长江口入海水沙通量变化及其影响分析

基于大通站1960—2020年长系列的径流量和输沙量资料,研究了长江口入海水、沙通量的季节变化、年际变化和趋势性,并讨论了其影响因素。研究结果显示：多年长江口入海平均径流量为8 906亿m3,各年的平均径流量值围绕着多年平均值上下摆动,没有明显的变化趋势;入海径流量的季节性变化明显,每年的5—10月的径流量占全年的70.3%;多年平均年输沙量为3.35亿t,输沙量过程总体呈现减小的趋势;长江口入海水沙通量变化受中上游的水土保持和水库建设等因素影响明显,其中三峡水库蓄水后,大通站输沙量与之前相比减少了62.8%;受长江流域来沙锐减的影响,长江口河势也发生了明显变化,出现了河口含沙量明显减小、河口总体上由淤积环境向冲刷环境转化、长江口水下三角洲前缘大面积冲刷河口拦门沙及水下三角洲泥沙补给出现“源汇转化”的结构性变化等现象。     

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。     

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.     

黄河入海水、沙通量变化对黄河口及邻近海域环境资源可持续利用的影响 Ⅲ. 黄河入海口的长期稳定对港口建设的影响

随着我国经济的快速发展，黄河三角洲已经成为重要的石油工业基地和重要的农业开发区，兴建了许多港口和养殖基地。历史证明，由人工控制的黄河尾闾段河道已处于相对稳定状态，在三角洲区的经济发展过程中起了重要的作用。1976年黄河改道由清水沟流路入海以来，该流路已行水20多年，为了保障该区的发展，有关部门提出了稳定流路多年不变的方针，并经专家论证，可以继续使用50-70年。黄河是一条多沙性河流，30多年平均输沙量10.1×108t(1959-1992年)。菜州湾是一个极浅的小海湾，水域面积仅6000km2，平均水深8.6m，水深小于10m的极浅水域约占其总面积的60%。巨量泥沙入海导致河口及其近海区海岸地貌发生重大变化。1977-1992年清水沟流路河口沙嘴向海延伸了约35km，年均延伸速率为2.3km，使原河口区海岸线呈鸟嘴状向海突出，沙嘴南岸形成了一个凹入陆地的次级海湾(图1)。至1990年底，0m线以上造陆面积为453km2(郭永盛等，1992)，沙嘴向海延伸不但改变了该区海岸的走向轮廓，而且引起了沿岸泥沙运动的变化，影响了邻近港口的建设和发展。     

55年来黄河下游逐日水沙过程变化及其对干流建库的响应

以55年来(1950-2004年)黄河下游花园口和利津水文站逐日水沙资料为依据,将黄河下游水沙变化分为5个阶段,分别与4个黄河干流水库的开始运作时间对应,分析和对比了花园口和利津两站5阶段逐日水沙记录和图谱特征和变化。结果显示黄河下游逐日水沙特征在干流水库的运作下发生显著的阶段性改变,至小浪底水库建成后发生了根本性变化,主要是洪峰和沙峰消失,传统汛期与非汛期季节划分趋于模糊,调水调沙短期内的输沙量占全年输沙量的2/3以上,下游由淤积变为冲刷、可能产生泥沙异重流的天数大幅度减少。下游河道有显著的削峰、滞洪和淤沙作用,花园口/利津站36月逐日水沙量差距分阶段快速加大,最大可达20倍,表明下游耗水增加并集中在春灌时段,是入海水量减少的主因之一。目前,水库联合调水调沙期间是河口异重流发育的最佳时段。55年来黄河下游逐日水沙过程的变化表明,黄河逐日水沙特征发生了受控于人类活动的根本性变化。     

黄河入海水、沙通量变化对黄河口及邻近海域环境资源可持续利用的影响 Ⅱ. 黄河断流和入海流量锐减所引起的海洋环境变化

传统的观点认为，河水流入大海是一种浪费。为了充分利用河水资源，在大河干流筑坝引水、发电，据美国学者Milliman(1997)统计，1950年世界上大坝的数量约为5000座，20世纪80年代疾增到40000多座。大量淡水被贮存或用在陆地，入海径流便大幅度减少，导致大河河口及其邻近海域生态环境发生重大变化，海洋生物资源遭受到重大损失。加利福尼亚湾内科罗拉多河河口三角洲及其滨海区原为美国西南部最大的沙漠湿地，湿地资源极为丰富，海湾区曾是世界上鱼类最多、捕鱼量最高的海区之一，具有海洋生物资源非常丰富的良好生态环境。然而，由于科罗拉多河多道筑坝截流、入海径流量锐减，导致部分湿地干枯、生态环境退化、水质下降，海湾内捕鱼量急剧减少，许多依赖河流冲淡水发育的生物之生存发育面临毁灭的威胁；密西西比河三角洲区的湿地、潟湖区也因该河干流上大坝的不断兴建而导致生态环境退化；埃及阿斯旺大坝兴建后，由于入海水、沙等物质通量的大幅度减少，使地中海东部海区的沙丁鱼产量下降了近83%，海岸遭受强烈侵蚀，三角洲面积不断缩小。20世纪70年代初期，印度的恒河兴建法拉卡大坝，河口三角洲西岸陆域出现了明显的海水倒灌现象，同时引起了印、孟两国20多年的分水之争。     

2000—2005年莱州湾盐度的变化及其主要影响因素

基于2000年8月,2002年8月,2004年9月,2005年5月,2005年7月及2005年9月莱州湾的大面观测资料以及黄河利津站2000—2005年入海径流量资料,分析了黄河入海径流对莱州湾盐度分布的影响,通过计算莱州湾的平均盐度发现2003年之后莱州湾平均盐度较2003年之前明显降低。在考虑黄河入海径流量、降水、蒸发及与北黄海的水交换等因素的基础上建立了箱式模型,并以此模型模拟了近年来莱州湾平均盐度的变化,同样看到莱州湾平均盐度的显著降低已在2003年发生,其主要原因是黄河入海径流量的增加。分析模型结果得出近年来黄海入海径流量的变化不仅决定着莱州湾平均盐度的年际变化,而且还主导着莱州湾月平均盐度的变化。     

长江口邻近海域海水pH的季节变化及其影响因素

基于对2015—2016年长江口邻近海域现场调查数据的分析,探讨了其海水pH的季节变化和影响因素。结果表明:长江口邻近海域四季pH在7.76—8.32之间,其中夏季最高,秋季最低;夏季具有明显的分层现象,冬季水体pH垂直分布相对均一。长江冲淡水对长江口邻近海域水体pH的影响是局域性的。浮游植物光合作用是影响春、夏、秋季海水pH区域分布的重要过程。春、冬季节表层海水pH分布受海-气界面CO2交换的影响较大。温度、生物作用及长江冲淡水扩展是导致长江口邻近海域表层海水pH季节变化的主要因素。     

1950～2010年PDO 对北太平洋地区海平面变化影响的量化与评估

本文研究和估计了1950～2010年不同太平洋年代际涛动(Pacific decadal oscillation, PDO)事件对北太平洋地区的海平面上升趋势所造成的影响。研究使用了SODA(Simple Ocean Data Assimilation)的海表面高度(sea surface height, SSH)数据资料, 通过多元线性回归方法, 分离了由PDO事件所引起的海表面高度变化(PDO-SSH), 以此分析PDO事件对海平面变化所造成的影响。结果表明, PDO-SSH所引起的海表面变化趋势的空间分布, 及其对区域海平面变化的遮掩效果, 和对应时期内PDO信号的振幅和周期有着紧密的关系。进一步的分析表明, PDO事件对北太平洋地区SSH变化所造成的影响是不均匀的, 在东西太平洋有着相反的变化趋势。1960～1989年, 具有较长数据时间长度的PDO信号对海平面变化的影响, 要强于高度计投入使用后的时期的表现, 而受其影响最重的海域出现在赤道西太平洋海域、阿留申群岛及北美沿岸地区, PDO-SSH在上述地区SSH的占比甚至高达60%。     

钦州湾海水中石油烃时空变化特征及其影响因素

2009年1月至11月对广西钦州典型养殖海湾-钦州湾海域表层海水石油烃进行了4次采样调查,分析该海域石油烃污染状况,探讨石油烃的时空分布特征及其影响因素。结果表明,钦州湾表层海水石油烃的质量浓度在0.001~0.095 mg/L之间,平均值为0.022 mg/L;季节变化呈现夏季最高,秋、冬季次之,春季最低的特点,夏、冬季海水受到不同程度石油污染,春、秋季均达到国家《海水水质标准》二类标准。水平分布上总体呈现春、秋季节外湾大于内湾,夏、冬季节内湾大于外湾的特征。钦州湾水产养殖活动及陆地径流输入是影响石油烃时空变化的主要因素。春季石油烃的质量浓度与温度和溶解氧等环境因子有着较好的相关性,夏季石油烃和溶解无机磷存在显著正相关。总体上钦州湾海域目前受石油烃污染程度较轻,仍有一定接纳自净能力。     

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.     

渤海动力对黄河入海泥沙输移的影响

海洋动力过程对黄河入海泥沙的淤积和扩散具有决定性作用 ,利用三维斜压动力 -泥沙模型分析了黄河口外海域潮流动力变化与黄河入海泥沙淤积、扩散特性之间的响应关系。季节环流以及涨落潮的分布和变化很好地解释了黄河口南北浮泥的形成和消长变化以及黄河入海泥沙向海扩散的机理。结果表明 ,入海泥沙在洪季、枯季和表底层都具有不同的输移特性     

长江河口水沙分流和输移的探讨

据2002年9月长江口同步实测水文资料,运用标准水文法,对南、北支和南、北港的落潮分水分沙比和净泄分水分沙比进行了计算。结果表明,两者存在差异,后者更能反映分水分沙在长江河口演变中的作用,“涨潮汇沙比”更能揭示北支泥沙的倒灌。水沙平衡分析结果表明,观测期间北支仍趋于淤积,南支有冲刷迹象。经多站水沙综合分析,揭示了长江口水沙运动具有径流“主体南泄”、汊道“副淤主刷”和水沙“输移分异”等特征,并指出水沙“输移分异”是北港泥沙输运大于南港的原因之一。     

烟气海水脱硫工艺排水对海域水质的影响预测

以厦门嵩屿电厂4×300 MW机组烟气海水脱硫工程为例,运用数学模型,分析预测燃煤电厂烟气海水脱硫工艺排水对海域水质的影响。模拟结束表明,海水脱硫工艺排水对周围海域水质的影响较小。     

黄河农场地区地下水入海量FEFLOW软件数值模拟

分析了黄河农场地区的降雨、蒸发、地表径流、灌溉和地下水水位常规观测资料,构建了该区的水文地质模型。在此基础上,运用FEFLOW软件建立了黄河农场地区三维地下水流数值模型,用实测资料来识别此模型,运用模型估算出研究区2层潜水含水层的地下水入海量,进一步分析地下水中的营养盐物质,得出研究区营养盐入海量。     

河水与海水混合过程中Eh-p H的变化特征及影响因素

河口是河水和海水混合地带,河口地区每时每刻都在发生复杂的物理、化学、生物作用,该过程中水体Eh、pH参数的变化直接关系到氧化还原元素的行为以及重金属、有机污染物的迁移、转化和清除.本研究采集了长江河水、东海陆架海水,设置了盐度为5、12.5、25的3组混合实验,模拟长江河口水体混合过程,实时测定混合过程中水体Eh、pH...     

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。     

2011—2020年调水调沙前后黄河口海域浮游动物年间变化及影响因子

依据2011—2020年(2016年中断)黄河调水调沙工程实施前、后黄河口海域18个站位野外调查数据, 研究浮游动物种类组成和丰度变化及优势种更替, 以查明黄河口海域浮游动物的年间变动规律及调水调沙工程的影响。结果显示: 共记录浮游动物82种类(包括浮游幼体16类), 其中刺胞动物种类数最多, 共记录26种, 其次是桡足类出现23种。浮游动物种类组成的年间变化差异显著(P < 0.05), 2017年(未进行调水调沙)最低; 调水调沙前、后分别记录浮游动物69种和75种, 调水调沙前后种类数呈正相关(r=0.684, P=0.042); 调水调沙前后优势种更替率较高; 浮游动物丰度在2011—2015年较高, 2017—2020年相对较低, 调水调沙后浮游动物丰度年间变化达极显著水平(P < 0.01), 而调水调沙前后没有显著差异; 浮游动物丰度水平分布总体呈现从黄河口近岸到离岸递减趋势, 密集区位于黄河口北部近岸海域, 调水调沙后密集中心较调水调沙前向离岸海域略有推移。冗余分析表明, 对黄河口浮游动物年间变化影响较大的因子是叶绿素a浓度、溶解氧浓度和水温。研究表明: 2011—2020年调水调沙期间黄河口海域浮游动物丰度年间变动大于调水调沙前后变动, 调水调沙实施对浮游动物影响持续时间较短。     

Horizontal distribution of Changjiang Diluted Water in summer inferred from total suspended sediment in the Yellow Sea and East China Sea

During the summer in the Yellow Sea and East China Sea, the resuspension of the bottom sediment is obstructed by strong stratification and, as a result, the concentration of total suspended sediment (TSS) can be used as an excellent tracer for Changjiang Diluted Water (CDW). To analyze the spatial and temporal variations of the CDW distribution, the monthly mean TSS from Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) ocean color data are constructed and are converted to salinity using the relationship between salinity observed from AQUARIUS and TSS. The process produces the detailed horizontal distribution of salinity with very high resolution (1 km). From monthly mean salinity map from 2002 to 2012 in July and August, the expansion patterns of CDW are analyzed. The southerly wind in July and southeasterly wind in August transport the CDW eastward and northeastward, respectively. It is found that the yearly variation of the expansion of CDW toward the southern sea area of Korea is mostly due to the variation of southerly wind and the fluctuations of fresh water discharge into the Changjiang estuary show relatively little impact on the eastward extend of CDW. When 11-year mean (from 2002 to 2012) salinity map in August is compared with World Ocean Atlas 2013, it is revealed that wind in August strengthened six times from 1994 and it causes the expansion of CDW extended 150 km further eastward.     

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。