潮沟系统水沙输运研究——以长江口崇明东滩为例

本研究以崇明东滩2015年4月实测潮间带水沙数据为基础,分析了潮沟、盐沼及光滩的水沙特征,重点研究了潮沟系统及邻近潮滩潮周期内悬沙通量情况。结果表明:（1）潮沟表层沉积物比潮滩细,二者平均中值粒径分别为21.7 μm和33.0 μm,悬沙粒径由海向陆逐渐变小;（2）大、小潮沟潮周期内潮流均以往复流为主,垂向平均流速分别为15.4 cm/s和34.6 cm/s;盐沼界和光滩则以旋转流为主,平均流速分别为11.3 cm/s和28.9 cm/s;（3）潮沟中的高悬沙浓度出现在涨潮初期,最大可达7.5 kg/m3,而潮滩高悬沙浓度则出现在潮落潮中期和高水位时刻;大、小潮沟和盐沼界站涨潮阶段平均悬沙浓度大于落潮阶段,光滩站则相反。潮沟悬沙主要来自邻近水域,而潮滩悬沙则与滩面表层沉积物密切相关;（4）潮沟在潮周期内净输沙方向均指向滩地,大潮沟潮周期单宽净输沙量可达4.0 t/m;盐沼界处垂直岸线和沿岸输沙强度相近,净输沙由海向陆,潮周期离岸输沙强度为1.0 t/m;光滩沿岸输沙强度远大于垂直岸线输沙,光滩净输沙由陆向海。研究揭示了潮间带潮沟系统的强供沙能力以及研究区域光滩冲蚀,盐沼植被带淤积的动力地貌过程。     

杭州湾口门中部水沙输运机制初探——以岱衢洋为例

根据2012年9月在杭州湾口门中部外侧海域岱衢洋主槽内获得的包括大、中、小潮的垂向流速和悬浮泥沙观测资料,利用机制分解方法计算了岱衢洋的水沙输移通量等特征,分析并讨论了各个输沙项对总输沙量的贡献,解释了杭州湾水沙进出外海的输运机制。研究结果表明:研究区域单宽涨潮量大潮为小潮的2.3倍,单宽落潮量大潮为小潮的1.6倍。从小潮到大潮的余流和单宽净输水量由向海变为向陆;单宽涨潮输沙量大潮为小潮的4.5倍,单宽落潮输沙量大潮为小潮的2.7倍。单宽输沙量表现为小潮和中潮向海,大潮向陆的特点,大潮单宽净输沙量约为小潮和中潮的2倍;在各输沙项中,平流输沙主要来自水体净输移(拉格朗日余流决定)对悬沙输移的贡献,平流输沙方向小潮向海,中潮和大潮向陆,其中大潮和小潮时平流输沙在各项中贡献率最大;潮泵输沙小潮和中潮向海,大潮输沙向陆,中潮时潮泵输沙贡献率在各项中贡献率最大;垂向净环流输沙方向均向陆,大中小潮悬沙含量的垂向的差异是导致小潮垂向净环流输沙量大,大潮输沙量小的主要原因;杭州湾中部通过岱衢洋通道与外海泥沙交换的主要形式是大进大出、反复搬运,而在一个完整的半月周期内外海泥沙净进杭州湾的量相对较小。     

基于潮沟定点观测的潮间带水、沙、盐交换研究——以长江口九段沙一潮沟为例

为研究潮间带和潮下带的水、沙、盐交换,于夏、秋两季在长江口九段沙一典型潮沟的固定点利用OBS-3A和ADP-XR进行了水深、浊度、盐度、流速流向剖面和回声强度观测。结果表明:(1)夏季大潮、冬季中-大潮、冬季小潮的潮周期垂向平均流速分别为26.5、15.9和8.4cm/s,夏、冬季观测到的最大流速分别为84cm/s和35cm/s。(2)夏季盐度变化范围为0.65—4.91,平均盐度2.14;冬季盐度变化范围为3.5—10.3,中-大潮和小潮平均盐度分别为6.26和7.98。(3)高悬沙浓度出现在涨潮初期和部分落潮末期的低水位阶段;涨潮阶段的平均悬沙浓度是落潮阶段的1.11—7.0倍。(4)涨、落潮阶段的水体和盐输运量大体上趋于平衡;(5)无论是冬夏季或大小潮,潮沟在潮周期内的净输沙方向均指向陆,即落潮输沙量小于涨潮输沙量(平均小40%);平均每个潮周期内净输沙量为6102kg,结合潮盆面积推算的潮周期沉积速率为0.0112mm/tide,或8.2mm/a。     

威马逊台风对长江口海域波浪及海洋工程的影响

本文对威马逊台风影响期间长江口海域各测站的波浪进行了统计和分析，并利用调访资料及数值模型推算结果，对威马逊台风给长江口航道整治建设工程造成的影响作了较为详细的分析：①由于长汀口的水底地形极为复杂，尽管附近的海洋监测站距离工程区较近，但其实测资料不能反映出工程区的波浪特征；②威马逊台风在长江口海域引起了1．2—1．5m的风暴增水，由于处于天文小期期且最大增水发生在低潮位，总水位偏低，降低了波浪力的作用点，尽管长江口深水航道工程试验段发生了严重破坏，但它对长江口海岸工程几乎没有影响。     

淤泥质潮滩高程及冲淤变化遥感定量反演方法研究——以长江口崇明东滩为例

潮滩是淤泥质海岸最主要的地貌类型之一,淤泥质潮滩特征在很大程度上代表了所在海岸带的性质,查清其性质和分布对于合理开发潮滩资源和研究现代海岸带动态变化具有重要意义.本文以星载多源遥感技术为主要研究手段,结合常规调查资料和野外调查工作,以长江口崇明东滩为研究区,利用淤泥质潮滩水边线提取技术和潮位站实测水位高程进行潮滩地形反演,确定潮滩坡度及其淤积或侵蚀速度,为长江口潮滩资源合理开发利用和环境保护的长远规划提供重要的参考依据.     

台风影响下长江口羽流的响应与淡水输运机制

河口区域冲淡水锋面及物质输运会对台风产生快速而复杂的响应,并产生显著的生态效应及沉积过程,且不同类型的台风会对水动力及物质输运产生不同影响。本文以长江河口为研究区域,利用盐度锋面附近的浮标站点观测数据,发现在登陆型超强台风“利奇马”的影响下,旋转流特征消失,站点全水深出现持续近两天的北向流;而在转向型强台风“巴威”的影响下,出现持续约三天的全水深南向流。应用覆盖长江口及邻近海域的有限体积海洋模型（FVCOM）对两次台风过程进行模拟,实验对比台风过境前后流场、盐度场并且计算淡水通量,发现台风过境时通过破坏夏季典型的向海扩张的表层平流型羽流结构,从而促进盐度垂向混合,导致大量淡水堆积在靠岸一侧,加强了沿岸的淡水输运,进而形成底部捕获型羽流。对于登陆型台风“利奇马”的影响,淡水输运主要沿苏北海岸向北,而在转向型台风“巴威”偏北风的影响下,淡水则显著沿岸向浙闽海域流动。这两种台风过后,表层淡水开始向海扩展,垂向盐度分层再一次呈现,在2～3天内完全恢复为表层平流型羽流结构。     

滩涂水边线Landsat-5影像提取方法以长江口崇明东滩为例

快速获取遥感影像水边线时空变化信息具有重要意义,滩涂水边线提取一直是遥感技术应用的难点问题。水边线在遥感影像上具有独特的空间关系与光谱特征。本文综合使用颜色模型变换法、信息熵计算法、最大类间方差法及边缘检测方法。以长江口崇明东滩为研究区,研究了Landsat-5卫星影像海陆对比度增强及不同尺度下的边缘提取,重点给出了基于热红外波段的水边线空间特征与光谱特征的计算方法,在面向对象技术框架下提出了一种顾及空间关系和光谱特征的遥感影像水边线快速提取方法。实验结果表明：(1)基于最大类间方差法的局部阈值分割法能够自动提取band 6的水边线,水边线连续、完整,空间信息丰富;(2)综合使用最佳指数法、离散度方法及颜色模型变换方法,能够有效增强海陆对比度,基于最大类间方差法的局部自适应Canny算子能够自动检测出增强后遥感影像高精度边缘;(3)利用水边线的空间关系和光谱特征,能够由计算机自动实现水边线的识别与连接工作;(4)本文提出的水边线提取方法速度快、自动化程度高,分别继承了阈值分割法的连续性强的优点和Canny算子定位精度高、细节呈现能力强的优势。研究结果对于海岸带动态变化、陆海相互作用机制、海岸带资源保护与开发及近海工程管理等研究具有重要的参考价值。     

长江口潮沼植物对动力沉积过程的影响

为探讨潮沼植物对动力沉积过程的影响,在长江口南汇东滩沼泽和邻近的光滩上进行了近底层流速、波浪、悬沙浓度、沉积物粒径和滩面淤积速率等对比实验,并在九段沙潮沼中做了两种先锋植物黏附悬沙的实验.结果表明,沼泽和同高程的邻近光滩近底层平均流速的比值为0.16～0.84;两种环境平均波周期、平均波高和平均悬沙浓度的比值分别为1.4,0.43,和0.71.波浪传入沼泽后,一方面波高大大降低,另一方面变得规则有序.海三棱草和草两种先锋植物群落黏附的悬沙分别达到298和40g/m2.由于水动力降低和植物的捕沙功能,细颗粒泥沙易于在沼泽中沉积下来,导致沼泽环境沉积物明显较相邻光滩细;沼泽中沉积速率加快,侵蚀受到抑制.     

杭州湾、长江口余流及其物质输运作用的模拟研究Ⅱ．冬季余流及其对物质的输运作用

首先分析了杭州湾、长江口冬季余流和物质输运作用的观测特征,提出了几个值得继续研究的问题．然后,利用杭州湾、长江口三维联合模型,综合考虑径流、风应力、密度流、中国东部海域背景环流和M2,S2,K1,O1四个分潮的综合作用,模拟出了冬季的余流结构及其对物质的输运作用．在此基础上,针对所总结的几个问题,进一步作数值模拟,讨论余流和物质输运作用形成的机制．     

长江口涨落潮槽水动力特性的同步观测及其输运机制研究

涨落潮槽是河口区的重要地貌单元。只有枯季涨潮槽才能表现出涨潮优势。使用ADCP和ENDECO在枯季对长江口典型涨落潮槽进行一个潮周期的同步水文观测。利用本次观测资料和收集以前洪季水动力结果,比较分析了长江口涨落潮槽一个完整洪枯季大小潮水动力特征和输运机制。结果表明：（1）长江河口涨潮槽的水动力极为复杂。不仅存在洪枯季节的水文特征变化,而且存在着洪季大小潮和枯季大小潮的变化;（2）只有枯季大潮表现出较为明显的涨潮优势。涨潮槽的单宽涨落潮量接近,而落潮槽的单宽涨潮量都小于单宽落潮量;（3）洪季大小潮涨潮槽的平均涨潮流速都大于落潮槽,平均落潮流速都小于落潮槽。枯季小潮的平均涨潮流速来说,涨潮槽大于落潮槽;而对于落潮流速来说,涨潮槽上部小于落潮槽,下部大于落潮槽;（4）涨潮槽的欧拉余流要小于落潮槽,涨潮动力减弱对涨潮槽的影响较为明显。     

条件变化对海口湾风暴增水的影响分析——以海鸥台风为例

以海口湾为例,通过建立天文潮与风暴潮耦合数值模型,以典型强台风海鸥为基础,对未来台风增强、海平面上升和填海工程对海口湾风暴潮的影响分别进行了诊断分析,并计算了三者的共同作用在未来100年对风暴增水最大值的变化幅度。结果表明:1)台风强度增强大幅度增加海口湾沿岸风暴增水最大值,台风强度增强10%时,海口湾沿岸控制点风暴增水最大值增加12%~18%;2)海口湾地区在海平面上升的影响下风暴增水最大值反而减小,仅有部分岸段风暴增水值最大增加,不同海域风暴增水变化对海平面上升的响应不同;3)不合理的人工岛建设方案会显著增加对岸风暴最大增水值;4)在台风增强、海平面上升和不合理的海湾填海共同影响下,未来100年风暴增水最大值将增加12%~28%。显然这样的风暴增水变化会引起严重的灾害和后果,本研究可为海口湾防灾减灾工作提供依据。     

风暴过程中潮滩悬沙浓度和悬沙输运的变化及其动力机制——以长江三角洲南汇潮滩为例

悬沙浓度是淤泥质海岸重要的环境指标。为探讨潮滩悬沙浓度和悬沙输运对风暴事件的响应过程及其动力机制,于2014年9月"凤凰"台风过境前、中、后在长江三角洲南汇潮滩进行了现场观测,获得同步高分辨率的水深、波高、近底流速和浊度剖面时间序列(9个潮周期)。结果表明,风暴中平均和最大波高、波-流联合底床剪切应力、悬沙浓度和悬沙输运率可比平静天气高数倍;风暴期间高潮位低流速阶段悬沙沉降导致近底发育数十厘米厚的浮泥层(悬沙浓度大于10 g/L)。研究认为风暴事件中淤泥质海岸悬沙浓度和悬沙输运的剧烈变化其根本动力机制是风暴把巨大能量传递给近岸水体,进而显著增大波-流联合底床剪切应力,导致细颗粒泥沙再悬浮。     

径流量变化对长江口水动力特性的影响

为了研究径流量变化对长江口水动力特性的影响,利用MIKE21建立长江口水动力数学模型,分别模拟计算长江口不同径流量影响的潮流场,统计分析不同径流量时各汊道涨落潮量和净泄量以及分配比例;统计分析不同径流量对各汊道潮位变化的影响;统计分析不同径流量对北槽中下段水动力特性的影响。得到如下结论:1)径流量的变化对于涨潮分流的影响显著,随着径流量的增加,更多的潮流从北支、北港、南槽进入长江口内。当上游的径流动力增强,外海潮流受上游径流的阻挡,难以继续上溯。2)越是靠近上游,径流量的变化对平均潮位的影响程度越高,入海口处受径流的影响微弱;上游径流量越大,潮波向内陆传播越受阻,能量消耗越大,致使其动力减弱。3)径流量的变化对平均流速的影响与上述潮位变化类似,上游径流量越大,各汊道流速越大;越靠近海洋,径流影响越小。4)长江口北槽中下段转流时刻会出现平面对流现象。横向方向上普遍存在越堤水流,且南北导堤均为北向越堤流占优势。     

杭州湾、长江口余流及其物质输运作用的模拟研究Ⅱ冬季余流及其对物质的运输作用

首先分析了杭州湾、长江口冬季余流和物质输运作用的观测特征,提出了几个值得继续研究的问题．然后,利用杭州湾、长江口三维联合模型,综合考虑径流、风应力、密度流、中国东部海域背景环流和Ｍ２,Ｓ２,Ｋ１,Ｏ１四个分潮的综合作用,模拟出了冬季的余流结构及其对物质的输运作用．在此基础上,针对所总结的几个问题,进一步作数值模拟,讨论余流和物质输运作用形成的机制。     

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。     

高能波控陆架的风暴沉积和风暴层序——以澳大利亚东南部陆架为例

根据浅层地震和钻孔资科,将澳大利亚东南部研究地区高能波控陆架风暴沉积分为直立风暴层、叠瓦状风暴层、无序风暴层、水平风暴层和纹层状风暴层等五类。各类风暴层及风暴层与非风暴层组合而成悬移风暴层序、悬移-推移混合风暴层序和推移风暴层序三大类。中陆架风暴沉积与现今近岸和水下岸坡相似,岩性、岩相和古生物属海岸带,风暴沉积厚,底板埋深大,组成物质粗。推断中陆架风暴沉积当形成于冰后期海侵、该地带处在近岸带和水下岸坡环境时,此时海面上升速度可能减缓,或趋近于零,甚至可能有短时间的下降。     

鸭绿江流域水沙输运的“源-汇”特征及其影响因素的集成分析

以鸭绿江流域为尺度,对鸭绿江流域上中下游水沙数据进行综合性分析。结果显示：鸭绿江流域径流量中游比上游年径流量增加一倍左右,下游比上游的年径流量增加倍数为一个数量级以上;大部分年份下游的年输沙量小于上游;随着中下游水利工程等人类活动的加剧,鸭绿江下游径流量和输沙量都有阶段性的减少,年际径流量和年际输沙量差异幅度逐渐增大,且输沙量减小的幅度和年际差异幅度比径流量更大,尤其是自20世纪60年代中期以来人类活动对输沙量影响比较显著。结合ENSO事件特征,指出气候变化引起的降雨量的减少是直接影响流域径流量减少的主要原因,也一定程度上造成了流域输沙量的减少。     

基于卫星遥感的潮滩植被、高程、潮沟空间关系探讨-以崇明东滩为例

The analysis of vegetation-environment relationships has always been a study hotspot in ecology. A number of biotic, hydrologic and edaphic factors have great influence on the distribution of macrophytes within salt marsh.Since the exotic species Spartina alterniflora(S. alterniflora) was introduced in 1995, a rapid expansion has occurred at Chongming Dongtan Nature Reserve(CDNR) in the Changjiang(Yangtze) River Estuary, China.Several important vegetation-environment factors including soil elevation, tidal channels density(TCD),vegetation classification and fractional vegetation cover(FVC) were extracted by remote sensing method combined with field measurement. To ignore the details in interaction between biological and physical process,the relationship between them was discussed at a large scale of the whole saltmarsh. The results showed that Scirpus mariqueter(S. mariqueter) can endure the greatest elevation variance with 0.33 m throughout the marsh in CDNR. But it is dominant in the area less than 2.5 m with the occurrence frequency reaching 98%. S. alterniflora has usually been found on the most elevated soils higher than 3.5 m but has a narrow spatial distribution. The rapid decrease of S. mariqueter can be explained by stronger competitive capacity of S. alterniflora on the high tidal flat. FVC increases with elevation which shows significant correlation with elevation(r=0.30, p0.001). But the frequency distribution of FVC indicates that vegetation is not well developed on both elevated banks near tidal channels from the whole scale mainly due to tidal channel lateral swing and human activities. The significant negative correlation(r=–0.20, p0.001) was found between FVC and TCD, which shows vegetation is restricted to grow in higher TCD area corresponding to lower elevation mainly occupied by S. mariqueter communities. The maximum occurrence frequency of this species reaches to 97% at the salt marsh with TCD more than 8 m/m2.     

长江口枯季水沙特性分析——以2003年为例

基于2003年2月长江口大面积水沙同步观测资料的分析结果,长江口枯季水沙特性:a)垂线平均流速特性:时间上大潮＞小潮,落潮＞涨潮;纵向上由徐六泾向口门呈"先减小后增大再减少"的变化;断面上北支＞南支,南港＞北港,南槽最小.大潮徐六泾垂线平均流速为102cm/s,浑浊带水域北港最大,为128cm/s;口门水域南槽口外最大,为100cm/s.小潮徐六泾为78cm/s;浑浊带水域北槽最大,为83cm/s;口门水域北港口外最小,为36cm/s.b)垂线平均含沙量特性:时间上大潮＞小潮,涨潮＞落潮;纵向上由徐六泾向口门呈"先增大后减小"的变化;断面上北支＞南支,大潮北港＞南港,小潮南港＞北港,北槽较高,北港大潮较高,小潮最低.大潮徐六泾垂线平均含沙量为0.09kg/m3;浑浊带水域北港最高,为1.14kg/m3;口门水域南槽最高,为0.81kg/m3.小潮时徐六泾为0.06kg/m3,浑浊带水域北槽最高,为0.99kg/m3,口门水域北港最低,为0.09kg/m3.c)无论大小潮,水沙净通量均为北槽＞北港＞南槽.d)0.4H流速和含沙量能近似表示其对应的垂线平均值.南北槽大、小潮的水动力和含沙量分布均匀,变化较小,北港变化较大.e)流速和含沙量梯度表明,紊动强度大潮＞小潮,落潮＞涨潮,水体垂向混合的强度大潮＞小潮,涨、落潮的水体垂向混合的强度差别较小.     

淤泥质光滩-盐沼过渡带波浪衰减的观测研究 以长江口崇明东滩为例

1 引言 波浪是海岸环境中最重要的动力条件之一.无论就泥沙起动、搬运和堆积的沉积动力学而言[1],还是从海岸防护的角度考虑[2],波浪都是不可缺少的动力因子.由沉积物组成的潮间带分布在世界海岸的许多岸段[3].由于黄河、长江等大河有大量细颗粒泥沙来源,我国有广泛发育的淤泥质潮间带,其中尤以连绵近千千米的江苏-上海潮间带著称于世.