长江口九段沙下段冲淤演变水动力机制分析

概述了长江口深水航道整治一期工程及工程对九段沙下段地形冲淤的影响.根据已建立的σ坐标系下三维非线性水流数学模型,用新测水文资料对模型进行验证.利用所建立的模型,结合由现场测量得到一期工程前后九段沙下段近期地形演变,数值模拟了北槽区域流通量、底层欧拉余流和北槽中下段平面水流特征,以综合分析北槽水域水动力变化对九段沙下段地形冲淤变化的影响.     

长江口12.5 m深水航道回淤年际变化及成因

长江口12.5 m深水航道回淤量大,影响因素复杂。利用2011-2017年长江口航道水下地形、水文测验和航道回淤等系列资料,研究了12.5 m深水航道回淤的年际变化过程和原因。结果表明:① 12.5 m深水航道回淤总体呈现稳中下降的变化特征。②南港-圆圆沙段因航道滩槽高差的缩小和上游底沙输沙量的减少,回淤呈逐年减少态势。③北槽段因南坝田挡沙堤加高工程的实施和台风影响偏弱,2016-2017年回淤较此前有所减少;径流影响北槽最大浑浊带的发育部位,进而影响北槽航道回淤的部位,2016-2017年长江口径流量偏大是北槽航道主要回淤部位较往年偏下的主要原因。④流域减沙对12.5 m深水航道回淤的影响已开始显现。未来受其影响,南港-圆圆沙航道回淤有望进一步下降并维持较低量值,北槽航道回淤有望维持稳中下降态势。     

长江口深水航道治理工程实施后南北槽分汊段河床演变

利用1998-2006年的水深测图和南北槽分流、分沙比测量资料,研究了长江口深水航道治理工程实施后南、北槽分流比的变化过程、原因及其与分汊口河床冲淤演变的关系。结果表明,随着长江口深水航道治理工程的实施,北槽落潮分流比总体呈减小的趋势,南槽落潮分流比呈增加的趋势。伴随着南、北槽落潮分流比的南增、北减,南槽进口段(长约18 km)的主槽发生了冲刷,北槽进口段(长约12 km)的主槽发生了淤积,南、北槽进口段河槽总过水断面面积呈下降趋势。北槽落潮分流比与北槽河槽总容积、南北槽落潮分流比与各自进口段的河槽断面平均水深之间均具有较好的相关性,据此,预测了未来南、北槽的落潮分流比和进口段河槽冲淤的平衡量值。     

流域减沙对长江口典型河槽及邻近海域演变的影响

基于2001-2015年长江口系列的水下地形和水文测验等资料,研究了流域减沙对长江口典型河槽及邻近海域演变的影响。结果表明:三峡工程建成后的近10多年,流域年均输沙量处于1.35亿t左右的较低水平。受其影响,长江口口内的南支、南港和北港上段的含沙量2008年之后明显下降,河槽冲刷、容积扩大,河槽形态向相对窄深方向演化。而拦门沙河槽的上游侧和口外侧近年来亦有所冲刷,拦门沙浅滩长度缩短。长江口水下三角洲前沿位于北港口外和南北槽口外有两个冲刷区,2007年之后年平均冲刷厚度达0.1 m左右,年侵蚀沙量达0.71亿m3。流域减沙对长江口河槽演变的影响尚在进行中,可能改变长江口水下三角洲向海淤涨的历史演变模式。     

长江口12.5 m深水航道回淤特征

针对长江口12.5 m深水航道的回淤问题,收集整理了2010—2012年的航道回淤资料和水文测验资料,研究了航道回淤的时空变化特征及其与径流、潮流和含沙量的关系。结果表明:航道回淤呈洪季大、枯季小的年内变化特征,大风骤淤明显;航道回淤沿程主要集中在南港—圆圆沙段和北槽中下段,其回淤量占全航道的80%以上。南港—圆圆沙段回淤的泥沙颗粒以细砂为主,回淤强度与径流的关系不密切,与潮流的关系表现为大潮大、小潮小。北槽航道回淤泥沙颗粒以粉砂为主,回淤部位随径、潮流变化而变化,表现为径流增大,回淤部位下移;潮动力减弱,回淤部位上提。长江口拦门沙水域泥沙的再悬浮,可能是航道淤积最主要的泥沙来源。     

台风浪作用下长江口深水航道骤淤数值模拟

极端天气条件下,波浪引起的高含沙水体会引起航道骤淤,增大航道回淤量。以"马勒卡"台风期间现场水文资料为基础,建立了波流共同作用下的长江口三维潮流泥沙数学模型,研究北槽航道骤淤问题。数学模型验证了"马勒卡"台风期间的北槽水沙过程,相似性较好,通过分离波浪,探讨了潮流与波流共同作用下的含沙量及航道淤积分布差异,研究了台风浪对航道骤淤的影响。研究表明,台风浪对-15 m等深线以浅水域含沙量影响较大,北槽含沙量自上游至口外逐渐增大,改变了常态天气北槽"中间高、两头低"的含沙量分布趋势。台风浪对北槽口内航道回淤分布影响较小,北槽口外航道淤积量剧增,即航道骤淤主要发生在北槽口外。     

长江口北支河槽容积变化特征的定量分析

北支河槽容积变化是北支河道演变趋势在定量上的直接表现,河道边界条件和河床泥沙运动是影响河槽容积变化的主要因素。收集1986—2013年长江口北支河道年实测地形资料,利用GIS技术建立不同时期水下数字高程模型,进行北支河槽容积变化和河床冲淤变化特征分析。结果表明,北支岸线圈围和泥沙淤积导致了1986年以来河槽容积萎缩。北支河槽0m线以下容积共减少约7.110亿m3,岸线圈围引起河槽容积减少4.000亿m3,占比56.3%;泥沙淤积引起的河槽容积减少3.110亿m3,占比43.7%。具体而言,北支上段河槽容积萎缩主要是泥沙淤积所致,其航道开发综合利用应遵循上段的泥沙运动规律特点;中段则是边滩圈围和沙洲并岸引起,边界调整后束流作用加强,河床冲刷,断面形态调整后水深条件更加有利于中段的航道利用开发;下段是泥沙淤积和边滩圈围共同影响所致,泥沙淤积影响略大,但下段沿北岸-5m深槽始终存在且稳定,具备航道开发利用的河势基础,且南侧河道边界仍具有可圈围的余地。     

长江口泥沙运动形式分类及对深水航道淤积影响

潮汐河口泥沙运动复杂多变,科学划分泥沙运动形式并评估其对航道淤积的影响,是厘清航道淤积泥沙来源、制定有效减淤措施的关键。基于长江口深水航道所处南港—北槽河段2015年和2018年洪季、枯季表层沉积物和近底悬沙的现场采样数据,分析提出潮汐条件下推移质、悬移质和时推时悬泥沙3类泥沙运动形式的粒径划分方法,量化3类泥沙对深水航道淤积的贡献比例。结果表明：近底悬沙级配曲线上拐点粒径对泥沙由推移质向悬移质转化具有较好的指示意义;长江口南港—北槽悬沙、底沙交换显著,深水航道淤积物中除仅做推移质或悬移质运动的泥沙外,还包括大量的时推时悬泥沙,其在航道淤积泥沙中的占比最高,约达50%～60%;南港段航道洪季、枯季推移质淤积占比分别为36%和26%,高于悬移质的6%和13%;北槽段航道悬移质落淤泥沙占比为44%～48%,明显较推移质3%～6%的占比高。3类泥沙运动形式粒径划分方法为深化潮汐河口泥沙运动规律认识、判别航道淤积泥沙来源提供了新途径。     

长江口表层沉积物粒度时空分布特征

结合近期长江口558个表层沉积物采样资料，分析了长江口表层沉积物时空分布特性，得到了近期长江口表层沉积物中值粒径和沉积物类型分布特征。横沙以上海域表层沉积物粒径洪枯季变化较小；浑浊带海域洪季粗，枯季细；口外海域则枯季粗，洪季细。横沙以上和口外海域沉积物类型洪枯季变化较小，浑浊带海域沉积物类型变化较复杂。无论洪枯季北港表层沉积物最粗，北槽次之，南槽最小。表层沉积物大小潮变化较小，两次采样平均差别为9.7％；沉积物年际变化随大通流量和输沙量的变化而变化。近十五年来，长江口表层沉积物类型变化较大的区域主要是北支上段、南北港分流口、北槽和南槽浑浊带海域，主要与河槽的自然演变和人类活动有关。结合Pejrup新三角图对长江口各沉积动力环境进行分区，对比各沉积环境亚区的粒度特征，并对黄河口、长江口、珠江口表层沉积物粒度参数进行对比。     

长江入海航道的选择与地质工作

长江口的航运及港口的发展取决于入海航道的畅通,而入海航道的畅通与否,与长江口的演变、河道情势的变化以及水下沙体的生成运移有着密切关系。本文从近几年来江苏地矿局等部门在长江口附近所做的地质工作入手,论述现代地质科学技术的发展,以掌握河口的演变及水下沙体的生成和运移。一、航运、港口及经济发展概况上海港是我国第一大港,自1984年起,每年进出口总量均达1亿吨以上,但因目前其入海航道的维护水深只有7.0米左右,万吨级海轮需候潮通过,并已呈饱和状态;10万吨级的海轮目前在上海港根本无法挂靠,鉴此上海港至今不能成为国际性大港。     

近三十年长江口横沙岛潮滩湿地地貌演变对河口工程的响应

由于人类活动的不断加剧和入海泥沙的日益减少,我国部分河口潮滩湿地已面临严重的侵蚀退化风险,给沿岸城市发展带来巨大威胁,实现河口潮滩湿地的科学管理和合理利用极为紧迫。本研究利用1990—2017年多期长江口深水航道北导堤工程与横沙岛成陆-促淤工程前后区域海图地形数据,使用ArcGIS地理配准、等深线数字化、数字高程模型建立和叠加分析等功能分析长江口横沙岛潮滩湿地地貌、等深线形态与地形冲刷-淤积厚度的时空变化过程。研究结果表明,长江口深水航道北导堤工程与横沙岛成陆-促淤工程的实施,改变了横沙岛潮滩湿地周边水域的水文泥沙动力条件,使得地貌冲淤时空特征发生变化：1）深水航道北导堤工程与横沙岛成陆-促淤工程的实施极大地推动了特征等深线的向外延伸,其中0、2和5 m等深线包络面积年均最大增长率（2009—2013年）分别是工程前（1990—1998年）的42.13、280.73和235.65倍,0~1、1~2、2~3、3~4及4~5 m等深线包络体积整体呈现1990—1998年、1998—2009年、2009—2013年增加,2013—2017年较为明显减少,潮滩湿地"长高不长大"的趋势;2）冲刷-淤积频率特征表现为工程前微淤（1990—1998年）、工程后微淤（1998—2009年）、淤积增加明显（2009—2013年）及微冲（2013—2017年）,长江入海泥沙通量的减少对2 m等深线以深区域的潮滩发育可能产生一定影响。     

径潮动力对长江河口滞流点的影响

为研究三峡蓄水后滞流点的时空变化规律,应用ECOMSED模型模拟长江河口在不同径流、潮流作用下的水流动态过程。结果表明:北支大洪水期下移幅度大,涨潮动力强劲,随潮流变化大;南侧变化幅度整体较北支小,随径流的变化幅度自大至小依次为北港、南槽、北槽;随潮流的变化幅度自大至小依次为南槽、北港、北槽。滞流点随径、潮条件变化时,受地形影响明显,三峡蓄水后,径流变化范围缩小,引起不同地貌单元滞流点范围不同程度的缩小,可据此认为,与滞流点位置一致的最大浑浊带范围呈现减小的趋势,由此可能引起最大浑浊带和地貌调整。     

长江口北支水道萎缩淤浅分析

根据1958～2009年长江口北支水下地形实测数据,基于GIS技术进行计算分析,结果表明：长江口北支水道趋于萎缩淤浅,其发展特征表现在河道宽度缩窄、水深变浅、水域面积减少以及河槽容积缩小;其驱动原因为1955年左右的自然河势调整以及几十年来沿岸人工围垦工程;北支萎缩淤浅造成了水道消亡加速、水沙倒灌风险加大。拟应采取修闸建坝等水利设施,充分利用北支水道的价值,减小其负面风险。     

长江口深水航道治理工程综述

文章概要地介绍长江口深水航道治理工程的规划、勘察、设计和施工情况，对整治方案及主要岩土工程问题略作讨论。