河口河槽和口外海滨对流域来沙减少响应的差异性研究——以长江口南槽-口外海滨体系为例

为了探讨口内河槽和口外海滨水下岸坡对流域来沙减少响应敏感性方面存在的差异,利用 ArcGIS 软件对长江口南槽及其口外海滨段 1990 年、1996 年、2000 年、2004 年的地形数据进行冲淤速率计算和冲淤图绘制.结果表明:1990 - 1996 年、1996 -2000 年和 2000 - 2004 年三个时段南槽口内河槽的平均淤积速率分别为 2.08、1.51 和 11.97 cm / a,而口外海滨的平均淤积速率分别为 6.08、4.27 和- 6.62 cm / a;与口外海滨相比,口内河槽冲淤的空间分布更为复杂.结论包括:近期南槽口内河槽的(年 - 年代尺度)冲淤主要受底沙移动和深水航道工程影响,与流域来沙减少趋势的关系不大;而口外海滨的冲淤主要受河流供沙量的支配,对流域来沙减少响应较之南槽更为敏感,同时也可能与南槽的冲淤调整有一定关系.     

近期(2000-2008年)长江口南港河槽的冲淤变化——兼议外高桥新港区岸段强烈淤积的原因

长江口南港是上海外高桥新港区所在岸段,其冲淤变化对该港区水深的维护具有重要影响。本文利用ArcGIS对2000-2008年长江口南港海图资料进行数字化,建立不同时期此河槽的数字高程模型,定量计算南港河槽尤其是主槽的冲淤变化,分析其演变规律。结果表明:(1)2000-2004年南港河槽整体上冲刷21.9×106m3(平均冲刷速率为3.5cm/a);(2)2004-2008年南港河槽整体上转为淤积,河床共淤积26.0×106m3(平均淤积速率为4.1cm/a);(3)2004-2008年外高桥新港区净淤积73cm,其中2006年7月-2007年7月1年淤积57cm。结论包括:(1)南港复式河槽中间沙脊的大量采砂导致的过水断面调整可能是近期沙脊两侧深槽出现淤浅趋势的重要原因;(2)2006年7月-2007年7月南港主槽(包括外高桥新港区)的强烈淤积可能还与该水文年长江径流量特低有关。(3)南港作为长江入海水沙的过境通道,其冲淤变化与河流来沙量变化的关系不大,而流域极端气候事件导致的径流量变异、河口人类活动以及河槽的自适应调整可能是该河槽年际冲淤变化的更重要诱因。     

长江口北槽深水航道工程对九段沙冲淤影响研究

根据1989～2003年长江口九段沙附近地形图,在地理信息系统软件MapInfo的支持下,分析了北槽深水航道工程对九段沙冲淤演变的影响。在长江来沙减少总的情势下,九段沙总的淤积速率在明显下降,但北槽深水航道工程使局部冲淤形势发生逆转：九段沙顶端到江亚南沙大片区域淤积速率显著增强,沿北槽深水航道南导堤外缘形成一个10km长的淤积带;九段沙东侧水下三角洲受工程的影响不大,淤积速率持续降低并底端发生冲刷。     

近50年长江口南、北港及附近分汊型河槽的演变

依据1958-2006近50年海图资料,在GIS技术平台下,对海图进行数字化处理,建立不同时期水深数据库,对比计算不同时期河槽容积的变化,探讨近50年来流域来水来沙减少背景下长江口南、北港分汊型河槽容积变化及演变趋势。结果表明:(1)近50年来南、北港冲淤变化趋势一致,整体上略有淤积之势,局部性波动明显;复式河槽的出现与南支主泓摆动、涨落潮流路分异关系密切,是长江口多级分汊格局形成的缩影。(2)南、北槽河槽演变在20世纪80-90年代呈现此消彼长特征,经过南岸边滩淤积,南槽主泓偏移,水流深切边滩,巩固沙体4个过程形成江亚南沙,长江口二级分流节点处地貌演变复杂,总体可归纳为上游沙体下移,沙体合并,水道消亡。(3)近期河槽演变受人工设施影响显著,来水来沙减少使河槽延伸减缓,南北槽分水分沙条件逐渐改变。     

1959～2013年长江河口南槽动力地貌演变过程

南槽作为长江口入海四口之一,是长江水沙输运向海的主要通道。在长江入海水沙急剧变化和长江口大型涉水工程的影响下,南槽的动力地貌过程成为当前长江河口研究的重点内容之一。分析和揭示近50年来南槽的动力地貌变化过程对理解长江河口响应人类活动和自然驱动作用的变化具有重要意义。基于此,本文通过1959~2013年长时间序列的南槽地形资料,研究长江入海水沙变化及南槽落潮分流分沙比影响下的南槽动力地貌演变过程。结果表明,南槽在1989年江亚南沙并滩前后呈现两种不同的地貌演化阶段:江亚南沙并滩前,南槽普遍发生淤积,两侧浅滩不断淤涨,河槽总体呈缩小态势,河槽拦门沙呈现"双峰"状态;江亚南沙并滩后,南槽呈现出"上段冲蚀加深、中段微冲、下段河槽束窄、两侧浅滩淤积"的状态,拦门沙向"单峰"发展。此外,周边涉水工程的实施对近期南槽地貌的冲淤演变过程有较大的影响。     

新情势下长江河口南槽河床冲淤演变特征

随着长江流域来沙的锐减、河口涉水工程的建设、生态环境保护力度的加大和通航环境的高效利用,长江口河势将面临着新一轮的调整。以长江口南槽河床冲淤演变为研究对象,采用河床演变分析的方法对南槽近十年来多次水下地形和航道水深数据进行了分析,并对南槽航道治理一期工程效果进行了讨论。结果表明：2010—2018年,南槽主槽整体呈冲刷态势,江亚南沙头部窜沟冲刷发展,沙尾冲刷下延; 2018年至今,江亚南沙头部窜沟由冲刷环境转化为淤积环境,其他区域冲淤形势基本未变;南槽断面主槽形态总体稳定,在主槽总体冲刷背景下,“拦门沙”逐渐被削平,加上南槽航道治理一期工程的作用,南槽6 m以深河槽容积明显扩大,且保持较好的稳定性。近期南槽河势变化是流域来水来沙和河口自然、人类活动影响的综合结果,南槽航道治理一期工程对近期江亚南沙的地形变化起到了重要影响,工程有效地控制了江亚南沙河势,遏制了局部冲刷发展的趋势,有利于稳定南槽航道的北侧边界。     

湛江湾口外落潮三角洲演变特征

基于湛江湾口外海图地形资料,采用GIS与动力地貌分析的方法,研究了近50年来湛江湾口外落潮三角洲的冲淤变化特征,对湛江湾口外落潮三角洲的演变机制进行了探讨。湛江口外落潮三角洲体系包括口外东北浅滩、西南边滩及口门通道深槽。近50年来,东北浅滩东缘及滩顶出现了侵蚀后退,浅滩西缘和南缘呈淤积趋势,东北浅滩整体有西移南扩趋势;西南边滩有不同程度的侵蚀后退;口门通道深槽有所淤积。湛江湾口外落潮三角洲侵蚀与沿岸泥沙供给不足及人类活动影响有关,口门通道深槽淤积除与落潮三角洲侵蚀泥沙向西搬运有关外,还可能与湛江湾内围垦导致口门通道潮汐动力减弱有关。航道北侧东北浅滩变化对航道回淤的可能影响值得关注。     

长江口横沙东滩外侧建设人工岛的自然条件分析

利用2001-2008年的海图资料和2011-2012年枯季现场水文调查数据,分析长江口横沙东滩外侧海域的河势、水动力条件及泥沙含量的潮周期过程,讨论在此建设人工岛的自然条件。结果表明,横沙东滩外侧海域,2001-2008年间冲淤有变化,由滩向海的断面显示上部淤积,下部侵蚀,冲淤转换面在-7~-10m之间,-10~-20m海域整体呈现微冲趋势,但侵蚀速率减缓,河势趋于稳定。横沙东滩受北槽深水航道北导堤影响,向东南方向淤进。定点船测潮流表现出旋转流性质,枯季大潮最大流速不超过188cm/s,小潮最大流速小于134cm/s;北港口外的定点余流显示向口内输运,北槽口外则是向海输运。两测站数据显示枯季大小潮垂线平均含沙量处于0.061~0.116kg/m3之间,水体泥沙含量整体处在较低水平。从自然条件上来说,不考虑风浪影响情况,研究区域内河势渐趋稳定,水深条件良好,水动力条件适宜,水体含沙量较低,在该区域内建设人工岛具有可行性。     

1997—2019年长江口北槽地形演化特征及驱动机制

河口拦门沙位于河流和海洋的交界,具有弱动力、易沉积、水深浅的环境特征。打通拦门沙,建设深水航道一直是海洋学和工程学的一个难题,目前深水航道工程已经深刻地改变了拦门沙河槽的演化格局。本文根据北槽三期航道工程建设时间节点,收集了 1997 年、2002年、2007 年和 2019 年北槽航道水下地形数据分析工程前后的地形演变特征,并结合航道工程建设、人为疏浚和外部环境变化等因素对北槽地形演变的驱动效应进行分析。结果表明：深水航道建设后长江口北槽主要出现了“槽冲滩淤”的河槽地形演化特征;空间上,北槽上段主要发生了北侧滩涂淤积,南侧航道侵蚀,而下段主要发生了南侧滩涂淤积,北侧航道侵蚀的演变格局。导堤和丁坝的建设是引起河槽“槽冲滩淤”的主要因素,而科氏力引起的涨、落潮流路变化也增加了河槽上下段的差异演化;深水航道工程建设是引起 1997—2007 年北槽淤积的主要驱动因素,而人为疏浚则是 2007—2019 年北槽侵蚀的主要影响因素;尽管人类活动已经成为北槽河槽演化的主要原因,但周围环境变化如流域来沙减少和海平面上升也加剧了近期的北槽侵蚀。     

长江口青草沙水库前沿河床演变与失稳风险研究

位于长江口南北港分流口的青草沙水库是上海市最大的城市供水水源地,开展该水库前沿河床稳定性和失稳风险研究具有重要的理论意义和工程指导价值。基于此,利用长江口南北港分流口2000年至2013年期间实测的高精度地形资料,分析青草沙水库前沿河床近期地貌变化特征,为水库库堤安全预警提供相关理论支撑。结果表明:青草沙水库前沿河床冲淤变化在建库前后有明显差异,建库前总体表现为河槽冲刷、沙洲淤积,呈现准冲-淤振荡的性质;建库后变为幅度逐渐减弱的持续冲刷;沿河床河槽形态由U型向U型与V型河槽叠加的复式河槽转变。青草沙水库前沿沙体沿落潮主流方向下移,成形沙体呈先增长、再减少,最后趋于平衡的态势,隐形沙体大体呈减少趋势。青草沙水库库堤前沿近600 m位置是河床失稳的重点风险区域,尤其是水库库堤中上部河床处于不稳定状态,如前沿边坡所在河槽进一步逼近水库前沿,则河床面临进一步冲刷的可能。     

GIS支持下的长江口拦门沙泥沙冲淤定量计算

依据1842～1997年10幅不同年代的长江口海图资料,利用地理信息系统和数字化仪进行处理,建立不同时期的长江口水下数字高程模型,以此作为基础资料,实现了从横剖面、深泓线纵剖面、平面变化等不同角度对长江口拦门沙地区滩槽演变、岸线侵蚀、沙岛形成与变迁等进行研究.通过计算河槽容积,实现了对不同时段泥沙冲淤量的计算.结果表明,155a来拦门沙总的趋势是不断淤积,但不同时期淤积速度大不一样,个别时期甚至会发生一定程度的冲刷,这主要与动力条件的波动有关.1842～1997年,共淤积泥沙38.10亿t,平均每年淤积0.246亿t,约占长江来沙的5%,年均淤厚为1.1cm泥沙淤积部位主要在九段沙、横沙及横沙东滩、崇明东滩三处.发生冲刷的范围较小,仅占总面积的21.4%,主要在北槽,北港上段和南槽局部也有轻微的冲刷发生.     

灌河口外航道整治模型试验研究

灌河口外为粉沙淤泥质海岸,口外沙嘴发育,形成主、副槽,拦门沙浅区水深仅2 m左右,波浪掀沙作用强烈,水沙运动复杂。利用波、流共同作用下物理模型试验研究灌河口外拦门沙深水航道整治后水动力变化及航槽回淤,特别是台风浪情况下航道骤淤问题。研究表明:灌河口外海域动力条件、泥沙环境以及工程涉及问题复杂,双导堤配合航槽疏浚整治工程能有效发挥减淤效果,通过双导堤间过流断面积补偿能有效降低工程对新沂河排洪的影响,正常条件下航道开挖年回淤约190~330万方,台风浪骤淤约为180万方,建议导堤根部加高以减少口门附近航道回淤。     

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。     

近四十年南渡江水下三角洲的冲淤变化及其主控原因

利用ArcGIS技术对20世纪60年代以来的南渡江水下三角洲地形资料进行冲淤分析,并探讨冲淤变化的主要原因.研究表明:1963-1980年、1980-1996年和1996-2003年3个时段南渡江水下三角洲的淤积/侵蚀面积比分别为2.2,1.1和0.73,净淤积速率分别为4.17,-0.002和-2.2 cm/a.这种...     

南汇东滩圈围工程对长江口河势影响的数值模拟分析

基于验证的MIKE21软件长江口二维潮流数值模型,计算和重点分析了南汇东滩促淤圈围工程对长江口南槽、北槽和横沙通道的影响。结果表明:南汇东滩促淤圈围工程束窄了南槽下段河道,较大幅度地减小了该段的潮流量;但南槽中段以下河段流速增加幅度较大,河槽将会刷深,河势将得到发展;江亚北槽将会得到发展,北槽中段泥沙淤积现象将会加剧;横沙通道涨落潮流量大幅减少,横沙通道涨落潮流量与南槽涨落潮流量存在非常高的相关性,这对横沙通道作为航道开发和利用会带来较为不利的影响。     

近年来长江口南槽河势演变过程及航道开发建议

南槽是长江口第三级分流南汊道,是上海市重要的船舶航行通道之一,两侧发育两大滩涂资源。根据长江口南槽2002-2013年水下地形数据,结合上游来水来沙和南槽分流分沙资料,对南槽演变进行全面分析,结果表明:南槽上段分流口区持续冲刷,处于不稳定状态;中段主槽区域基本处于"槽冲滩淤"状态;下游拦门沙河段基本处于稳定状态。在人为因素和自然条件的双重影响下,南汇边滩处于"滩动槽稳"态势,而九段沙一侧处于"滩稳槽动"状态。目前河槽深泓线摆幅很小,适宜航道继续的开发。     

洋浦湾南浅滩-深槽-拦门沙近40年冲淤变化分析

本文根据1965、1984、1999和2005的海图对比分析, 探讨了洋浦湾深槽、南浅滩以及口外拦门沙的冲淤变化, 得出: 1)1965—1984年之间, 南浅滩呈淤涨之势, 其西南部最大淤涨距离可达640m; 1984—1999年南浅滩出现了侵蚀, 这主要是由于洋浦湾波浪以及沿岸流的作用引起的; 1999—2005年, 靠近口门附近的南浅滩出现淤涨现象, 主要是由于洋浦湾口门附近水动力的影响作用; 但是目前整体基本上处于稳定的阶段。2)洋浦深槽段呈现出不同程度的西边坡淤涨, 东边坡侵蚀后退, 深泓断面缩窄、淤浅及东偏的趋势, 特别是剖面5的变化比较复杂,值得关注。3)口外拦门沙近几十年来呈现出不同的时空冲淤变化, 但是以淤积为主, 1965—2005年拦门沙总的淤积厚度达到1m左右, 但随着泥沙补给的减少, 这种淤积趋势也随着减少。     

近50 a来杭州湾冲淤变化规律与机制研究

使用杭州湾1959-2010年的水下地形图, 结合过去数十年来长江入海水沙量和钱塘江河口段冲淤变化状况, 分析了近50 a来杭州湾在长江入海泥沙量锐减和治江围涂等人类活动作用下的冲淤变化规律及其物理机理。结果表明, 乍浦以上区域近50 a来处于较显著的淤积状态, 且有自上向下发展的趋势, 这种淤积主要是由于钱塘江河口治江缩窄工程所引起的;湾内地形发生了局部调整, 部分小型潮流槽脊系统趋于消亡, 地形趋于平坦化, 湾口北部2003年以后有转淤为冲的趋势, 这与长江入海泥沙量锐减和该区域围垦工程等因素有关;1959-2003和2003-2010年两个时段, 湾内泥沙淤积的年平均值分别为0.91×108和1.66×108 m3。对于整个钱塘江河口系统而言, 即自杭州湾湾口至钱塘江河口段的闸口断面, 长江入海泥沙量减少所产生的影响尚不明显, 2003年以后泥沙淤积速率甚至有所上升。杭州湾近50 a的冲淤变化是人为强烈干预下的大流域-河口系统响应与中小流域-河口系统响应的调整结果。     

长江口北槽细颗粒悬沙絮凝体的沉降速率的近似估算

利用都必须学法获得了长江口北槽口内、外2个站位的悬沙浓度垂线分布资料，通过Rouse公式拟合法，计算了分别与它们相对应的絮凝体沉降速率。计算结果表明：（1）长江口北槽细颗粒悬沙絮凝体沉降速率主要集中在1.0-3.0mm s^-1；（2）北槽口内，平均悬沙浓度与絮凝体沉降速率的关系；ωx=1.14-↑C^1.03；（3）北槽口内，控制絮凝体沉降速率的物理因素是平均悬沙浓度，而北槽口外，影响絮凝体沉降速率的物理因素为盐度和悬沙颗粒粒径。     

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。