2020年特大洪水作用下长江口南槽水沙输移特征

径流是影响河口水沙输运的关键动力之一。以长江口为例,历史最大洪水为1954年的92 600m³/s,但以往洪枯季水沙观测期间的大通流量多数小于60000m³/s,对于特大流量情况下的河口水沙输移特征还缺少观测资料和相关研究报道。2020年长江发生了流域性大洪水,大通洪峰流量高达84500m³/s。为认识特大流量情况下的河口水沙输移格局特征,文章基于2020年7月78 300 m³/s流量期间南槽中下段大小潮水沙盐定点观测资料,分析认识到大洪水期间南槽下段水体垂向混合良好,层化发生位置向海外移,表明大流量抑制了盐水入侵。对比分析历史不同流量情况下的南槽区域水沙资料,表明在特大径流作用下,南槽中下段区域盐度和悬沙浓度整体减小,相比在9 900 m³/s （2014年）、17 637 m³/s （2003年2月）和41 450 m³/s （2013）流量下,南槽下段大潮平均盐度分别减小75%、82%和82%,小潮分别减小80%、89%和91...     

长江口南北槽分流口洪季水沙变化过程研究

河口分流口的水沙变化过程是影响河口三角洲发育的核心环节,对下游河势的稳定起着关键性的作用。本文通过对北槽二、三期工程前后的南北槽分流口河段洪季大潮期间的同步水沙观测数据进行分析,以探讨长江口深水航道工程整治对分流口水沙过程的影响。结果表明:(1)北槽二期工程到三期工程后,分流口洪季以落潮优势流、优势沙为主的格局基本没有发生改变,但南槽优势流、优势沙出现略有变大,而北槽略有变小现象;(2)分流口洪季的水体输移主要受控于欧拉余流的变化,除北槽入口段水体净输移量一直较小外,其他河段在二、三期工程实施期间均有大幅提升,其中斯托克斯余流变化不大,拉格朗日余流与欧拉余流变化相一致,南槽呈波动状上升,北槽先增后减;(3)在二期到三期工程期间,北槽分流比明显减小,入口段落潮流速减小,含沙量较高,水体输移量降低,输沙强度减弱,由此导致二期工程以来北槽入口河段淤积强度加重。     

长江近口段水动力特征对来水变异的响应

三峡水库的调蓄作用使长江中下游的径流动力发生异变,并诱使长江近口段的潮汐动力发生变化。本文基于长江近口段近20 a的流量和潮位资料,运用水文学、统计学和调和分析的方法研究长江近口段的水动力特征对三峡水库调蓄作用产生的来水变异的响应。研究结果表明:三峡水库的调蓄作用使长江近口段的径流动力发生变化,泄水期1—3月多年月平均流量增幅达20%以上;蓄水期9—11月多年月平均流量减少,10月的多年平均流量减少8 488 m³/s。长江近口段径流动力的变化使潮汐动力发生相应调整,大通-江阴段保证率为10%～70%的高、低潮位显著下降,而保证率为80%～100%的高、低潮位则小幅上升。泄水期1—3月平均潮差和M₂分潮振幅减小,近口段的潮汐动力减弱;蓄水期9—11月平均潮差和M₂分潮振幅增加,尤其是10月份潮差增加最为显著,近口段潮汐作用显著增强。     

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。     

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。     

特大洪水期间长江口浑浊带分粒级输沙特征

基于2020年7月特大洪水期间长江口浑浊带南槽、北槽和北港多站位同步实测水沙动力数据,研究了河口浑浊带分粒级输沙时空特征及其对泥沙来源响应的指示意义,结果表明：1）北港和北槽是流域泥沙净向口外输移的主要输沙通道,南槽是海域泥沙净向口内输移的主要输沙通道,主槽内粉砂是主要输沙组分,占比63.2%,口外粉砂和黏土是主要输沙组分,分别占43.2%、40.9%;2）大潮粉砂输运占比高于小潮,黏土输运占比低于小潮,口外测站砂组分在大小潮期间在横沙浅滩和九段沙间沿岸输移,横沙浅滩附近大、小潮离岸输沙分别是北港口外的1.7倍和8倍,不利于横沙浅滩淤涨;3）当前流域减沙高达70%,此次特大洪水期间黏土、粉砂和砂三组分近底净向口内输移为减沙背景下的口外供沙提供了有力的佐证。     

黄河调水调沙影响下河口入海泥沙扩散及沉积效应

基于2013年黄河调水调沙期间四条断面连续25h的温度、盐度、含沙量资料,分析了黄河调水调沙影响下河口入海水沙的扩散的范围。结合2010年调水调沙期间(7月)和调水调沙前后(5、9月)黄河口底质沉积物粒度的变化特征,探讨了黄河调水调沙工程对黄河输沙的影响以及河口沉积效应。结果表明:调水调沙期间,入海泥沙以粗颗粒为主,快速沉积在河口口门附近,扩散范围有限,而河口冲淡水则能够扩散至离岸较远的距离,入海水沙扩散范围不一致。黄河口沿岸悬浮泥沙主要向东北及偏东北方向扩散,最大通量可达2000kg/cm/s,但在距离河口10km以外区域通量锐减。黄河调水调沙期间,入海沉积物源由调水调沙前期粗颗粒的河床沉积物转变为后期小浪底水库排放的细颗粒沉积物,沉积物在河口附近快速堆积,导致河口区沉积环境短期内急剧改变。     

1982和2012年枯季长江口最大浑浊带悬浮泥沙和盐度垂向剖面特征对比

2012年1月在长江口北港、北槽和南槽水域纵断面开展枯季多船准同步观测,将获得的大小潮悬浮泥沙和盐度数据与1982年12月同水域调查结果进行对比分析。结果表明:2012年长江口最大浑浊带枯季悬沙浓度比1982年减小了约50%;北港、北槽、南槽相近测点的大潮垂向平均悬沙浓度相较于1982年分别减小了43%、60%和40%,2012年长江口表层平均悬沙浓度与1982年相比减少了约53%。北港断面浑浊带核心与1982年浑浊带核心位置相近;北槽浑浊带核心向内迁移;南槽浑浊带核心位置向外迁移。2012年与1982年枯季遥感反演的长江口同水域表层悬浮泥沙浓度也明显降低。在30年来入海泥沙持续减少背景下,长江口3条入海主汊的最大浑浊带特征依旧显著,径流与潮流的此消彼长、径流的季节分配不同以及口内汊道分流分沙比的变化影响了长江口最大浑浊带核心的移动,浑浊带悬沙浓度最高的地段也是盐度梯度最高的地区。     

日照岚山近岸海域春季浮游生物群落特征及环境驱动

为了解日照岚山近岸海域浮游生物群落结构特征及其环境驱动,2016年5月在该海域开展了涵盖水环境、浮游植物、浮游动物的综合调查。结果发现：日照岚山海域环境因子呈现出明显的空间异质性,绣针河口区域呈现出低盐高营养盐的环境特征,绣针河径流输入是影响该区域环境因子空间分布的主要因素。调查发现浮游植物28种,以硅藻为主,丰度占比为97.5%,甲藻占2.5%,浮游植物丰度范围4.5×10⁷～2.1×10⁸ cells/m³,均值为1.1×10⁸ cells/m³,高值区位于绣针河口区域。发现浮游动物20种,其中桡足类10种,丰度占比56.2%,其次是浮游幼虫6种,丰度占比31.9%,水螅水母类2种,丰度占比6.0%,毛颚动物1种,丰度占比5.9%,端足类1种,丰度占比0.02%,浮游动物丰度范围98～1.1×10⁴ ind./m³,均值为1.3×10³ ind./m³。溶解氧、盐度、pH、铵盐、溶解态无...     

长江口扁担沙动力地貌变化过程研究

河口浅滩不仅为人类提供宝贵湿地资源,而且是调控河势演变的重要因素。研究河口浅滩动力地貌演变规律对航道整治、湿地生态开发及岸堤防护等具有重要价值。本文利用最近150多年的长江口历史海图资料、实测水深与水文泥沙数据,分析长江口南支最大的浅滩—扁担沙动力地貌演变格局及其变化机制。结果表明:(1) 1860-2016年期间,扁担沙反复历经淤积-冲刷-淤积,浅滩由最初水下阴滩发育出露而形成纺锤状沙体,随后演变为细长扁担状,沙尾切滩成爪状沙体,下扁担沙则伴随爪状缝隙被不断填充而淤长;(2)自1954年洪水到目前,扁担沙-2 m、-5 m等深线包络的面积与体积整体上均呈现增长态势,其中面积年均增长率分别为0.88 km²/a和0.81 km²/a,体积年均增长率分别为1.3×10⁶ m³/a和5×10⁶ m³/a;扁担沙浅滩在不同时期冲淤变化不同,其中1998年出现大幅度冲刷,平均冲刷厚度达到1.4 m;(3)扁担沙体积变化和长江入海泥沙的增减无直接联系,但与入海径流量...     

冬季北风风速对长江河口盐水入侵的影响

本文应用三维数值模式ECOM-si,研究冬季不同北风风速对长江河口盐水入侵和青草沙水库取水的影响。数值实验结果表明,北风驱动苏北高盐水向南往长江口输运,在埃克曼输运作用下,长江河口形成北港进南港出水平环流,加剧北港盐水入侵。在枯季平均径流(11 900 m3/s)条件下,当北风风速超过10 m/s,北港口门水通量朝陆净输运,当风速超过11 m/s,北港盐水倒灌至南港。无风时,北港半月平均盐度仅为0.97,北港口门半月平均水位仅为0.13 m;当风速增加到14 m/s时,盐度和水位分别增长到27.4和0.42 m。北风减少了青草沙水库的取水天数。无风时青草沙水库30 d内可取水天数共有29.7 d;当风速高于10 m/s,30 d内可取水天数降为0 d。北风风速增强能够显著增加北港盐水入侵,不利于青草沙水库取水。     

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。     

2010年黄河调水调沙期间河口泥沙输运过程的数值模拟

利用EFDC三维数学模型,以整个渤海的水动力环境为背景,加入利津站逐日水沙数据和河口区域的风场数据,模拟了2010年黄河调水调沙期间河口入海泥沙输运过程。黄河调水调沙期间,河口泥沙的输运方式主要受到径流输入的悬沙浓度的变化的影响。通过模拟结果估算了不同传输方式相互转化的悬沙浓度阈值。在没有强风浪扰动的情况下,径流输入悬沙浓度小于13.5g/L时,河口泥沙的传输方式为表层羽状流;输入的悬沙浓度在13.5g/L-24.5g/L之间时,羽状流遭到破快,河口淡咸水由于密度接近发生混合;当输入的悬沙浓度在24.5g/L-29.0g/L时,在底层河口泥沙以低密度异重流的方式传输,在表层则同时形成羽状流;输入的悬沙浓度大于29.0g/L时,黄河入海径流在河口处迅速潜没,形成高密度异重流。高密度泥沙异重流携带大量沉积物沿着海底斜坡向海输运,其初始速度可达1m/s以上。异重流在传输过程中受到底床摩擦力的阻碍作用和泥沙沉降,速度和密度降低,逐渐向混合状态转化,最后以羽状流的形势向海传输。黄河入海泥沙在夏季主要堆积在河口三角洲附近的一个相当有限的区域。     

密西西比河入海水体悬沙浓度变化过程研究

河流入海水体悬沙浓度的变化直接反映该流域人类活动和自然应力的影响。基于密西西比河塔伯特兰丁站长期水文资料,本文采用百分位法、Mann-Kendall法等统计方法对近40年密西西比河入海水体悬沙浓度进行分析,探究密西西比河通过“鸟足状”三角洲进入墨西哥湾的水体悬沙浓度变化过程及其可能影响因素。结果表明：(1)在1976-2015年期间,密西西比河入海水体悬沙浓度展现阶段性下降趋势,其中第一时期即1976-1987年期间,入海水体悬沙浓度相对较高,平均值为0.33 kg/m₃;第二时期即1988-2015年期间,悬沙浓度较低且平均值为0.25 kg/m₃。(2)密西西比河日径流量与悬沙浓度之间的关系符合高斯分布。与1976-1987年相比,1988-2015年期间水沙关系曲线较为扁平,日均超过0.60 kg/m₃的高悬沙浓度事件明显减少。在低流量及起动流量阶段,悬沙浓度随着流量的增加而增加,在流量接近20 000 m₃/s时,悬沙浓度达到最大值,流量高于20 000 m₃/s后,悬...     

特枯水文年长江口南槽盐水入侵分析

2006年6月至2007年5月长江入海径流量较多年平均减少1/3,为特枯水文年.根据长江口南槽江亚北水道实测盐度等资料,分析了该特枯水文年的盐水入侵状况.结果显示:研究区该时间段几乎均为盐水所占据,96.6% 的天数处于盐水入侵状态;与常年相比,盐度具有年变幅大、洪枯季差异小、高盐月份多的特点.研究表明:盐水入侵主要受径、潮流控制,多发生在小径流量-大潮期;大通径流量 30 000 m3/s 是盐水入侵与否的阈值.     

基于WOA18数据集的印度洋等密度面年代际变化研究

基于WOA18(World Ocean Atlas)温盐数据集,分析印度洋等密度面的气候态分布,而后选取1985—1994年、1995—2004年和2005—2017年3个时段,分析等密度面的年代际变化。研究给出了11个等密度面深度的气候态分布,其中σ₀=26.00 kg/m³的等密度面(参考压强为0 dbar)在 40°S附近露头,随着位势密度的增大,等密度面露头区逐渐南移直至消失;位势密度大于σ₀=26.95kg/m³且小于等于σ₂=37.00kg/m³的等密度面最深处均位于马达加斯加南侧,在北印度洋的深度变化不大。重点分析了σ₀=26.00 kg/m³,σ₁=31.87 kg/m³(参考压强为1 000 dbar),σ₂=36.805 kg/m³(参考压强为2 000 dbar)3个等密度面深度和盐度的年代际变化,研究表明两者均存在显著的年代际变化。对于σ₀=26.00kg/m³等密度面,深度先变浅后加深,年代际变化主要位于30°S—40°S(等密度面深度快速变化区);等密度面盐度在1995—2004年和1985—1994年的差异与2005—2017年和1995—2004年的差异中基本呈现相反的变化。 σ₁=31.87kg/m³和σ₂=36.805kg/m³的等密度面深度年代际变化都集中于40°S—50°S海域;总体上盐度的年代际变化前者表现为减小,后者表现为增加。     

基于解析解的长江口南港悬沙侧向捕集特征分析

为探讨长江口南港的水动力结构及悬沙侧向输运特征,本文从解析解的角度构建了潮汐河口水沙输运数学模型,并将其应用到长江口南港某横断面上。南港水动力主控于半日潮流,余流主要由陆相径流及本地非线性对流项驱动,悬沙分布上北侧副槽远大于南侧主槽,水沙分布的计算结果与实测结果在结构上基本一致。通过输沙函数进一步分析表明,潮流输沙和余流输沙是南港侧向输沙函数的两个主要部分。南港中强劲径流削弱了涨潮流,增强了落潮流,使得向河槽南侧的涨潮流输沙小于向河槽北侧的落潮流输沙,潮流输沙指向河槽北侧。径流驱动的南港侧向余流在涨潮流方向上为一逆时针环流结构,余流输沙指向河槽北侧。扩散输沙指向南侧主槽,因其总是指向悬沙浓度梯度的负方向。在各输沙因子的综合作用下,南港中大量悬沙捕集于河槽北侧,使得河槽北部底层潮平均含沙量值达到最大值。     

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.     

基于卫星高度计资料的黑潮入侵南海流径的时间变化规律研究

黑潮入侵南海对南海的温盐平衡、环流、涡旋和局地气候等具有重要作用。基于吕宋海峡处黑潮不同流径的识别方法,对1993～2021年的卫星高度计资料进行识别,获取黑潮不同流径的发生时间,探究黑潮入侵南海流径的时间变化规律。结果表明:(1)黑潮主要以流套(Looping)和分支(Leaking)两种流径入侵南海,Leaking流径发生的时长(710周)和概率(46.9%)要远高于Looping流径(时长218周,概率14.4%)。(2) Looping流径和Leaking流径均可将高温高盐的西北太平洋水带入南海,Looping流径下的平均吕宋海峡上层通量(6.3×10⁶ m³/s)略大于Leaking流径(5.6×10⁶ m³/s)Looping和Leaking流径在4×10⁶ m³/s～6×10⁶ m³/s区间发生时间最长。(3)季节变化上,Looping流径主要发生在冬季,Leaking流径在冬半年均较强,夏季二者发...     

汕头韩江榕江河口近岸海域浮游植物群落结构与环境因子的关系

以2020年11月(秋季)和2021年4月(春季)汕头韩江榕江河口近岸海域浮游植物群落为研究对象,分析其群落种类组成、丰度分布、多样性变化趋势,探讨群落组成及其变化及与环境因子的关系。结果表明,春季共发现浮游植物2门100种,多属于硅藻类群;浮游植物丰度春季变化范围为169.23×10³～654.00×10³ cells/m³,均值为388.01×10³ cells/m³;春季优势种类较多(10种),包括洛氏角毛藻、尖刺拟菱形藻、窄隙角毛藻等。秋季共发现浮游植物4门89种,也以硅藻种类为主,浮游植物丰度秋季变化范围为33.89×10³～2 244.00×10³ cells/m³,均值为248.88×10³ cells/m³;秋季优势种相对较少(6种),中肋骨条藻、菱形海线藻、具槽帕拉藻等。春季浮游植物丰度和物种数较秋季高,优势种季节变化明显。通过冗余分析(RDA)后得出...