长江口特大洪水浑浊带悬沙粒度分布特征

2020年长江流域发生了历史第二大洪水,大通站洪峰流量达到84 500 m3/s。本文基于2020年7月长江口特大洪水期间最大浑浊带多站位的水沙观测数据,重点分析了悬沙粒度组分的时空分布特征,并与常态水文条件下的粒度数据进行对比。结果表明：（1）最大浑浊带悬沙垂向平均中值粒径为10.4μm,变化范围为6～27μm,以黏性细颗粒泥沙为主;其中核心区南槽、北槽及北港的中值粒径分别为8.4μm、7.6μm和8.5μm,过渡区分别为7.2μm、16.4μm和14.5μm。（2）悬沙中值粒径垂向分布受不同组分影响,核心区底层中值粒径为8.8～9.6μm;底层黏土含量在28%～31%之间,粉砂含量在61%～64%之间,中值粒径主要受黏土及粉砂组分影响;过渡区北港和北槽垂向平均砂组分高达19%,南槽砂组分平均仅占5%,中值粒径主要受砂组分影响。（3）对比2013年洪季浑浊带数据,2020年粒径整体增大5.4μm,核心区黏土含量相较2013年减少12.7%,砂增加6.3%;过渡区北槽与北港平均粒径增大10μm。     

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。     

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。     

珠江口磨刀门灯笼山断面枯季输沙关系分析

在分析磨刀门河口潮汐、水流、泥沙特性的基础上,结合2001年枯季口内灯笼山断面流量、输沙率同步实测过程线,对该断面的逐时输沙关系进行回归分析,发现无论涨潮阶段还是落潮阶段,其相关性均很高.同时通过单宽输沙量分解,对磨刀门悬沙输移主要因素进行分析,结果表明磨刀门在枯季期间以悬沙输移优势流贡献为主,悬沙向海输运.     

闽粤交界处大埕湾海域表层沉积物分布运移特征及沉积动力环境分区

大埕湾位于闽粤交界处,是典型的岬角弧形开放型海湾,本文基于实测的海流、表层沉积物数据,分析了大埕湾海域表层沉积物的分布特征,计算了再悬浮通量与输运通量,结合粒径趋势分析方法探讨了表层沉积物运移趋势,利用Flemming三角图示法对沉积动力环境进行分区并分析了泥沙输运的主要控制因素。结果表明,研究区表层沉积物有砂质粉砂、粉砂、含砾泥和泥4种类型,沉积物颗粒较细,整体以粉砂和泥为主,砂质粉砂和含砾泥呈圆斑状零星分布;粒级组分含量和粒度参数平面分布分区明显,黏土组分、分选系数和偏态值呈现“东北小西南大”的特点,粉砂组分和峰态值则表现出相反趋势。观测期间表层沉积物日再悬浮量为41.86kg/m2,日净输运通量40.36kg/m,逐时再悬浮通量值和单宽输沙率大小与潮流流速变化相关性较好,且涨潮段大于落潮段,净输沙指向涨潮方向,由西南向东北方向输沙。研究区沉积动力环境可划分为DⅡ、EⅡ和EⅢ3个分区,沉积物搬运以悬移为主,潮流和波浪是研究区泥沙起动及输运的主要动力,泥沙来源主要有近岸侵蚀供沙、东西两侧海域输沙以及少量短源季节性陆源碎屑补给3方面。     

珠江磨刀门河口底质沉积特征及其泥沙运移趋势

根据珠江磨刀门河口的表层沉积物粒度分析结果,运用Gao-Collins粒径趋势分析方法(GSTA模型),计算河口的沉积物净输运趋势,并分析河口底质沉积特征。结果表明:河口较粗的沉积物分布在交杯沙浅滩和拦门沙顶部,受波浪作用影响分选较好;磨刀门主槽、龙屎窟和口外海滨的沉积物则较细,以粉砂和粘土为主,分选稍差。沉积物在纵向和横向上都表现出细-粗-细的变化趋势。磨刀门主槽泥沙受强径流影响,具有向南的输运趋势;龙屎窟在涨潮流作用下,泥沙净向北输运;在西向沿岸流和东南向浪作用下,拦门沙东侧浅滩泥沙向西侧搬运,口外海滨的泥沙输运趋势则向北。     

长江口南槽最大浑浊带表层沉积物动态变化研究

河口最大浑浊带表层沉积物的动态变化在很大程度上反映径潮流交汇作用影响的悬底沙交换过程,直接关联最大浑浊带区域的拦门沙冲淤整治。利用2013年6月在长江口南槽最大浑浊带小潮至大潮期间定点持续采集的共9 d逐时水文资料及表层沉积物等数据,分析了南槽最大浑浊带表层沉积物沉积动力过程。主要结果包括：(1)南槽最大浑浊带表层沉积物颗粒较细,以粉砂为优势粒级,沉积物分选性较差,平均粒径、分选系数及偏态自小潮到大潮呈逐渐减小的特征。落潮时水体悬浮泥沙易发生絮凝沉降,表层沉积物较细,以极细粉砂为主;涨潮期间,受涨潮顶托作用,以细砂为主的水体粗颗粒泥沙易于沉降,表层沉积物较粗。(2)沉积物组分存在2种变化模式：主要模式为潮流作用及盐水絮凝引起细颗粒悬沙沉降,以粗黏土及极细粉砂为主的沉积模式;次要模式为径流作用下,细颗粒泥沙被冲刷,细砂比重增加,导致表层沉积物变粗,以中粉砂为主的沉积特征;其中径流主导了表层沉积物的短时间内变化,而盐度的变化决定了表层沉积物整体的粗细转换。     

长江河口南汇潮滩泥沙输移规律探讨

南汇潮滩位于长江口与杭州湾落潮合流和涨潮分流的缓流区,滩面宽阔,滩坡平缓,平面形态呈犁头型.潮滩两侧潮位有显著差别,导致潮滩泥沙纵向输移.不同滩面高程水沙条件各异,潮间带涨潮流速、含沙量均大于落潮,呈涨潮流优势,净输沙向陆,大量泥沙在浅滩上落淤.深水区呈落潮流优势,净输沙向海.浅滩与附近深水部分存在二组平面输沙环流系统,导致滩槽之间、长江口和杭州湾之间的泥沙交换.向岸大风浪掀沙明显,引起滩面增长,横断面形成垂向输沙环流系统,加速潮滩的塑造过程.     

江苏大丰海岸碱蓬滩潮沟及滩面的沉积动力特征

根据2002年7月在江苏大丰碱蓬滩潮沟观测的水文、悬沙、底质等资料,分析了潮沟的输水、输沙特征及悬沙和底质在粒径组成上的关系,结果表明,潮沟在流速、悬沙浓度、输水、悬沙输运、底质活动性等方面具有明显的涨落潮不对称.滩面归槽水占潮沟落潮输水量的33%,由此造成的悬沙输运量占潮沟落潮悬沙输运量的20%,这是导致潮沟涨落潮输水输沙不对称的主要因素.在一个潮周期中潮沟的净输水、净悬沙输运方向与滩面相反,指向落潮方向.悬沙和底质组成以粉砂和黏土为主,潮沟和滩面的悬沙粒径组成差别很小.悬沙是滩面底质的主要物质来源,两者在粒径组成上存在着必然联系,沉积物粒径与该粒级在底质中的含量与在悬沙中的含量之比具有明显的幂函数关系.     

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。     

大小潮作用对潮滩沉积物层理影响的数值模拟研究

潮滩垂向沉积韵律层的形成主要取决于周期性的潮汐条件,包括涨落潮、大小潮、季节性及更长时间尺度的潮汐特征,为探究大小潮周期对潮滩沉积物垂向层理形成机制的影响,应用一维潮流泥沙与底床分层数学模型,对周期性潮汐条件作用下潮滩垂向沉积韵律层形成机制进行了数值模拟研究。结果表明,大小潮的周期性是模型中沉积层理表现韵律性的主要原因之一,韵律层中单个层理结构对应于1个大小潮周期过程,层理结构由形成于小潮期间的泥质层及形成于大潮期间的砂质层组成,层理的厚度也呈旋回性变化,大潮时层理较厚而小潮时层理较薄。水体边界含沙量是影响潮汐层理结构的重要因子,边界含沙量中粉砂占比增大会使潮汐韵律层整体粗化且砂质层厚度增大,当边界含沙量整体显著增大时,潮滩上的垂向潮汐韵律层会更加完整且厚度明显增大。潮汐层理的形成与特征是多种因子共同作用的结果,后续需进一步探究包括波浪、风暴潮、潮滩生物等其他因子的作用。     

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。     

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.     

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...     

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   

Transport of salt and suspended sediments in a curving channel of a coastal plain estuary: Satilla River, GA

This study describes the transport of salt and suspended sediment in a curving reach of a shallow mesotidal coastal plain estuary. Circulation data revealed a subtidal upstream bottom flow during neap tide, indicating the presence of a gravitational circulation mode throughout the channel. During spring tide, landward bottom flow weakened considerably at the upstream end of the channel and changed to seaward in the middle and downstream areas of the reach, suggesting the importance of tidal pumping. Salt flux near-bottom was landward at both ends of the channel during neap tide. At spring, however, the salt flux diverged along the bottom of the thalweg suggesting that tidal pumping caused a transfer of salt vertically and laterally into the intertidal zone. Thus, landward flux of salt is maintained even in the presence of subtidal seaward flow along the bottom at the downstream end of the channel.Landward bottom stress is greater than seaward stress, preferentially transporting suspended sediments upstream. Compared with salt, however, the weight of the suspended sediments causes less upward transfer of sediments into the intertidal zone. Flood flow carried more suspended sediments landward at the upstream end compared with the downstream end. We speculate that secondary flow in the curving channel picks up increasing amounts of suspended sediments along the sides during flood and adds them to the axial flow in the thalweg. Since the landward flow along the bottom of the thalweg weakens and even reverses during spring tide, there appears to be a complex re-circulation system for sediments re-suspended in curving channels that complicates the picture of a net transport of sediments landward.     

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。     

基于LiDAR观测的长江河口南汇南滩近期动力地貌研究

南汇潮滩是长江河口重要的后备国土资源,其地貌的动态变化过程可敏锐反映河海相互作用的强弱。本文利用地面LiDAR获取了南汇南滩2016年4月—2017年5月逐月大潮低潮期间滩面地貌高分辨率点云数据,根据平均小潮高、低潮位将潮滩划分为上、中和下部,由此结合水文泥沙资料分析区域潮滩动力地貌演变过程。结果表明:(1)潮滩在观测期间整体向海淤涨,其一年间垂向淤积值为10 cm,其中潮滩中部面积增大,而潮滩上部和下部的面积均减小;(2)滩面变化具有明显的夏秋季弱侵蚀调整、冬春季强淤积推进的季节性特征,潮滩地貌侵蚀-淤积则呈现明显的空间分异。在潮滩上部中侧-中部西侧形成贯通的冲刷带(10—80cm),上部沿堤西侧植被区出现强淤积带(20—85cm),整个滩面中东部潮滩出现大面积的弱淤积(5—30cm);(3)南汇南滩并未因长江入海泥沙的剧烈减少而遭受侵蚀,这可能受控于局地基本未变的动力环境和悬浮泥沙浓度,冲刷-淤积的纵向分带性则与区域海堤导致的潮流流向发生改变有关。     

长江口北槽抛泥流速和悬沙浓度时空分布观测

河口泥沙运动有其独特的规律,需要采用高分辨率的观测手段进行系统的现场观测,以此发现河口流速和泥沙分布结构,进而探讨其形成机制,应用声学多普勒流速剖面仪和声学悬浮泥沙观测系统,通过定点和走航式观测长江河口不同潮型和流态下流速和悬浮泥沙浓度时空分布发现:(1)不同潮型出现高浓度“事件”的次数和成因存在差异,中潮型出现高浓度“事件”的可能性最大;(2)抛泥泥沙浓度垂向分布至少有3种结构类型,即上小下大的“L”型、指数型和上大下小的“漂浮”型;(3)受抛泥泥沙输移的影响,断面流场形成低流速区,它们的强度随落潮流的扩散逐渐减弱;(4)不同潮型的落潮流表现出不同的输移行为,大、小潮型落潮流偏北,中潮型落潮流偏南;(5)在落潮流和颗粒重力共同作用下抛泥泥沙同时存在输移扩散和沉降过程,小潮型抛泥泥沙主要就近扩散和沉降,中潮和大潮型抛泥泥沙输移扩散范围较远。