基于遥感反演的珠江河口表层悬沙浓度分位数趋势分析 *

利用中分辨率成像光谱仪(moderate resolution imaging spectroradiometer, MODIS)一级产品并结合航次数据, 反演2003—2015年间珠江河口表层悬浮泥沙浓度(suspended sediment concentration, SSC), 分析其分位数长期变化趋势并探讨其影响因素。结果表明, 珠江河口SSC呈总体下降趋势, 平均下降速率约为1.03mg·L ^-1·yr ^-1。口门外以及河口东北部区域平均SSC下降更快, 最高可达约4.0mg·L ^-1·yr ^-1。总体上, 珠江河口SSC高值下降速率大于低值, 且存在空间差异性。低值下降趋势显著地区主要分布在淇澳岛北部的口门外区域, 其SSC大小值之间的差异逐年增加; 而高值下降速率快的地区主要分布在虎门口、龙穴岛东南岸以及东航道附近水域, SSC每年大小值差异呈减小趋势。珠江河口SSC分位数趋势受径流输沙量、河口地形变化以及风的影响。由水库修建所致的上游输沙量减少导致淇澳岛北部口门外区域SSC的低值部分显著下降。虎门口、龙穴岛东南岸以及东航道附近水域的加深使得这些区域SSC高值部分下降显著, 而西滩区域的变浅使得冬季潮汐混合减弱, 导致SSC高值部分下降趋势显著。此外, 由风速下降引起的表层风混合减弱也是导致西滩南部SSC高值下降趋势显著的原因之一。     

珠江磨刀门河口枯季叶绿素a环境因子驱动分析

【目的】分析珠江磨刀门河口浮游植物叶绿素a及其驱动因子的潮周期变化,并揭示叶绿素a的环境影响机制。【方法】基于珠江磨刀门河口2017年枯季(1月13-20日)水文水质多要素同步观测数据,采用主成分分析(PCA)和结构方程模型(SEM)确定浮游植物叶绿素a与多个环境因子的关系并量化各因子的驱动作用。【结果】磨刀门水道浮游植物叶绿素a浓度变化范围为0.77～10.92μg/L,口门处变化为0.70～9.01μg/L,磨刀门河口动力驱动下浮游植物叶绿素a的潮周期差异显著。盐度、含沙量和氮磷营养盐亦随潮汐涨落差异显著,而水温无明显潮周期变化。【结论】外海水团对氮营养盐的稀释混合作用强于磷营养盐,而悬浮泥沙对磷营养盐的吸附作用强于氮营养盐。与氮营养盐相比,溶解态磷相对不足,限制磨刀门河口浮游植物的生长。径流(营养盐、悬沙等为代表)、潮流(盐度为代表)对河口浮游植物的影响机制不同,其中氮磷营养盐和水温起着直接作用,而悬沙和盐度间接影响浮游植物叶绿素a的变化。     

胶州湾西北部沉积物中重金属元素分布特征及评价

研究了胶州湾西部大沽河口附近沉积物中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn等7种重金属元素含量在平面和垂向上的分布特征。研究表明,表层沉积物化学要素性质与沉积环境密切相关,重金属元素高值区主要分布在三角洲侧缘、前三角洲等泥质发育区,而低值区主要在分流河道、河口沙坝发育区。重金属元素的垂向变化特征表明沉积物环境质量总体上变化不大,仅Hg元素有逐渐富集规律,但在某一事件沉积过程中沉积物的环境质量有较大的变化。从平面分布特征分析,大沽河对胶州湾沉积物中重金属元素的贡献不及湾东部主要的排污河流,但在不同区域的不同沉积环境中重金属含量有相应的变化,在对全区进行含量对比以及污染源的分析时应考虑沉积环境和沉积相的影响。用地质累积指数对表层沉积物环境质量进行评价,结果显示沉积物主要受到Pb,Zn的污染,但污染程度较轻,沉积物环境质量总体较好。     

钱塘江河口围涂对杭州湾风暴潮影响数值模拟

应用二维水动力模式Mike21对钱塘江河口治江围涂对杭州湾风暴潮的影响进行了数值模拟。首先采用概化地形做了围涂对风暴潮影响的主要因素分析,然后采用实际地形计算极端工况和百年一遇工况条件下已有围涂前后风暴潮的变化,最后对今后规划围涂所造成的影响进行了预测。结果表明,围涂引起的平面边界改变是影响杭州湾风暴潮的主要因素,围涂引起的地形抬升的影响是次要因素;已有围涂使杭州湾极端风暴高潮位抬升1.85~0.09 m,抬升幅度由湾顶向湾口递减;规划围涂后,杭州湾风暴高潮位总体抬升,抬升值最大的湾中部为0.25 m。     

磨刀门河口近期水文动力变化及人类活动对其影响研究

分析磨刀门河口近几十年来水文动力的变化并重点研究围垦和挖沙这二类人类活动对水文动力变化的影响。磨刀门河口近期水文动力的变化主要表现在:水位升高,主干分流比加大,断面平均流速增大;潮汐动力20世纪607、0年代至90年代初明显减弱,潮差减小,主要分潮振幅变小;20世纪90年代初至21世纪初,潮汐动力增强,潮差增大,主要分潮振幅变大,涨潮量增大。围垦加速了水位的抬升,改变了河口的径流和涨潮量分流比,使河口的断面平均流速增大,减弱了河口的潮汐动力。挖沙使河口潮汐动力增强,降低了水位上升的速度。     

有限元联解方法在珠江河口水动力研究中的应用

总结了河口二维模型与河网一维模型联解的计算方法的优缺点,借鉴弹性力学中利用有限元法通过固结杆件与块体的连接结点实现两构件组合计算的思路,提出有限元联解方法,实现珠江河网与河口水动力整体求解.应用研究表明,该方法合理,计算结果较理想.     

中国河口研究五十年: 回顾与展望

提要过去50年中国的河口研究取得了巨大的成就。在理论研究方面,一个显著的特征是动力、沉积和地貌研究相结合,取得了一系列的成果,如河口冲淡水、河口锋、最大浑浊带、泥沙运动、拦门沙的形成、河口不连续现象、河口发育等。在应用方面,如钱塘江河口和长江河口等有许多成功的范例。然而,河口是复杂的,随着人类活动和人工控制的增强,当前河口研究面临着许多新的挑战,人类活动已成为第三驱动力,河口的自然适应与人工控制协调问题将是河口未来理论研究和应用实践的重要问题。     

基于ADV声学泥沙反演与扩散机制分析

利用座底三脚架观测系统于2012年洪季对珠江黄茅海河口湾底边界层沉积动力过程进行了系统观测,建立了基于现场ADV探测的高频泥沙声学反演方法,分析了泥沙浓度、泥沙扩散通量及泥沙扩散系数随潮汐变化的特征,探讨了泥沙再悬浮的湍流猝发机制。泥沙浓度、泥沙扩散通量、涡动扩散系数及泥沙扩散系数具有明显的潮汐变化特征,主要表现为急流时较大、憩流时较小。泥沙沉降速度与泥沙浓度之间的幂函数关系可以很好地描述潮周期内沉降速度的变化。湍流猝发过程中,喷射和扫射事件是泥沙垂向扩散的主要动量来源,大振幅的猝发事件对泥沙垂向扩散具有决定性影响。     

珠江河口潮能收支研究

Tidal energy budget in the Zhujiang(Pearl River) Estuary(ZE) is evaluated by employing high-resolution baroclinic regional ocean modeling system(ROMS). The results obtained via applying the least square method on the model elevations are compared against the tidal harmonic constants at 18 tide stations along the ZE and its adjacent coast. The mean absolute errors between the simulation and the observation of M_2, S_2, K_1 and O_1 are 4.6, 2.8, 3.2 and 2.8 cm in amplitudes and 9.8°, 15.0°, 4.6° and 4.6° in phase-lags, respectively. The comparisons between the simulated and observed sea level heights at 11 tide gauge stations also suggest good model performance. The total tidal energy flux incoming the ZE is estimated to be 343.49 MW in the dry season and larger than 336.18 MW in the wet season, which should due to higher mean sea level height and heavier density in the dry season. M_2, K_1, S_2, O_1 and N_2, the top five barotropic tidal energy flux contributors for the ZE,import 242.23(236.79), 52.97(52.08), 24.49(23.96), 16.22(15.91) and 7.10(6.97) MW energy flux into the ZE in dry(wet) season, successively and respectively. The enhanced turbulent mixing induced by eddies around isolated islands and sharp headlands dominated by bottom friction, interaction between tidal currents and sill topography or constricted narrow waterways together account for the five energy dissipation hotspots, which add up to about 38% of the total energy dissipation inside the ZE.     

河口三维流动数学模型研究进展

回顾了近年来国内外河口与海岸三维水动力学数学模型研究的新进展,着重讨论了三维水动力学数学模型研究中的若干基本问题。对河口三维潮流和密度流问题而言,其基本方程已经基本解决,但是在风暴侵袭期间,多种尺度的动力因素同时存在,建立其合理的流动模型是一项重要的基础性工作;尽管已有一些成功的河口三维流动数学模型,但是寻求基于并行计算技术的数值模拟系统将是值得努力的方向。此外,河口大规模动边界和漫滩水流的模拟仍有待作进一步研究。