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。     

瓯江口外潮汐通道区滩槽冲淤演变分析及其调整机制的探讨

基于瓯江口外潮汐通道区的历史水深地形资料,利用地理信息系统技术,建立不同年份的数字高程模型(DEM),利用DEM进行数字化冲淤定量计算,分析特征地貌冲淤演变过程,并结合水文泥沙条件,对其演变和调整机制进行了初步探讨。结果表明:(1)1933—2005年的72 a间,瓯江口外潮汐通道区底床总体表现为微量冲刷,平均冲刷厚度为27 cm,冲刷速率为0.375 cm/a。(2)特征地貌单元经历了较大幅度的冲淤演变和形态调整,深槽处于较稳定的冲刷拓展过程;温州浅滩持续淤积,近年来人类活动的影响加快其淤积;中沙浅滩和重山沙嘴受冲刷移动最终合二为一。(3)在自然的潮流动力作用下,浅滩与深槽之间进行泥沙交换运移,是研究区滩槽冲淤演变的主要调整机制。     

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。     

磨刀门拦门沙区域近期地貌演变和航道整治研究

应用近几年的水文和地形实测资料,研究了磨刀门拦门沙区域近期的动力和地貌演变特点.近期地貌演变的主要特点为:深槽外移扩展,一主一支分汊明显;拦门沙内坡冲刷外移,外坡变化不大,纵向宽度变窄;拦门沙西区淤积,拦门沙中心区和拦门沙东区冲刷;地貌轴线总体向南和西南方向偏转.从水动力和地貌演变的角度来看,磨刀门拦门沙区域航道整治应关注下列问题:1)注意河口性质的变化,着重解决径流输沙,波流共同输沙这两个主要问题;2)在工程布置中,应与口门外动力场的特点和地貌演变的总体趋势相适应,以建设双导堤为宜;3)西汊、东汊均是可选择的航线,从综合因素考虑宜选择西汊;4)注重河口分汊的自然规律,注意保护东支汊;5)注意稳定拦门沙中心区.     

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。     

福建海坛海峡峡道动力地貌研究

从海坛海峡的形成演变规律、水动力条件、海底地形地貌及沉积特征等方面分析了海坛海峡的动力地貌特征．研究结果表明,海坛海峡峡道效应明显,因受海峡周边地形影响,区域内水动力环境及地形地貌变化复杂,分别在海峡两侧不同区域发育着岩滩、沙滩和泥滩3种地貌,在海底中发育着水下浅滩、潮流脊系和潮流三角洲3种地貌．海峡南北出口位置及海峡海底深槽海域水动力强,两侧岸滩、海滩发育,水下冲刷槽发育明显,处于弱冲刷状态,海底分布粗粒沉积物．海峡港湾内水动力弱,潮滩较发育,处于稳定至弱淤积状态,海底分布细粒沉积物．     

强人类活动驱动下珠江磨刀门河口径潮动力的季节性异变特征

人类活动对河口环境影响巨大,揭示在强人类活动驱动下河口径潮动力非线性相互作用的异变特征,有利于了解人类活动影响河口动力地貌的机制,对河口区水利工程建设及环境保护等具有重要指导意义。基于1960—2016年珠江磨刀门河口沿程潮位站(甘竹、竹银、灯笼山、三灶)的逐月高、低潮位数据及马口水文站的月均流量数据,统计分析了磨刀门河口在强人类活动驱动下月均水位、潮波振幅及其空间梯度(即月均水位坡度和潮波振幅衰减率)的季节性异变特征。结果表明,1990年和2000年为磨刀门河口径潮动力的异变年份, 1990年前为自然演变阶段, 2000年后为恢复调整阶段,1990—2000年为过渡阶段;高强度采砂导致的河床下切使磨刀门河口月均水位及月均水位坡度显著减小,夏季减小幅度最为明显,沿程平均分别减小0.53m和8.93×10^-6;月均水位坡度减小导致潮波衰减效应减弱,进而使沿程潮波振幅增大,多年平均增大0.071m;磨刀门河口径潮动力相互作用具有明显的季节性差异,夏季月均水位坡度随流量增大在上游抬升明显,冬季月均水位坡度在上游显著减小,但在下游略有抬升;随着流量的增大潮波振幅的衰减作用...     

黄茅海河口湾现代动力地貌体系和冲淤过程分析

1980—1993年对黄茅海河口湾进行沉积物采样和水流测定及水深测量。根据水动力和地形条件，冲淤分析及Mclaren模型研究河口湾的动力地貌体系、冲淤特征和现代沉积物运移。结果表明：（1）水下地形主要为下泄流或上溯流控制的“深槽－槽沟－浅滩－湾口”的动力地貌体系，反映了河口湾“东进西出”的水流格局；（2）整个河口湾以淤积为主，只有崖门深槽有较明显的优势冲刷特征，并随着崖门深槽向海推移和河口湾“东进西出”水动力作用，黄茅海落潮三角洲相应向西南进积；（3）应用Mclaren模型揭示了黄茅海河口湾现代沉积物运移规律，同样反映了河口湾具有“东进西出”的运移趋势。     

磨刀门河口近期演变及其排洪效应

通过分析珠江磨刀门分流河口水动力结构及拦门沙的走向变化,解析磨刀门河口近期演变,并从河口的结构和功能的角度,分析磨刀门河口的排洪功能和行为。结论认为:(1)磨刀门河口正由径流优势型向河流—波浪型转变,波浪成为改造和修饰口门地形的重要动力;(2)磨刀门河口的动力、地貌变化,使得河口对淡水的防御性增强而渗透性减弱,其排洪潜力有限;(3)强径流河口发育支汊是河口延伸中的基本规律,在今后磨刀门的治理开发过程(尤其是排洪)中应注意支汊的保护利用。     

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。     

珠江磨刀门水道咸潮上溯加剧的原因

对磨刀门水道不同年份地形资料和多年枯季潮位资料进行了对比分析,结果表明:大规模的河床采砂,引起磨刀门上游河段河床大幅下切,河道深泓平均加深0.59~2.25 m,河槽容积平均增加8.91×106~12.11×106m3,使该河段枯季潮差增大,进潮量增加,潮汐动力增强,导致咸水界向上游河段推移;口门围垦整治后,磨刀门口门区由众多岛屿环抱而成的内海区变成人工导堤控制的"一主一支"两条水道,水域面积减少了80%,河槽容积减少了40%,深槽趋于顺直加深,使口门区的"调淡"作用消失,这是咸潮上溯的重要原因;根据多年水文频率分析,发生严重咸潮灾害时,西、北江枯季流量并非都是枯水流量,因此枯季上游来水量变化并不是近年来咸潮灾害加剧的主要原因。     

珠江口磨刀门灯笼山断面枯季输沙关系分析

在分析磨刀门河口潮汐、水流、泥沙特性的基础上,结合2001年枯季口内灯笼山断面流量、输沙率同步实测过程线,对该断面的逐时输沙关系进行回归分析,发现无论涨潮阶段还是落潮阶段,其相关性均很高.同时通过单宽输沙量分解,对磨刀门悬沙输移主要因素进行分析,结果表明磨刀门在枯季期间以悬沙输移优势流贡献为主,悬沙向海输运.     

珠江磨刀门河口环流结构动力特征分析

河口环流结构关系到物质输运、泥沙沉积和地貌变化等物理过程。根据2019年磨刀门河口原型观测平台洪枯季连续观测分层潮流资料,统计洪枯季、大小潮河口东、西汊的涨落潮流及历时变化特征,利用理论方法解析河口东西汊平面环流和重力环流结构,进一步引入混合参数研究河口纵向环流中的潮汐应变环流。研究发现枯季东、西汊在转潮时刻存在东涨西落的平面环流结构,洪季平面环流特征较不明显;枯季重力环流强度整体略大于洪季,西汊重力环流强于东汊,表层向海环流流速可达0.2～0.25 m/s,而底层向陆环流流速相对较小。洪季大潮期由潮不对称性驱动的潮汐应变环流相对较大,进而增强了纵向环流的强度。河口垂向余流结构同样表现洪枯季、大小潮的变化规律。洪季余流整体较大,西汊在小潮期表层余流流速超过0.6 m/s,而东汊余流则明显呈现表层向海、底层向陆的分布特征,枯季余流整体较小,表明其对物质输运和河口地形塑造作用较弱。     

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。     

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。     

Rehabilitation of damaged reefs: Outcome of the use of recently broken coral fragments and healed coral fragments of pocilloporid corals on rocky boulders

The use of two types of coral transplants on rock boulders was evaluated as a low‐cost alternative for rehabilitation of live coral coverage in localities whose reef structure has been reduced considerably. Transplant success between recently broken coral fragments (BCF) and healed coral fragments (HCF) was compared assuming that initial fragmentation accelerates the attachment of corals by regeneration stimulation. Two sets of both types of transplants were started during the dry and rainy seasons to contrast the effect of environmental stability on transplant survival, vertical growth and horizontal growth over 12 months. The technique provided adequate conditions for coral development, as transplants responded satisfactorily. BCF showed higher success than HCF in attaching to the substrate (up to 98 ± 4% versus 86.4 ± 18.9% after 9 months) during both seasons and also showed a greater increase in height (209.63 ± 43.65% versus 124 ± 15.83%) and diameter (107.26 ± 25.75% versus 99.98 ± 19.74%) during the rainy season. Boat anchorage caused mortality in transplants started during the dry season (less than 10% for BCF versus 37.2% for HCF) while the impact of Hurricane Polo in October 2014 caused higher mortality in transplants started during the rainy season (up to 55%). We conclude that (i) coral transplantation on rock boulders is a good choice to restore damaged coral communities, (ii) BCF seems to be the best source of transplants for pocilloporid corals, and (iii) although high light availability during the rainy season enhances transplant growth, the stable, low energy conditions in the dry season facilitate initial transplant attachment and high survival.