特枯水文年长江口南槽盐水入侵分析

2006年6月至2007年5月长江入海径流量较多年平均减少1/3,为特枯水文年.根据长江口南槽江亚北水道实测盐度等资料,分析了该特枯水文年的盐水入侵状况.结果显示:研究区该时间段几乎均为盐水所占据,96.6% 的天数处于盐水入侵状态;与常年相比,盐度具有年变幅大、洪枯季差异小、高盐月份多的特点.研究表明:盐水入侵主要受径、潮流控制,多发生在小径流量-大潮期;大通径流量 30 000 m3/s 是盐水入侵与否的阈值.     

河口环流和盐水入侵Ⅱ--径流量和海平面上升的影响

本文利用本序列上篇论文建立的理想河口数值模式,研究径流量和海平面上升对河口环流和盐水入侵的影响.在径流量增大的情况下,口门内表层向海的流速增大,底层向陆的密度流减弱,滞流点下移.口门外侧向口门的密度流增大,上升流趋于增强.口门内盐水入侵减弱,口外盐度减小、冲淡水扩展范围增大.在口门上游北岸底层盐度下降明显,口门处南岸表层盐度下降明显.径流量变化对盐水入侵影响十分巨大.在海平面上升的情况下,拦门沙区域向陆的密度流增强,滞流点上移,表层向海的流动增大.口门内盐水入侵增强,口外盐度增大,冲淡水扩展范围减小.海平面上升对盐水入侵影响十分明显,北岸底层盐度增大尤为特出.     

长江口北支中全新世以来的两次环境变异

崇明岛北侧永隆沙钻孔岩心的粒度、环境磁学、微体古生物和^14C测年等分析，揭示出中全新世以来长江口北支分别在2080－2000aBP和700－625aBP发生过两次环境变异，分析认为这是由于气候变化导致长江主泓从北支偏到南支又从南支偏回北支。因此，长江三角洲演化的动力系统中，在考虑科氏力的同时，也不可忽视气候的影响。     

长江口北支异常强盐水入侵观测与分析

长江口北支由于径流分流比很小,盐水入侵较强,特别是枯季大潮期盐水甚至倒灌进入南支,影响上海市和江苏省的水源地水质。为了进一步研究北支盐水入侵的规律及影响因素,2014年1月1-9日在北支进行了大小潮同步水文观测。本次观测到了北支异常强盐水入侵:小潮期发生强盐水入侵,且强度大于大潮期。小潮期强盐水入侵导致中下游河段被高浓度盐水控制,盐度从下游B01到中游B02几乎没有变化,且盐度的涨落潮变化几乎消失。分析认为,小潮观测期间长江入河口流量较小、河口潮差不是太小,加上强偏北风,三者的叠加是导致强盐水入侵的主要原因。     

近30年长江口北支演变及其对物种多样性的影响

分汊河口演变特征及其生态效应是当前河口海岸研究的重要热点问题。长江口北支是长江口第一级分汊的重要水道,其演变会对区域生态与环境条件产生深远的影响。本文在已有研究结果基础上,结合遥感影像分析与水域生态现状调研,阐述了近30年来长江口北支河道的演变特征和生态现状,并对河道演变对物种多样性的影响进行了深入的探讨。结果表明,近30年来北支演变的突出特点在于北支中上段束窄明显,而下段河道虽然有一定程度的束窄,但口门仍呈喇叭口形态;大量的圈围工程是导致北支中上段河道束窄的最重要因素;随着河势变化,北支分流比下降,分沙比上升,河道水深、河槽容积的下降,使北支盐水入侵加剧,水、沙、盐倒灌南支的风险增加。北支演变导致水体盐度条件的改变,使得区域生物类群以适应高盐、咸淡水环境的种类为主;而河道水深、水动力条件、水体含沙量等的变化均会对生物类群的组成产生影响。北支目前仍然是大型底栖动物、鱼类等生物类群的重要栖息地和育幼场,且具有较高的生物多样性。因此,北支治理仍需考虑维持北支水域生态系统的结构与功能不被破坏,确保区域的可持续发展。未来北支的演变趋势及其生态效应,需要在有效监测的基础上进行综合分析。     

长江口北支潮流沉积物磁性特征与沉积环境分析

通过对兴隆沙 XL1 孔沉积物磁性特征的研究,为揭示潮汐河口潮流沉积物的磁性特征和建立长江口沉积相序提供新的手段,并在拓展环境磁学的应用领域方面进行有益的探索.研究表明:该地区沉积物的磁性矿物以低矫顽力亚铁磁性矿物为主;当χ、SIRM和χfd%、χARM 同处于低值时,反映细晶粒磁铁矿优先溶解,晶粒粗化,可作为还原环境的判据,而在近地表环境下 SIRM / χ、Bcr 和 HIRM 的高值,以及 S-100mT 的低值,一般显示赤铁矿、针铁矿的含量相对较高,可以作为氧化环境的标志.可用χfd%、χARM等参数值的大小来判别长江口北支水动力强弱.按磁化率等磁参数曲线的变化特征将 XL1 孔自下而上划分出 3 个磁性层.同时,参照沉积物的粒度特征和有孔虫分析结果,探讨了兴隆沙沉积环境自下而上的演变序列为:潮流沙脊→潮汐水道→潮滩.     

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。     

河口大型工程对长江河口底栖动物种类组成及生物量的影响研究

2002年5-6月对长江口深水航道治理一期工程区域底栖动物进行了取样调查,研究分析了工程区域底栖动物种类组成和生物量分布特征。结果表明：①底栖生物19种,与1982-1983年和1998年相比,分别减少87.6％和20．8％．优势种为纽虫和沙蚕,出现率分别达32％和24％;②平均密度21.8个／m^2．比1998年下降65．9％;③平均生物量为5．68g／m^2(湿重)．比1982-1983年下降76．5％;④一期工程对长江河口生态系统结构已产生影响,河口底栖动物种类组成及生物量的变化与长江口深水航道治理一期工程引起的区域局部小尺度海洋水流发生改变,并导致航道沉积物受冲刷和底质属性发生改变有关。鉴于此,建议对河口大犁工程对河口生态系统的综合影响进行动态监测和生态恢复。     

基于BP神经网络的长江口北支河槽容积分析

根据实测水文及泥沙等资料,采用现在较成熟的且应用广泛的BP人工神经网络建立了北支0m以下河槽容积与大通流量、大通输沙量及北支分流比3个因子问的神经网络模型,网络结构为3.1-7-1,通过选择合适的参数,模型训练较好,预测结果与线性回归模型预测结果相近,说明BP神经网络模型能够广泛应用于河口水文等方面的预报.     

长江口北支上段岸滩侵蚀及保护实施效果分析

受上下游工程、来水来沙影响,长江口北支上段近期岸滩侵蚀后退严重。为揭示北支上段近期演变机理,控制河势变化和保护生态基底,收集2001年以来长江口北支全河道水下地形资料,并开展了2017—2020年工程区段水下地形精细实测,基于水动力数学模型研究了岸滩保护措施合理性,以分形理论评价了保护措施实施后效果。结果表明：①长江口北支进口江心洲发育,导致上段“S”形主轴弯曲度加大,加剧了暗沙、江心洲和岸滩动荡;②在冲刷最严重的岸滩采用丁坝群加护坎可有效阻止岸滩侵蚀后退;③多年水下地形实测和分形理论计算评价,岸滩趋于稳定,生态基底得以恢复。鉴于新江心沙洲发育和岸滩、深槽变化加剧了北支上段演变的复杂性,建议尽快成立综合协调部门,统筹提出满足水利、防洪、供水、航运、生态等多目标需求的综合整治方案。     

长江口潮差中长期变化对河口生态环境的影响

为了探讨长江口潮差的中长期变化对生态环境的影响,利用小波变换法对1972—2018年该河口代表性潮位站的潮差序列(共66336个数据)进行周期性分析。结果表明,该站潮差除了常见的15 d大、小潮周期外,还有变幅约19 cm(相当于多年平均潮差的7.5%)的0.5 a周期和变幅约16 cm(相当于多年平均潮差的6.3%)的18.5 a周期。月均潮差极大值出现在3月和9月,极小值出现在6月和12月。年均潮差极大值出现在1977,1996和2015年,极小值出现在1986年和2005年。上述潮差变化在时间上与长江口灾害性盐水入侵、悬沙浓度长周期变化以及水下三角洲冲淤转变等重大事件存在明显的对应关系。结论认为,上述中长期潮差周期变化对长江口生态环境具有不可忽视的潜在影响,在今后对河口生态环境的研究中应得到重视。     

长江口北支沉积物粒度特征及其环境意义

通过对长江口北支兴隆沙XL2孔沉积物的粒度特征、环境磁学特征及微体古生物特征的分析,揭示长江口北支潮流沉积沙体的演变规律,进而推测长江口北支的演变规律,为长江口北支的开发整治提供科学依据。     

长江口北支中全新世以来环境演变变异事件及影响因素

对崇明岛北侧的永隆沙钻孔进行了系统的采样和粒度、微体古生物、环境磁学以及C^14测年等分析，大致恢复了长江口北支古地理环境演变的过程。通过环境磁学和微体古生物分析，揭示了在2080～2000、700～625aBP这两段历史时期，长江口北支表现为河口沙坝亚环境和河口河槽亚环境。这两次环境变异事件记录了长江主泓南北迁移的事实。长江河道的变迁受到诸多因素的影响，科氏力的作用是长江口不断南偏这一发展总趋势的主要原因，海平面上升与气候的变化则是长江主泓南北摆动的主要影响因素。     

上海市滩涂资源调查中的基准面转换问题研究

有关上海市滩涂资源研究的不同资料中,关于上海市滩涂面积的统计数据存在较大差异。究其原因在于计算滩涂面积时所采用的基准面不同。在地理信息系统软件ArcGIS支持下实现了长江口不同基准面之间的转换并将转换结果用于上海市滩涂面积的计算:选取2000年1:120000比例尺的数字化海图,得到基于理论深度基准面的-5m和-2m等深线以上滩涂面积分别为2722.12km2和1399.28km2;转化到吴淞基面相应的滩涂面积分别为:2351.39km2和1005.73km2。不同计算基准可分别导致13.6%和28.1%的统计误差。     

长江口邻近陆架沉积物粒径变化趋势及动力成因

基于长江口外邻近陆架近20年实测数据,分析了邻近陆架区域表层沉积物中值粒径、砂-泥分界线和泥质区变化规律,并探讨了自然机制和人类活动等对其影响。结果表明:1近期(2006-2010年)长江口邻近陆架区域沉积物中值粒径和砂、粉砂和粘土等值线分布格局较2006年以前未发生明显变化;2伴随流域入海泥沙量和海滨区悬沙浓度的减小,陆架区域表层沉积物中值颗粒表现为粗化趋势发展;3陆架区域砂-泥分界线2004-2007年在北侧(31°30′以北)无明显趋势,南侧(31°30′以南)为向口内移动,2008-2010年无论南侧还是北侧均为向口内移动,主要受长江径流枯水期,引起潮流水动力相对增强、悬沙浓度减小及苏北沿岸流等影响;4泥质区域为长江口沉积速率最大区域,由于入海泥沙和海滨区域悬沙浓度降低,三角洲侵蚀等环境下表现为减小趋势,因北槽深水航道整治工程的实施改变了南北槽分流比,南槽下泄径流水动力增加,使得泥质区位置存在南偏趋势。     

长江口淡水端淡、盐水混合表层pCO2的急剧变化及其影响机制

根据2004年5月长江口淡水端淡、盐水混合初期表层水二氧化碳分压(pCO2)的实测数据,结合水文、化学和生物等要素的同步观测资料,对pCO2的变化及其影响因素进行了研究。研究结果表明:在长江口淡水端盐度0~15的淡、盐水混合初期,表层水pCO2由3 500μatm左右大幅度下降至约1 000μatm。生源要素的补充使生物活动的急剧增加是pCO2以对数形式大幅度降低的主要原因,这一性质显著体现的拐点为(S<0.6,50<浊度<110)这一范围。同时由于生物活动和物理混合作用的分别控制,使得长江口淡水端淡、盐水混合初期表层水碱度与盐度呈二次抛物线关系,拐点处的盐度约为0.6。     

长江口夏季低氧区形成及加剧的成因分析

通过对比长江口及其邻近海域历史调查资料和目前的现场监测数据(1958-09—1959-09,2003-09,2005-07及2009-08),分析了长江口夏季低氧区的历史变化,探讨了低氧形成及其加剧的原因。结果表明:20世纪90年代之后长江口季节性低氧区出现扩大化、严重化趋势;低氧区的形成主要受控于物理过程和自然作用,包括长江冲淡水、沿岸流、上升流、台湾暖流及黑潮等各大流系及其与温度等理化因素相互作用下形成的水体层化、锋面过程、气旋式冷涡;低氧现象加剧原因复杂,影响因子有气候变化导致的海水温度上升,长江径流量、输沙量变化,长江流域降雨变化等,而富营养化的加剧对低氧加剧并非起主导作用。     

2012年长江口水域溶解有机碳分布特征及其与环境因子的关系

根据2012年2、5、8和11月长江口4个季节航次综合调查资料,分析了长江口及其邻近海域溶解有机碳(DOC)时空分布特征,探讨了DOC分布与盐度、表观耗氧量(AOU)、化学耗氧量(COD)、叶绿素a以及颗粒有机碳(POC)间的关系。结果表明,2012年长江口区DOC的浓度范围在0.53~5.21mg/L之间,均值为1.86mg/L。DOC浓度秋季最高,夏季和冬季次之,春季最低。DOC空间分布整体呈现近岸高、远岸低的格局,高值区分布在口门内和近岸水域,外海区DOC浓度随着离岸距离的增加而逐渐降低。各季节DOC空间分布略有差异。DOC与盐度、COD以及POC的相关关系较强,与AOU和叶绿素a相关性较弱。2012年长江口有机碳以DOC为主,DOC对总有机碳(TOC)的平均贡献率为55.8%,其中冬季贡献最大(59.4%),其次为秋季(59.2%)和春季(55.3%),夏季贡献率最低(49.4%)。     

径流和潮汐对长江口盐水入侵影响数值模拟研究

影响长江口盐水入侵的主要动力要素是上游径流和外海潮汐.利用盐度实测资料验证了平面二维盐度数学模型.结果表明,实测资料和模拟结果相符,在此基础上进行了4种不同水文组合的模拟计算.通过计算结果分析,取得了长江口地区盐水入侵平面分布的基本规律.     

Modelling Salt Intrusion and Nitrate Concentrations in the Ythan Estuary

A one-dimensional salt intrusion model is used to investigate the hydrography of the Ythan estuary, a small shallow macrotidal estuary in the north-east of Scotland. The model simulates the longitudinal distributions of water level, salinity and total oxidized nitrogen (TON) in the estuary. The model employs upstream differencing and the Smolarkiewicz anti-diffusion scheme to avoid the numerical difficulties typically encountered when modelling strong tidal flows using centred differences. The physical mechanisms driving the simulations are the tide at the entrance to the estuary and freshwater discharge at the head. The model was calibrated against measurements of water level made at three locations in the estuary, salinity observations made at a central platform and axial salinity distributions. At both spring and neap tides, the full range of salinity observed at the central platform was simulated. However, at the midway stage between springs and neaps, the simulated peak salinity was less than that observed. This was probably due to the sensitivity of the model to the digitisation of the estuarine bathymetry.The model successfully simulated salinity distributions for periods of high and low river flow, and was used to illustrate how TON concentrations fluctuated in response to variations in river flow. The potential implications of variations in the bathymetry of the estuary on salinity and nutrient distributions were predicted to be slight. However, the four fold increase in riverine TON concentrations that has occurred over the past 30 years was shown to increase TON distributions along the entire length of the estuary. The calculated estuary flushing time was strongly dependent on river flow and varied between 11–60 h.