长江感潮河段潮波传播变化特征及影响因素分析

径潮相互作用是感潮河段水动力变化的典型特征,受其影响潮波传播具有明显的洪枯季及沿程变化。本文基于长江感潮河段天生港、江阴、镇江、南京、马鞍山及芜湖6个潮位站2002-2014年连续高低潮位资料及大通站月均流量数据,统计分析长江感潮河段潮波振幅衰减率、潮波传播速度及余水位坡度等传播特征值的洪枯季及沿程变化特征,并探讨这些潮波传播特征的变化规律及其主要影响因素。结果表明,潮波传播特征的洪枯季差异自上游至下游逐渐减小,其分界点位于天生港与江阴之间(其中,天生港和江阴站的多年平均洪枯季潮差差值约为0.01 m和-0.04 m);径流动力对潮波衰减的影响主要位于江阴以上河段,江阴以下河段主要受潮汐动力控制;径流驱动下余水位坡度引起的余水位及水深增加,导致潮波传播的有效摩擦减小,当流量超过某个阈值时潮波振幅衰减反而减弱,特别是上游马鞍山-芜湖段最为明显,统计结果表明该河段流量阈值约为33 000 m3/s。本文分析结果作为前人研究的重要补充,可为长江河口感潮河段径潮相互作用机制研究及河口治理等提供基础参考。     

江苏省长江干流沿程洪潮设计水位数值模拟研究

长江干流江苏段地处长江下游河口地区,全线位于感潮河段,沿程水位既受上游长江径流、外海潮位、台风的影响,也受到工情变化、支流入汇等影响。长江江苏段现行洪潮设计水位是按《长江流域综合利用规划简要报告》(1990年)中确定的无台风影响水位实施。近年来,由于上游水、沙、工情条件变化,开展上游大通径流、风暴潮、区间入汇等对沿程洪潮水位的影响研究十分必要。建立大通至长江口二维水沙数学模型与外海风暴潮模型,研究不同影响因素作用下长江干流江苏段沿程洪潮设计水位变化。研究成果表明:南京河段水位主要受上游径流影响;江阴以下主要受外海潮汐及风暴潮的影响;南京至江阴段则受上游径流、外海潮汐、风暴潮三者的共同作用影响。外海天文大潮、风暴潮"两碰头"和上游大径流、外海天文大潮与风暴潮"三碰头"引起的沿程增水值呈驼峰分布,最大值分别发生在江阴和天生港附近,最大增幅1.65 m。研究结果已为长江江苏段堤防防洪能力提升工程建设提供技术支撑。     

珠江磨刀门河口水位与海平面、上游流量的联合分布关系异变研究

河口的水位变化是径潮动力相互作用的结果,但近30年来,强人类活动对河口环境的影响已远超环境自我修复能力,导致水位发生异变。为研究这种变化,本文选取人类活动影响剧烈的珠江磨刀门河口作为研究区域,采用Copula方法定量分析在同一上下边界(上游流量和口外海平面)下由强人类活动引起的水位异变。结果表明:1)强人类活动后,河道地形下切显著,外海海平面对沿程各站水位的线性影响增强,上游马口流量对水位的线性影响减弱。2)强人类活动后甘竹至灯笼山站同概率水位事件明显降低;三灶海平面呈上升趋势;马口流量分布特性变化不明显。3)水位与海平面、流量的联合依赖关系发生明显改变,低水位与海平面关系的敏感度增加,而高水位与海平面关系的敏感度下降。低水位与流量关系的敏感度基本不变,而高水位与珠江流量关系的敏感度明显下降。4)强人类活动后各站水位变化幅度变窄,在相同概率海平面及流量驱动下,强人类活动后各站水位均有明显下降,水位与海平面、流量遭遇概率为0.1—0.9时,其月均水位下降幅度达0.01—1.24m。低海平面和低流量联合驱动下各站水位的下降幅度明显小于高海平面和高流量联合驱动下月均水位的变幅,而且上游站位的...     

中国沿岸近期多年月平均海面随机动态分析

本文以最大熵谱分析了中国沿岸15个站1971～1995年月平均海面序列,得出中国沿岸月平均海面的主要振动为年振动和半年振动,而主要低频周期在中国北方各站为18.6a,从长途至厦门各站为9a左右.然后以随机动态拟合分析方法计算出中国沿岸月平均海面相对上升速率范围为(1.07±0.83)mm/a,并同时指出该方法计算出的上升速率受时段长度及低频周期的影响.最后,给出了中国沿岸月平均海面变异的时空分布,并说明了厄尔尼诺现象主要影响中国南部沿海的月均海面.     

长江河口潮波传播机制及阈值效应分析

河口潮波传播过程受沿程地形(如河宽辐聚、水深变化)及上游径流等诸多因素影响,时空变化复杂。径潮动力非线性相互作用研究有利于揭示河口潮波传播的动力学机制,对河口区水资源高效开发利用具有重要指导意义。本文基于2007—2009年长江河口沿程天生港、江阴、镇江、南京、马鞍山、芜湖的逐日高、低潮位数据及大通站日均流量数据,统计分析不同河段潮波衰减率与余水位坡度随流量的变化特征,结果表明潮波衰减率绝对值与余水位坡度随流量增大并不是单调递增,而是存在一个阈值流量和区域,对应潮波衰减效应的极大值。为揭示这一阈值现象,采用一维水动力解析模型对研究河段的潮波传播过程进行模拟。结果表明,潮波传播的阈值现象主要是由于洪季上游回水作用随流量加强,余水位及水深增大,导致河口辐聚程度减小,而余水位坡度为适应河口形状变化亦有所减小,从而形成相对应的阈值流量和区域。     

珠江三角洲网河区水位变化趋势研究

根据珠江三角洲网河区29个验潮站的实测验潮记录,应用傅氏变换与最平滤波器串联的方法来消除月均序列的周期波动对确定水位变化趋势的影响,由低通序列一元线性回归分析确定各站水位的变化趋势;结果表明,周期波动对确定海平面变化趋势的影响是显著的.应用经验正交函数(EOF)对网河区的水位变化场进行分解,由相互独立的时间函数和空间特征函数表征网河区区域的水位变化特征;应用时间特征函数计算区域水位的平均变化率为0.02mm/a.根据验潮站的水位变化趋势,探讨网河区水位变化与河床冲淤的关系.     

径流、潮流和风浪共同作用下近岸悬沙浓度变化的周期性探讨——以杭州湾和长江口交汇处的南汇嘴为例

根据2002年5月至2005年10月在杭州湾北岸和长江口口门交汇处一固定观测点表层每日取样的悬沙浓度资料和同期的潮差、潮位、风向风速以及长江大通水文站的水沙资料,利用Spss、MatLab分析软件,采用小波分析和相关性分析方法,探讨了悬沙浓度变化的周期性及其影响机制.研究结果表明:1)悬沙浓度具有显著的大、小潮和季节性变化,变化周期分别为14.7 d和368 d,平均而言,大潮为小潮的2.96倍,冬季为夏季的2倍;2)平均大、小潮半月周期中日悬沙浓度与同日潮差之间的相关系数为0.86,与前1日潮差之间的相关系数为0.99,与前2日潮差之间的相关系数为0.93,反映潮差变化对悬沙浓度的影响有1~2 d的滞后效应;3)月均悬沙浓度与长江大通站的月均流量呈显著负相关,尤其与流量滞后19 d的相关性最好.研究区日悬沙浓度变化主要为大、小潮和季节性周期变化,前者受潮动力引起的泥沙沉降-再悬浮控制,后者受径流冲淡作用、海平面高度、潮差、风况的季节性变化控制.     

长江三峡建坝前后流量和海平面对感潮河段潮位的影响差异

三峡大坝运行和海平面上升对河口水文动力变化的影响广受国内外关注。本文选取长江感潮河段沿程6个站（芜湖、马鞍山、南京、镇江、江阴和天生港） 1963-1985年（其中1970年和1971年数据缺失）和2003-2013年（其中2008年和2012年数据缺失）共30个年份的1月和7月的月均高潮位资料,以及相应月份上游大通站的流量（1950-2013年）、长江河口吴淞站潮位资料,通过肯德尔趋势分析、回归分析和偏相关分析等方法研究长江感潮河段潮位变化规律和影响因素。结果表明,三峡建坝后：（1）枯季流量和海平面的增加,导致上下段（以江阴为界）的潮位分别上升了0.33 m和0.20 m;洪季流量减少和海平面增加,导致上段潮位减小0.19 m、下段潮位增加0.04 m。（2）感潮河段洪季海平面与潮位回归方程的斜率均增加,表现为建坝后洪季洪涝灾害增加。（3）上下段流量和海平面对潮位贡献率的显著变化是导致上下段潮位呈现不同演变趋势的主要原因。     

基于小波变换的水沙关系特征分析:以长江大通站为例

根据长江大通站近50年(1957～1999年)的水沙数据,利用复Morlet小波变换,分析水沙时间序列多尺度小波特征,建立了不同时间尺度上的水沙关系式.分析结果显示:(1) 大通站水沙序列年内洪、枯季周期波动最为显著,流量的长周期特征明显,含沙量与输沙量的短周期特征显著.(2) 大通站水沙序列多尺度特征明显,流量的振荡周期主要为3～6 a和8～16 a;含沙量多尺度振荡周期较为平稳,4～6 a的周期振荡中心尺度呈明显下降的趋势;输沙量以4～6 a和10～14 a的周期显著振荡,输沙量变化平稳,较含沙量变化有一定的滞后期.(3) 根据流量小波特征分析,近50年的水沙变化过程大致可分为3个时期,分时段拟合水沙关系曲线,发现总体水沙曲线的指数与正常期和丰水期的接近,而与少水期的存在较大的差距.少水期系数较小、指数较大,表明在少水期泥沙的供给量较少,但水流的搬运能力增强.     

太平洋月平均水位变化中的周期成分

为了研究太平洋月平均水位变化中的周期成分,本文根据作者改进的月平均水位周期信号分析方法,分析了太平洋236个水位站的月平均序列.对其中大于45a的序列进行二阶谱和二阶凝聚谱分析,表明这些序列中有的周期成分相位相关性显着.因此采用考虑非线性效应的混合谱周期分析方法,即重复进行最大熵谱分析及周期检验和最小二乘滤波,逐次检验并滤掉最显着的周期分量,求得序列中的显着周期.结果表明水位序列的振动周期因站而异,并非固定不变.讨论了准2a大气振动周期、与埃尔尼诺事件相关的3～7a周期、太阳黑子、双太阳黑子和25～30a超长振动周期的存在.周期振动的迟角和振幅的区域分布和变化对月平均水位的预测具有重要意义;为此对检验出的显着周期根据物理背景作进一步判别,从中选出较客观合理者作为月平均水位序列的拟合周期.用这样的周期分量加线性趋势项拟合月平均水位序列,求得相应的振幅和初相角及线性趋势项.     

珠江三角洲的水位变化趋势及其本征模型

根据一元线性回归分析的正则方程计算了高频扰动对确定海平面变化趋势的确切影响。结果表明 ,在验潮记录较短的客观条件下 ,高频扰动对趋势项的影响是显著的 ,其中影响最显著的高频带是 f≥ 0 .0 2 0 8cpm ( circle per month) ,即对应的周期 T≤ 4 a的高频扰动。探讨用最平滤波器对月均验潮序列进行低通数字滤波预消除高频扰动的影响 ,由低通序列一元线性回归分析来估算珠江三角洲各站近 30 a来的水位变化率。应用经验正交函数( EOF)分析珠江三角洲水位变化的时空特征及计算其区域水位变化趋势 ,EOF分解表明 ,珠江三角洲水位变化总体呈上升趋势 ,区域水位的平均变化率为 2 .3mm/ a。     

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。     

中国东部近海沿岸平均海面变化的分析

本文利用渤海、黄海、东海中国沿岸22个验潮站的月平均水位资料,着重分析了周期在两个月以上的振动和月平均海平面的变化。分析结果表明:(1)18.61年周期的潮汐振动的振幅在2.5cm左右,位相比较一致(约120°左右);(2)月平均海面的季节变化明显,年变幅度北部大,南部小。最高值和最低值北部出现在夏季和冬季,南部出现在秋季和春季;(3)月平均海面以年周期振动为主,其次是半年周期。北部5年周期和南部4个月周期的振动也比较明显;(4)由于静压效应,使北部海平均年变幅度增加13—20cm,而在台湾海峡西岸反而减小11cm;(5)El Nino现象使平均海面出现程度不等的下降趋势。     

月平均水位周期信号的谱分析和检验方法研究

本文概述了月平均水位周期分析的常用方法、存在的问题及其原因;指出合理地选择信号的周期,是分析月平均水位周期信号和趋势预测的关键。由于这种序列往往存在多个周期信号,它们之间存在非线性效应。为了克服由于边瓣的影响和非线性效应而引入的伪周期和相位显着相关的周期,及其对其他周期信号的抑制,可在二阶谱分析的基础上,对序列反复进行最大熵谱估计、周期显着性检验,并用最小二乘滤波法滤掉最显着的周期成分,即采用混合谱显着周期分析法,依次选取接近实际的信号周期。文中给出了月平均水位二阶谱分析、混合谱信号周期分析以及周期成分加线性趋势项的参数拟合实例。     

珠江河网横向汊道水位演变特性及原因探究

珠江河网横向汊道体系是维持三角洲河网动力平衡的独特地貌结构,具有泄洪纳潮的重要功能,探讨该结构水位的阶段性演变及其影响因子辨识是河口动力学研究的重要科学问题。采用流量驱动的R＿TIDE数据驱动模型,对研究区域内“容桂-凫洲水道”和“潭洲-前航道”两个典型横向汊道体系共8个站点的日均水位序列进行分解,分离出由上游流量驱动引起的水位变化及地形和海平面共同驱动的水位变化。结果表明,经过水库的调蓄作用,在“容桂-凫洲水道”,流量驱动导致冬季日均水位抬升(平均为0.04m),其余三季日均水位下降;“潭洲-前航道”则由于北江流量增大导致流量驱动的日均水位均有不同程度的抬升(平均为0.17 m)。由于地形下切和海平面上升,地形和海平面共同驱动的日均水位变化普遍为负值(除南沙、黄埔站分别为0.11、0.07 m),“容桂-凫洲水道”中下部河段在秋季受海平面上升(秋季海平面高程最大)影响大于河床地形下切效应导致水位抬升,而其余站点主要受到疏浚、采砂等人类活动引起的地形下降影响,水位下降,且上游变化幅度明显大于下游;对径潮动力方差贡献率的分析结果表明,“容桂-凫洲水道”和“潭洲-前航道”夏季径流对水位的方...     

8114台风长江口风暴潮特性的初步分析

1981年14号台风袭击长江口时,带米特大的风暴潮,石洞口(见图1)以下各站增水都超过1.5米,各站都出现了有记录以来的最高水位,本文从台风的路径、强度、气压效应、风切应力以及增水特征等方面进行了分析。     

台湾海峡表层月平均流速与两岸月平均水位差的关系

海洋中大多数区域的海流，特别是流速较强的海流，其性质以地转流为主。所以，海流流速流向的变化与海面的横流坡度，亦即横流两侧的水位差有着密切的关系。 一百多年前，Peslin(1872)首先将地转方程应用于墨西哥湾流上。后来，Dietrich(1946)引用丹麦灯船上所进行的海流观测结果和卡特加特海峡两侧岛上的水位观测结果，证实了地转方程的实用意义。 到目前为止，已有许多作者应用流速和横流水位差的这一关系，探讨了世界大洋和海峡等处海流的变动规律。例如，Montgomery(1938,1941)，Hela(1952)，Stommel(1953)及Wunsch等(1969)讨论了佛罗里达海流和湾流的季节变化与水位的关系；森安茂松(Moriyasu, 1961)和二谷颖男(1973)等讨论了水位与黑潮海况以及流速流量的关系；Wyrtki(1973, 1974a, 1974b)研究了西太平洋赤道流、赤道逆流流速流量的季节变化和海流两侧岛屿的水位差的关系。还有Sok-U Yi(1970)研究了朝鲜海峡中水位与对马暖流表层流速季节变化的关系；ΓaлepKИЧ等(1962)也曾讨论了爪哇海水位与流速的关系。 关于我国的台湾海峡，Wyrtki(1957,1961) 曾给出了台湾海峡表层流速的季节变化曲线，并将流速与高雄-澳门断面的水位差作了比较，绘制了两者的相关图。 现在，几乎普遍地认为：沿岸和岛屿上所进行的水位观测，可为研究海流变动规律提供方便、准确和连续的资料，是监视海流变动最合适的途径之一。 本文应用手头所有的资料，一方面从多年平均情况来讨论台湾海峡表层月平均流速与两岸月平均水位差的关系；另一方面以各年各月情况为例，来分析两岸水位差与海峡西岸水位的关系，供研究台湾海峡海流趋势预报方法时参考。     

ENSO期间中国沿岸海区月平均水位和月平均表面水温的变化特征

本文根据1960—1987年我国沿岸有关测站月平均水位和海面水温资料,分析和讨论了它们的年际变化以及近期7次ENSO事件对我国沿岸表面水温和水位的影响及其机制。     

1998年冬春季粤港赤潮爆发海区异常高SST成因分析

根据海洋站、气象站的观测资料和历史文献,较系统地分析了1998年冬春季粤港发生大规模赤潮期间广东沿海海表水温（SST）变化特点及异常高SST的原因。结果表明,1997年4月至1998年6月,月平均SST呈准同步变化趋势。赤潮大爆发期间各站的季平均海表水温距平（SSTA）为1．1℃～1．5℃,达到异常高SST标准。其中月平均SSTA达1．5℃-2．0℃。SSTA有两个明显峰期分别出现于1997年12月-1998年1月和1998年4-5月。异常高SST的主要原因是全球气候变暖,受强EI Nino影响、冬季风异常弱、南海高压持续偏强。     

湖泊水、沉积物氮磷的空间分析及其耦合特征研究——以大通湖为例

大通湖是湖南省面积最大的淡水养殖湖泊,冬季作为捕鱼的旺季并且水位较低,水体和表面沉积物中氮、磷容易受到渔业生产的影响。本文从地统计学出发,通过研究冬季大通湖水体和沉积物中有机质(OM)、氮(N)和磷(P)的空间结构特征及其耦合关系,探讨大通湖富营养化程度及其影响因素,为可持续水产养殖和生态修复提供科学依据。结果表明:冬季大通湖水体中总氮(TN)、总磷(TP)浓度较高,平均值分别达到了3.78mg/L和0.29mg/L,为劣Ⅴ类。水体中NH_4~+含量相对较低,平均为0.17mg/L,属于地表水Ⅱ类。与2011年数据比较,沉积物中TP浓度较高,平均升高到了1469mg/kg;而沉积物TN基本持平,平均为1224mg/kg;沉积物TP和水NO_3~-的"块金值/基台值"分别为43.4%和34.5%,表现为中等空间相关性(spatial dependence),其他N、P指标的"块金值/基台值"均低于25%,表现为强烈空间相关性。冬季大通湖沉积物OM、TN和TP在空间上呈现出有规律的带状分布,而水体N、P大体上呈现出"品"字形的斑块分布;水体中的氮磷比平均为13.03,比较适合浮游植物生长;沉积物OM只与沉积物TN和TP呈极显著正相关(P0.01),而积物中TN和TP与水体中的TN和TP相关性不显著。因此,大通湖水体修复在控制外源输入的情况下,还应考虑综合的生态系统工程措施。