长江口浑浊带北槽悬沙输运研究

2012年8月和2014年7月在长江口北槽浑浊带进行了大小潮水文泥沙定点连续观测,分析了水沙分布特征,计算了悬沙输运量,并且运用机制分解法,分析各输沙项的作用。结果表明,北槽浑浊带垂向平均含沙量空间分布差异明显,北槽下部最高,中部次之,上部最低。垂向平均含沙量大小潮均值北槽下部为0.72 kg/m~3,中部为0.51 kg/m~3,上部为0.23 kg/m~3;平流输沙在大小潮均起主要作用,大潮平流输沙显著强于小潮。北槽下部小潮期间垂向净环流输沙作用显著,占净输沙的-278.3%;小潮期间,北槽中部和上部平流输沙起主要作用,底层悬沙输运向海。而北槽下部底层悬沙输运受"潮泵效应"影响显著,方向向陆。悬沙输运方式的差异导致小潮期间北槽中下部底层悬沙不能下泄入海。     

长江口北槽悬沙来源的观测与分析

为掌握长江口12.5m深水航道北槽段回淤的泥沙来源,2011-2012年采用固定观测站和ADCP与动船取沙结合的方法,对北槽四侧边界进行了3次水文观测,并收集了同期的北槽水文测验数据。基于上述资料,对北槽四侧边界的泥沙输移情况进行了分析。结果表明:北槽四侧边界均存在明显的水沙交换,水沙交换量呈大潮强于小潮,洪季强于枯季的特点;跨越南导堤进入北槽的泥沙最多,是北槽主要的泥沙来源;南导堤越堤输沙主要集中在南导堤的中下段,其来源应为含沙浓度相对较高的南槽和九段沙滩面水域。     

长江口南汇近岸水域悬沙沉降速度估算

长江口南汇近岸水域1994年9，10月大、小潮期间悬沙浓度实测资料分析表明，涨潮或落潮平均悬沙浓度在垂向上呈指数分布，拟合Rouse(1937)公式。据此，探索应用：Rouse公式计算河口近岸水域悬沙沉速的分步求解法：先由涨(落)潮平均悬沙浓度和相对水深求出公式中的悬浮指标，再通过参数的确定从悬浮指标中反推出悬沙沉速。用这一方法近似计算得到南汇近岸水域的悬沙沉速：涨潮阶段平均为3．46mm／s，落潮阶段平均为3．00mm/s；全水域变化在2．14～4．38mm/s之间。     

长江口北槽表层悬沙粒径变化及其对OBS标定的影响

利用2007年5月-2008年6月在长江口水域每月一次的现场取样资料,研究了长江口北槽表层水体泥沙粒径的时空变化特点及其对OBS标定的影响.结果表明:①北槽表层悬沙粒径存在中段粗,上下游细的纵向分布特点;②位于北槽中段的北槽中和W3两站泥沙粒径受潮汐影响较为明显,存在大潮粗、小潮细的周期性变化特点;③泥沙中值粒径与OBS标定曲线的斜率k值呈正相关关系.对于长年连续观测的长江口水文、泥沙、波浪监测系统而言,为提高其泥沙观测精度,北槽中和W3两站应根据潮差的大小给定不同的标定曲线k值,而位于上游的横沙与下游的牛皮礁和口外站,因泥沙粒径在径流内、潮周期内变化不明显,可给定一个固定的标定曲线k值.本文提出的由潮差计算OBS标定曲线k值的方法可在类似的河口海岸泥沙监测系统中参考应用.     

长江口北槽深水航道回淤泥沙来源分析

针对长江口北槽深水航道工程后,航道泥沙年回淤量逐年增加且分布集中在北槽中段的现象,系统分析了北槽回淤泥沙的主要来源,指出在河流来沙锐减情况下,流域来沙的直接落淤已经不再是航道泥沙回淤的主要来源;北槽内部滩槽泥沙交换及北槽与两侧浅滩(横沙浅滩与九段沙)的水沙交换对北槽泥沙回淤的贡献明显;南槽口门附近泥质区对航槽回淤影响的权重将增加,需要予以重视。今后应加强对水下三角洲前缘冲淤、浅滩的风浪掀沙以及丁坝坝田落淤泥沙的再悬浮和输移过程的系统观测和研究。     

长江口南槽河道水沙特性及河床沙再悬浮研究

为研究河口地区泥沙在陆海动力共同作用下的再悬浮过程和机制,基于长江口南槽河道连续8 d的水文泥沙同步观测数据,对拦门沙河道潮流速、悬沙浓度、悬沙粒径随时间变化和河床沉积物再悬浮进行了分析研究。结果表明:涨、落潮的水动力和历时存在不对称性;水体悬沙浓度随小潮到大潮的变化而逐渐增加;水体悬沙粒径也随小潮至大潮的变化而不断粗化,但细砂含量略有增加,致使细砂类出现再悬浮现象;一个潮周期内,出现3次悬沙浓度峰值;水体悬沙浓度以及悬沙粒径的变化与流速及底床切应力都有着显著相关性。     

长江口北槽泥沙起动流速研究

在大量实测资料分析、室内水槽试验和现场坐底观测试验的基础上,对长江口北槽泥沙起动流速特性进行了分析研究。首先分析了北槽河床质实测资料,明确了北槽中段河床组成特性。通过北槽天然沙的室内水槽试验研究了天然沙在浅水区的起动特性。通过北槽现场坐底观测的实测结果分析了北槽实际的泥沙起动特征,其中泥沙起动状态主要通过近底泥沙浓度变化和床面冲淤变化的判定。在以上实测资料的基础上分析了北槽的泥沙起动规律,推荐了在浅水区和深水区适宜的泥沙起动流速经验公式。     

长江口南港水动力及悬沙的时空分布特征

通过2011年8月中旬一个大潮期间长江口南港某横断面上的5个定点水沙观测资料,分析了南港水动力及悬沙在潮周期及横断面上的分布特征。结果表明:在时间尺度上,南港潮位波动以半日分潮为主,日分潮较小;受径流及Stokes漂流的影响,涨潮流流速明显小于落潮流流速;含沙量随潮波动现象明显,波动频率是潮流的2倍;在空间尺度上,南港纵向流速最大值分布在南侧主槽,转流从北侧副槽率先开始;侧向流主要是由科氏力对纵向流的偏转作用形成;北侧副槽平均含沙量大于南侧主槽;半日潮流驱动下,平均含沙量在急流和憩流时刻将分别增大和降低;半日潮流和余流共同驱动下,在落急时刻和涨急时刻分别会增大和降低平均含沙量。     

长江河口北槽近期盐淡水混合与悬沙输运研究

基于2013年枯季大潮期间在长江口北槽河道现场定点观测数据(包括潮流、悬沙浓度、盐度),通过对盐水入侵影响水流结构及泥沙运动过程的分析,对北槽河道盐淡水混合与悬沙输运进行了研究。结果表明:观测期间,北槽河道纵向及垂向受不同程度的盐度梯度影响,涨落潮过程中垂线流速不再保持无潮河流的分布规律,河口水流结构发生改变,促使出现上层水流向海、下层水流向陆的河口环流。在多重因素作用下,特别是环流阻碍了河流泥沙的正常下泄,并有利于底层泥沙上溯,出现上层输沙向海、下层输沙向陆的现象。各段河道中,垂向净环流项均向陆输沙,但向海的平流输沙及潮泵输沙作用更强,所以观测期间悬沙表现均为向海净输移。     

长江口悬沙浓度变化趋势及成因

基于1959-2011年长江河口水域实测悬沙浓度数据,对其悬沙浓度分布特征及变化趋势进行研究。结果表明:1流域入海水量无明显增减趋势,年内分配过程为洪季水量减少枯季增加,入海沙量和含沙量无论是洪季、枯季或年均为减小趋势;2河口段徐六泾、南支、南北港及北槽进口悬沙浓度伴随入海泥沙量锐减呈现减小趋势,北支受潮汐影响也呈减小趋势,南槽因水动力增加变化不明显;3受分流比减小、上游来沙锐减及河床粗化等影响,2005-2011年北槽上段和下段平均悬沙浓度较2000-2002年减小约33.25%,中段(CSW)受越堤沙量影响较大,呈现一定增加趋势;4长江口外海滨泥沙的再悬浮作用,有效减缓该区域悬沙浓度减小幅度,但仍不能改变其伴随流域入海泥沙锐减的减小趋势,2003-2011年平均悬沙浓度较1981-2002年减小约21.42%;其峰值向口内上溯约1/6经度,且峰值移动主要由径流和潮流水动力对比决定。     

长江口北槽优良河势机制

长江口南港北槽具有稳定的分流比和相对较小的分沙比。其优良河势的机制在于，北槽与南港主槽衔接顺直，利于水流下泄；南、北槽分流口流场的水动力特征有利于南槽排泄底沙。     

长江口北槽南导堤两侧高滩变化及影响分析

依据实测资料及对相关研究成果的梳理,开展了长江口北槽南导堤两侧高滩演变特征、动力原因及对深水航道影响分析研究,表明:1)南导堤两侧高滩高程年际变化趋势为洪冲枯淤;2)与枯季相比,洪季九段沙滩面与坝田滩面泥沙存在较为明显的粗化现象:3)洪、枯季从九段沙到坝田,滩面泥沙空间上均存在逐渐粗化现象;4)南导堤两侧高滩起动的泥沙主要朝北槽方向输移且进入北槽,具备成为北槽深水航道回淤沙源的条件;5)对于北槽,南导堤两侧高滩犹如一个仓库,枯季蓄存泥沙,洪季释放泥沙;6)南导堤两侧滩面变化是受波浪、水流两种动力综合作用驱动的,其中波浪动力是引起高滩冲刷的主要原因。     

长江口九段沙潮滩动态演变遥感研究

九段沙是长江口第3代新生沙岛,目前是国家级湿地自然保护区.认识九段沙潮滩的动态演变过程,有助于展望其今后的演变趋势,对其科学管理规划与开发利用具有重要意义.依据分布在九段沙四周的中浚、横沙、北槽中和九段东4个潮位站的整点潮位,选择在潮情和潮位都基本相同条件下获取的1987、1996年和2004年3个时相的Landsat TM数据,对九段沙潮滩在近20 a的动态演变过程进行了分析.结果表明:九段沙潮滩在1996～2004年的平均淤长速度与1987～1996年相比,并没有因长江来沙量的锐减而明显降低,其主要原因是1997年之后的种青引鸟生态工程和北槽深水航道工程对九段沙起到了明显的护沙促淤作用.随着长江来沙量的进一步减少,九段沙潮滩今后将如何演变需要进一步的观测与研究.     

长江口北槽潮波传播变化特征研究

长江口深水航道治理工程实施后,北槽河势发生了巨大变化,北槽河床形态、水深的变化必将影响长江口潮波传播。为研究长江口潮波传播的变化,利用非结构网格FVM方法建立了大通至外海的大范围数学模型,研究长江口深水航道治理工程各分期工程对潮波传播的影响。研究表明长江口深水航道治理一期工程因工程量相对较小,工程实施后,北槽潮波变化相对较小;二期工程后北槽潮波能量损失较大,高潮位略有抬升,低潮位大幅度抬升;三期工程后,潮波变化与二期工程基本一致。北槽导堤工程引起的潮波能量损失较小,丁坝工程致使潮波能量损失较大。     

长江口北槽航槽回淤强度预估

本文应用近十年来对北槽航槽有影响的台风资料，相应的北槽航槽水深检测图的挖泥船疏浚土方量，结合航槽地区地形变化，采用量纲分析方法，建立回淤预报式，并在实际 获得较为满意结果     

长江口悬沙有效沉速时空变化规律

通过长江口肖山—口外实测资料研究悬沙有效沉速的变化规律,结果表明:整个水域悬沙垂向分布近似符合指数型分布,采用Rouse公式计算悬沙有效沉速变化,洪季和枯季悬沙沉速自肖山—南、北港河段为减小趋势,且涨潮悬沙有效沉速小于落潮;无论洪季或枯季,大潮与小潮的涨潮悬沙沉速均接近,落潮悬沙沉速则大潮大于小潮;平面分布上,北槽悬沙有效沉速大于南槽,两者均存在1个悬沙沉速较大区域,恰为滞流点和滞沙点活动区域,即最大浑浊带发育区域;计算得到肖山—口外洪季悬沙有效沉速变化范围为1.60～7.94 mm/s,枯季悬沙有效沉速变化范围为2.40～6.38 mm/s.     

长江口北槽挖槽段泥沙淤积特性研究

本文通过近几年的大量实测资料分析北槽挖槽段泥沙淤积特性，并解释其产生的原因。研究表明：北槽挖槽段泥沙淤积呈三峰型，其主要淤积部位在２６４－２７１灯浮区，南槽、北港水沙与北槽交换的影响使得北槽拦门沙位置上移。三峰型淤积机理各不相同，桃汛时泥沙主要在３＾＃测点附近集中淤积，洪汛时泥沙在北槽全槽淤积，汛后期泥沙在挖槽段内淤积，实质是洪汛北槽下段的淤积泥沙在时间和空间上的调整。     

长江口九段沙近期演变及其对北槽航道回淤的影响

利用现场水文、泥沙以及水下地形观测资料,分析了近期九段沙的冲淤演变过程、机理及其对北槽航道回淤的影响。结果表明,近10年来九段沙总体呈现“长高不长大”的变化特点,即0m以上高滩淤涨明显,而2m和5m中低滩面变化不大。九段沙的淤高使得南导堤的挡沙功能减弱,一定的风浪条件下九段沙滩面相对较高浓度的含沙水体涨潮越堤进入北槽中段,增加了近期北槽航道回淤的泥沙来源。     

长江口北港主槽河道悬沙输运空间结构特征分析

长江口为多级分汊型中等潮汐河口,北港是长江口二级入海汊道,被规划为长江口重要通航水道,对其悬沙输运过程和规律的研究至关重要.根据大潮期间北港主槽横断面上均匀分布的5个站点的同步水沙观测资料,采用准调和分析等方法将观测数据分解为潮平均量和多个随潮波动量,以分析北港悬沙输运的横断面空间结构特征和各动力因子的贡献机制.研究结...     

长江口悬沙含量垂向分布数值模拟

根据长江口北槽和南槽实测的水沙资料，利用垂向一维悬沙数学模型模拟了长江口悬沙含量及其分布，并对摩阻流速和临底悬沙含量进行了简要分析。结果表明，计算值与实测值较为吻合。