长江口九段沙的形成演变及其与南北槽发育的关系

根据１８４２～１９９５年的地形图和１９９６、１９９７年的野外观测,探讨了九段沙和南北槽的形成历史及形成后的演变过程。研究表明：九段沙是原铜沙浅滩南沿经涨、落潮槽对切贯通后形成的,北槽和北港一样最初原形是涨潮槽;南槽的前身是南港下段。九段沙形成以来具有趋势性和非趋势性两种冲淤变化。前者表现为扩大、淤高和位置向下游移动,后者反映在南北两侧的频繁冲淤。九段沙和南北槽在冲淤上存在相互制约关系。目前,南北槽河势已进入相对稳定时期。     

长江口北槽深水航道工程对九段沙冲淤影响研究

根据1989～2003年长江口九段沙附近地形图,在地理信息系统软件MapInfo的支持下,分析了北槽深水航道工程对九段沙冲淤演变的影响。在长江来沙减少总的情势下,九段沙总的淤积速率在明显下降,但北槽深水航道工程使局部冲淤形势发生逆转：九段沙顶端到江亚南沙大片区域淤积速率显著增强,沿北槽深水航道南导堤外缘形成一个10km长的淤积带;九段沙东侧水下三角洲受工程的影响不大,淤积速率持续降低并底端发生冲刷。     

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。     

长江河口北槽水沙过程对航道整治工程的响应

北槽大型航道整治工程确定了南北槽分汊口分流界线, 阻碍了北槽和邻近滩槽的水沙自由交换过程, 使北槽水沙动力过程发生调整。基于工程前后北槽主槽纵向同步水沙观测数据的统计分析表明:入口段落潮优势显著减弱;上段枯季时落潮优势显著减弱, 而洪季时落潮优势有所增强;中段(弯曲段拐点附近)落潮优势略有减弱;下段落潮优势明显加强。北槽主槽水沙纵向输移机制分析表明:欧拉余流、潮泵作用、斯托克斯效应和垂向环流为悬沙输移的主要驱动力, 其中欧拉余流输沙指向海, 斯托克斯输沙和垂向环流输沙指向陆, 而潮泵输沙随着季节而变化。洪季, 欧拉余流输沙和潮泵输沙在工程前后的变化使大潮期河床冲淤由中段和下段普遍落淤转化为中上段集中落淤。枯季, 工程前后稳定的潮流辐散输沙作用使大潮期河床以冲刷为主, 但工程后在入口段和上段潮泵的向上游输沙占优势, 使悬沙在入口段落淤。     

Morphodynamic Characteristics and Medium-Term Simulation of the North—South Passage Under the Impact of the Yangtze Estuary Deepwater Navigation Channel Project

The morphological evolution characteristics of the North-South Passage area since the construction of the Yangtze Estuary Deepwater Navigation Channel Project(DNCP) are analyzed on the basis of the measured data. A twodimensional morphodynamics numerical model of the Yangtze Estuary is established to verify the morphological evolution of the North-South Passage under the influence of the DNCP and to predict the future evolution in the next 40 years. Data analysis shows that the North Passage has experienced rapid adjustment stages and adaptive stages after the construction of the DNCP. Slow erosion occurred along the main channel, and slow siltation could be observed in the area between the groins. The South Passage showed a state of upper section erosion and down section deposition. At present, the whole South Passage is in a slight erosion state. According to the numerical model, the eroding and silting speed of the North Passage will slow down in the future. The present state that erosion occurs in the main channel and siltation occurs between the groins will continue. The South Passage will still maintain upper section erosion and down section deposition in the future. Due to the main channel erosion of the North Passage and siltation of the South Passage, the sediment division ratio of the North Passage will increase in the future but still be smaller than 50%. After morphological evolution of 40 years, the direction of residual sediment transport caused by M2 and M4 tidal components in the North Passage has not changed, but the transport rate will decrease. It is considered that the morphological evolution of the North-South Passage could reach a relatively stable state after 40 years.     

长江河口洪水造床作用

据多年实测资料统计 ,长江口年径流总量 92 4 0亿m3,年输沙量 4 .86亿t,洪季的径流量和输沙量分别占全年总量的71.7%和 87.2 %。如遇洪水年 ,当洪峰流量超过 6 0 0 0 0m3 s时 ,中、下游河道水位明显抬高而进入防汛警戒状态 ,河床有明显冲淤变化 ;洪峰流量超过 70 0 0 0m3 s时 ,新生汊道及切滩串沟频频出现 ,给河口治理及深水航道开发带来重要的影响。从长江河口河槽演变基本特征及南港、北槽底沙输移强度引证长江洪水在河口地区的造床作用     

长江口横沙东滩近30年来自然演变及工程影响的GIS分析

利用长江口深水航道治理一、二期工程实施前后的地形资料,在GIS软件及相关的统计分析软件的支持下,分析了治理工程对横沙东滩冲淤演变的影响。结果表明:横沙东滩在长期的自然演变过程中滩地面积相对稳定,但20世纪90年代中期以来,由于长江来沙量减少,滩地面积出现减小的趋势;深水航道北导堤工程(1998—2000年5月)使横沙东滩的冲淤形势发生了较大的变化:横沙东滩窜沟扭曲、萎缩,白条子沙及其以东浅水区域淤积加剧;促淤工程实施后,形成了一个有利泥沙沉积的环境,过境泥沙的大量淤积及人工吹泥上滩使得横沙东滩淤长速度显著加快。     

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。     

科氏力对河口分汊的影响

以长江口、黄河口、珠江口、闽江口等几个分汊河口为例,分析了科氏力在河口分汊中的作用。结果表明,涨落潮流路分歧主要通过形成涨落潮冲刷槽和中央缓流区浅滩而逐渐使河口产生分汊;水面横比降则以横向环流和横向切滩两种形式,或堆积或冲刷,导致河口分汊。     

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.     

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。     

长江口横沙东滩外侧建设人工岛的自然条件分析

利用2001-2008年的海图资料和2011-2012年枯季现场水文调查数据,分析长江口横沙东滩外侧海域的河势、水动力条件及泥沙含量的潮周期过程,讨论在此建设人工岛的自然条件。结果表明,横沙东滩外侧海域,2001-2008年间冲淤有变化,由滩向海的断面显示上部淤积,下部侵蚀,冲淤转换面在-7~-10m之间,-10~-20m海域整体呈现微冲趋势,但侵蚀速率减缓,河势趋于稳定。横沙东滩受北槽深水航道北导堤影响,向东南方向淤进。定点船测潮流表现出旋转流性质,枯季大潮最大流速不超过188cm/s,小潮最大流速小于134cm/s;北港口外的定点余流显示向口内输运,北槽口外则是向海输运。两测站数据显示枯季大小潮垂线平均含沙量处于0.061~0.116kg/m3之间,水体泥沙含量整体处在较低水平。从自然条件上来说,不考虑风浪影响情况,研究区域内河势渐趋稳定,水深条件良好,水动力条件适宜,水体含沙量较低,在该区域内建设人工岛具有可行性。     

九段沙上沙南沿坍塌与外沙内泓效应

利用1986~2013年的长江口海图以及2013年九段沙上沙南沿的冲淤观测数据,分析了外沙内泓地形形成机理以及凸显的效应。长江口深水航道治理工程改变了九段沙湿地局部边界条件,导致江亚南沙沙尾下延,深泓线北移,上沙南沿坍塌后退。建议采取护滩工程措施,保护上沙湿地资源。     

特大洪水期间长江口浑浊带分粒级输沙特征

基于2020年7月特大洪水期间长江口浑浊带南槽、北槽和北港多站位同步实测水沙动力数据,研究了河口浑浊带分粒级输沙时空特征及其对泥沙来源响应的指示意义,结果表明：1）北港和北槽是流域泥沙净向口外输移的主要输沙通道,南槽是海域泥沙净向口内输移的主要输沙通道,主槽内粉砂是主要输沙组分,占比63.2%,口外粉砂和黏土是主要输沙组分,分别占43.2%、40.9%;2）大潮粉砂输运占比高于小潮,黏土输运占比低于小潮,口外测站砂组分在大小潮期间在横沙浅滩和九段沙间沿岸输移,横沙浅滩附近大、小潮离岸输沙分别是北港口外的1.7倍和8倍,不利于横沙浅滩淤涨;3）当前流域减沙高达70%,此次特大洪水期间黏土、粉砂和砂三组分近底净向口内输移为减沙背景下的口外供沙提供了有力的佐证。     

长江口南北槽分流口洪季水沙变化过程研究

河口分流口的水沙变化过程是影响河口三角洲发育的核心环节,对下游河势的稳定起着关键性的作用。本文通过对北槽二、三期工程前后的南北槽分流口河段洪季大潮期间的同步水沙观测数据进行分析,以探讨长江口深水航道工程整治对分流口水沙过程的影响。结果表明:(1)北槽二期工程到三期工程后,分流口洪季以落潮优势流、优势沙为主的格局基本没有发生改变,但南槽优势流、优势沙出现略有变大,而北槽略有变小现象;(2)分流口洪季的水体输移主要受控于欧拉余流的变化,除北槽入口段水体净输移量一直较小外,其他河段在二、三期工程实施期间均有大幅提升,其中斯托克斯余流变化不大,拉格朗日余流与欧拉余流变化相一致,南槽呈波动状上升,北槽先增后减;(3)在二期到三期工程期间,北槽分流比明显减小,入口段落潮流速减小,含沙量较高,水体输移量降低,输沙强度减弱,由此导致二期工程以来北槽入口河段淤积强度加重。     

长江口南北槽分流口动力地貌过程研究

分汊口的地貌演化格局对于三角洲建造和下游河槽的稳定具有重要作用.作为长江河口的第三级分汊口（南、北槽分流口）,形成历史较短,但又经历了长江口最大的水利工程（北槽深水航道工程）的影响,故该分流口的变化是近年来长江河口研究的核心内容之一.本文基于近50 a的地形、流域入海水沙和南北槽落潮分水分沙比等数据,探讨了南北槽分流口的动力地貌变化过程.结果表明：（1）在1998年前,长江口南北槽分流口经历了由不稳定—相对稳定—动态平衡的阶段,其中分流口沙洲洲头出现下挫—上提—下挫、主泓线则经历分流口南侧—北侧—南侧的周期变化,河槽断面由U型发展为W型.（2）长江大洪水是导致分流口地貌格局出现变化的动力因素.在洪水发生的间歇期,分流口地貌则处于由不稳定向相对稳定发展的调整阶段.（3）1998年修建沙洲洲头潜堤工程后,沙洲洲头出现上提—下挫—上提的微弱变化,但总体上沙洲头向北偏移,这导致进入北槽的分水分沙比有所减小.（4）自2002年以来,沙洲洲头因分流口的淤积而缓慢上提,潜堤北侧北槽上段淤积加重,潜堤南侧尤其紧贴潜堤部位侵蚀加剧,南槽分水分沙增大,分流口落潮冲刷槽进一步向南槽发展.     

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。     

Estimation of Sediment Transport with An in-situ Acoustic Retrieval Algorithm in the High-Turbidity Changjiang Estuary, China

A comprehensive acoustic retrieval algorithm to investigate suspended sediment is presented with the combined validations of Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) and Optical Backscattering Sensor (OBS) monitoring along seven cross-channel sections in the high-turbidity North Passage of the Changjiang Estuary, China. The realistic water conditions, horizontal and vertical salinities, and grain size of the suspended sediment are considered in the retrieval algorithm. Relations between net volume scattering of sound attenuation (Sv) due to sediments and ADCP echo intensity (E) were obtained with reasonable accuracy after applying the linear regression method. In the river mouth, an intensive vertical stratification and horizontal inhomogeneity were found, with a higher concentration of sediment in the North Passage and a lower concentration in the North Channel and South Passage. Additionally, The North Passage is characterized by higher sediment concentration in the middle region and lower concentration in the entrance and outlet areas. The maximum sediment flux rate, occurred in the middle region, could reach 6.3×105 and 1.5×105 t/h during the spring and neap tide, respectively. Retrieved sediment fluxes in the middle region are significantly larger than that in the upstream and downstream region. This strong sediment imbalance along the main channel indicates potential secondary sediment supply from southern Jiuduansha Shoals.     

长江口新桥水道潮汐不对称性研究

涨潮槽是河口重要的地貌类型,其潮汐动力受地形摩擦、径流及风浪等因素影响而发生不对称现象,直接影响槽内的泥沙动力过程。本文基于实测数据与数值模型计算潮汐不对称偏度,研究长江口南支最大的涨潮槽——新桥水道的潮汐不对称性及其影响因素。结果表明：（1）受余流与各分潮的相互作用控制,新桥水道可分为三个区域,上段为涨潮优势区域,中段为涨落潮转换区域,下段是落潮优势区域。（2）新桥水道欧拉余流表现出明显的分段差异,上段指向陆而在中下段指向海并受到径流影响。斯托克斯余流则均指向陆并向陆增强。（3）新桥水道内中下段潮汐不对称受地形的影响较大,其中扁担沙的北移增强了新桥水道中段的涨潮优势特性,新的新桥通道的形成促进了新桥水道下段的落潮优势特性。     

近年来人类活动影响下长江河口的变化模式

To evaluate the controlling factors for coastline change of the Changjiang(Yangtze River) Estuary since 1974,we extracted the mean high tide line from multi-temporal remote sensing images that span from 1974 to 2014 at 2-year intervals.We chose 42 scenes to constrain the changing pattern of the Changjiang Estuary coastline,and implemented GIS technology to analyze the area change of the Changjiang(Yangtze) Subaerial Delta.Runoff,sediment discharge and coastal engineering were withal considered in the analysis of the coastline changes.The coastline has transgressed seaward since 1974,and a part of it presents inter-annual variations.The area of the Changjiang Subaerial Delta increased by 871 km2,with a net accretion rate of 21.8 km2/a.Based on the change of sediment discharge due to the major projects in the Changjiang River Basin,we divided the changing pattern of the coastline into three stages:the slow accretion stage(1974–1986),the moderate accretion stage(1987–2002),and the rapid accretion stage(2003–2014).Liner regression analysis illustrated that there is a significantly positive correlation between the area changes and sediment discharge in the Chongming Eastern Shoal and Jiuduansha.This suggested that sediment load has a fundamental effect on the evolution of the Changjiang Estuary.Construction of Deep Waterway in the North Passage of the Changjiang River(1998–2010) led to a rapid accretion in the Hengsha Eastern Shoal and Jiuduansha by influencing the hydrodynamics in North Passage.Coastal engineering such as reclamation and harbor construction can also change the morphology of the Changjiang Estuary.We defined a contribution rate of area change to assess the impact of reclamation on the evolution of Changjiang Estuary.It turned out that more than 45.3% of area increment of the Changjiang Estuary was attributed to reclamation.