近60年来长江河口河势变化及其对水动力和盐水入侵的影响Ⅲ.盐水入侵

本文应用本系列论文Ⅱ中建立的长江河口水动力和盐水入侵三维数值模式,模拟长江河口20世纪50年代、70年代和2012年盐水入侵,定量分析不同年代河势下盐水入侵状况和变化程度及其原因。在北支,不同年代盐水入侵的变化是由分流比和潮差共同作用造成的。50年代北支盐水入侵较强,70年代大幅下降,中上段出现淡水,2012年盐水入侵极为严重,整个北支被高盐水占据,上段出现强烈的盐度锋面。50年代和2012年,北支盐水倒灌南支,大潮期间远大于小潮期间,2012年远强于50年代,70年代没有北支盐水倒灌南支现象。在南支,50年代、70年代南支大部分为盐度都小于0.45的淡水,在2012年大潮期间由于出现了强烈的北支盐水倒灌,南支上段出现盐度大于0.45的盐水。在南北港,在50年代盐水入侵最严重;大潮期间,北港净分流比南港大21.6%,北港盐度小于南港盐度,外海盐水主要通过南港入侵,出现南港盐水倒灌进入北港的现象。至70年代,南支主流转向南港,南港净分流比增大,比北港大10.4%,南港盐度明显小于北港盐度;南北港盐水入侵较弱。在2012年,南支主流再次转向北港,北港分流比比南港大10.4%,南港的盐水入侵再次强于北港。小潮期间,50年代由于南港分流比相比于大潮时更小,南港盐水上溯距离更远,上段盐度比更大;至70年代,北港分流比减少,盐水入侵减弱;至2012年,由于大潮时期北支倒灌的盐水在小潮期间到达北港,北港净盐通量比大潮时期大。由于潮动力减弱,小潮期间各年代垂向盐度分层更明显,盐水入侵变化与大潮期间一致。     

长江口崇明东滩及相邻区域地形演化与驱动因素分析

河口大型滩涂演化关系到航运通畅、生态保护以及近岸工程的安全性，是地貌学和工程界关注的热点。利用单波束测深系统对长江口崇明东滩进行高精度监测，并结合近年来周围环境因素分析其冲淤格局。结果表明:(1) 2011?2017年间崇明东滩和北港北沙基本以淤积为主，北港北汊河槽中央局部形成?2 m心滩，?5 m等深线包络面积基本稳定，整体呈“长高不长大”的格局；(2)海洋来沙是其淤积的主要物源，汊道涨落潮时空分异而形成的两大环流是塑造此地形的主要原因；崇明东滩和北港北沙的淤积直接挤压北港北汊的发展，沙体淤积可能会引起未来两大沙体的并靠；(3)崇明东滩、北支南沿的滩涂整治工程是促进北支萎缩和崇明东滩淤积的重要因素，另外横沙通道落潮分流增加,青草沙围水工程改变了北港河槽的曲率，也有利于北港北沙的淤积。     

南沙头通道及横沙通道对长江口深水航道的影响分析

根据长江口南沙头通道、横沙通道和南北槽分汊口的断面水深变化及长江口南北港和南北槽的分流比变化实测资料,分析了长江口北槽深水航道淤积的原因。结果表明,北槽深水航道上段淤积受多种因素影响,其中,南沙头通道和横沙通道的发展对深水航道影响最大。南沙头通道的发展在加大落潮流量的同时,对南港南岸会产生一定的冲刷,后经沙洲的阻挡,把泥沙带向南港北岸,在北槽进口段处落淤,直接影响了进入深水航道的落潮量;横沙通道由于直接贯通了北港北槽的水沙交换,因而削弱了南港和北槽之间的水沙交换,促使北槽深水航道上段产生淤积,这也是南槽河道上段刷深的一个主要原因,而南槽河道的发展必然减少了进入北槽的落潮量,进一步加剧了北槽深水航道上段的淤积。同时,科氏力与北槽南导堤分流口鱼咀工程对深水航道也造成了一定的不可忽视的影响。研究成果对治理北槽深水航道淤积问题保障深水航道正常运行具有十分重要的科学实践意义。     

Impact of the eastern water diversion from the south to the north project on the saltwater intrusion in the Changjiang Estuary in China

The south to the north project(WDP) on the saltwater intrusion in the Changjiang Estuary is studied by the improved three-dimensional(3D) numerical model.The net unit width flux in the Changjiang Estuary as well as the sectional salt flux is calculated in the North Branch(NB),the South Branch(SB),the North Channel(NC),the South Channel(SC),the North Passage(NP) and the South Passage(SP),respectively.The net seaward water flux in the SB is reduced,and the net water flux spilling over from the NB to the SB is enhanced after the eastern WDP.Under the mean river discharge condition in the dry season,the net salt flux spilling over from the NB to the SB is increased by 2.09 t/s and 0.52 t/s during the spring and neap tides,respectively,due to the eastern WDP.The saltwater intrusion in the Changjiang Estuary is enhanced by the eastern WDP.Compared with that during the spring tide,the net water diversion ratio during the neap tide in the NC is smaller,and thus the enhancement of the saltwater intrusion by the eastern WDP is smaller in the NC,and larger in the NP and the SP.The tidally averaged surface salinity at the water intakes of the Dongfengxisha Reservoir,the Chenhang Reservoir and the Qingcaosha Reservoir rises both during the spring and neap tides.     

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。     

长江口滞流点洪、枯季移动的数值分析

为研究长江口滞流点位置的季节变化,利用Delft3D-Flow模块建立长江口二维潮流数学模型,通过实测水文资料对模型进行验证。在此基础上,模拟长江口各汊道洪、枯季滞流点移动情况,并从各汊道沿程断面的落潮量、涨潮量和落、涨潮量之比3个方面进行了水动力分析。结果显示:洪季,北支滞流点在八滧港东北方向约1.9 km处;在南支各汊道中,北港滞流点位于鸡骨礁东北方向约10.0 km处,北槽滞流点位于牛皮礁东南方向约3.8 km处,南槽滞流点位于大辑山东北方向约14.1 km处。枯季,除北槽外,其余各汊道均出现两个滞流点,且北支的两个滞流点相距最远,分别在灵甸港西南方向约3.2 km处和六滧港东北方向约3.1 km处;北港滞流点分别在鸡骨礁西北方向约25.8 km和20.2 km处,北槽滞流点在横沙以西约5.3 km处,南槽滞流点分别在中浚西北方向约6.5 km和东北方向约5.5 km处。北支洪、枯季滞流点的移动距离为4.6~53.3 km,北港、南槽洪、枯季滞流点的移动距离分别为22.0~27.7km和34.6~39.2 km,而北槽洪、枯季滞流点的移动距离最大,为57.1km。长江口各汊道滞流点的移动反映了河流径流和海洋潮流的综合作用。     

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.     

长江河口航道拦门沙冲淤变化的数学模拟和预测

本文选用1975—1978年长江口南槽逐月水下地形图以及相应的大通站的流量和含沙量,中浚、横沙和高桥等站的潮位资料,应用数理统计理论和方法,对长江口南槽航道拦门沙的冲淤变化进行数学模拟。结果表明,多元回归数学模式能够客观地反映拦门沙变化的内在规律。且该模式的拟合计算值与实测值基本相符。因此所建模式可以预测三峡工程和上游调水后,因水沙改变而引起的拦门沙的变化趋势。     

长江口南支涨潮槽新桥水道冲淤变化的定量计算

根据1861~2002年100多年中的15幅海图资料,以GIS技术为支持,建立不同时期长江口水下数字高程模型(DEM),对长江河口南支涨潮槽新桥水道进行了冲淤变化的定量计算,并对比计算了多年来新桥水道0m岸线和5m等深线以及横断面的演变.计算结果显示在所研究的区域内自1861年以来新桥水道冲淤过程明显被分为三个阶段:1861~1926年的66a间新桥水道区域经过一段时间的冲刷后又重新产生淤积,总容积变化不大;1926~1958年的33a间新桥水道在不断的冲刷中总容积由2.603亿m3增长到5.076亿m3;1958年至今的45a时间里水道容积基本保持在平均5.02亿m3.1926年新桥水道10m等深线已经形成一定的格局.1947年5m等深线向上延伸,扁担沙已经不再与崇明岛相连;1958年上下扁担沙的5m等深线基本连成一体,可以认为此时新桥水道已经形成.从新桥水道的横断面变化来看,其主泓不断发生变化,主泓经历了向北移的过程,移动约为1.1~2.8km.     

闽江下游河道排污口设置的水质响应分析

建立了闽江下游河道一维动态水质模型，探讨了北港不同排污口设置方案对南、北港分汉河道水质的影响．结果表明，北港排污不仅影响排污口附近及北港河道的水质，还影响到南港河道；两个排污口组合设置下的水质好于单个污染源设置情况：污染物浓度过程呈现周期性的变化，排污口河段以上断面，涨潮时污染物浓度增高，落潮时污染物浓度降低，排污口河段以下断面的则相反     

Shifts in the timing of spawning in sole linked to warming sea temperatures

Phenotypic traits such as peak spawning time may vary within and differ between populations in relation to environmental factors, such as temperature. Sole (Solea solea) is a valuable, commercially exploited species that spawns in late winter or spring. The date of peak spawning was estimated for each year for seven stocks from monthly fish samples collected from commercial fisheries since 1970. Four out of seven stocks showed a significant long-term trend towards earlier spawning (Irish Sea, east-central North Sea, southern North Sea, eastern English Channel) at a rate of 1.5 weeks per decade. The other three stocks (Bristol Channel, western English Channel and western-central North Sea) failed to show a relationship, but the available time series were limited for these stocks (< 10 years). Sea surface temperature during winter significantly affected the date of peak spawning, although the effect differed between stocks. The implications of the effect of winter temperature on the timing of spawning for the population dynamics are discussed.     

青草沙水库工程对附近水域河床冲淤的影响

青草沙水库是长江河口的一个重大工程,显著改变了北港上段的河势。河势的变化会引起流场和泥沙质量浓度的变化,进而影响河床的冲淤。本文应用三维水动力和泥沙数值模式,计算和分析了青草沙水库工程对附近水域流场、泥沙质量浓度和冲淤的影响。青草沙水库工程建设后,北港河道束窄,导致水库北侧河道主槽流速和泥沙质量浓度增加。水库工程使得进入北港的径流量和纳潮量减少,导致青草沙水库以东、北港下段和拦门沙区域流速和泥沙质量浓度下降。应用半理论半经验河床冲淤公式和模式计算的工程前后流速、泥沙质量浓度和水位数据,给出了由水库工程造成的河床冲淤变化分布。在水库以北北港水域发生普遍冲刷,冲刷强度最大可达2~3 m,冲淤分布和量值与工程前后实测水深变化吻合良好。数值模式较好地模拟了青草沙水库工程对附近水域冲淤分布的影响和变化量值。     

近60年来长江河口河势变化及其对水动力和盐水入侵的影响Ⅱ.水动力

本文基于本系列论文Ⅰ中数值化的长江河口20世纪50年代、70年代海图获得的岸线和水深资料,以及2012年水深实测资料,设置不同年代模式网格,考虑径流量、潮汐和风应力作用,建立长江河口水动力和盐水入侵三维数值模式,模拟和分析不同年代潮汐潮流、单宽余通量、分汊口水通量和分流比,及其河势变化对它们的影响。最大潮差在3个年代间的变化主要在北支区域,50年代至70年代,北支潮差减小,减小区域集中在北支中段,2012年相比70年代北支潮差增大。单宽水通量在50年代北港大于南港,北支下段向上游输运、上段量值较小,在70年代南港大于北港,北支下段量值较小、上段向下游,在2012年南北港水通量较为接近,北港稍大,整个北支水通量向上游。定量给出了50、70年代和2012年南北支、南北港大潮期间和小潮期间涨潮、落潮和净水量和分流比,结合河势变化分析了不同年代间的变化原因。     

长江口青草沙水库前沿河床演变与失稳风险研究

位于长江口南北港分流口的青草沙水库是上海市最大的城市供水水源地,开展该水库前沿河床稳定性和失稳风险研究具有重要的理论意义和工程指导价值。基于此,利用长江口南北港分流口2000年至2013年期间实测的高精度地形资料,分析青草沙水库前沿河床近期地貌变化特征,为水库库堤安全预警提供相关理论支撑。结果表明:青草沙水库前沿河床冲淤变化在建库前后有明显差异,建库前总体表现为河槽冲刷、沙洲淤积,呈现准冲-淤振荡的性质;建库后变为幅度逐渐减弱的持续冲刷;沿河床河槽形态由U型向U型与V型河槽叠加的复式河槽转变。青草沙水库前沿沙体沿落潮主流方向下移,成形沙体呈先增长、再减少,最后趋于平衡的态势,隐形沙体大体呈减少趋势。青草沙水库库堤前沿近600 m位置是河床失稳的重点风险区域,尤其是水库库堤中上部河床处于不稳定状态,如前沿边坡所在河槽进一步逼近水库前沿,则河床面临进一步冲刷的可能。     

长江口12.5米深水航道南坝田挡沙堤加高工程总平面方案研究

长江口12.5米深水航道2010年贯通后,发挥了巨大社会经济效益,同时航道回淤量大、维护压力大、维护费用高的问题突出。本研究基于北槽四边界水沙通量观测成果,分析提出了北槽航道回淤泥沙来源;针对回淤原因,在已建减淤工程经验总结的基础上,提出了本次减淤的研究思路,优化了减淤工程方案的比选指标体系;采用三维潮流泥沙数模、清水动床物模、经济技术综合分析等手段,通过"加高范围"、"加高高程"及"加高位置"比选,研究推荐了减淤工程方案。利用实测回淤量分析了工程减淤效果。研究结果表明,南导堤越沙是洪季北槽的重要泥沙来源,对北槽高浓度含沙量场有一定贡献。提出了可通过加高北槽南侧的导堤,实现减少通过南导堤越堤进入北槽的泥沙量,从而减小北槽含沙量水平,同时改善北槽下段流态,降低水沙横向输移,进而降低航道回淤的减淤思路。研究推荐的长江口12.5米深水航道减淤工程为南坝田挡沙堤加高工程及先期工程方案。先期工程位于S4～S9丁坝坝田,在现有南坝田挡沙堤的基础上加高S4～S8区段,并延长至S9丁坝,工程全长约23.8 km,高程+3.5 m。工程于2015年11月开工建设,2016年7月主体工程完工,工程减淤效果显著,2016—2018年年均减淤量约954×105m3/a,近三年已节省航道维护疏浚费用约5亿元。     

长江口沙波统计特征及输移规律

利用多波束测深系统对长江口南港、北槽、横沙通道和北港水下地貌进行测量,对沙波波高、波长、迎流倾角、背流倾角、水深和沉积物特征进行统计,并根据流速、沉积物粒径及水深估算其潮周期内净位移。结果表明:长江口沙波基本都为大型沙波,且沙波大小与其所在区域沉积物粒径呈正比关系;长江口各个区域沙波的对称性不同,涨、落潮优势流越明显,则沙波对称性越差,净位移越大;沙波对称性能反映此区域水动力强弱及潮周期内沙波净位移大小。     

长江口宝钢码头溢油事故油膜漂移扩散数值模拟

溢油事故发生后,油膜的漂移扩散会对周围水域和环境敏感目标造成污染。研究溢油事故后油膜漂移扩散,可为溢油事故的处理提供理论指导。本文应用河口海岸三维水动力模式ECOM-si(semi-implicit estuarine,costal and ocean model),耦合溢油漂移扩散模块,模拟和分析长江口宝钢码头发生溢油事故后油膜的漂移扩散,以及对环境敏感保护目标的影响。基于长江口崇明东滩气象站实测风速风向资料,给出影响溢油漂移的主导风和不利风向。在冬季多年平均1月径流量11700m³·s^–1、主导风、3个不利风和潮汐作用下,数值模拟并详细给出了宝钢码头溢油事故发生后油膜的平面分布、油膜到达和离开4个水库取水口和饮用水水源保护区以及其他环境敏感保护区的时间、持续影响时间和最大油膜厚度。长江口宝钢码头溢油事故发生后,油膜随涨落潮流作上下游来回振荡,径流使油膜向海输运,风使油膜朝风向方向漂移。在主导风北风5.6m³·s^–1风速下,油膜沿长江口南岸向下游漂移扩散,小部分进入北槽南侧。在不利风向东南风4.0...     

Does the Port 2000 harbour construction have an effect on the Seine estuary suprabenthic community?

Using a Before/During/After protocol, the effects of Port 2000 (the Le Havre harbour extension) on the suprabenthic communities in the Northern Channel of the Seine estuary (English Channel) were examined from March 2001 to March 2009. Since the beginning of Port 2000 construction in 2002, there have been several changes in the hydrological and sedimentary characteristics in the North Channel, including changes in current velocity, bottoms salinity and sand accumulation, as well as in the benthic communities themselves, moving from mud to medium and coarse sand communities. For the suprabenthos, changes were moderate, corresponding to an increase in species richness in the upper-part of the North Channel and a decrease in species density in the dominant mysids species (i.e., mainly Mesopodospsis slabberi) over time. Due to hydrological changes since the beginning of the Port 2000 project (several years of low freshwater input) it has been difficult to attribute the biological changes to Port 2000 construction only. In the future, the results obtained for the suprabenthos will have to be compared to those obtained for the macrobenthos. Similarly, since the suprabenthos is known to play an important role in the estuarine trophic chain, it will also be essential to estimate the fish distribution in the North Channel and to examine their stomach contents to evaluate the probable changes since the Port 2000 project began.     

长江河口涨落潮不对称性动力成因分析

长江河口存在着涨落潮流速和历时的不对称现象.本应用长江河口三维数值模式,数值试验定量给出了不同径流量、潮汐和水深下南北支、南北港和南北槽涨潮落潮平均流速和历时,通过横断面涨潮落潮通量必须满足质量守恒观点从动力机制上给出了涨潮落潮流速和历时不对称的成因.     

Igneous dykes and associated scour hollows of the North Channel,Irish Sea

A side-scan sonar survey with complete ground coverage has revealed the presence of numerous, straight, narrow ridges of NNW and NE trends in the North Channel, Irish Sea. They are interpreted as igneous dykes, probably of Tertiary age. The topographic expression of the dykes and their appearance on the sonographs provide indications of considerable erosion by tidal-current scour.