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。     

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。     

调水调沙影响下黄河口泥沙异重流过程

利用黄河干流大型水库进行调水调沙,在短期内将大量沉积物快速输送入海,是河口泥沙异重流触发的重要窗口期。根据2010年调水调沙期间黄河口沉积动力现场观测资料,建立覆盖整个渤海海域的ROMS数学模型,以黄河利津站逐日水沙数据和海域潮汐、风场数据作为模型驱动条件,模拟调水调沙期间的河口泥沙异重流发育过程。模拟结果显示,在没有大风扰动的情况下,河流入海悬沙浓度>29.0 kg/m3时会在河口产生高密度泥沙异重流。黄河冲淡水携带大量悬浮物从河口流出后,与海水迅速混合,在潮流影响下,冲淡水舌随时间由西北向东南偏转,输运至莱州湾西侧。淡水和沉积物主要以表层羽状流和底层异重流形式输运：表层羽状流扩展范围较大,输运路径为河口西北方向—远岸（河口东北区域）—莱州湾西侧;底层异重流扩散范围较小,输运路径为河口西北方向—河口沿岸（东）—莱州湾西侧。河口泥沙异重流生消和水体垂向结构存在周期性变化特征：落潮时段异重流发育较好,水体层化增强;涨潮时段异重流逐渐消亡,水体混合增强。估算出黄河口清水沟清8叉流路主泓区内水体由河口径流、潮汐应变和潮汐搅动引起的势能变化率,其中潮汐应变和潮汐搅动起主导作用,比河口径流引起的势能变化率高出2～3个数量级（102～103）。     

黄河调水调沙影响下的现行三角洲叶瓣冲淤演化格局

基于1986—2013年的黄河水文泥沙资料,研究了黄河实施调水调沙以来入海泥沙在通量和粒度组成上的变化特征,揭示了调水调沙影响下黄河入海泥沙通量增加、悬沙粒径粗化的趋势。从2002年调水调沙实施后,现行黄河三角洲叶瓣由侵蚀转为淤积,现行河口处淤积明显,逐渐形成一个饱满的“楔子”。然而,随着调水调沙的持续冲刷,下游河床逐渐粗化,2006年以后径流的冲刷效率不断降低,入海泥沙通量持续降低、悬沙粒径变细。若维持目前调水调沙流量不变,现行黄河三角洲叶瓣造陆速率将逐渐减缓,甚至可能出现蚀退。     

黄河在调水调沙影响下的入海泥沙通量和粒度的变化趋势

基于1950-2013年的黄河水文泥沙资料,系统研究了黄河实施调水调沙以来入海泥沙在通量、粒度组成和时间分布上的变化特征,揭示了调水调沙影响下黄河入海泥沙的变化趋势。在2002年黄河实施调水调沙以来,6-11月平缓均衡的持续性高水沙量取代了调水调沙之前7-10月峰值尖瘦的汛期特征,汛期与非汛期差异减小,入海水沙通量的季节性特征显著改变。随着调水调沙的逐年实施,河床泥沙颗粒粗化,临界起动功率不断增大,而调水调沙期间的径流量峰值基本稳定,径流对下游河床冲刷效率不断降低,导致入海泥沙通量持续降低、泥沙颗粒变细。可以预见,黄河河口的淤积将会大大减缓,入海的泥沙将更多地沉积在远离河口的区域,维持河口三角洲叶瓣冲淤平衡的临界泥沙量将会加大。     

黄河入海泥沙扩散与河海相互作用

根据黄河口卫星遥感数据和河口滨海区水文,泥沙实测资料,对河口区洪水的平面扩散和含沙水层特征进行分析,结果表明,在洪水期,河口高高潮到低低潮线之间主河道两侧存在大范围浸流区,片状水流汇入网状汉沟入海,主河槽过流仍很明显,随着流量减小,漫流现象减弱乃至消失,推测口门区主河道的床流量约１０００ｍ＾３／ｓ;ＴＭ１－３合成ＴＭ６温度制图发现,在河口浅水区存在河海相互作用的混合带,混合带宽与河流流量成正比,混     

黄河口羽状流对调水调沙的响应

本文基于2010年MODIS卫星遥感数据,研究了黄河口海域海表温度(SST)的季节性变化,分析了调水调沙期间黄河口羽状流向海扩展的时空变化,揭示了黄河口羽状流对调水调沙的响应。研究结果表明:海表温度主要受太阳辐射和临近大陆气候的影响,夏季秋季高,春季冬季低,四个季节羽状流扩散范围都较小。调水调沙期间,羽状流向海传输方向发生摆动,由北向逐渐向东偏转至正东方向,最后又转为北向。随着径流量的增加,羽状流扩散范围和传输距离也迅速增大,传输距离与径流量呈较好的对数线性关系。此外,潮汐变化也会影响羽状流的传输方向和输运距离。     

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。     

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。     

调水调沙对黄河三角洲切变锋及冲淡水扩散的影响

基于Delft3D构建了包含利津以下河段的黄河口三维水动力数值模型,通过2011年调水调沙期间的大面站观测资料对模型进行了验证,结果表明模型可以很好地描述研究区的流场特征和盐度分布。通过3个工况,分析调水调沙对切变锋位置、强度、历时的影响,总结出地形成因和径流成因的两类切变锋。表层低盐中心位于入海口东北外海,与径流入海后形成的顺时针环流一致。底层淡水受地形成因切变锋面抑制,主要被限制在口门右侧的河口前缘,并沿岸线向ES—S扩散,形成底层低盐中心。高径流时表层冲淡水向北侧扩散更远且偏转半径更大;低径流时盐水楔位于河道内,外海盐度波动较弱。平流作用与水体净输移有关,提供了绝大部分的淡水通量;潮泵作用在近岸更为强烈,反映了口门两侧不同位置、层位截然相反的盐度-潮流相位关系。     

黄河入海泥沙的淤积与扩散

本文通过原型实测资料，分析了黄河入海泥沙淤积在三角洲陆上和滨海以及漂向外海的泥沙分配，统计了三角洲淤积造陆和向外海延伸的速率以及泥沙在滨海水下的淤积范围，并进一步对漂向外海的泥沙去向进行了分析     

不同来源水沙对黄河入海泥沙通量的影响

文中研究了黄河入海泥沙通量与流域上、中游不同来源区的水沙量之间的关系 ,并以年系列和洪水系列水文泥沙资料 ,建立了表达这一关系的经验统计模型。所建立的模型表明 ,来自不同来源区的泥沙 ,对于入海泥沙通量的影响是不同的。来自多沙细沙区的每 1t泥沙 ,输送入海的为 0 .85t(年系列 )和 0 .72t(洪水系列 ) ;而来自多沙粗沙区的每 1t泥沙 ,输送入海的仅为 0 .34t(年系列 )和 0 .2 1t(洪水系列 )。 70年代以来入海泥沙通量的减少 ,与多沙细沙区水土保持工作的开展有密切关系。将文中的模型与已建立的黄河流域水土保持减水、减沙模型相耦合 ,可以用来预测未来因人类活动和气候变化而使不同来源区的水沙进一步减少时 ,黄河入海泥沙通量的变化     

长江入海泥沙的扩散

长江是我国和亚洲第一大河、世界第三大河.据大通水文站观测,长江年总径流量平均为9,950亿公方,平均流量为30,2O0公方/秒,最大洪峰流量为92,600公方/秒,最小枯水流量为6,020公方/秒.平均含沙量为0.518克/公升,年输沙量平均为4.8亿吨^[1].     

广利港海域悬沙分布及黄河口泥沙扩散对其影响

基于遥感影像资料和实测水文泥沙资料,对广利河口海域悬沙分布特征和黄河口入海泥沙扩散进行了分析研究。结果得出,在一般天气情况下,广利港海域工程海域含沙量比较低(3),黄河口泥沙向南直接扩散距离为10~20 km,对工程区无直接影响,但是在大风天气下,广利河口附近海域含沙量会增高至0.5 kg/m3以上,黄河口入海泥沙扩散向南可达30~40 km,最远可达小清河口,对工程区则有一定的影响;从广利港海域含沙量、底质特征、冲淤性质上来看,黄河口泥沙扩散对工程区是有限的,造成航道和港池淤积的主要泥沙来源为风浪和潮流作用下就地泥沙的搬运输移;黄河入海泥沙呈减小趋势,黄河改由"清8断面"入海,黄河入海泥沙浑水主轴线与广利港的距离增加,对工程区的影响趋于减小。     

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.     

黄河下游泥沙输移特征对入海泥沙通量的影响

黄河下游河道是黄河流域系统中的一个重要的泥沙沉积汇，泥沙在这一沉积汇中的沉积对于入海泥沙通量有重要影响。作者引进河道排沙比来表示入海泥沙通量比率，并以黄河下游实测资料为基础，运用经验统计方法对人海泥沙通量比率与影响因子的关系进行了研究。入海泥沙通量比率与悬移质中大于0．05mm粗泥沙和小于0．025mm细泥沙的百分比有密切关系，粗泥沙部分所占比例越高，则入海泥沙通量比率越低，而细泥沙所占比例越高，则入海泥沙通量比率越高。洪水事件中最大含沙量和来沙系数越大，则入海泥沙通量比率越小。在黄河上、中游的4个水沙来源区中，两个清水区来水为河道提供了输沙动力，有助于减小淤积，有时甚至会发生冲刷，从而有利于输沙入海，增加入海泥沙通量比率。两个多沙区的来沙增大了下游河道的输沙负载，使泥沙容易淤积在河道中，从而降低入海泥沙通量比率。以年系列和洪水系列资料，建立了一系列表达上述影响的经验统计关系，运用这些关系可以解释和预测流域来水来沙及泥沙粒度因子的变化对入海泥沙通量比率变化的影响。研究发现，近30年来黄河入海泥沙通量比率呈减小趋势。由于黄河下游来水量不断减小，导致了河床的萎缩和输沙功能的衰退，使得输送入海的泥沙占下游来沙的比率减小。