成因的"高滩淤积、低滩冲刷"叠置增强的剖面特征。尽管三角洲整体冲淤态势的转变主要受流域来沙量的控制,但不同岸段受河口河势分水分沙作用、潮流和波浪等共同作用,明显存在此冲彼淤、冲淤动态调整等特征。已有的入海泥沙含量阈值研究以点代面或以局部代整体,这是造成阈值估算偏高的主要原因。2003年三峡水库开始蓄水后平均年输沙量154 Mt/a已低于低阈值184 Mt/a,但三角洲尚未如预测那样发生由净淤积向净侵蚀的转变。已有的河口水文观察资料显示,水体含沙量也未发生明显下降,这可能是潮控型三角洲潮流对泥沙在河口的再分配起主导作用,并可能由此延长三角洲冲淤转变对入海泥沙量减少的滞后。今后需进一步加强潮控型河口复杂过程的综合研究,提高对泥沙含量阈值估算和应对可能面临的海岸侵蚀及其相关的环境地质灾害的能力。     

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。     

青草沙水库工程对附近水域河床冲淤的影响

青草沙水库是长江河口的一个重大工程,显著改变了北港上段的河势。河势的变化会引起流场和泥沙质量浓度的变化,进而影响河床的冲淤。本文应用三维水动力和泥沙数值模式,计算和分析了青草沙水库工程对附近水域流场、泥沙质量浓度和冲淤的影响。青草沙水库工程建设后,北港河道束窄,导致水库北侧河道主槽流速和泥沙质量浓度增加。水库工程使得进入北港的径流量和纳潮量减少,导致青草沙水库以东、北港下段和拦门沙区域流速和泥沙质量浓度下降。应用半理论半经验河床冲淤公式和模式计算的工程前后流速、泥沙质量浓度和水位数据,给出了由水库工程造成的河床冲淤变化分布。在水库以北北港水域发生普遍冲刷,冲刷强度最大可达2~3 m,冲淤分布和量值与工程前后实测水深变化吻合良好。数值模式较好地模拟了青草沙水库工程对附近水域冲淤分布的影响和变化量值。     

三峡工程对现代长江三角洲地貌演化影响的初步研究

根据长江三峡蓄水前后十余年的入海泥沙通量和河口口门区冲淤的对比分析,初步探讨三峡工程对长江河口三角洲地貌演化的影响。结果表明：（1）三峡水库蓄水以来（2003-2008年）,入库悬沙73％以上被拦截在水库里,因坝下游河床冲刷和支流来沙补给,三峡水库蓄水导致大通站输沙率下降49%;（2）1994?2000年、2000?2004年、2004?2008年,长江口门研究区（1500km2）净淤积量分别为7.25×108m3（1.21亿m3/a）、-1.03×108m3（-0.26亿m3/a）和-0.20×108m3（-0.05亿m3/a）;（3）2000年以来,河口口门外水深超过7m的大部分区域处于蚀退,尤以10-20m区域侵蚀最为强烈,但河口滩地（5m线以内）较前一时段淤积加强。主要结论：三峡水库蓄水加剧了长江入海泥沙的减少;入海泥沙减少是长江三角洲从淤积转为侵蚀的主要原因,近几年入海泥沙减少和河口口门区出现的冲刷有一半左右可归因于三峡工程的运行;河口滩地的逆势淤积是近年一系列的河口重大工程影响的结果。     

黄河刁口废弃流路冲淤演化及其影响因素

刁口流路是黄河1964年至1976年期间的行水流路，在1976年黄河人为改道清水沟后废弃，在1992年将其作为备用流路。依据不同年份刁口废弃流路的高程测量数据，计算了不同时期刁口废弃流路的冲淤量，分析了刁口废弃流路不同时段的冲淤变化特征，探讨了刁口废弃流路冲淤变化的受控机制。研究结果表明，1976-2000年，刁口废弃流路河道整体处于冲刷状态，冲刷速率约为1.92×10⁶ t/a;2000-2016年，河道整体处于淤积状态，淤积速率约为7.99×10⁶ t/a。刁口废弃河道的冲淤在空间上存在明显的差异，2000-2016年，以断面D20为分界线，向海一侧的河段呈现冲刷状态，河道槽蓄量增加；而向陆一侧的河段呈现淤积状态，河道槽蓄量减少。废弃河道的冲淤演化除受生态调水、海洋动力侵蚀等影响外，更多地受到河道周边油田开发以及两岸的农田和林业发展等因素的影响。因此，从维持河道行水能力的角度来看，亟需对河道开展维护修缮，以保证刁口流路作为黄河入海备用流路的适宜性。     

长江河口拦门沙河床淤积和泥沙再悬浮过程

利用近２０年来长江河口所观测的地形、水文、悬沙和河床沉积物资料,着重对１９８８、１９８９、１９９６和１９９７年最新观测资料进行计算分析。结果表明,长江河口航道拦门沙河段来水沙量大,潮流作用强,潮波变形明显,水流挟沙力强。该河段潮流速随时间和空间变化,又处在盐淡水交换地带,流域和海域来沙在此河率时淤时冲,悬沙与床沙交换频繁,表现在涨急、落急时可床淤积层泥沙再次起动悬浮,憩流时只河床,在一个潮周期中含     

近期(2000-2008年)长江口南港河槽的冲淤变化——兼议外高桥新港区岸段强烈淤积的原因

长江口南港是上海外高桥新港区所在岸段,其冲淤变化对该港区水深的维护具有重要影响。本文利用ArcGIS对2000-2008年长江口南港海图资料进行数字化,建立不同时期此河槽的数字高程模型,定量计算南港河槽尤其是主槽的冲淤变化,分析其演变规律。结果表明:(1)2000-2004年南港河槽整体上冲刷21.9×106m3(平均冲刷速率为3.5cm/a);(2)2004-2008年南港河槽整体上转为淤积,河床共淤积26.0×106m3(平均淤积速率为4.1cm/a);(3)2004-2008年外高桥新港区净淤积73cm,其中2006年7月-2007年7月1年淤积57cm。结论包括:(1)南港复式河槽中间沙脊的大量采砂导致的过水断面调整可能是近期沙脊两侧深槽出现淤浅趋势的重要原因;(2)2006年7月-2007年7月南港主槽(包括外高桥新港区)的强烈淤积可能还与该水文年长江径流量特低有关。(3)南港作为长江入海水沙的过境通道,其冲淤变化与河流来沙量变化的关系不大,而流域极端气候事件导致的径流量变异、河口人类活动以及河槽的自适应调整可能是该河槽年际冲淤变化的更重要诱因。     

黄河清水沟流路水沙组合和河口三角洲发育的宏观特性

黄河清水沟流路1976～1995年期间入海水沙偏少,年际和年内变化丰枯交替,河口三角洲的冲淤变化与入海水沙大小密切相关;分析其剖面淤积形态、洲面淤积造陆情况和泥沙淤积的空间分布,表明河口三角洲发育存在着初期迅速增长、中期快速增长、后期平缓增长的宏观特性和规律,根据水沙变化与河口三角洲增长面积的定量关系以及对未来入海水沙的预估,认为清水沟流路河口三角洲的发育将继续维持平缓增长的态势.     

潮流作用下洋山港水域悬沙和底沙的交换

通过对泥沙起动流速、淤积流速和不淤流速的计算,划定了悬沙和底沙交换的各个时段,提出了冲刷悬沙浓度、淤积悬沙浓度和不淤悬沙浓度的概念及其计算方法;继而导出了潮流作用下悬沙和底沙在交换层面上单位面积的日交换量计算式,并用于洋山港水域的冲淤计算。结果表明:自然状况下洋山港水域北部年淤积量为37.5 kg/m2,淤高了1.77 cm/a,属微淤;中部年冲刷量为10.0 kg/m2左右,刷深不超过0.52 cm/a,可认为冲淤平衡;南部年冲刷量为55.5 kg/m2,刷深了2.60 cm/a,属微冲。这一结果与该水域海床的自然冲淤状况相吻合。     

黄河三角洲孤东近岸冲淤演变及其影响因素

为更好地了解近40年来孤东近岸的演变过程,以研究区剖面水深地形、Landsat影像和利津站水沙数据为数据源,采用遥感技术及数理统计法对研究区域岸线及面积变化进行监测计算,并分析1976—1986年、1986—1996年、1996—2002年、2002—2014年4个不同阶段的冲淤演变及影响因素。结果表明:(1)孤东近岸经历"强淤积-冲淤平衡-侵蚀-强侵蚀"4个阶段。孤东近岸海域由淤积向侵蚀转变始于1996年,且在2002—2014年间侵蚀最为严重,大部分近岸海域蚀深达到6～8 m,侵蚀最大深度超过8 m;(2)等深线变化时空差异明显,蚀退最先出现在北侧,且近岸5 m水深区域内冲淤变化较水深10 m内敏感;(3)研究区近岸侵蚀,离岸淤积,剖面冲淤平衡位置由CS19剖面的11 m水深变化到CS21剖面的5m水深;(4)黄河入海水沙的减少、河口人工改汊、孤东大堤建设和海洋动力作用都对孤东近岸的冲淤演变产生影响,维持研究区冲淤平衡的年均来沙阈值为3.78亿t/a。通过此来进一步探究孤东近岸演变进程,为孤东近岸防护提供科学指导。     

三角洲废弃河道演化过程及受控机制——以黄河刁口废弃河道为例

废弃河道是河流系统的重要组成部分,其沉积记录蕴含了丰富的流域内构造活动、水文特征、海平面波动等环境变化的珍贵记录。然而相比内陆河废弃河道,三角洲废弃河道的演化过程及机制研究尚显不足。1976年黄河人工改道清水沟流路,切断了刁口流路的河流水沙供给,刁口流路逐渐废弃。通过1976—2016年的Landsat遥感影像、黄河水下三角洲测深资料和刁口流路河道高程测量数据,探讨了黄河刁口流路废弃河道演化过程及其受控机制。结果表明,刁口流路废弃40年来,河口不断向岸蚀退,河道长度逐渐萎缩,但废弃河道沉积过程并未完全中止,刁口流路L7—L11河段每年约有10×10⁴ t泥沙不断充填废弃河道,河道主槽高程抬升0.3~2.0 m。海洋动力是废弃河道演化的关键动力机制,波浪对刁口流路三角洲的冲刷为废弃河道充填提供了重要的物源,潮流携带悬浮泥沙回溯废弃河道,为其提供了直接泥沙供给。     

近50 a来杭州湾冲淤变化规律与机制研究

使用杭州湾1959-2010年的水下地形图, 结合过去数十年来长江入海水沙量和钱塘江河口段冲淤变化状况, 分析了近50 a来杭州湾在长江入海泥沙量锐减和治江围涂等人类活动作用下的冲淤变化规律及其物理机理。结果表明, 乍浦以上区域近50 a来处于较显著的淤积状态, 且有自上向下发展的趋势, 这种淤积主要是由于钱塘江河口治江缩窄工程所引起的;湾内地形发生了局部调整, 部分小型潮流槽脊系统趋于消亡, 地形趋于平坦化, 湾口北部2003年以后有转淤为冲的趋势, 这与长江入海泥沙量锐减和该区域围垦工程等因素有关;1959-2003和2003-2010年两个时段, 湾内泥沙淤积的年平均值分别为0.91×108和1.66×108 m3。对于整个钱塘江河口系统而言, 即自杭州湾湾口至钱塘江河口段的闸口断面, 长江入海泥沙量减少所产生的影响尚不明显, 2003年以后泥沙淤积速率甚至有所上升。杭州湾近50 a的冲淤变化是人为强烈干预下的大流域-河口系统响应与中小流域-河口系统响应的调整结果。     

黄河三角洲海岸线变化及其环境地质效应

以1855、1954、1976年和1992年的高潮线对比分析黄河三角洲海岸线的整体变化情况,表明在行河岸段,海岸线迅速向前淤进,而在非行河段,由于风浪、海流等侵袭,岸线后退,采用1976、1982、1987、1990年和1995年海区实测水深资料,以-2m等深线的变化来研究清水沟流路河口三角洲岸线的动态变化过程,发现河口造陆速度已逐渐变慢,反映出河口尾闾从初期发育走向萎缩的趋势。岸线变化的环境地质效应表现在多方面,对下游河道中淤影响最重要的是河床主槽持续淤积及同流量水位的抬升所带来的防洪风险的增大。     

杭州湾北岸金山咀—龙泉港岸段近岸滩槽冲淤演变分析

以杭州湾北岸金山咀—龙泉港岸段边滩及海床为研究区域,利用1989—2014年实测及海图资料分析岸滩断面地形变化和岸段冲淤变化。结果表明:在该研究时段,岸段存在长期稳定的冲刷深槽;近岸海床的冲淤表现出“波动性”,5 m等深线(2014年)以浅区以淤积为主,5 m等深线以深冲淤更迭,1989年以来总体呈现冲刷态势。长江入海泥沙量变化为该岸段发生侵蚀/淤积的影响因子之一,台风大浪及海床侵蚀/淤积波的移动导致海床冲淤复杂化。