河口潮滩地貌和沉积物对人类工程的响应特征

河口潮滩受径潮流的共同作用,在自然环境与人类活动的影响下处于不断的动态调整中,其中大型人类工程往往对其短期地貌变化和沉积物特征产生巨大影响。2013年底至2014年5月,长江口崇明东滩北部开展大规模互花米草治理工程,本文基于地面三维激光扫描技术、植被点云数据滤除算法、沉积物取样以及室内粒度分析等手段,对比了工程前后潮滩地貌与沉积物特征。研究发现:（1）完工后研究区域靠海及南侧区域出现明显冲刷,北侧虽出现淤积,但整个区域平均冲刷幅度仍达4 cm;（2）工程前研究区域沉积物平均中值粒径为29 μm,工程完工后沉积物平均中值粒径则增大到38 μm;（3）工程完工后沉积物靠海及南侧区域明显粗化,北侧沉积物则变细。结果表明,围垦工程会造成邻近潮滩大幅冲刷以及表层沉积物粗化,但潮滩不同区域地貌和沉积物特征对工程的响应仍存在空间差异性。研究揭示尽管河口潮滩长期演变过程受流域来沙条件影响,但围垦工程等局部影响因素会短期内显著改变潮滩动力地貌过程。     

十到百年尺度动力形态模型在珠江磨刀门河口的应用

在人类活动的参与下磨刀门河口演变已不再是纯粹的自然过程,而是自然和人类活动共同塑造的过程。建立了一个以过程模拟为主的10~100 a尺度的长周期动力形态模型(PRD-LTMM-10)用于模拟磨刀门河口在人类活动作用下的演变过程。 该模型建立在水体运动方程和沉积物输运方程的基础上,应用约简技术对模型输入和计算进行处理,并包含了用于评价和量化人类活动的抛石促淤模块和航道疏浚模块。应用该模型较真实地模拟了磨刀门河口在1977-1988 年的动力地形演变过程,并且通过模拟结果和情景分析,合理地分离了人类各种工程活动的长期影响和自然因素在河口演变中的作用。研究表明,治理工程对河口自然发展趋势造成了较大的改造,淤积强度表现为西侧大于东侧。抛石和围垦工程使横洲水道主槽逐年冲刷,深槽外移,而龙屎窟深槽上端则表现为严重淤积,深槽不断缩窄。     

十到百年尺度动力形态模型在珠江磨刀门河口的应用

在人类活动的参与下磨刀门河口演变已不再是纯粹的自然过程,而是自然和人类活动共同塑造的过程。建立了一个以过程模拟为主的10~100 a尺度的长周期动力形态模型(PRD-LTMM-10)用于模拟磨刀门河口在人类活动作用下的演变过程。 该模型建立在水体运动方程和沉积物输运方程的基础上,应用约简技术对模型输入和计算进行处理,并包含了用于评价和量化人类活动的抛石促淤模块和航道疏浚模块。应用该模型较真实地模拟了磨刀门河口在1977-1988 年的动力地形演变过程,并且通过模拟结果和情景分析,合理地分离了人类各种工程活动的长期影响和自然因素在河口演变中的作用。研究表明,治理工程对河口自然发展趋势造成了较大的改造,淤积强度表现为西侧大于东侧。抛石和围垦工程使横洲水道主槽逐年冲刷,深槽外移,而龙屎窟深槽上端则表现为严重淤积,深槽不断缩窄。     

珠江磨刀门河口潮汐动力变化对人类活动的响应

磨刀门河口是珠江流域西江的主干入海口, 20世纪80年代以来受到网河区无序采砂和磨刀门整治工程的双重影响, 潮汐动力必然发生相应的调整。本文基于多年的水文资料, 结合统计分析、调和分析和数值模拟的方法, 对近五十年以来磨刀门河口的潮汐动力变化过程及其对人类活动的响应进行研究。结果表明, 20世纪80年代以前, 磨刀门河口总体上呈现出高、低潮位缓慢上升、潮差逐渐减小的趋势, 潮汐动力变化呈现出径流优势型入海口门水道向海延展的自然演变趋势; 20世纪80年代以来, 网河区无序采砂使水位下降、诱使潮汐动力增强, 磨刀门整治工程使水位上升、潮汐动力减弱, 由于河口不同段受到人类活动以及外海潮汐多年变化和海平面上升的干扰程度不同, 其潮汐动力变化呈现出不同特征。近口段受网河区无序采砂影响较大, 水位下降, 潮汐动力增强; 河口段受两种人类活动的双重影响, 水位上升, 在整治工程期间(1983—1993)潮汐动力减弱, 在整治工程后(1993—2003)受网河区无序采砂的影响潮汐动力增强; 口外海滨段受外海潮汐多年变化和全球海平面上升以及整治工程的共同作用, 水位上升, 潮汐动力减弱     

珠江黄茅海河口湾滩槽结构演变及动态平衡研究

河口湾常由滩、槽地貌系统组合而成,其滩槽结构演变及动态平衡既是河口海岸研究的重要科学问题,又是河口规划治理与港口航道建设的理论基石。本文以黄茅海河口湾为研究靶区,采用“动力−沉积−地貌”的研究思路,基于不同历史年代的海图资料,运用地貌信息熵等分析方法,研究黄茅海河口湾滩槽结构的系统演变特征及动态平衡机制,主要发现包括：（1）黄茅海河口湾半个多世纪以来的地貌演变,大致以2007年为转折点,经历由淤积到冲刷的状态转换,其在1940–2007年呈淤积状态,年均淤积率为1.4 cm/a,在2007–2015年呈冲刷状态,年均冲刷率为1.2 cm/a。（2）黄茅海河口湾的滩槽结构发生转换,在2003–2007年之间由“三滩两槽”的结构转换为“两滩一槽”的结构,受围垦和疏浚工程影响,滩槽分异趋于加强,呈现浅滩淤浅、深槽刷深的演变特征。（3）黄茅海河口湾地貌信息熵熵值先减后增,从缓慢淤积相对稳定的有序状态向人为干预下冲淤格局变化及滩槽演变的不确定性增加转换;滩槽结构的稳态存在差异,浅滩相对于深槽显示出更高的不确定性。（4）人类活动将滩槽结构的原有稳态打破,疏浚工程使得东槽的活力提升,促进深槽自适应重构平衡向有序方向发展。西滩和东滩经历围垦等人类活动干扰平衡,浅滩失稳呈无序演变。     

磨刀门河口近期水文动力变化及人类活动对其影响研究

分析磨刀门河口近几十年来水文动力的变化并重点研究围垦和挖沙这二类人类活动对水文动力变化的影响。磨刀门河口近期水文动力的变化主要表现在:水位升高,主干分流比加大,断面平均流速增大;潮汐动力20世纪607、0年代至90年代初明显减弱,潮差减小,主要分潮振幅变小;20世纪90年代初至21世纪初,潮汐动力增强,潮差增大,主要分潮振幅变大,涨潮量增大。围垦加速了水位的抬升,改变了河口的径流和涨潮量分流比,使河口的断面平均流速增大,减弱了河口的潮汐动力。挖沙使河口潮汐动力增强,降低了水位上升的速度。     

珠江口伶仃洋地貌特征演变与纳潮能力变化研究

在自然和人为的双重作用下,珠江口伶仃洋地貌特征发生了巨大变化,改变了水动力环境,致使纳潮能力也发生深刻变化。本文以珠江口伶仃洋地貌变化和纳潮能力变化为研究对象,采用近百年来的古地图资料、人类活动和水文特征等资料,通过第四纪地质学、地图学、遥感学、历史地理学等方法,反演内伶仃洋形态变化过程,探讨1906年以来珠江口伶仃洋的地貌变化过程。采用岸线分维数、形状指数、纳潮量、潮差消减能力,定量反映地貌变化对纳潮能力的影响。结果表明,1906-2014年,地形演变造成伶仃洋纳潮量减少了14.50%;1971-2014年,伶仃洋纳潮量减少了11.27%。海岸线的变化引起纳潮能力逐渐变弱,潮差沿程变化率减小了0.23,尤其是自1971年以来,因堤围等建设,河口岸线逐渐平直,纳潮能力逐渐减弱。     

海岸线围垦对广西钦州湾地形演变的影响分析

广西钦州湾是中国南方重要河口型海湾,近期在高强度人类活动影响下,钦州湾水动力过程发生变化,对港口航运和岸线稳定性产生影响。文章基于1985年和2020年两期岸线和水下地形数据,采用水动力–沉积动力耦合的数值模型系统模拟了近35年工程建设和海岸围垦对钦州湾水动力和未来水下地形演变的影响。结果表明,围填海工程略微增加了龙门水道和外湾地区的潮汐场流速,有利于优化流路的空间分布格局;同时,围垦改变了潮汐不对称性分布,变化较大区域发生在茅尾海北部、龙门水道、外湾中部和三墩公路周边,对滩潮格局发育和局部冲淤态势产生影响;钦州湾中部龙门水道侵蚀略微增加,但变化范围更为集中,外湾地区变化幅度略微减少,变化趋势向东西两侧水道集中。总体而言,围垦工程导致钦州湾水下地形变化趋于稳定。钦州湾围垦工程对动力地貌稳定性产生重要影响,对维持港口航运和海岸带经济可持续性发展具有积极意义。     

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。     

长江口南汇咀岸滩围垦工程潮流数值模拟研究

南汇咀岸滩地处长江河口最大浑浊带,是长江河口淤涨速度最快的岸滩,是上海市规划围垦的重点区域。目前上海在南汇咀岸滩上已实施了围垦工程,围垦工程改变了长江口南汇岸线,也改变了南汇咀的水动力条件。为了解围垦工程实施后的水动力条件的变化,本文利用Delft3D-flow建立了长江口-杭州湾垂向平均的二维水动力模型,在对现场实测资料验证良好的基础上,对南汇咀海域围垦工程前后的潮流场进行了数值模拟,就围垦工程对周边海域的影响进行了分析研究。同时,对比南汇咀围垦前后的海图,采用GIS方法分析地形变化,利用地形变化来进一步验证海域的水动力变化。结果表明:工程后,杭州湾北岸流速增强,地形冲刷加剧;南汇东滩流速减弱,地形淤涨。