流域水沙变化和人类活动对长江口河槽演变的影响

基于1998—2016年长江口系列水下地形等有关资料,研究了流域减沙和人类活动对长江口河槽冲淤演变的影响趋势。结果表明:近20年长江口滩槽格局总体稳定,但南支以下河槽呈现由净淤积向净冲刷转变,口内的河槽冲刷、容积扩大,口外的航道拦门沙浅滩长度缩短。河口边滩圈围、江中沙洲人工守护及三峡工程的拦洪消峰作用促使长江口滩槽格局的稳定,而流域来沙减少与河口促淤圏围则促进南支以下河槽由净淤积向净冲刷转变。2002—2003年基本为长江口南支以下河槽冲淤转变的分界点,河口冲淤转变对应的流域年输沙量临界值约2.54亿t。未来,长江流域来沙量可能长期维持在临界值以下的较低水平,长江口将呈现岸滩槽地貌格局稳定条件下的缓慢冲刷趋势。     

1958年以来长江口南、北支河段河床演变及影响因素研究

根据1958—2019年长江口实测地形数据,对南、北支河段河床边界、河槽容积和河床冲淤等河床演变要素进行了计算分析。结果表明,从1958年至2019年,南、北支河段河床演变具有一定规律性:(1)岸线边界变化趋势表现共性,均遵循岸线内缩延展,河道面积逐渐缩小的变化规律。(2)冲淤演变差异明显,南支时间上整体趋于冲刷,分阶段冲淤交替,1998至2019年表现为持续冲刷;空间上整体表现为滩淤槽刷的特点。北支则整体趋于淤积,河道不断萎缩。(3)河槽容积变化表现一定相关性,2 m以深南、北支河槽总容积在84.76亿m3上下小幅波动,基本维持稳定,2019年比1958年仅增加4.1%。南、北支河段的河床演变受径流和外海水沙变化及人类工程活动综合影响,随着南、北支河段断面形态、滩槽格局及流域来沙的渐趋稳定,河床演变整体向平衡稳定方向发展。     

近百余年来长江口南支水下地形演变特征分析

长江口是我国最大的河口,监测数据有限且水沙变化和水下地形演变复杂,开展长江口各分区演变规律、演化趋势和影响因素研究至关重要。利用长江口南支1861～2013年间7个年份地形数据,建立了近百余年来长江口南支的水下地形数字高程模型(DEM),探究长江口南支整体冲淤演变规律、不同子研究区冲淤变化时空差异、典型断面发展演变特点,并从自然演化和人为活动干预角度分析了特大洪水、径流输沙、人类活动等因素对研究区水下地形演变的影响。结果表明:①长江口南支在1861～2013年间整体处于冲刷状态,呈现淤积-冲刷-淤积-冲刷的变化过程,各子研究区的冲淤变化存在明显的时空差异特征,只有崇明浅滩淤涨不断。②1861～2013年间,南支上段沙洲、槽沟摆动频繁,冲淤变化较为复杂;南、北港经历了一系列主次更替的变化过程;横沙东滩呈现上段冲淤变化不定、中段先冲后淤、下段相对稳定的演变特点;九段沙表现为不断淤高扩宽且下延的趋势。③长江口南支的演变是自然演化和人类活动共同作用的结果,1861～1958年,南支水道的冲淤变化主要以自然演化过程为主;1958～2013年,流域人类活动引起的长江来沙减少及口内工程建设对南支冲淤演变的影响显著。研究成果可为长江口的治理规划提供技术支撑。     

近期长江河口主槽冲淤过程与沉积物分布及变化特征

利用长江口人类活动强干扰下的海图水深数据及河槽表层沉积物资料,探讨近期长江河口主槽冲淤变化与沉积物分布特征,研究结果表明,在流域来水量变化不明显,来沙量锐减的情况下,长江河口段中上游主槽整体上处于微冲刷环境。而又受深水航道治理工程的影响,局部河段主槽出现淤积,沉积物粒径也发生相应的变化。其中,南支下段宝山水道总体上受到冲刷,沉积物枯季变细,洪季变粗;南槽航道上段、北港航道和横沙通道均受到冲刷,沉积物均逐渐变粗;南港航道、与北槽过渡河段的圆圆沙航槽和北槽航道主槽淤积,沉积物均逐渐变细,且三者的淤积均由航道回淤造成,南港航道回淤的沉积物粒径最粗(0.12mm左右),圆圆沙次之(0.07mm左右),北槽最小(0.02mm左右)。     

黄河下游漫滩洪水淤滩刷槽基本规律分析

通过分析黄河下游11场典型漫滩洪水的资料,探讨了发生漫滩洪水时滩槽水沙的交换模式及淤滩刷槽的机理。结果表明:1花园口—利津河段滩地淤积量随着花园口站来沙量的增大而增大,滩地淤积量越大,相应河段主河槽的冲刷量越大;211场典型漫滩洪水过程中,除1953年第二次大洪水槽滩均发生淤积,1988年、1996年主河槽冲刷量占滩地淤积量的比例较低外,花园口—利津河段主河槽冲刷量基本上为滩地淤积量的65%~99%;3漫滩洪水全断面冲淤量随含沙量的变化趋势与不漫滩洪水主槽冲淤量随含沙量的变化趋势基本一致。     

长江口口内河段冲淤演变特征及控制因子分析

基于1958-2015年间多个年份实测地形资料,定量分析了长江口口内河段的冲淤演变过程,结果表明:该河段经历了剧烈的河势调整,深槽冲刷、浅滩淤积为主要特征,其中20世纪80年代尤为显著,之后整体河势趋于相对稳定。冲淤量从净淤积向净冲刷转换,与河流来沙量的变化趋势一致,5～15 m水深范围内对来沙量的变化最敏感。洪水事件和特枯水文年对河槽冲淤量的影响同样显著,包括20世纪90年代的连续洪水年、2010年大洪水及2006年特枯水年。     

人类活动影响下磨刀门河口的泥沙输运沉积

磨刀门河口的自然演变进程深刻叠加了人类活动的影响,河口的地貌演变、水动力特征和泥沙输移沉积、底床冲淤趋势等发生显著变化.对围垦滩涂和修建治洪导堤两个主要人为治理措施的影响进行分析,得出整治前的磨刀门河口深槽水流散漫、泥沙漫滩沉积的状况得到改变,治理后河口的干支水道格局明确,水沙归槽输运,其中磨刀门水道因河槽束水束沙,径流输运显著,河槽呈现冲刷、延长的趋势;洪湾水道和白龙河水道亦河槽断面窄化、深化;磨刀门河口呈现出向外海延伸发展的趋势.     

长江口南港河槽容积变化特征分析

根据长江口南港河段历史地形资料和1997—2011年4次固定断面水深测量资料,分析了南港河槽整体及分区域容积变化过程,重点分析了中潮位、5 m以深河槽容积变化特征。分析研究表明:瑞丰沙中部串沟和人类无序采砂导致2001—2004年河槽容积季节性变化剧烈,长兴水道深槽和南港主槽深槽均淤积。2001—2007年南港河槽基本处于洪淤枯冲状态。2001年前及2008年后季节性变化均为洪冲枯淤,2008年后季节性变化减弱;南港河槽容积长期处于增大趋势,2001年开始,由于瑞丰沙中部串沟,长兴水道由涨潮占优转变为落潮占优,不断淤积,一直持续到2008年。南港主槽上段北淤南冲,中下段南淤,主泓北偏,由于瑞丰沙的冲刷,河槽总容积仍呈增大趋势。2008年后河槽进入发展期;南港河槽上段深淤浅冲,幅度较小,中段串沟导致水流挟带大量泥沙在下游瑞丰沙嘴淤积;三峡工程运行后瑞丰沙嘴冲刷较为剧烈。     

近期长江河口南槽冲淤变化与微地貌特征

2015年2月1-7日采用多波束测深系统对长江口南槽河段进行走航测量,结合人类活动强干扰下的海图水深数据及河槽表层沉积物资料,探讨近期长江河口南槽河段河槽冲淤变化与微地貌特征。结果表明:在三峡工程等流域大型工程和深水航道治理工程等河口工程的共同影响下,近期南槽河段上段持续受到冲刷且冲刷态势向下延伸,在1995-2013年南槽河段(中下段和口外段)共淤积1.96亿m~3,平均每年淤积0.11亿m~3;2002-2013年南槽河段(上段至口外段)共冲刷4.98亿m~3,平均每年冲刷0.45亿m~3;在其冲刷环境的影响下,近期南槽底床上除发育平滑床底外,还广泛发育冲沟和凹坑等侵蚀性微地貌,而上段河槽持续受到冲刷导致底沙推移质运动增强,发育了小区域的沙波微地貌,这是首次在南槽观测到的沙波。     

乌龙江河道演变与治理对策初步分析

采用2003～2016年实测河道地形资料,系统分析了乌龙江河床平面、深泓、洲滩、横断面及冲淤变化情况,梳理了河道存在的主要问题。分析结果表明:2003～2016年,乌龙江河床高程在不断下降,河槽容积在不断扩大,乌龙江全线贯通等高线高程由+2 m下降至-3 m,乌龙江下段河床贯通等高线由-1 m降低至-8 m;河道深泓位置总体趋稳,在纵断面上基本呈全线大幅度下切状态,整个河段深泓平均高程由-5.49 m下降至-11.06 m;乌龙江上段洲滩及下段左汊主河槽区域洲滩蚀退明显,洲滩面积、洲长及最大洲宽均显著减小,乌龙江下段右汊区域洲滩则较为稳定;乌龙江河道滩槽格局趋于稳定,河道断面形态由宽浅向宽深转变;乌龙江上段呈滩槽均冲状态,下段主要是主河槽部位的冲刷,整个河床淤积面积占比27.45%,冲刷面积占比72.55%,河道净冲淤量-17 439.33万m~3,河床平均下降2.74 m。在此基础上,提出了守护、导流等工程和非工程措施相结合的方式,以维护乌龙江现有河势格局与稳定,减缓河床下切态势,保障河道两岸现有堤防及护岸工程安全,实现乌龙江河道安全生态治理。     

长江口典型滩槽系统近期演变及河势控制对策探讨

近20 a来受长江入海泥沙锐减的影响,长江口滩槽系统发生相应冲淤调整,河势稳定面临新的挑战.选取长江口南支河段白茆沙和扁担沙滩槽系统为研究对象,分析了1997～2015年冲淤演变过程和主要特征.结果表明:白茆沙总体上冲刷萎缩,沙尾冲蚀消失,固沙潜堤工程的实施使得冲刷态势得到控制,但南北水道分流格局呈单向发展,南水道冲刷...     

黄河巴彦高勒—头道拐河段冲淤变化与分布

根据巴彦高勒—头道拐河段实测大断面资料,采用锥体方法计算了不同河段、不同时段的滩槽冲淤分布。结果表明:11962—2012年该河段共淤积泥沙8.635亿t,其中主河槽淤积2.256亿t、滩地淤积6.379亿t,该时段巴彦高勒—三湖河口河段淤积泥沙1.692亿t,三湖河口—头道拐河段淤积泥沙6.943亿t,淤积主要发生在十大孔兑入汇的河段。21982—2000年巴彦高勒—头道拐河段淤积最为严重,共淤积泥沙7.657亿t,其中主河槽淤积5.805亿t、滩地淤积1.852亿t,该时段巴彦高勒—三湖河口河段淤积泥沙2.403亿t,其中主河槽淤积2.001亿t、滩地淤积0.402亿t;三湖河口—头道拐河段淤积泥沙5.254亿t,其中主河槽淤积3.804亿t、滩地共淤积1.450亿t;1982—2000年大部分淤积发生在主河槽内,导致整个河段主河槽淤积萎缩严重,排洪排凌能力降低,防汛压力增大。     

近40年来长江口沉积物粒度变化及其对底床冲淤的响应

在全球变化和人类活动的双重驱动下,长江口的沉积物来源、输运和河床冲淤正在经历持续性调整。为了探索近40年长江口沉积物输运和海底冲淤时空变化趋势,基于1980—2020年长江口海底沉积物粒度和水下地形数据,采用沉积物粒径趋势模型和多种空间分辨率网格统计分析方法开展研究。结果表明,长江口北支沉积物总体向河道中下部汇聚,南支则在南、北港分流处靠近崇明岛区域形成沉积中心,该结果与基于2012—2020年地形计算的冲淤变化基本相符,沉积中心具有较大的淤积幅度。多年统计结果表明:1980—2003年为高强度输沙时期,整个河口区处于淤积状态,沉积物粒径变细但整体变幅较小;2003—2012年河流输沙量快速降低背景下,2009年前河口区整体依然处于淤积状态,粒径变化不显著;2009—2012年是由淤积转为冲刷的过渡期,口外区域首先出现了小范围侵蚀和沉积物粗化现象;2012—2020年,河口区整体出现大面积侵蚀和粒径粗化现象,粒径与侵蚀变化间呈显著相关。研究发现,高分辨统计网格可以更有效地捕捉到小范围地貌由淤转冲的信号。总体而言,近40年来,长江口已经由显著淤积转为局部侵蚀,未来可能面临持续性的海岸侵蚀灾害。     

小浪底水库运用以来高村—艾山河段冲淤演变

研究了小浪底水库运用以来黄河下游高村—艾山河段泥沙冲淤演变情况和冲刷强度的变化趋势。结果表明:在非汛期,黄河下游发生冲刷的河段主要在高村以上尤其是夹河滩以上,高村—艾山河段大致维持冲淤平衡状态,而艾山以下河道则发生淤积;调水调沙使高村—孙口河段由微淤状态进入微冲状态;孙口—艾山河段由微冲微淤状态变为冲刷状态;从冲淤强度沿程分布看,高村—孙口河段1999年10月至2006年10月间汛期和非汛期均为冲刷,孙口—艾山河段汛期冲刷而非汛期略为淤积。     

近期长江口北港冲淤变化与微地貌特征

2014年7月11-18日和10月29-31日以多波束测深系统和浅地层剖面仪等先进现场测量仪器对长江口北港河槽进行走航测量,结合人类活动强干扰下的海图水深数据及河槽表层沉积物资料探讨近期长江口北港河槽冲淤变化与微地貌特征。结果表明:在流域来水量变化不明显,来沙量锐减的情况下,近年来长江口河口段中上游河槽整体上处于微冲刷环境,而青草沙水库工程的实施导致北港中段河槽的冲刷程度更甚且冲刷态势向下延伸。2002-2012年北港泥沙净冲刷量为6.54亿m3,平均每年冲刷0.65亿m3。在其冲刷环境的影响下,近期北港河槽底床上除发育平滑床底外,还广泛发育冲沟和凹坑等侵蚀性微地貌,而河槽受到冲刷将导致底沙推移质运动增强,同样有利于沙波微地貌的发育。沙波主要分布在河槽沉积物为细砂的北港中上段底床的大部分区域和拦门沙河段的局部区域。     

长江口南槽近期河床演变及航道淤浅原因分析

利用1998年以来的多次水下地形资料及现场水文观测资料,结合周边涉水工程情况,分析了长江口南槽近期的河床演变特点。结果表明:1南槽上段冲刷、下段淤积;2拦门沙浅段缩短淤高,年内"洪淤枯冲";3江亚南沙体积增大、沙尾下延。在此基础上,探讨了近期南槽下段航道局部区段的淤浅原因,结果表明,其原因主要是江亚南沙沙尾在南槽河段整体滩槽格局条件下的自然淤涨下延、侵入航槽。     

长江口深水航道(一、二期工程)回淤变化

利用长江口深水航道回淤资料,研究了北槽航道回淤的时空变化特征及其对流域来水来沙、河槽地形的关系.长江口深水航道治理一、二期工程实施后,北槽航道年淤积强度明显下降,工程治理效果得以显现.从空间上看,一、二期工程航道回淤的峰值位置和重心位置经历了下移和上提的过程.从时间上看,一、二期工程后北槽航道回淤年内呈现洪季多淤、枯季少淤;洪季淤积位置下移,枯季淤积位置上提的变化特点,季节性上、下移动约7～11km.深水航道淤积的泥沙来源有多种,仅流域悬沙输沙量减小并不能明显降低深水航道的回淤量.     

从黄河口的塑造特性谈黄河口的治理

一、冲淤演变特性黄河河工的名言“大水出好河”,反映了黄河的重要演变特性,也适用于近口河道。多年资料表明,多来大水,河口就越变越好;相反地,连年小水,河口就要变坏。河槽、滩地的冲刷和淤积,在河床演变上的效果是不一样的。滩地淤积、河槽冲刷,水流将更集中于河槽内,使河槽变窄深通畅,输水输沙能力大大增强,河道也随而变得稳定;反之     

长江口第二、三代冲积岛浅滩演变特征分析

利用GIS对1879～2000年7幅长江口地区海图数字化，建立各时期长江口水下数字高程模型(DEM)，在此基础上，对长江口第二、三代冲积岛——长兴岛、横沙岛和九段沙浅滩的面积、体积、冲淤量、冲淤厚度和等深线水平推移速率进行计算。结果表明：近150年来，长江口第二、三代冲积岛浅滩总体上呈淤涨趋势，并沿东南方向向海推展。1879～2000年间共淤积泥沙19．48亿t，平均每年淤积0．161亿t，约占大通泥沙通量的3．72％，年均淤厚0．83cm。不同时期淤积速率不一样，有的时期甚至发生一定程度的冲刷。各个浅滩的冲淤状态不尽相同，长兴岛浅滩和横沙浅滩呈冲刷状态，横沙东滩和九段沙呈淤积状态。浅滩的自然演变是长江河口发育过程中重要的一环，受长江流域来沙量的制约。随着流域开发强度日益增大和河口工程日益增多，人类活动对冲积岛浅滩的影响越来越强烈，浅滩的自然演变过程甚至会发生改变。     

长江口滩涂变化及其原因分析

为探讨长江口滩涂变化及其成因,基于实测地形资料,对长江口门的五大滩涂湿地以及崇明北沿的滩涂进行了分析。研究结果表明:在流域来沙减少的情况下,近年来长江口主要滩涂的演变趋势总体呈现高滩淤积,中、低滩冲刷的特征;长江口滩涂受整治工程影响远大于自然演变。建议应在《长江口综合整治开发规划》等相关规划的指导下,研究固滩促淤方案,采取相应的固沙措施,加强对促淤圈围工程的科学谋划和管理,保护长江口地区滩涂资源。