清水沟流路河口河道主槽冲淤调整及其对水沙条件的响应

通过分析黄河口利津水文站1950—2006年水文、泥沙资料和1976—2006年利津至清7河段固定断面资料,结果表明:清水沟流路行水以来,进入河口区水沙通量总体偏低,来水来沙更集中于汛期,尤以泥沙量为甚,水沙搭配也较以前畸高;河口河道主槽淤积明显,且绝大部分淤积在CS7-清7河段,全河口段共淤积泥沙量为3.15亿m3,其中汛期淤积1.12亿m3,非汛期淤积2.03亿m3;河口河道主槽冲淤过程可分为4个阶段,即汛期强烈淤积、非汛期适度调整(1976—1979年),汛期强烈冲刷、非汛期强烈淤积(1981—1985年),汛期与非汛期持续淤积(1986—1996年),以及汛期冲刷、非汛期淤积(1996—2006年),并有2年期的"记忆"效应;河口河道主槽冲淤量与径流量、输沙量和来沙系数存在部分线性或秩相关,但来水来沙数量和水沙搭配参数并非为影响主槽冲淤的主要决定性因素,水沙过程、河床边界条件和人类活动干预等因素在主槽冲淤变化过程中起着更为重要的作用。     

黄河清水沟流路水沙组合和河口三角洲发育的宏观特性

黄河清水沟流路1976～1995年期间入海水沙偏少,年际和年内变化丰枯交替,河口三角洲的冲淤变化与入海水沙大小密切相关;分析其剖面淤积形态、洲面淤积造陆情况和泥沙淤积的空间分布,表明河口三角洲发育存在着初期迅速增长、中期快速增长、后期平缓增长的宏观特性和规律,根据水沙变化与河口三角洲增长面积的定量关系以及对未来入海水沙的预估,认为清水沟流路河口三角洲的发育将继续维持平缓增长的态势.     

入海泥沙减少背景下黄河清水沟亚三角洲海岸线的发育与演化

三角洲岸线的变迁是研究地貌冲淤最直接的要素。黄河三角洲是世界上发育最快的三角洲,研究其海岸线变化规律和演化趋势对地区生态环境保护、海洋资源开发、基础设施建设等至关重要。本文在前人研究的基础上,采用修正归一化水体指数（Modified Normalized Difference Water Index, MNDWI）与多年水频率指数（Multi-year Water Frequency Index, MWFI）相结合的方法对1976–2021年期间典型年份的207幅遥感影像进行岸线提取,使获取到的海岸线更具科学性和代表性,并在此基础上通过定量计算分析了海岸线的时空演变及其稳定性特征,以此探讨黄河清水沟亚三角洲海岸线自1976年以来的演化机制。研究结果表明：（1）总体上,清水沟亚三角洲海岸线演化呈现先快速向海淤积后波动稳定的趋势,以1996年和2002年为节点划分为“快速发育” “缓慢发育” “动态平衡”3个阶段;（2）45年来,研究区海岸线稳定性持续增强,其中孤东海堤段岸线与黄河清水沟亚三角洲南部岸线保持相对稳定,而清8汊河口段岸线与清水沟废弃河口段岸线较为活跃,其岸线稳定性指数基本低于0.5;（3）陆上三角洲淤积、侵蚀中心的迁移同河口位置变动相对应,尤其是淤积中心的迁移与河口位置变动之间在经度向存在明显的正向关系,R² = 0.690 4;（4）黄河入海泥沙减少、河口位置迁移以及人类活动对三角洲海岸线的发育演化影响显著。从长远来看,在黄河入海泥沙持续减少的背景下,三角洲的未来仍面临侵蚀的威胁。     

黄河现行清水沟流路汊河运用方案探讨

对黄河河口现行清水沟流路范围内不同汊河的形成、演化及其特征进行了梳理总结,围绕汊河不同运用方案的影响效应进行了论证分析。研究表明:现行清水沟流路范围内的汊河运用方案不适用于多汊河轮流行河模式、同时行河与轮流行河联合模式和同时行河模式,而采用单一汊河轮流行河模式可以充分发挥海洋输沙动力,保证河口海域向外海的较大输沙量,对延长清水沟流路使用年限更有利,更为科学和经济合理。在现行清8汊河达到改道标准后,应优先使用老河道汊河,该方案不仅有利于未来海岸线的均衡发展,而且更有利于延长清水沟流路的使用年限。     

长江口南汇边滩冲淤变化规律与机制

根据1842—2004年海图资料分析发现,南汇边滩存在近百年尺度的强烈冲刷—淤积旋回。长江主泓走南港或北港是造成冲刷期"北滩、东滩淤积,南滩、过渡带冲刷"或淤积期冲淤态势反相的主要原因;冲刷期内风暴强度和频数明显多于淤积期,造成冲刷期滩面叠置记忆的是暴风浪成因的"高滩冲刷、低滩淤积"的冲淤态势,而淤积期保存的是弱风浪成因的"高滩淤积、低滩冲刷"叠置增强的剖面特征。尽管三角洲整体冲淤态势的转变主要受流域来沙量的控制,但不同岸段受河口河势分水分沙作用、潮流和波浪等共同作用,明显存在此冲彼淤、冲淤动态调整等特征。已有的入海泥沙含量阈值研究以点代面或以局部代整体,这是造成阈值估算偏高的主要原因。2003年三峡水库开始蓄水后平均年输沙量154 Mt/a已低于低阈值184 Mt/a,但三角洲尚未如预测那样发生由净淤积向净侵蚀的转变。已有的河口水文观察资料显示,水体含沙量也未发生明显下降,这可能是潮控型三角洲潮流对泥沙在河口的再分配起主导作用,并可能由此延长三角洲冲淤转变对入海泥沙量减少的滞后。今后需进一步加强潮控型河口复杂过程的综合研究,提高对泥沙含量阈值估算和应对可能面临的海岸侵蚀及其相关的环境地质灾害的能力。     

长江口南汇边滩冲淤变化规律与机制

根据1842—2004年海图资料分析发现,南汇边滩存在近百年尺度的强烈冲刷—淤积旋回。长江主泓走南港或北港是造成冲刷期"北滩、东滩淤积,南滩、过渡带冲刷"或淤积期冲淤态势反相的主要原因;冲刷期内风暴强度和频数明显多于淤积期,造成冲刷期滩面叠置记忆的是暴风浪成因的"高滩冲刷、低滩淤积"的冲淤态势,而淤积期保存的是弱风浪成因的"高滩淤积、低滩冲刷"叠置增强的剖面特征。尽管三角洲整体冲淤态势的转变主要受流域来沙量的控制,但不同岸段受河口河势分水分沙作用、潮流和波浪等共同作用,明显存在此冲彼淤、冲淤动态调整等特征。已有的入海泥沙含量阈值研究以点代面或以局部代整体,这是造成阈值估算偏高的主要原因。2003年三峡水库开始蓄水后平均年输沙量154 Mt/a已低于低阈值184 Mt/a,但三角洲尚未如预测那样发生由净淤积向净侵蚀的转变。已有的河口水文观察资料显示,水体含沙量也未发生明显下降,这可能是潮控型三角洲潮流对泥沙在河口的再分配起主导作用,并可能由此延长三角洲冲淤转变对入海泥沙量减少的滞后。今后需进一步加强潮控型河口复杂过程的综合研究,提高对泥沙含量阈值估算和应对可能面临的海岸侵蚀及其相关的环境地质灾害的能力。     

黄河清水沟废弃河口冲淤时空变化特征

黄河于1996年人工改汊至清8入海是导致清水沟废弃河口岸线蚀退和海底侵蚀冲刷的主要诱因。但目前有关清水沟废弃河口海底冲淤演化对黄河人工改道的响应的认识尚有不足。因此,利用现代黄河三角洲毗邻海域多年的水深资料和Landsat卫星遥感影像,综合分析了清水沟（废弃）河口在1996—2015年的岸线变化及冲淤时空变化。结果表明：黄河清水沟废弃河口沙嘴两侧蚀退速率的变化存在明显的时空差异性。黄河改道初期（1996—2002年）,研究区海底冲刷速率较快,年均冲刷速率约为0.03～0.05 km3/a;2002—2007年,研究区海底冲刷速率大幅降低至约0.02 km3/a;2007—2010年,随着黄河口位置再次向北迁移,研究区海底年均冲刷速率增大至约0.026 km3/a;2010—2015年,研究区海底年均冲刷速率减缓至约0.01 km3/a,远小于1996—2002年黄河改道初期时的水平。同时,基于Delft3D模式构建了黄河三角洲高分辨率三维水动力模型,定量研究了清水沟废弃河口潮流与冬季波浪变化对海底冲淤变化的影响,结果表明波浪和潮流在河口侵蚀过程中扮演着不同的角色。一方面,潮流与波浪在三角洲前缘斜坡处形成的高底剪切应力区是使得该区域形成侵蚀中心的主要原因。清水沟废弃河口岸线不断向陆方向蚀退以及侵蚀冲刷所造成的研究区整体水深增加使得潮流与波浪对海底的侵蚀冲刷作用逐渐减弱,最终使得近年来研究区海底冲刷速率不断减缓。另外,波浪在河口近岸区形成的高底剪切应力是造成河嘴两侧叶瓣差异侵蚀和近岸区形成侵蚀中心的主要动力机制。同时,潮流、波浪与海底冲淤变化间的相互作用对于该区域冲淤演化模式有着重要影响。     

黄河河口演变 Ⅱ.河口水文特征及泥沙淤积分布

黄河河口三角洲的演变过程是在特定的黄河水、沙条件及海域水动力诸要素共同作用下形成的。研究黄河河口水、沙条件及其海域诸水文要素变化过程,是认识三角洲演变的重要依据。而三角洲上各条流路的演变和泥沙淤积分布又是黄河特定的水沙条件、海域动力条件、地貌特征等综合作用的结果。     

现代黄河三角洲海岸线变迁及滩涂演化

通过对遥感影像数据和实测水深数据的研究,采用遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术,分析了现代黄河三角洲河口区滨海湿地面积的变化规律。结果表明,黄河1976年改道清水沟流路以来,三角洲海岸线总的变化趋势是现行河口海岸线明显向海淤进,而北部废弃河口岸线则明显侵蚀后退,南部莱州湾地区冲淤幅度不太明显,岸线变化不大。1976年黄河改道清水沟流路初期,滩涂面积快速增长,1976—1987年滩涂面积呈环状分布;随着滩涂围垦以及油田建设等人类活动的进行,同时清水沟流路发育成熟,河口造陆速率减缓,导致1981—1987年这一时段滩涂面积略有减少;1996年清八出汊,黄河再次改道,新河口迅速淤积,故河口沙嘴冲刷的沉积物南移,使得1998年滩涂面积稍有增长;此后新河口淤积的同时老河口侵蚀,再加上人为活动的不断影响,滩涂面积又呈减少之势。     

三峡工程对现代长江三角洲地貌演化影响的初步研究

根据长江三峡蓄水前后十余年的入海泥沙通量和河口口门区冲淤的对比分析,初步探讨三峡工程对长江河口三角洲地貌演化的影响。结果表明：（1）三峡水库蓄水以来（2003-2008年）,入库悬沙73％以上被拦截在水库里,因坝下游河床冲刷和支流来沙补给,三峡水库蓄水导致大通站输沙率下降49%;（2）1994?2000年、2000?2004年、2004?2008年,长江口门研究区（1500km2）净淤积量分别为7.25×108m3（1.21亿m3/a）、-1.03×108m3（-0.26亿m3/a）和-0.20×108m3（-0.05亿m3/a）;（3）2000年以来,河口口门外水深超过7m的大部分区域处于蚀退,尤以10-20m区域侵蚀最为强烈,但河口滩地（5m线以内）较前一时段淤积加强。主要结论：三峡水库蓄水加剧了长江入海泥沙的减少;入海泥沙减少是长江三角洲从淤积转为侵蚀的主要原因,近几年入海泥沙减少和河口口门区出现的冲刷有一半左右可归因于三峡工程的运行;河口滩地的逆势淤积是近年一系列的河口重大工程影响的结果。     

黄河三角洲多年海岸线动态变迁特征及演化规律

以黄河三角洲1976—2014年的MSS、TM、ETM+影像为数据源,采用一般高潮线法提取不同时期的海岸线,结合RS遥感与GIS技术,对黄河三角洲的岸线变化进行监测.结果表明,1976年以来黄河三角洲的岸线形态及长度均发生了较大变化,其中北部的刁口河流路区岸线向内陆蚀退明显,以海洋侵蚀作用为主,属于蚀退型海岸;清水沟流路区的岸线整体向海域推进,海岸处于进淤状态,属于强淤进型海岸.黄河三角洲岸线变化频繁而快速,黄河的入海流路、水沙量、降水量等是影响黄河三角洲岸线变化的重要因素;行水期黄河三角洲岸线一般以淤进造陆为主,停止行河岸段,海岸侵蚀后退速率趋于缓慢,逐渐地变得相对稳定,在长时间不行水的海岸段,岸线基本保持稳定,随着黄河三角洲海岸带人类工程经济活动的加剧,该区域的海岸线演变受人类的影响越来越大.     

黄河口治理与水沙资源综合利用

把河道防洪工程建设与水沙综合利用结合起来,特别是将可能淤积在河口门的泥沙有计划地利用好,将会取得黄河口流路较长期稳定和三角洲经济持续发展的双重效果。分析了黄河入海水沙的变化、海岸的严重侵蚀和水资源匮乏的现状,论证了建设西河口水利枢纽可实现清水沟河口海岸动态平衡、灵活调度和利用进入河口地区水沙的科学性。     

黄河三角洲孤东近岸冲淤演变及其影响因素

为更好地了解近40年来孤东近岸的演变过程,以研究区剖面水深地形、Landsat影像和利津站水沙数据为数据源,采用遥感技术及数理统计法对研究区域岸线及面积变化进行监测计算,并分析1976—1986年、1986—1996年、1996—2002年、2002—2014年4个不同阶段的冲淤演变及影响因素。结果表明:(1)孤东近岸经历"强淤积-冲淤平衡-侵蚀-强侵蚀"4个阶段。孤东近岸海域由淤积向侵蚀转变始于1996年,且在2002—2014年间侵蚀最为严重,大部分近岸海域蚀深达到6～8 m,侵蚀最大深度超过8 m;(2)等深线变化时空差异明显,蚀退最先出现在北侧,且近岸5 m水深区域内冲淤变化较水深10 m内敏感;(3)研究区近岸侵蚀,离岸淤积,剖面冲淤平衡位置由CS19剖面的11 m水深变化到CS21剖面的5m水深;(4)黄河入海水沙的减少、河口人工改汊、孤东大堤建设和海洋动力作用都对孤东近岸的冲淤演变产生影响,维持研究区冲淤平衡的年均来沙阈值为3.78亿t/a。通过此来进一步探究孤东近岸演变进程,为孤东近岸防护提供科学指导。     

黄河三角洲飞雁滩表层沉积物对水动力的响应

利用2004年4月所采集的104个表层沉积物样品粒度分析资料及实测水文数据,探讨了空间上黄河三角洲飞雁滩表层沉积物对潮流及波浪等水动力的响应过程,以及该区域表层沉积物的输移趋势和补给来源问题。结果表明:(1)该区潮流掀沙作用范围包括潮沟前部约8~12 m水深和1~5 m水深内水下潮沟区域,以及海堤前部1.7~17 m水深范围,而对于波浪动力作用,其掀沙范围除受沉积物空间分布格局控制外,还取决于其波能的大小和实际水深,且该区所能够承受最大波浪波高不超过3 m;(2)该区域沉积物补给来源主要为波浪动力尤其是大风浪引起的风暴潮所起动并导致其离岸输移的潮间带甚至潮上带较细颗粒泥沙;(3)总体上,除潮沟入口处外,该区域表层沉积物以离岸输移为主。     

现代黄河口地形地貌特征及冲淤变化

中科院海洋所2007年对黄河口进行了大范围、高精度的水深测量,2009年又对清水沟南部进行了加密测量。利用这些数据分析了现代黄河口的地形地貌特征。发现废弃河口黄河水下三角洲前缘斜坡,在5 m水深左右分布大规模的冲沟,2009年最新资料显示其规模有增大的趋势。将收集到的2000年和2007年数据进行对比计算,并对近年来老河口和现行河口地形变化比较大的区域设计了4条剖面线,分析讨论了研究区内的冲蚀淤积分布特点和水下三角洲地形变化情况。     

黄河口垦东12区块海域泥沙输运的数值模拟

采用三维数值模型对垦东12区块海域流场变化、悬浮泥沙浓度分布进行了潮流周期内的数值模拟分析。研究结果表明,进海路修建后截断了现行清8汊河河口南侧的沿岸流通道,阻隔了入海径流和泥沙由现行河口的向南传输,导致河口入海泥沙在现行河口南侧沙嘴与进海路之间的区域快速淤积;同时,废弃的清水沟河口由于缺乏泥沙供应,海岸侵蚀加剧。数值模拟的结果与卫星遥感解译的岸线变化基本一致。     

黄河入海口壬基酚污染分布特征

黄河口表、底层水体和沉积物中壬基酚的浓度分布特征研究结果表明,表层水体中壬基酚浓度为15.7~148.6 ng/L,平均值为47.5 ng/L;底层水体中壬基酚浓度为15.8~52.7ng/L,平均值为31.0 ng/L;表层沉积物中壬基酚浓度为2.31~5.47 ng/g,平均浓度为3.87ng/g。黄河口水体中壬基酚浓度呈现由河道向出海口外逐渐降低的趋势;河道中表层沉积物壬基酚含量高于出海口外。黄河口水体中壬基酚浓度低于文献中报道的海河口水体中的浓度,表层沉积物中壬基酚含量低于珠江口文献报道值。水体中壬基酚浓度超过抑制藤壶附着浓度(10 ng/L),河道最上游的站点水体中的浓度超过影响太平洋牡蛎幼苗的发育并增加幼苗死亡率的浓度(100 ng/L)。     

黄河清水沟流路河口尾闾段河床形态萎缩特征

在简述黄河河口尾闾河段相关特征的基础上,从河槽横断面形态、河床纵剖面形态包括主槽河底平均高程、河床纵比降、平滩流量变化等方面分析了黄河河口尾闾河段河床形态萎缩特征。清水沟流路在1976-2000年期间,黄河口尾闾河段的发育大致可分为4个阶段,即初期发育阶段、中期成型阶段、后期萎缩阶段、末期人工干预发展阶段。相应的发育时期分别为20世纪80年代中期以后,尾问河段主槽宽深比上升、横比降升高、河段纵比降下降、河床平均高程抬升,其相应时期内河道平滩流量相对偏低。这一现象可能与黄河来水来沙偏枯相关。河道疏浚、人工出汉、调水调沙等措施对尾闾河段河床形态的萎缩有一定的抑制作用,但其影响是暂时的,不能改变河道萎缩的总体趋势。