数值分析长江口深水航道上段淤积的原因

目前,长江口北槽深水航道上段淤积较为严重,对航运产生了不利的影响.本文利用Delft3D-FLOW建立了长江口二维潮流的数学模型,并利用实测潮位、流速及流向资料对模型进行了率定和验证,模型计算结果与实测数据符合较好,该模型较好地反应了深水航道工程后长江口的水动力情况.根据模型计算结果,特别是南、北槽上河段主河道流速沿程变化过程、横沙通道涨落潮流量、南北槽分流比,对北槽深水航道上段淤积原因进行了分析,北槽沿程流速远小于南槽沿程流速,尤其横沙通道以上北槽河段流速更小,而且横沙通道涨、落潮量均较大,削弱了北槽和南港之间的水体交换,从而加强了泥沙在北槽深水航道上段进口段的落淤.     

长江口深水航道治理一期工程实施前后北槽最大浑浊带分布及对北槽淤积的影响

以长江口深水航道治理一期工程实施前后的水文同步测验资料、浮泥观测分析资料、水下地形测量资料以及航槽回淤统计资料等为依据,首次对北槽深水航道一期工程实施前后最大浑浊带的分布规律进行系统总结和分析,研究评价了北槽最大浑浊带的分布对北槽航槽淤积和拦门沙地形发育的影响,研究成果可为北槽深水航道治理二、三期工程的顺利实施提供参考,同时澄清一些认识。     

长江河口九段沙近期冲淤演变过程研究

1998年以前,九段沙是一个人类活动干预很小的天然河口江心沙洲。北槽深水航道治理工程建设,使九段沙头部和北边界基本固定,南北槽分流分沙比改变,水沙交换减少。同时,随着流域来沙和河口河道底沙来源减少,近期九段沙冲淤演变发生新的变化。如今的九段沙0m水深线包络体在不断地淤高扩宽。上沙沙头迅速淤涨,并越过南导堤向北偏伸入北槽,沙尾则快速向南槽延伸,并与南导堤和中沙之间形成新的涨潮沟通道;九段沙南北侧由于冲淤不均其水边线形态出现明显不规则变化,下沙尾部东南端冲蚀,东北端淤涨,沙洲长轴线逆时针转动,但洲体整体位置摆动极小。作为国家级自然保护区,其上沙沙尾的快速延伸和沙洲南侧局部冲淤不平衡须引起重视,确保九段沙沙洲整体稳定。     

长江口盐水入侵对海平面上升的响应特征

基于MIKE3软件建立了潮流作用下长江口三维水动力及盐度输运数学模型, 采用实测潮位、流速、流向以及盐度资料对模型进行了验证。运用验证好的数学模型对海平面上升后长江口枯季盐水入侵进行了模拟, 从而分析海平面上升条件下长江口枯季盐水入侵的响应特征, 得出以下结论:海平面上升1 m后, 北支上段、南支、南北港以及南北槽的盐度均上升, 南支平均盐度均超过0.45 psu, 北支中下段的盐度却明显减小;海平面上升后潮汐的作用更强, 北支下段底层层化现象减弱, 北支径流动力增强, 表层层化现象增强, 表层Richardson数达150;南槽Richardson数底部减小, 表层增大, 但垂直结构趋势变化不明显。     

长江口洪季水动力对海平面上升的响应特征

考虑到海平面上升对长江口水动力构成的严重威胁,该文基于MIKE21软件建立了长江口二维水动力数学模型,采用实测潮位、流速以及流向资料对模型进行了验证。对相关文献和IPCC报告进行总结归纳,得到2100年海平面保守上升值约为0.5 m。运用验证好的数学模型对海平面上升0.5 m后长江口洪季水动力进行了数值模拟。计算结果表明:海平面上升后,涨潮时间增长,落潮时间缩短;海平面上升0.5 m后,长江口南北支、南北港以及南北槽高潮位增加了0.43 m–0.46 m,高潮位增幅沿程向上减小,北支上段涨潮动力受阻较明显(潮位增幅较大);海平面上升0.5 m后,北支流速增幅比南支大,北支上段落潮流量增幅达82.8%,对北支水道的发展有利。总体而言,海平面上升对目前长江口沿岸的标准构成了一定威胁,但对已经衰退的北支水道有利。     

近十年来台风诱发长江口航道骤淤的初步分析

台风诱发航道骤淤已成为长江口航道淤积的主要表现形式之一,一定程度上威胁长江口航道的安全运行和上海国际航运事业的发展。根据现场实测资料,初步分析了近十年来多次台风期长江口北槽航道骤淤变化特点和规律,探讨了台风诱发北槽航道骤淤的主要影响因素及其内在机理,并提出了防治航道骤淤的有关建议。结果表明,每年台风造成的航道骤淤量在200～800万m3左右,对航道年回淤总量的贡献率在4%～50%之间不等;航道骤淤程度会随航道维护水深的增加而有所增强;航道骤淤分布呈时间和空间均相对集中的特点。分析还表明,台风诱发北槽航道骤淤分布与长江口深水航道治理工程建设引起的水沙动力和河床环境变化是相适应的,而较大的航道骤淤量还与台风期间泥沙来源种类的增加有关。     

Hydrodynamic and morphological processes in Yangtze Estuary: State-of-the-art research and its applications by Hohai University

This paper presents a review of the state-of-the-art research and its applications developed at Hohai University relating to the hydrodynamic and morphological processes in the Yangtze Estuary.Longitudinal, lateral,and horizontal flow circulations have been revealed based on the measurements with acoustic Doppler current profilers (ADCP).The hydrodynamic mechanism at diversion points as well as the changing patterns of flow and sediment flux in the Yangtze Estuary has been investigated through long-term data analysis.A field survey has been carried out to detect the saltwater intrusion from the North Branch to South Branch. Different numerical models of flow motion, sediment transport, and saltwater intrusion have been developed to simulate the complicated processes and to evaluate the effects of engineering projects. The morphological processes of wetlands over a time scale of decades have been analyzed with an established database. Ideas for further research on the bio-geomorphological model system and long-term evolution mechanisms are put forward.     

长江口深水航道治理一期工程前后泥沙运动特性初步分析

利用长江口徐六泾、横沙和佘山三站三年逐日表层含沙量、盐度和气象观测资料，以及北槽河段沿线含沙量洪、枯季准同步观测资料，对长江口深水航道治理一期工程实施前后北槽河段含沙量沿程分布规律和垂向变化特征，以及滩槽泥沙交换的机理进行了分析。结果表明：北槽河段高含沙区分布位置在一期工程后适量下移；风浪对浅滩泥沙的掀动作用和滩槽问泥沙交换是造成工程区河段含沙量增加的主要动力因素；滩槽泥沙交换及输移途径取决于滩槽间流场变化，南北导堤在二期工程继续下延后，将进一步削弱滩槽泥沙交换量，有利于对深水航道的维护。     

长江口深水航道治理一期工程实施对南槽冲淤演变的影响

根据长江口深水航道治理一期工程开工以来南槽的多次地形资料和分流比资料,详细分析了一期工程实施以来南槽河床的冲淤变化。结果表明:随着一期工程的实施,南槽上段的水流动力不断增强,河床刷深,深槽展宽。南槽中、下段受南槽上段冲刷、底沙下泄的影响,曾出现阶段性的淤积,但随后河床水深便得以恢复。1998-2003年南槽上段共冲刷近0.85亿m3泥沙。一期工程完成后,南槽上段和中、下段季节性冲淤规律不同,上段洪冲枯淤,中、下段洪淤枯冲,季节性冲淤幅度通常都在0.7m以内。南槽南、北两侧的南汇东滩和江亚南沙在淤涨的同时,也分别呈现出洪冲枯淤和洪淤枯冲的季节性变化规律。     

PROMOTING SILTATION EFFECTS AND IMPACTS OF HENGSHA EAST SHOAL ON THE YANGTZE RIVER ESTUARY

For the Hengsha East Shoal Promoting Siltation Project in the Yangtze River Estuary,this work developed a formula for calculating sediment carrying capacity based on variable coefficients and a mathematical model for suspended sedimentation using variable saturation recovery coefficients.Not only does the model yield good verification,preferably give the hydrodynamics and the sediment concentration,but also reach a good agreement between the simulation results and the measured topographical changes in the promoting siltation zone of the Hengsha East Shoal.Moreover,this article proposes a method for examing the net sediment transportation flux by tide for studying the effects of the project of promoting siltation and comparatively analyzes the current siltation of the Hengsha East Shoal and siltation mouth layouts,entrance widths,entrance bottom elevations,and the impact of the South Main Dike on promoting siltation through calculating the net sediment transportation flux by tide over the fixed bed and the direct movable bed numerical simulations.The results are in good agreement with each other,indicating that the method for calculating the net sediment transportation flux by the tide is also useful for assessing the project in promoting siltation.Finally,we use the modeling results to analyze the water and sediment diversion ratios and the changes in silting and scouring in riverbeds and draw the conclusion that the completion of the Hengsha East Shoal Promoting Siltation Project would not adversely affect the Yangtze River Estuary Deepwater Channel Project.     

对长江口深水航道治理工程中若干问题的思考

长江口深水航道治理工程对南北槽分流口及北槽进行大规模河口整治,至 2010 年已分别完成了一期、二期和三期工程,使长江口航道水深分别达到 8.5 ,10.0 ,12.5 m 的治理目标。但从二期 10 m 水深的维护开始,尤其是 2006 年三期工程开工以来,航道的维护疏浚量（包括三期施工期回淤量）急速上升,且回淤沿航道的分布极不均匀;2009 年加长了大部分丁坝,意图提高回淤集中航段的落潮流速,刷低滩面,减轻回淤,但效果不显著。为此,总结长江河口深水航道治理工程实施过程中出现的河口河槽演变若干问题,研究整治建筑物对北槽河槽形态、沿程水沙条件和地形的影响,初步分析造成高回淤量的原因,并从理论和方法上对河口治理工程进行了初步归纳,对长江口综合整治开发具有借鉴意义。     

长江河口南槽近期滩槽水沙输移特性分析

为了深刻认识近期长江河口演变趋势,依据2005,2006年和2010年长江口南槽滩槽洪枯季实测水文泥沙数据,分析了主槽与浅滩的水动力条件及悬沙浓度的时空分布特征。利用机制分解法,研究了河口滩槽间泥沙输移及交换机制。研究结果表明,长江口南槽主要以往复流为主,落潮流速大于涨潮流速。随着水深变浅,水流流速过程线存在差异,使不同区域的水流挟沙能力和输沙过程不同。输沙以平流项输沙通量为主,但潮泵作用在南槽地区泥沙输移中也占有重要地位,形成"主槽出沙、浅水进沙"的输沙模式,促使南汇边滩前缘缓慢淤涨。     

长江口北槽洪季断面流速分布与泥沙输运特性

为了解长江口北槽涉水工程对该区域水沙条件的影响,利用2009年8月北槽4个同步走航断面的水文泥沙资料,根据通量守恒原理,采用横向均匀、垂向时变的网格,经过时间插值、空间插值和投影的方法,将数据统一到计划断面,对北槽坡槽的水流结构分布特征及泥沙输运特性进行了分析。结果表明:北槽南、北边坡和深槽的涨落潮流速具有不同步的特征,南、北边坡先涨先落、深槽后涨后落,平流项输运和潮泵效应是北槽泥沙输运机制的主要影响项;北槽悬沙在深槽和南边坡向海输运,而在北边坡则是向岸输运,这种局部差异可能是北槽拐弯段北边坡淤积严重的重要原因之一。     

长江口河势近15年变化特征及其对河口治理的启示

1998年长江口深水航道治理工程实施以来,开展了常年定期的长江口河势跟踪监测分析工作。基于此,从宏观角度系统分析和总结了长江口河势近15 a来的总体变化特征,并探讨了河势演变特征对后续河口治理开发的若干启示。结果表明:近15 a来长江口河势变化整体仍符合陈吉余等1979年提出的河口历史发育模式;长江口深水航道治理工程、青草沙水库等重大涉水工程建设对稳定“三级分汊、四口入海”的河势格局起到了重要作用;在2007年之后长江口河床冲淤调整程度总体趋于放缓,年内冲淤变化受径流过程影响仍较明显。从河势发展的角度看,未来长江河口的治理开发,须继续遵循河口向东南方向的演化趋势,综合考虑河口开发的相互影响,以及加快长江口综合整治开发等规划的实施步伐。     

基于非结构网格的长江口横沙东滩新陆域数值模拟

为探讨长江口横沙东滩新陆域不同成陆方案对长江口北槽水动力条件的影响,基于CJK3DWEM模型,建立了新陆域数学模型,划分计算水域三角形单元138 281个,网格边长平均约150.0 m。计算结果表明:横沙东滩新陆域形成后,北港上断面、南槽下断面落潮分流比略有减小,分流比变化均在1.00%以内;南港河段、北槽中上段涨落急流速不同程度增加,增加幅度为5~15 cm/s;北槽下段涨落急流速略有减小,减小幅度为5~10 cm/s;北港沿程落急流速有不同程度减小,减小幅度为5 cm/s左右;工程区北侧和南侧高潮位降低,低潮位变化相对较小,原因在于圈围工程主要布置在横沙东滩高程-5.0 m以上浅滩区域,圈围后明显阻隔了涨潮漫滩流。     

长江口整治工程对分水分沙年际变化的影响分析

为了研究长江口深水航道整治工程对水文泥沙过程的影响规律,基于1998~2009年长江口南北港、南北槽的水沙测验资料,分析了整治工程引起的南北港、南北槽分流分沙变化。结果表明,整治工程的实施对南北港涨落潮分流分沙比、净泄潮量及净泄沙量影响不大。一期工程的实施后,北槽落潮分流、分沙比减小,南槽落潮分流、分沙比增加;二期工程实施中,南北槽的落潮分流、分沙比均保持在较为稳定的状态;随着三期工程的实施完毕,南槽的落潮分流、分沙比持续增加,北槽的落潮分流、分沙比呈减小的趋势。     

长江河口悬沙浓度变化特征分析

2003年2、7月在长江口进行了枯、洪季大规模综合水文观测,本文以此次观测资料为基础,采用数理统计、水文学等方法以江阴-南通-徐六泾-南支-南港-南槽(北槽)的格局对长江河口悬沙浓度的时空变化特征进行了分析研究。分析结果表明:(1)徐六泾节点至江阴潮流界河段主要受径流影响,悬沙浓度比较稳定,而在徐六泾以下多级分汊区段,由于各汊道的分流比等因素的不同,悬沙浓度的分布也存在着差异;(2)悬沙浓度受径流、潮流作用影响具有明显的季节变化,潮周期变化;(3)涨、落潮悬沙浓度大小与流速大小密切相关,但存在着一定的滞后性;(4)单宽输沙量在时空上存在着复杂的变化;(5)在长江口南北槽拦门沙最大浑浊带中,泥沙的再悬浮过程比其他河段复杂多变,同时也存在着一定的规律性、周期性。     

径流量变化对长江口北槽最大浑浊带影响分析

长江口属巨型多级分汊河口,由于受中等强度潮汐及季节性变化明显的径流共同作用,其动力-地貌物理过程十分复杂。研究了长江口北槽最大浑浊带水沙动力与大通径流量的响应特征。聚焦于径流变化对河口最大浑浊带的三重作用:一是水流起悬能力增强;二是泥沙输运能力增大;三是在河口最大浑浊带这个特殊区域,由于河流效应,还会引起河口环流增强及底部向陆方向的输运能力增加。实测资料和数学模拟结果表明:对于长江口而言,径流越大,小流速的滩地由于动力增加而含沙量会越大;但主流区由于流量增加的三重作用,最大浑浊带含沙量并非单向增大,而是最大浑浊带含沙量在上游流量为30 000~40 000 m3/s时达到最大。本研究定量分析了不同径流条件下河口泥沙悬浮状态,可为长江口水域相关水土资源开发利用、生态环境保护及航道疏浚维护等工作提供参考。     

长江口深水航道的选择及其治理原则

在长期系统研究的基础上，分析对比了长江口的水流动力、泥沙运动和河床演变等各种条件，选择了北槽作为长江口深水航道先予治理，确立了符合长江口实际情况的治理原则．长江口深水航道一、二期治理工程的实施，已取得了良好的治理效果和巨大的经济效益．     

长江口北支近期水流泥沙输移及含盐度的变化特性

为了保障长江口北支的航运功能,满足沿江两岸引排水需求,对20世纪70年代以来长江口水文观测资料进行分析.结果表明:近期北支分流比持续减少,涨潮分流比大于落潮;洪、枯季涨落潮分沙比呈减小之势,且均大于相应的分流比.近年来,泥沙倒灌南支现象有所减弱;北支河段受径流影响逐渐减小,主要受潮流作用影响,但随着下段喇叭口逐渐收缩,...