曹妃甸老龙沟潮汐通道拦门沙演变机制

渤海湾曹妃甸老龙沟海区属于泻湖型潮汐通道体系,口门附近发育有大规模拦门沙浅滩。由于沿岸泥沙供给不足,近几十年来东坑坨等沙坝外侧海区整体呈侵蚀冲刷态势,等深线向陆蚀退。老龙沟西支深槽也以侵蚀作用为主,而拦门沙地区滩槽冲淤变化则与东坑坨演变密切相关。其中东槽冲刷发展主要是东坑坨西南尾端淤长压迫老龙沟口门,引起岬角效应增大、潮流动力增强所致,而西槽的摆动现象则主要与东槽发展所产生的挤压作用有关。由于泥沙供给不足,近年来东槽发展和西槽摆动的速度都有明显减缓。     

珠江网河水沙分配变化及其对伶仃洋水沙场的影响

采用二维ECOMSED模型对径流来水来沙变化前后的1978年和1999年伶仃洋洪水期水动力场和悬沙场进行模拟,结果表明:伶仃洋水动力场整体增强,但不同地貌单元水动力变化具有明显差异.分流比变化后洪水期伶仃洋西槽、东槽和中滩水动力增强,涨潮和落潮流速普遍增大0.1m/s;西部各口门区和西滩涨潮流势减弱,径流优势更加明显,但西滩三个口门水道及滩面潮沟落潮流速增大约0.1 m/s;东滩水动力特征变化不大.悬沙浓度亦整体升高,平均增加了0.02~0.05 kg/m3,悬沙高值区范围扩大,0.10 kg/m3等值线由西槽西侧明显向东推进到沿东槽南北向分布,径流来沙的影响范围东扩.     

人类活动影响下伶仃洋沉积格局演变特征

根据2016年伶仃洋128个表层沉积物粒度参数以及前人对伶仃洋表层沉积物的研究成果,结合Flemming沉积动力判别图解和粒径趋势分析模型（GSTA）,分析伶仃洋40年来的沉积格局演变特征,并探讨了人类活动在伶仃洋沉积格局演变中的作用。结果显示:1）2016年,伶仃洋表层沉积物中粉砂组分含量最多（56.67%）,黏土组分含量其次（26.08%）,砂含量最少（17.23%）,湾内表层沉积物总体较细,主要有砂、砂—粉砂—黏土、砂质粉砂、粉砂质砂和黏土质粉砂5种类型,各类型沉积物呈现斑块状分布。2）近40年来,伶仃洋表层沉积物的平均粒径、粒级组分的空间格局发生了显著变化,从之前的条带状分布变为斑块状分布,但沉积格局的剧烈演变主要集中于2004—2016年这十多年间,Flemming三角图分区变化显示出40年来伶仃洋沉积环境整体表现出动力增强的趋势。3）受人类大规模采砂影响,中滩区域原有的完整沉积中心被分散,分别向北和向南形成“两格局、三中心”的新型沉积模式,从而改变伶仃洋的沉积物源—汇过程。4）伶仃洋沉积物空间分布、沉积动力环境、运移趋势等特征的变化与采砂、航道浚深等人类活动有着密切的联系,反映出人类工程活动已成为影响伶仃洋沉积格局演变的重要因素。     

磨刀门河口洪季波生流及其泄洪影响

磨刀门已由"径流型"向"径流-波浪型"河口转变,波浪已是该河口主要动力之一,但波浪对河口洪季水流及泄洪的影响缺少研究。在2-D潮流数学模型中添加随潮位实时变化的波浪辐射应力,建立波浪潮流耦合数学模型;波浪求解采用缓坡方程,背景水深由潮流模型实时提供,可通过比较考虑和未考虑波浪影响的河口流场来分析波浪对泄洪的影响。在年均常浪作用下,磨刀门河口洪季涨落潮阶段均有明显的波生环流结构。由于波浪作用方向向陆,波生流减弱了浅滩区的向海余流,增大了浅滩向陆余流;受浅滩向海余流减弱影响,河口动力自调整后形成归槽水流,促使深槽内向海余流增大。波浪有顶托河口泄洪之势,可改变滩槽泄洪分配比例;年均常浪的波高较小,其对潮流及泄洪的影响区域限制在浅水区,故对泄洪的负面影响有限。     

伶仃洋茅洲河口滩槽演变水沙模拟及治导线优化

为适应伶仃洋茅洲河口治理开发条件,以保证行洪顺畅为泄洪纳潮的首要原则,同时顺应水沙运动和河势发展规律,对河口进行治导线比选和优化。该河口治导线方案分单、双通道,两类通道不同扩宽率下设计有围填、围填加开挖2种方案,开展水动力泥沙数学模拟计算和物理模型试验。结果表明:河口治导线各方案对伶仃洋涨、落潮流速的影响范围主要集中在交椅湾及其附近海域;方案实施后,周边海区冲淤变化较小,未对河势造成不利影响;根据对水动力、河口泄洪、河势稳定影响的综合分析,单双通道相比较而言,对洪水位、纳潮量、高低潮位、流速、河床冲淤的影响规律具有较好的一致性,相同扩宽率下各方案的影响程度均在同量级。     

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。     

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。     

港珠澳大桥人工岛对水沙动力环境的影响

为了评估港珠澳大桥人工岛建设对周边海区水沙动力环境的影响,针对人工岛设计及工程海区水沙特性,建立了整体潮流泥沙物理模型,系统研究了人工岛建设引起的动力地貌演变效应。试验结果表明,受岛体阻水影响,潮流在人工岛两端分别形成双向绕流,流速明显增大,并在岛桥结合部与岛隧结合部发育局部冲刷坑;人工岛背水面同时存在多个大小不一的强紊动小尺度回流,并具有不断形成、发育、发展到消亡的周期性变化过程。受人工岛自身位置、形态、尺度以及工程海区地形、水流、泥沙等因素影响,港珠澳大桥东、西两个人工岛引起的动力地貌演变效应,既在变化规律上具有较好的一致性,又在影响形式与程度上存在明显的差异性。     

青海湖东南岸现代滩坝沉积模式与识别标志

青海湖是研究湖泊滩坝的有利区域。通过对青海湖现代滩坝的实地考察和精细解剖,对滩坝的沉积特征、形成机制、沉积序列、沉积模式、识别标志等方面进行了系统研究。青海湖滩坝发育3种岩相,即块状砾质砂岩相、块状砾岩相和递变砂砾岩相。结合岩相分布和现代湖岸水动力观测,将青海湖波浪带划分为对称浪带、歪浪带、破浪带和冲洗浪带,并据此建立了青海湖滩坝沉积模式。提出滩坝相较于河口坝的4点关键识别标志:(1)岩性底界面接触关系差异,滩坝与下伏半深湖泥质沉积总是突变接触,有明显的突变面,而河口坝则是渐变接触;(2)滩坝垂向上发育典型的“ABC”序列,沉积物自底至顶呈细-粗-细的变化;(3)滩坝普遍发育冲洗层理,以及向陆倾斜的漫越层,而河口坝主要发育槽状交错层理;(4)砂体走向差异,滩坝砂体走向总体平行于湖岸,而河口坝砂体走向总体垂直于湖岸。     

河口湾水动力环境对滩涂利用的累积响应——以珠江口伶仃洋为例

为揭示河口湾水动力环境对滩涂利用的累积响应过程,以珠江口伶仃洋河口湾为例,基于潮波数学模型和潮流数学模型,研究了1981年以来湾内进出潮量、分潮振幅和潮流流速的累积变化。结果表明:相对于1981年,2018年岸线条件下伶仃洋湾口断面涨落潮量累积减少4.9%~6.0%、内伶仃断面涨落潮量累积减少9.0%~12.8%、深圳湾断面涨落潮量累积减少17.8%、南沙断面涨落潮量累积减少5.0%~6.3%;伶仃洋M₂分潮振幅呈增加趋势,振幅增幅由南向北增加,潮波由南向北变形进一步加剧;伶仃洋最大可能潮差变化与M₂分潮振幅变化趋势一致,潮汐性质没有发生变化;伶仃洋潮流流速总体减小,西岸流速减幅高于东岸,湾顶附近流速略有增加。     

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。     

Temporal and spatial evolution of the coastal profiles along the Yellow River Delta over last three decades

The subaerial delta of the Yellow River has undergone a notable reshaping process with drastic changes in erosion and accretion patterns both temporally and spatially. These morphological changes not only have significant impact on the long-term evolution of delta but also pose severe threat to the existing infrastructures adjacent to the eroding delta lobe. This paper presents a data-based study of waves, currents, sediments and subaqueous bedforms including the application of Principal Component Analysis (PCA) to the measured coastal profiles in order to understand qualitative and quantitative processes that are responsible for the observed changes. The results demonstrated that the Yellow River Delta has recently been dominated by recession process due to the reduced sediment supply from the Yellow River in the recent decades. A critical threshold of river sediment discharge was formulated and used to explain the observed morphodynamic processes. It was found that the coast of the Yellow River Delta could be broadly divided into three geomorphic zones: the area near abandoned delta, the estuarine area, and Laizhou Bay. At the nearshore zone of the abandoned delta, waves are the main agent for bed erosion and sediments suspension. The tidal current is effective in transporting suspended sediments and exerts the main control on the depths of the erosion–accretion balance zone on the coastal profiles. The area near the present estuary has seen rapid deposition with the progradation rate being governed by the relative intensity of fluvial and marine processes while the coasts in Laizhou Bay are stable and the particular characteristics of the tidal current field prevent the sediments supplied by the Yellow River from reaching this area.     

Spatial gradients in the flow over an estuarine channel

Acoustic Doppler current profiles were measured for a twelve-hour period on February 21, 1997 across Thimble Shoal channel, lower Chesapeake Bay, for the purpose of determining bathymetrically-induced spatial gradients in the flow and their implications for the lateral momentum balance in estuaries. A least-squares fit to semidiurnal and quarter-diurnal harmonics was used to separate the tidal and subtidal contributions to the observed flow. The period of observation was characterized by onshore winds and subtidal inflow everywhere along the transect sampled but strongest in the channel. Spatial gradients in both the tidal and subtidal horizontal flows showed that the greatest lateral shears and convergences were found where the bathymetric changes were sharpest, i.e., on the shoulders of the channel. The ratio of the quarter-diurnal to the semidiurnal tidal amplitudes was greatest over the channel shoulders, for both the along- and across-estuary flow components, and indicated the importance of non-linear effects there. The nonlinear term caused by across-estuary divergence was larger than the Coriolis term over the channel shoulders. The nonlinear contribution was comparable to the Coriolis acceleration in the subtidal and tidal lateral momentum balances. For the tidal balance, the local accelerations were also as important as the Coriolis accelerations. Equivalent results in the momentum balances were obtained with another data set of October 1993. Contrary to the customary assumption, the across-estuary momentum balance in this area was ageostrophic.     

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。     

基于数字化海图与多时相卫星遥感的 长江口九段沙形成演化研究*

九段沙位于长江河口南北槽之间,为新形成的河口沙洲,其形成距今只有50年的历史。利用对大通水文站1950~2003年的水沙资料的分析,结合对数字化海图和多时相卫星遥感影像的解译及野外现场考察,对九段沙形成过程和演化过程中的面积、体积、高程和地貌特征等进行了综合研究,研究结果表明九段沙自形成以来面积、体积总体上是处于增大过程中,高程也在增高,成陆化作用明显。但由于来水来沙的不同和河口动力作用,这种增长不是线形的,有时因受到冲刷而面积减小,高程降低。利用采自九段沙上沙的短柱状样分析发现潮间带和潮上带的沉积速率不同,植物群落对九段沙的形成演化具有一定的影响,但总体上九段沙正处于从河口沙洲向河口沙岛的演化过程之中。九段沙的植被保持着自然演替的原生状态,植物群落结构简单,生物多样性尚较低,以芦苇群落为代表的高等湿地植被主要分布在九段沙潮间带上部和潮上带,九段沙属于发展过程中的河口湿地。     

黄河三角洲粉质土海床临界起动切应力影响因素研究

在黄河口潮滩和室内环形土槽模拟新沉积的海床土体,观测固结过程中沉积物临界起动切应力的变化及对应的土体重度、含水率、贯入阻力、剪切强度指标值的变化,分析黄河三角洲粉质类土临界起动切应力的影响因素与变化规律。研究发现：黄河三角洲粉土的临界起动切应力与重度、贯入阻力和抗剪强度之间呈正相关关系,而与含水率呈负相关关系,并且与干密度、抗剪强度之间具有非常好的定量关系。将黄河三角洲粉土临界侵蚀切应力的试验结果与其他学者建立的计算公式进行了比较,发现在固结开始试验与计算结果间的吻合性较好,随着固结时间差异性变大,表现出黄河口粉质土的独特性。     

Morphological evolution of center Boumerdes in Zemmouri Bay (Algeria) from 1922 to 2017

The morphological evolution of shallows seabed has undergone great changes over the past 95 years. These changes have not only led to the decreases of water volume but also to the spatial variability of sediments. However, the distribution and the movement of marine sediments from underwater beaches are very complex due to the combination of several factors such as hydrodynamic factors (e.g., tidal currents ±?34 cm, swells and currents driven by the prevailing northeast wind), and entropic factors (e.g., soil occupation and protective installation of structures as breakwater, groynes, retaining wall). This situation can disrupt the sedimentary regime in the Boumerdes area. In order to better understand the hydrodynamic processes, the recognition of sedimentary processes, the modalities, and erosion mechanisms of this zone are necessary. Thus, the study of long-term underwater morphological evolution by comparing between the bathymetric surveys of different years, between 1922 and 2017, is required to study the feasibility of coastal engineering projects. The seabed bathymetric evolution of this coastal fringe from erosion point of view was appreciated. It is based on a geographic information system (GIS), which allows to carry out a digital depth model interpolated by kriging method.