2012年调水调沙期间黄河口水沙扩散途径及范围

以2012年7月调水调沙期间黄河口海域4个连续测站的水文资料为依据,分析研究区海洋动力状况、冲淡水范围及泥沙扩散机理。结果表明:调水调沙期间径流的注入增强了落潮动力;径流在河口向外扩散过程中逐渐被海水掺混成冲淡水,冲淡水大面积扩散,北至38°10'N,东至119°30'E,南至37°45'N。入海泥沙以悬浮扩散方式为主,在近岸区受潮流切变锋阻隔,发生快速沉积。其中受内落外涨锋面阻隔,快速沉积更显著;受内涨外落锋面阻隔,形成通往莱州湾南部海域的泥沙传输通道。从MODIS遥感影像反演的悬沙浓度分布显示,调水调沙期间表层含沙量0.4g/L的水体主要分布在现行河口南部的沿岸带,与冲淡水主要向西北方向扩散不同,而含沙量为0.2-0.4g/L的水体向北扩散范围与冲淡水主体扩散范围较一致。     

2001—2011年黄河入海泥沙分布及其扩散机制

通过对2001年6月、2011年6月黄河口及邻近海域进行水下地形测验,分析了调水调沙10a间入海泥沙的分布及扩散情况。结果表明:黄河泥沙入海后,首先遭遇到入海上层径流与底层海流作用形成的切变锋的第一道拦阻,使66%的入海泥沙淤积在110km2的口门区,然后河口10m水深处潮汐相位差切变锋的第二道拦阻,又导致83%的入海泥沙被阻隔在面积245km2的12m水深节点线以内近岸区域,这两道切变锋对泥沙的连续、强烈"捕捉"是黄河口拦门沙形成的最主要机制。     

黄河口孤东及新滩海域流场调查分析

根据黄河口孤东海堤及新滩海域流场调查实测资料，分析了孤东海堤及新滩海域水文泥沙因子和流场特征及流场与现黄河口海域岸线蚀退的关系。结果表明：黄河口孤东海堤及新滩海域的潮流主要是往复流、不规则半日潮流、沿岸流，潮流椭圆的旋转方向为逆时针；南向流为涨潮流．北向流为落潮流，涨潮流底层流速小于表层流速，落潮流底层流速大于表层流速；余流有定向输送泥沙的特点，对泥沙长距离搬运的作用非常明显，并且余流流速一般为5～6cm／s，余流的方向以北方向为主；海岸区域主要受风浪掀沙、潮流输沙作用，河口泥沙输送于外海，很少扩散到近海岸，海岸处于蚀退状态。     

黄河2009年调水调沙期间河口水动力及悬沙输移变化特征

根据2009年7月黄河第九次调水调沙期间和结束后在黄河口两个站位观测的水文泥沙资料,对调水调沙期间和结束后河口的水动力和悬沙分布特征进行了对比分析,并对潮周期内悬沙输移过程进行了探讨.结果表明:调水调沙期间相比于结束后,落潮动力加强,涨潮动力有所减弱,尤其在水体表层表现明显,河口切变锋类型不同,其出现时间长度亦不同;调水调沙期间含沙量较大,垂向分布较复杂,而结束后含沙量低,垂向梯度变化较小;此外,调水调沙期间河口悬沙在输移过程中以沉降作用为主,并在涨急和落急时刻伴随着底沙的再悬浮,而结束后悬沙浓度降低幅度较大,泥沙再悬浮作用较强.     

地形演变对黄河口切变锋位置及盐度分布的影响

基于FVCOM三维海洋数值模式建立了黄河口水动力模型,通过实测资料对数值模型进行了验证。验证结果表明建立的模型能很好的反映研究区域的水动力特性。利用该模型的数值模拟较好地再现了黄河口切变锋现象,并对两种不同类型的切变锋的形成、传播和持续时间的规律进行了分析研究。利用历年来黄河口地形演变的大致规律对黄河口附近的水下地形进行了演变,发现地形对切变锋形成位置有一定的影响,例如随着地形向外海淤进,切变锋的位置也随之向外海移动。还研究了地形的变化对黄河口海域盐度分布的影响,发现随着地形的演变,低盐度海水分布的范围会随之变大。     

SMS在黄河口水流数值模拟中的应用

利用SMS模型,对黄河口周边大范围海域进行了无结构六点元网格划分,且在口门近岸处做了加密嵌套处理。经隐格式求解水流基本方程,分析了流场分布及其变化规律,结果表明：①SMS模型具有较强的计算功能,可以用于复杂边界及流场的数值模拟。②河口往复流的作用强烈,口门南北两侧存在较大范围的旋涡区,在一定程度上阻止了泥沙向南北方向输运;口门外反向流速梯度及对应的切变锋是黄河河口的特殊水流形态,形成的低速带有效地阻滞了近岸含沙水流向深海的扩散输运。     

黄河口河道演变规律探讨

通过分析黄河口河道在纵剖面、横断面、河型等方面的演变过程,总结归纳出黄河口河道的演变规律。指出:黄河口泥沙在潮汐涨落等因素影响下,河口河道纵剖面逐渐形成台阶状,与此同时,河口滩地横比降逐渐发展为倒比降;河口河道中段由顺直型河道逐渐转为弯曲型河道,而下段仍为相对顺直、游荡型河道。当河口河道中段比降减小到一定程度后,此河段开始漫滩、卡冰、出汊。河口台阶的形成揭示了黄河口流路由单股河道逐渐转为出汊的过程,即黄河口流路由“青壮期”逐渐转为“衰亡期”的过程。延长黄河口流路使用年限的途径是:①尽量减少黄河下游输向黄河口的泥沙量;②采取河口挖沙或人工改汊措施,地点宜选在河口河道的中下段。     

长江口潮流不对称时空分布特征

河口地区的潮流不对称特性对近岸的泥沙输运、地貌改变有着很大的影响。但由于长期且高频的流速或流量数据较难获取,潮流不对称特性的研究较少。利用二维水动力数学模型,模拟长江大通以下感潮河段1 a的动力过程,研究长江口潮流不对称的时空分布规律。结合非稳态调和方法和偏度方法,分析长江口涨落潮流速不对称和涨落憩历时不对称趋势,并进一步分析长江口的粗、细颗粒泥沙运动趋势。研究结果表明:落憩历时更短,有利于细颗粒泥沙向陆运动;径流对落潮流流速的增强作用导致长江口落潮流速大于涨潮流速,有利于粗颗粒泥沙向海运动。研究成果对于明确长江口泥沙运动趋势及潮流不对称的影响有一定参考价值。     

现行黄河口区的水沙动力与汊道演变

近年来黄河入海水沙量持续减少,河口水沙动力和地貌演变出现了新的情势。基于黄河口区实测水文泥沙和利津站水沙数据等,阐述目前黄河口的水沙动力与汊道演变。研究发现,现行黄河口区潮汐存在“潮位一升一降,潮流二次往复,流速四峰四谷”的特征,形成了涨潮北流、涨潮南流、落潮北流和落潮南流4种流动形式,以及近岸与远岸对峙的余流场;河口径流量减少,潮流界和潮区界有所上溯;口门东、北两汊涨落时刻不同步,形成了短时汊道环流。剪切应力计算结果显示,口外悬沙含沙量主要取决于床面的泥沙动态,悬沙含沙量主要受泥沙的沉降和再悬浮控制。口门进出潮水量计算结果显示,口门进潮量北汊大于东汊,而入海水量北汊小于东汊,表明目前北汊趋于衰退,而东汊将逐渐成为径流入海的主汊。     

新入海水沙情势下黄河口的地貌演变

近年来,受流域气候变化和强烈的人类活动干预,黄河入海水沙情势出现了新的变化,河口区地貌演变也随之改变。为了解新入海水沙情势下现行黄河口地貌演变特征,基于利津站水沙数据和现行河口实测水下地形资料,运用统计学方法进行分析研究。结果表明:黄河入海水沙情势由"水少沙多"向"枯水少沙"转变,入海泥沙持续减少,悬沙浓度降低,泥沙颗粒粗化;2002-2015年持续调水调沙的14年间入海泥沙共19.79亿t,其中有8.34亿m~3(13.09亿t)泥沙沉积在现行河口滨海区,而2016年由于水量极枯调水调沙首次中断,河口滨海区大面积蚀退,净蚀退量达0.72亿m~3(1.13亿t),现行河口2～5 m水深平均侵蚀厚度为0.38 m,对入海水沙锐减的响应最为突出;维持现行河口滨海区冲淤平衡的入海泥沙通量临界值为1.3亿t/a,黄河入海水沙情势的改变使河口地貌演变将出现新的态势。     

伶仃洋洪季悬沙分布特征及变化过程分析

根据珠江三角洲伶仃洋河口2003年洪季(7月)潮流、泥沙和盐度现场观测资料,通过对悬沙分布特征及变化过程进行深入分析,结果表明:伶仃洋河口洪季的悬沙浓度在径流、潮流作用下具有明显的潮周期变化,泥沙再悬浮多发生在落急、涨急后1～2小时;在0303站附近形成最大混浊带,在最大混浊带上游段,呈现涨潮优势沙,泥沙净向陆输移,而下游段,呈现落潮优势沙,泥沙净向海输移;泥沙纵向输移机制分析表明,拉格朗日输沙、潮汐捕集输沙和垂向净环流输沙是伶仃洋泥沙运动的主要形式.     

黄河口泥沙输运三维数值模拟Ⅱ--河口双导堤工程应用

黄河口双导堤工程是继国家“八五”攻关项目:“延长清水沟流路行水年限”完成后提出的黄河口治理的重大工程设想。本文利用河口海岸三维数学模型(HEM-3D)对黄河口双导堤工程实施后河口高、中流量条件及低流量与东北风组合条件下的河口泥沙输送过程进行了数值计算。对比不同方案下的计算结果发现,当河口流量控制在1 500m3/s以上时,泥沙可以经由河口双导堤顺畅入海,在潮流作用下向导堤两侧输送,这对疏通河口拦门沙并进一步稳定黄河入海流路能够起到积极的作用。在低流量与东北大风的组合条件下,河口泥沙难以通过双导堤顺畅入海,大部分的泥沙可能会在导堤内部淤积。因此,在目前形势下如何通过水库调度保证充足的入海径流量是工程实施前需要深入研究的重要问题。     

流量调节对长江口潮流不对称的影响

长江上游人类工程的建设使得长江口来水来沙条件发生变化,改变了河口地区洪枯季径流量,并进一步影响潮流不对称特性。而潮流不对称对河口近岸的泥沙输运及地貌演变有着重要的影响。利用二维水动力数学模型对长江口感潮河段进行水动力模拟,研究洪枯季流量调节对潮流不对称的影响。采用非稳态调和方法(NS＿TIDE)并结合偏度指标分析长江口涨落潮流速不对称和涨落憩历时不对称的变化趋势。研究结果表明：潮波在河口的上溯过程中,潮流不对称呈现先增大后减小的趋势。河口枯季径流的提高在加强中下游区域落潮流占优的趋势同时也延长河口大部分区域落憩的历时。主汛期洪峰的削弱加快了中上游区域的落潮流速,缩短了上游区域落憩历时,而潮流流速和涨落憩历时不对称在下游区域则表现出相反的趋势。     

新情势下黄河口演变与整治研究思路

基于黄河口水沙变异的新情况以及经济发展和生态环境建设的新需求,提出新情势下黄河口演变与整治的研究思路。针对目前研究中需要突破的薄弱环节,瞄准国际河口学领域中的前沿问题,采用多学科交叉和多种研究手段,对黄河口开展创新研究。主要研究:黄河口水沙变异特征,尾闾河道枯萎机制及其演变响应,拦门沙演变响应过程及其反馈影响;河口泥沙通量,最大浑浊带、泥沙异重流形成机理,河口海岸淤进、蚀退及其动力平衡机制;黄河口陆海相互作用的整体数模,河口演变趋势与入海流路使用年限;新情势下黄河口治理对策及水土资源优化配置。     

黄河调水调沙14a来河口拦门沙形态变化特征

黄河水沙入海上层径流与底层海流作用形成的切变锋锋面拦阻,是河口拦门沙形成的重要动力机制,黄河口拦门沙地形监测是监控这一动力机制作用变化结果的重要手段。通过对2001年6月—2015年8月多测次黄河口拦门沙水下地形测验,明确了黄河调水调沙以来14 a间黄河口拦门沙464.08 km~2海域淤积量为14.88亿t,占期间利津入海泥沙的75.6%;同期河长最大延伸8 km,造陆61.55 km~2,年均4.40 km2;1 m等深线14 a间淤进面积为54.10 km~2,年均3.86 km~2,最大向外推进8 km;通过勾画4个阶段黄河口拦门沙海域冲淤演变特征,着重分析了河口拦门沙地形测验应改进的问题,最后形成了黄河口拦门沙地形测验站网优化设计。     

黄河口演变与流路稳定综合治理研究

简要回顾了黄河口演变与治理研究现状,结合黄河口面临的入海水量锐减、单一流路长期行河和小浪底水库的调节运用等新情势,提出在流路演变、岸线变化、关键技术和方案措施方面的近期研究目标。重点突破四大关键科学技术问题——尾闾河道出汊机制、海岸形态对陆海动力响应、河口流路演变多时空尺度混合模拟和河口流路水沙调配。明确六方面研究内容——黄河口尾闾出汊的孕育过程及触发机制、黄河口流路演变过程的动力机制及流路稳定的指标体系、黄河三角洲海岸演变过程与动力机制、黄河口演变的多时空尺度混合模拟技术、清水沟流路水沙通量调配技术与示范、稳定百年的黄河口入海流路方案与治理措施等。项目成果可以为黄河口综合治理和黄河三角洲高效生态经济区建设提供技术支撑。     

海狸1600型挖泥船进行黄河口门疏浚施工试验分析

1黄河口门疏浚试验工程概况黄河河口是世界上淤积延伸最剧烈、最复杂的地区。黄河挟带大量泥沙到达河口,因入海口水面拓宽、流速减缓,潮汐顶托,咸淡水混合加之泥沙絮凝作用,使泥沙迅速沉积口门,形成拦门沙。拦门沙质地坚硬,俗称“铁板沙”,常以浅滩的形式出现,一般顺河流轴线长5～6km,横向范围6～7km,高于内河道1m左右,是行凌泄洪排沙的主要障碍,也是造成河口流路不稳的重要因素。利用船舶机械疏浚拦门沙是国际治理河口惯用的方法。但黄河含沙量高,河口边界条件复杂,其它大江大河的河口治理经验无法直接指导黄河口治理。为探索黄河口拦门沙…     

黄河口演变模型研究

根据黄河入海水沙通量变幅、调水调沙及河口综合治理的要求,对现有黄河口演变模型进行了综合研究.认为:从系统分析的角度看,河口演变是一个动态反馈过程;目前的统计模型和数学模型分别基于黑箱和白箱建模,均不能在恰当的时空尺度上对河口演变实现有效预测;基于灰箱系统建立河口演变动态反馈模型,可以真实地反映和预测河口演变过程,为河口治理提供技术支持.     

黄河口水下地形等深线的提取及其演变分析

水下地形等深线是水深常用的表达方式,可以反映某一水下区域整体地形情况,传统的水下地形等深线的提取方法都是采用已有的软件进行手工操作,自动化程度较低.本文基于黄河口水下地形监测点数据,采用ArcGIS Engine二次开发组件和C#语言相结合的方法,实现了黄河口口门近海区域典型年份水深线的自动提取,在此基础上,对黄河口新口门附近水下地形的冲淤演变特征进行了研究,结果表明:黄河口清水沟流路自1996年改走清8汊河已10余年,黄河口新口门附近的海域由于入海泥沙的沉积扩散,海域地形发生了非常大的变化,黄河口新口门水下地形呈椭圆形分布,椭圆长轴不超过15km,短轴不超过10km,说明黄河入海泥沙的沉积分布,除了新口门的大量淤积和老口门的剧烈冲刷外,其余大部分区域的冲淤厚度都在1m以内.     

黄河口新口门水下三角洲演变特征

黄河口新口门水下三角洲的发育演变影响到国土资源的增长与流失,影响到胜利油田海上油气开发变为陆上开发的战略,影响到黄河三角洲湿地生态系统的保护,其研究的开展具有重要的实际指导意义。现通过采用实测资料分析的方法,对黄河口新口门附近水下三角洲冲淤演变特征进行了研究,研究结果表明:黄河口清水沟流路自1996年改走清8汊河已10余年,黄河口新口门附近的海域由于入海泥沙的沉积扩散,海域地形发生了非常大的变化,通过运用AutoCAD、Surfer等软件对黄河口新口门地形分析可知,黄河口新口门水下三角洲平面呈椭圆形分布,椭圆长轴不超过15 km,短轴不超过10 km,说明黄河入海泥沙的沉积分布,除了新口门的大量淤积和老口门的剧烈冲刷外,其余大部分区域的冲淤厚度都在1 m以内。