珠江河口对外海潮波响应的固有频率研究——采用系统控制论方法

采用受控的自回归滑动平均模型(CARMA)分别研究了珠江河口洪、枯季对外海潮波响应的固有频率。枯季采用单输入单输出模型,洪季采用双输入单输出模型,通过验证、检验表明,模型(CARMA)可用于寻求复杂网河对外海潮波响应的固有频率,方法可靠,易操作。通过频率增益响应分析,发现枯季珠江河口的固有频率以浅水分潮频段为主,对应周期介于6~10.0 h之间,枯季固有频率未出现在全日潮波对应的频段。洪季珠江河口的固有频率也以浅水分潮频段为主,珠江河口对浅水分潮的系统增益响应幅值最大。固有频率接近浅水分潮频段的站点,枯季较洪季固有频率减小,对应周期延长。     

河口三角洲径流和潮汐相互作用模型及应用

受径流影响和调制,径优型河口潮汐的非线性作用强,潮汐调和分析和预报误差大。文章在调和分析方法的基础上,结合河口三角洲内径潮相互作用机理,假定河道地形变化微弱,采用实测潮水位和上游径流量,建立径流和潮汐调和分析(river-tidal harmonic analysis,简称RTHA)模型,用于分析和研究珠江三角洲的径流和潮汐的相互作用过程。结果表明,对于珠江河口年尺度的潮水位数据,RTHA模型分析和预报的标准误差0.12~0.17 m,方差贡献(相关指数)为91%~98%,特别是在径流作用强的河口三角洲中上段,RTHA模型结果远高于传统的调和分析和预报结果,可以以较高精度分离径流和潮汐信号。利用该回归模型对珠江径流影响下非线性潮汐的变化进行研究,结果发现,珠江径流量的洪枯季变化引起河口全日分潮、半日分潮、三分之一分潮的振幅洪季小、枯季大,口门段四分之一分潮的振幅洪季大、枯季小;洪季全日分潮、半日分潮传播速度变小(位相增大),分潮振幅沿程衰减幅度显著增大,自枯季的10%~30%迅速增加到洪季的70%~80%。     

珠江磨刀门河口径潮动力耦合条件下余水位的多时空尺度分析

本文通过构建径潮动力耦合条件下潮波传播的一维水动力解析模型,从理论机制上探讨珠江磨刀门河口径潮动力非线性作用下余水位的多时空尺度变化。结果表明:余水位变化呈现明显的大小潮和洪枯季变化,枯季余水位大小潮的变化幅度介于0~0.4 m,而洪季余水位与上游径流紧密相关,增幅大枯季一个量级（介于0~6 m）;解析模型可分离控制余水位变化的3个主要因素,即径流、潮流和径潮相互作用因子,计算结果表明河口不同区段余水位的主控因素有明显的洪枯季变化,上游段,枯季余水位受径潮相互作用因子控制,洪季受径流因子控制;枯季下游段余水位受潮流控制,而洪季余水位主要受径潮相互作用因子控制。     

长江河口拦门沙地形变化的统计预报

根据1975－1985年长江河口拦门沙地形、长江河口河流和海洋水文泥沙等11年的实测资料，应用经验特征函数分析和现代控制理论方法对长江河口拦门沙地形变化进行系统辨识和预报。结果表明，长江河口拦门沙地形变化可以表述为三输入-三输出的CARMA一阶模型，根据这些模型对长江河口拦门沙地形变化进行预报，取得了与实测资料较一致的预报结果。     

海南岛南渡江河口的盐水入侵

南渡江是海南岛最大的河流,河口长度较短(约25 km),口外濒临琼州海峡。南渡江的盐水入侵近年来呈加剧趋势,急需对其过程与机理进行研究。本研究运用FVCOM模型,采用2009年枯季的实测数据对模型进行了验证。根据模型计算结果分析了枯季和洪季南渡江河口的流速和盐度的时空分布及盐水入侵的变化,探讨了河口不同位置驱动盐分向陆输运的机制。研究结果表明:枯季小潮时的河口环流强度大于大潮时,而洪季河口环流在大潮时更加发育,洪枯季都表现出大潮期的盐度分层(表底层盐度差)大于小潮期;口门附近,潮汐振荡输运在总的向陆盐分输运通量中占主导,而向上游方向,稳定剪切输运则表现得更重要。主河道内损失的盐分主要通过海甸溪的盐分输入进行补充。     

珠江口磨刀门河口动力平衡特点及人类活动对其影响

应用ECOMSED模型输出、运动方程简化等方法,研究了珠江口磨刀门河口动力平衡的特点。研究表明:在磨刀门河口动力平衡中,纵向的主要平衡项为压力项和垂向涡动摩擦项,侧向的主要平衡项为侧向正压力项和科氏力项。正压力为磨刀门河口动力的主导因素,但在枯季动力平衡中,斜压力也是不可忽略的项。人类活动对磨刀门河口动力最主要的影响是改变了正压力项的大小,近几十年来,磨刀门河口正压力呈减小的趋势。     

基于PSR模型的珠江口海域富营养化特征与评价

本研究依据2020年4月(春季)和2020年10月(秋季)珠江口海域的调查数据,根据“压力-状态-响应”(PSR)模型对珠江口海域进行富营养化状况评价,并通过主成分分析以及相关性分析来说明各环境因子对珠江口富营养化的影响。结果表明：在“优、良、中、差、劣”5个富营养化等级中,珠江口PSR综合评价等级为“差”等级,近几年内变化趋于稳定。有机污染物与营养盐对珠江口富营养化的影响较大,其次为叶绿素a和溶解氧。珠江口营养盐与盐度呈显著负相关,与叶绿素a呈显著正相关。周边城市的陆源排放输入是导致珠江口富营养化的主要因素,河口稀释混合作用以及浮游植物对珠江口的富营养化程度有影响。     

基于FVCOM模型的珠江河口及其邻近海域的潮汐模拟

基于FVCOM模型,将珠江河网、河口和口外海区作为整体,建立完全三维数值模式,对珠江河口及其邻近海域的潮汐进行数值模拟.采用23个潮位站的潮汐表水位资料对模式进行验证,结果表明模式能比较准确地重现珠江河口的潮汐变化过程.通过对计算结果进行潮汐调和分析,给出了珠江河口区域及近岸海域8个主要分潮的同潮图,讨论了潮波的传播特征.珠江河口潮汐属于混合潮类型,潮型系数介于0.8—1.5.浅水分潮成分很小,最大振幅不超过5cm.对珠江河口的潮差进行统计,给出了珠江河口大潮和小潮期间的潮差大小及分布,大潮时潮差介于2.2—3.1m,小潮时减小到0.6—1.1m.     

长江口及邻近海域枯季水质生态模拟研究

将一个由水动力、粘性泥沙和水质生态模型搭建的综合模拟系统应用于长江口及邻近海域,采用枯季(11—4月)平均水文气象条件设置并驱动模型。将模拟结果与2003年3月观测资料及其他历史资料进行比对发现,模拟结果总体上很好地再现了研究海区枯季温度、盐度、悬浮泥沙、无机氮、无机磷等生态水质要素的水平和垂直分布趋势,说明模型可反映研究海区的水动力、泥沙和水质生态的关键过程。模拟结果中,DIN的分布趋势呈现出"近岸河口高、外海低"的特点,长江口和钱塘江口附近含量最高;DIP的高浓度区不仅仅在长江口及杭州湾,在浙江近海其它区域的浓度值也较高;浮游植物量最大的区域位于舟山以东海域。另外,3个条件响应数值试验表明,枯季长江口及邻近海区无机氮和无机磷均处于富余状态,尤其是无机氮,即使在陆源输入减半的情况下,仍然富余,没有被浮游植物充分利用;研究区域的高质量浓度悬浮泥沙通过限制光照强度控制着浮游植物的生长。     

海南岛南渡江河口枯季大小潮的盐度变化特征

南渡江河口长度较短,河口内驻波发育。河口内盐水入侵近年来呈加剧之势。根据2009年2月大小潮多站同步的周日水流、盐度观测以及2009年11-12月连续38天的表层盐度观测资料,结合EFDC数值模拟结果,分析了南渡江河口枯季大小潮期的盐度与水体分层的时空变化规律。结果表明,枯季时南渡江河口干流自口门向陆,潮流流速递减,盐度减小,水体分层增强。水体分层在落潮时增大,涨潮时减小。大潮期的混合作用强于小潮期。河道内采砂形成的深坑对高盐水起到捕集作用,涨潮时输入的高盐水在落潮时无法向海输出,对南渡江的盐水入侵起到加剧作用。实测资料显示,小潮期的盐水入侵长度要大于大潮期。     

长江口北支悬沙浓度及输移的时空变化

本文基于4次洪枯季同步水文观测资料,着重分析了长江口北支悬沙浓度的潮周期变化、垂向分布、纵向分布和悬沙输移及其时空差异。研究结果显示,悬沙浓度的潮周期变化过程在大中潮期以M型(双峰型)为主,下段主槽内在大潮期多出现V型,上段在枯季可出现涨潮单峰型;小潮期可出现无峰、单峰或双峰型。涨、落潮悬沙浓度峰值及均值,在枯季多涨潮大于落潮,洪季中小潮特别是小潮期易出现落潮大于涨潮;下段主槽内在大潮期易出现落潮大于涨潮。悬沙浓度的垂向分布及其变化特点,在大中潮期与悬沙的潮周期变化型式有关,其中M型存在显著的洪枯季差异。纵向上,最高悬沙浓度在枯季出现于中段灵甸港至三和港之间及附近河段,洪季则在下段三条港附近。潮周期悬沙净输移,枯季大多向陆特别是大中潮期,洪季中上段大多向海,下段大潮期多向陆、中小潮易出现向海;下段主槽内在大潮期易出现向海。     

近期长江河口南汇南滩水域水沙变化特征

基于南汇南滩水域2011年12月和2012年6月洪、枯季大潮的现场水文观测资料及2003年2月枯季大潮、2004年9月洪季大潮的历史观测资料,分析潮流历时、流速、优势流和含沙量等水沙现状和变化特征,探讨近年来该水域水沙变化的主要影响因素。结果表明:(1)目前,南汇南滩水域洪季大潮落潮流占主导优势,枯季大潮涨潮流占主导优势;(2)东海大桥及其周边促淤围垦工程后,洪季大潮落潮优势增强,涨潮垂线平均含沙量减少,落潮垂线平均含沙量增多;枯季大潮落潮优势减弱,涨、落潮垂线平均含沙量均减少;(3)近岸工程建设是南汇南滩水域洪季落潮优势增强、枯季落潮优势减弱的主要影响因素;涨、落潮垂线平均含沙量的变化主要与工程建设、流域来沙量减少、近岸沙体变迁等作用有关。可为河口河槽治理提供理论依据。     

丰水期珠江口黏性泥沙输运的三维数值模拟

珠江口的黏性泥沙输运对区域海洋工程和河口海洋环境有着重要的影响。本文利用SELFE模型,针对珠江河口海域建立了一个采用非结构三角形网格的三维斜压水动力模型,可耦合模拟海流、潮流及风海流水动力环境,并在此基础上开发了包括底床模块的黏性泥沙输运模型。模拟结果与实测值验证较好,再现了丰水期珠江河口的泥沙输运特征以及最大浑浊带的变化和分布特点。研究表明,丰水期珠江口悬沙质量浓度西侧大于东侧,泥沙主要来自河口上游。河口浅滩上会形成最大浑浊带,最大质量浓度可达0.5 g/L。珠江口最大浑浊带的形成主要受潮动力、重力环流及泥沙再悬浮和沉积过程影响,其中泥沙再悬浮和沉积过程对中滩的最大浑浊带影响显著,而重力环流作用对西滩的最大浑浊带影响显著。     

珠江口磨刀门月际尺度地貌演变研究

本文基于二维波流耦合泥沙数学模型对磨刀门河口月际尺度地貌演变进行了模拟研究。结果表明:（1）枯季,无波浪作用下,磨刀门河口总体呈淤积状态;波流耦合后,磨刀门河口整体由淤积转为以冲刷为主。洪季,无波浪作用下,磨刀门河口除西汊外均呈淤积状态;波流耦合后,拦门沙内坡与中心区转为冲刷状态,整体仍以淤积为主,但总淤积量减少;（2）月际尺度上,地貌变化幅度为厘米级,洪枯季具有明显差异。不考虑波浪作用下,磨刀门河口洪、枯季均以淤积为主,但洪季淤积幅度更大;波流耦合后,磨刀门河口呈洪淤枯冲的格局;（3）空间上,拦门沙外坡洪淤枯冲,拦门沙顶洪季淤积、枯季变化不大,内坡洪枯季均为冲刷。此外,拦门沙内坡以径潮流作用产生的底切应力为主,外坡以波浪作用引起的底切应力为主。     

考虑流量变化影响的西江感潮河道潮汐特征分析

本文基于2015−2017年西江感潮河道的潮位数据,应用非平稳潮调和分析模型NS-TIDE,研究了不同周期分潮振幅和迟角的时空变化特征、潮汐动力构成变化和潮波变形特征,并讨论了感潮河道中的潮位变形、极低潮位颠倒等现象的形成原因。结果表明,不同于全日、半日分潮振幅的沿程衰减和迟角的沿程递增,浅水分潮振幅先增后减,MS_f分潮振幅呈递增趋势、迟角有显著的增减交替变化;各个分潮的振幅洪季衰减速率大于枯季,迟角在洪季变化较大,表明径流顶托作用下的潮波向上游传播速度较慢。受径流、地形等因素的影响,在洪季和上游河段,MS_f分潮振幅更大,潮汐动力由主分潮向次分潮转移,M₄和M₂分潮振幅比的变化表明潮汐变形显著,MS_f与M₂、S₂分潮的振幅比较大时有最低低水位的颠倒现象。     

健跳港上游引水对海床冲淤影响的数值模拟分析

健跳港是一个狭长的淤泥质港汊,针对枯季和洪季健跳港海床不同的冲淤特点,利用一维潮流泥沙模型复演了该港海床的冲淤过程,通过调整挟沙力系数来模拟健跳港枯水期的淤积和洪水期的冲刷这两种不同的海床变化形态,并预测了健跳港上游引水后对该港河床的淤积影响。     

珠江河口磨刀门水道枯季盐水入侵特性分析

为探讨磨刀门水道潮流和盐度的三维分布特性,本文建立了磨刀门水道的三维潮流和盐度数值模型,采用2009年枯季磨刀门水道实测潮流和盐度资料对模型参数进行率定和验证。结果显示,枯季由于上游径流量小,磨刀门水道总体涨、落潮流速都不大,表层总体涨潮平均流速都在0.5 m/s以内,总体落潮平均流速在0.8 m/s以内;底层总体涨落潮平均流速都在0.5 m/s以内;从盐度的平面分布来看,磨刀门水道近口门河段总体呈现涨潮时水道东侧盐度高于西侧,落潮时东侧盐度小于西侧的趋势。大潮和中潮期间,落潮时盐水向上游的入侵距离反而较涨潮时更远,主要原因是,落潮时的底层盐水向上游的补偿流动以及地形阻拦形成更为强烈的紊动扩散。潮汐动力弱(小潮)时,整个水道内水流流速很小,流态平缓,紊动较弱,总体仍呈现涨潮时入侵距离大于落潮,显示枯季磨刀门水道盐水入侵的主要影响因素取决于地形和潮动力。     

长江口盐度的时空变化特征及其指示意义

2003年2,7月在长江口进行了枯、洪季大规模综合水文测验,布控范围西自江阴东至口外-20m,测验站点覆盖4条入海汊道.测验资料统计分析表明:(1)径流大小、汊道分流比、潮汐强弱和地形条件是控制盐度时空变化的主要要素;(2)在盐度空间分布上从大至小的顺序是:北支,南槽,北槽,北港口;(3)北支枯季发生盐水倒灌南支,而洪季可有一半以上区段为淡水所控;在其他3个入海汊道中,北港口门段是长江口盐淡水混合相对最弱的区段,盐度潮周期变幅最大,但洪枯变幅最小;南槽的盐淡水混合较强,盐度潮周期变幅较小,但洪枯变幅很大;北槽介于两者之间.(4)盐度时空变化反映洪季北支、南港和南槽分流比都有所增加.