长江河口南港枯季沙波对安全航行的影响研究

基于1997年、2002年、2006年枯季长江河口南港床面形态的现场观测,分析沙波发育对水深的影响。结果表明:(1)枯季南港沙波一般分布于吴淞口至中段121°44.′5E细砂、粉砂质底床区间,呈逐年向下游扩大的趋势,发育尺度由西向东逐渐变小,河床沉积物粒度组成由上游至下游逐渐细化,分选性变差;(2)沙波波高一般为0.2～1.31m,平均为0.47m,波高沿程向下游递减,水深均处于15m的上段波高虽最大可达1.31m,但足以通行第四代集装箱船,而水深降至11.8m的中段,最大波高可达0.80m的沙波发育将直接影响第四代集装箱船的乘潮入港条件。     

长江口南港航道沙波群研究

本文利用Innerspace449热敏式双频测深仪和GPS(全球定位系统)在长江口南港和南北槽主航道走航观测结果,确认南港(吴淞口以下)上段航道在洪季正常风况下存在尺度较大的沙波群,并对沙波的几何特征、形成条件、迁移速率以及台风后的变化做了初步分析.结果表明:(1)在统计的652个沙波中,平均和最大波长分别为21m和105m.平均和最大波高分别为0.8m和2.7m,波高和波长间具有明显的正相关关系;沙波中72%为单一沙波,复合沙波的波长和沙波指数较大;单一沙波最大、最小和平均沙波指数分别为36.5、11.2和21.8(复合沙波最大可达69.3);随着沙波度的增大,沙波指数呈增大趋势;绝大多数沙波(波高＜1m)是对称或近于对称的,但波高＞1m的沙波通常向海倾斜.(2)沙波沉积物为分选好的细沙,Φ50为2.70.(3)沙波现场水流费劳德数Fr小于0.2,与某些理论相符而与某些水槽实验结果相冲突.(4)大潮和寻常潮一个涨(落)潮过程沙波来回迁移的距离约为1～5m;小潮期间沙波的迁移距离接近0;落潮迁移距离总是大于涨潮.(5)台风后沙波有被掩埋的迹象.结果包括:①沙质床底是形成沙波的重要基础.南北槽虽具有沙波形成的动力条件,但因最大浑浊带发育而造成淤泥质床底,故沙波不发育.②潮汐河口双向流环境下沙波的对称性较好,频繁的水动力变化使沙波的消长和迁移过程更加复杂,但沙波的基本特征和形成条件与单向流河流环境相似.     

长江河口南港采砂对河床稳定性的影响

利用多波束测深及数字高程模型技术发现:南港主槽有若干长50～100m,深3～5m的采砂坑;瑞丰沙体南侧存在高0.5～1.2m,长约1800m的两级陡坎,陡坎下有长1850m、宽400m、体积124.5万立方米的滑坡体.近8年来,瑞丰沙冲刷减少3724万立方米.采砂坑、陡坎与滑坡体形成的主要受采砂及其引起的瑞丰沙顶部水沙...     

台湾浅滩多尺度沙波地貌的地形傅里叶分解

海底沙波在全球广泛分布、成因复杂,但往往多种尺度的沙波叠加在一起形成复杂的沙波地貌体系,导致难以进行量化研究。针对该问题,本文提出一种实用的傅里叶分析方法,设计了巴特沃斯滤波器,将水深数据变换到频率域,进而将复杂沙波地貌分解成不同频率的单一类型沙波。并以台湾浅滩复杂的沙波地貌体系为例进行了分析研究,分解量化出3种空间尺度的沙波:巨型沙波(波长>100 m,波高>5 m)、中型沙波(波长5～100 m,波高0.4～5 m)和沙波纹(波长<5 m,波高<0.4 m)。本文提出的海底沙波地貌量化分析方法,有助于研究不同尺度海底沙波的成因与机理,对沙波区海洋工程的安全评估也具有实用价值。     

长江河口涨、落潮槽内的沙波地貌和输移特征

涨、落潮槽是河口区的重要地貌单元, 槽内由于不同的优势流作用而表现出不同的泥沙运移特征。沙波是底沙输移的表现, 因此研究槽内的沙波特征对于涨、落潮槽的水动力和沉积地貌研究有重要的意义。本文依据现场声纳观测、测深仪测深、表层取样和现场水动力观测等方法获得河槽床面沙波和水动力资料, 对沙波的几何形态、波高和全潮周期的迁移距离进行了分析和计算。结果显示, 涨潮槽沙波的波长和波高都小于落潮槽内的沙波, 波型指数大于落潮槽。 涨潮槽内有部分沙波倾向上游,落潮槽沙波一般倾向下游。除了涨潮槽新桥水道在大潮时沙波净向上游输移, 涨潮槽南小泓和落潮槽的底沙无论大、小潮都净向下游输移, 大、小潮全潮周期内涨潮槽净输移距离约为1—10 m, 落潮槽内的沙波净输移距离约为涨潮槽的3倍。涨、 落潮槽内的沙波特征和迁移距离的差异主要反映了河槽内不同水动力与河床地形的相互作用关系, 这种差异导致了两种河槽中的底形不稳定。     

台湾浅滩海底沙波精细特征、分类与分布规律

迄今由于缺乏高精度的实测水深数据,对台湾浅滩沙波的精细结构缺乏详细的阐述。本文基于多波束实测资料研究台湾浅滩沙波形态的精细特征及其分布规律。多波束探测结果显示:研究区沙波的平均波高达到13.5m,沙波波峰处水深为20.42m,沙波平均波高约为水深的2/3,沙波的波长大多数处于500~700m之间。研究区内主要发育3种类型的沙波,即摆线型沙波、余弦型沙波和双峰型沙波。研究区西部主要发育双峰型沙波,中部则主要发育余弦型和摆线型沙波,而东部主要发育摆线型沙波,整个区域以摆线型沙波为主。海平面波动、台湾海峡复杂的水动力条件以及台湾岛丰富的山溪河流携带的大量沉积物进入海峡,对浅滩区的沙波具有强烈的改造作用。     

多波束测深系统性能对比：新一代地形地貌观测设备

深度测量技术由重锤测某点海深已经完成了由点到线到面的一个发展过程,当前世界上出现的多波束测深系统是测深技术上的一大革新。从60年代美国最早研究多波束刈幅测深技术至今,已经在美、德、挪威、芬兰、法国、原苏联等国家出现了深海10000m的正式产品。     

长江河口主槽地貌形态观测与分析

人类活动可以改变流域至河口的泥沙输运与沉积。尽管一些近期的研究已经调查了长江河口的形态演变,然而,流域和河口工程如何影响河口河床的形态演变仍然是不清楚的。该文利用2010年至2015年多波束测深系统和浅地层剖面仪等先进现场测量仪器的长江口主槽走航测量资料,并结合主槽表层沉积物资料,分析了近年来人为强干扰下的长江河口主槽底床微地貌形态,以理解近期人类活动对河口的影响。结果显示:近年来长江河口主槽底床上除了存在平床、沙波、冲沟和冲刷痕等常见微地貌形态外,还存在着疏浚痕和凹坑等人为微地貌形态。在流域和河口大型工程的共同影响下,近年来南北港中上段、横沙通道和南槽上段均受到不同程度的冲刷,其主槽底床上呈现出不同程度冲沟和冲刷痕等侵蚀性微地貌。而由于疏浚工程的影响,南港下段、圆圆沙航槽和北槽航道底床上出现了大范围的疏浚痕和凹坑。近年来包括南槽上段、北槽主槽中段和下段的局部区域和北港拦门沙河段局部区域在内的长江河口最大浑浊带的河床沉积物有粗化趋势。南北港中上段和横沙通道的大部分区域均发育了大量沙波微地貌;总体上,长江河口沙波的波高在0.12~3.12 m,波长在2.83~127.89 m,波高/波长在0.003~0.136,长江河口中上段的沙波尺度(波高的均值为0.91 m,波长的均值为20.08 m)大于密西西比河下游(波高的均值为0.87 m,波长的均值为17.62 m),且两区域沙波的几何形态差异性较小。     

海南岛西南海底沙波活动及底床冲淤变化

为了研究沙波迁移对底床稳定性的影响,通过对比分析2004-2006年连续3年的多波束海底地貌扫描数据,得出研究区域海底沙波的波长为5.8~91.8 m,波高0.1~4.3 m,陡峭度0.013~0.12,对称指数0.32~6.52。沙波的移动速率最大48.8 m/a,移动方向在研究区域西部为SE向,中部呈往复迁移,东部为NW向;沙波不同部位的迁移速率不同,一般的沙波尾翼迁移速率较大;同一组沙波存在反向扭转迁移的现象,反向扭转迁移的轴线位于研究区域沙脊的脊线附近,这种反向迁移不仅与底层流作用有关,还与海底地形关系密切;西部海底底床处于侵蚀状态,局部最大侵蚀量可达1.3 m,东部处于堆积状态,最大堆积量达2.8 m。     

三峡截流以来长江洪季潮区界变动河段冲刷地貌

潮区界河段河势演变对三峡工程的响应是长江经济带建设中的重要问题。然而受观测手段所限,对三峡截流以来潮区界变动范围及其地貌演变的客观认识亟待探讨。对大通站洪季水位资料进行频谱分析,初步判断了近期长江洪季潮区界位置;对比1998年和2013年水下地形资料,分析了三峡大坝截流以来该河段河槽的冲淤演变特征;利用多波束测深系统对冲刷明显河段的微地貌进行了高分辨率观测。结果显示:（1）1998-2013年潮区界变动河段河槽整体冲刷5 649.7万m3。其中,上段全面冲刷,太白、太阳两洲并岸,铜陵沙被冲开,主槽刷深达5.6 m;中段主泓摆动,天然洲南冲北淤,黑沙洲中水道淤死,南水道左岸最大冲深达8.9 m;下段近岸冲刷强烈,北岸最大冲深达15.4 m;（2）该河段近期处于剧烈的冲刷环境,左岸冲刷尤为显著;（3）冲刷深槽分布在顺直河段,深达5.4~12.6 m;冲刷坑分布在分汊河段平面形态突变处,最大冲深达28.1~30.5 m;水下侵蚀陡坡分布在近岸侵蚀严重的顺直河段,坡度为0.59~0.62。     

Calculation of Diversion Ratio of the North Channel in the Yangtze Estuary

The circumfluence around the Jiuduan Sandbank is thoroughly studied by means of the princi-ple of least resistance in fluid dynamics.The diversion ratio of the North Channel for 1998 is calculated,which is almost the same as the field survey data.The normal and minimum diversion ratios of the NorthChannel after stages Ⅰ,Ⅱ and Ⅲ regulation works as well as the future phase are obtained.The numeri-cal results and predicted value are accurate.     

Simulation of Typhoon-Driven Waves in the Yangtze Estuary with Multiple-Nested Wave Models

Typhoon-generated waves are simulated with two numerical wave models, the SWAN model for the coastal and Yangtze Estuary domain, nested within the WAVEWATCHIII （WW3） for the basin-scale East China Sea domain. Typhoon No. 8114 is chosen because it was very strong, and generated high waves in the Estuary. WW3 was implemented for the East China Sea coarse-resolution computational domain, to simulate the waves over a large spatial scale and provide boundary conditions for SWAN model simulations, implemented on a fine-resolution nested domain for the Yangtze Estuary area. The Takahashi wind model is applied to the simulation of the East China Sea scale （3-hourly） and Yangtze Estuary scale （1-hourly） winds. Simulations of significant wave heights in the East China Sea show that the highest waves are on the right side of the storm track, and maxima tend to occur at the eastern deep-water open boundary of the Yangtze Estuary. In the Yangtze Estuary, incoming swell is dominant over locally generated waves before the typhoon approaches the Estuary. As the typhoon approaches the Estuary, wind waves and swell coexist, and the wave direction is mainly influenced by the swell direction and the complex topography.     

Grey Prediction of Siltation in North Channel of Yangtze Estuary

-The North Channel in the Yangtze Estuary is one of sea-leading waterways of Shanghai Harbour, in which yearly dredging volume reaches over ten million cubic meters, and it tends to increase year by year. Based on the channel regime similarity and through the relational grade, a GM (2, 1) is set up. It reveals the course of development of channel regime similarity under the action of various factors, and predicts the siltation volume in the nearest future which is the basis of dredging planning for relevant dredging departments.     

长江口南港底沙输移及其对南、北槽分汊口的影响

以1958年以来浏河口至横沙水文站之间南港系列水下地形图数字化分析资料为基础,以成形活动沙洲和隐形活动沙包作为底沙推移的判别标志,研究底沙输移规律,底沙输移对南港河槽分化和南、北槽分汊演变趋势的影响。研究结果表明长江口底沙活动范围向口门地区推移,底沙绝大部分进入南槽。     

长江口深水航道一、二期工程建设以来北槽河段的冲淤演变

利用长江口深水航道治理一、二期工程实施前后的水下地形资料,在GIS软件及相关的统计分析软件的支持下,分析了治理工程对北槽拦门沙河段的影响。结果表明:整治工程使得河道平均水深增加,河床上下平顺相接,河床横断面形态趋于均匀,河势趋于稳定。至2005年初,北槽河道上段水深比工程前的1998年初平均增加了1.34m,中段则淤浅0.63m,下段刷深0.81m,河床纵向上变得和缓、平顺;丁坝段的冲刷南侧的强度较北侧大,中下段河槽北偏,深泓从原来的东南-西北走向改呈东西向,全槽形成了一条上下段平顺相接的微弯自然深泓线,河槽的形态也从工程前的宽缓或陡峭形变为均匀的“V”字形;下游河段没有产生新的航道拦门沙。     

长江口内外表层沉积物中营养元素的分布特征研究

通过对长江口内外9个表层沉积物中不同形态碳、氮、磷含量的测定,得到了长江口内外表层沉积物中营养元素的分布特征,探讨了影响其分布的主要因素。长江口内外表层沉积物中的营养元素在河流段的分布波动较大,在口门附近海域分布较平缓。在三种营养元素中,IC、ON和IP分别为C、N、P的优势形态。在影响表层沉积物中营养元素分布的因素中,沉积物的粒度和上覆水体的盐度在其中起着重要的作用,同时还受到近岸排污和海洋生物生产的影响。     

黄河口与长江口近江牡蛎的比较转录组分析

为进一步开发近江牡蛎Crassostreaariakensis的基因资源,探究黄河口与长江口近江牡蛎的遗传差异,采用Illumina HiSeq 4000测序平台对东营垦利和南通海门的近江牡蛎进行高通量转录组测序。对测序数据进行拼接后分别得到83680条和71269条unigene,并对unigene进行了基因功能注释和正选择基因的富集分析。结果表明,同源基因经筛选得到正选择基因259个,GO (Gene Ontology)功能分析中共涉及到967个相关功能类别,其中有关到生物学过程的分类条目占比最多,为590项。总体上看,与细胞器、代谢过程、结合以及催化活性相关的类别占主导地位。KEGG( Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)富集分析表明,共涉及48个代谢通路,其中与核糖体、细胞凋亡相关的通路占比最大。上述结果不仅加深了对黄河口以及长江口近江牡蛎基因表达水平差异的认识,同时也为今后进行近江牡蛎各类遗传学分析和一些关键基因的克隆以及具体功能分析提供了基础数据。     

长江口悬沙颗粒的现场测量

我们利用自．行研制的“光学悬浮沙粒径谱仪”对长江口悬沙颗粒进行了现场测量,同时作了现场采样,经华东师范大学河口海岸国家重点实验室分析,分析结果与仪器现场测量结果进行了对比,结果表明,两种方法得到的平均粒径和悬沙浓度基本一致。     

长江口长兴沙岛群的形成演变及其对南港、北港分流的影响

采用地图软件MapInfo 7.0对1842~2004年10多幅海图资料数字化,并结合相关海岛调查资料,分析了长兴岛、横沙岛的形成演变过程及其对南港、北港分流的影响。研究结果表明:长兴岛由鸭窝沙经过160多年演变,与上、下游小沙岛合并或人工堵汊而形成,岛屿东南低而宽,西北高而窄;其东是横沙岛,由横沙通道相隔;沙洲群大致呈NW-SE走向,与长江口南支主流方向基本一致。长兴沙岛南坍北涨,横沙岛是东南蚀退、西北淤涨,两岛面积不断增大,并逐渐向西北方向移动,横沙岛更为显著。长兴沙岛群把长江口南支分为南港、北港,西北端的小沙洲成为南港、北港的分流点,沙岛的迁移演变对南港、北港分流及分流点的稳定产生很大影响,两者相互制约。