新时期长江口航道建设深化研究方向的探讨

长江口航道的建设与管理面临着河势背景深刻变化的新情况和生态优先等新要求.为了进一步提高航道的综合通过能力,分析近几十年来长江口河势的主要变化,归纳长江口深水航道的治理(设计)思路.基于对长江口在盐、淡水交汇和潮汐环境中的黏性细颗粒泥沙运动物理过程和航道回淤机理的认识,包括盐度和含沙量的层化、紊动抑制、悬沙斜压效应以及纵...     

潮汐河口宽浅弯道的水流动力特性分析*

以长江口北槽河道为例,以大量实测资料为基础,分析潮汐河口宽浅弯道的水流动力特性及演变特征,探讨 北槽航道回淤集中于弯道段与潮汐河口宽浅弯道演变的关联性。研究成果表明,尽管受多种因素干扰以及河槽较强的二维 性,潮汐河口弯道仍呈现了一定程度弯道水流特征和演变特征,北槽中部航槽的弯道形态可能对航道回淤起到一定的促进 作用。     

长江口南槽入口河段近岸水域水文泥沙特征现场观测分析

基于实测数据,通过对测区流速、流向、含沙量、盐度、悬沙粒径、表层沉积物粒径等的分析,得出结论如下:(1)靠近航道的测点流速普遍高于离岸较近的测点。(2)含沙量变化相对于流速的变化略微滞后,并随着流速的增大而增大,且靠近航道的测点的含沙量亦高于离岸较近的测点。(3)除后半潮落潮期间各测点观测到较高盐度外,各测点盐度随潮周期过程变化不明显,盐度分布较为平均,相对而言,落潮盐度略大于涨潮。(4)涨急时段悬沙中值粒径基本大于涨憩时段,落憩时段悬沙中值粒径基本大于落急时段。(5)此地段表层沉积物级配主要以细粉砂为主,表层沉积物中值粒径范围为:0.008~0.018mm。     

杭州湾潮汐不对称数值模拟研究

本文利用ROMS三维模式模拟了长江口及浙江沿岸水域的潮汐状况,在与实测数据进行验证表明模拟结果可行的基础上,分析了四个主要分潮的传播特性,并着重分析了杭州湾内部的潮汐不对称特性及其可能成因,以及M_4倍潮对该不对称性的影响。本文选取杭州湾内部南、中、北不同位置的10个站点,统计对比了这些站点处大、小潮期间的涨落潮平均潮高、历时和流速,发现该处潮汐具有明显不对称性,主要表现为:高潮的日不等性大于低潮,尤其是大潮期间;涨潮历时小于落潮历时,且这种差异在北岸更明显;涨落潮流速则与空间位置有关,北岸涨潮流速大于落潮流速,涨潮流占优势,南岸则正好相反,中间海域两者较为接近。这样的不对称表现主要是由潮波运动过程中与地形相互作用形成的非线性过程引起的,如M_4倍潮的产生。研究还发现,M_4倍潮的产生使该处涨潮历时减少,落潮历时增加。     

南港—北槽洪枯季沿程水沙盐特性分析*

利用2012年2月及8月长江口南港—北槽大、小潮水文测验资料,从涨落潮历时、流速、含沙量及含盐度等方面 分析了南港—北槽洪枯季水沙盐纵向及垂向分布特征以及潮周期内含沙量变化特性。分析表明：南港—北槽沿程各垂线落 潮平均历时洪季整体较枯季长,涨潮平均历时洪季整体较枯季短,且小潮期洪、枯季的这种差异更为明显;南港—北槽洪 季落潮流速普遍大于枯季,涨潮流速普遍小于枯季;小潮期涨潮平均流速会出现近底层较表层大现象, 且CSW-CS3出现滞 流点;北槽中段—口外段洪季含沙量及垂向差异均较枯季大,南港圆圆沙段及北槽上段枯季含沙量较洪季大;潮周期内北 槽中段各垂线上层含沙量均较小,且变化幅度相对较小,但下层含沙量变化达数倍乃至十几倍之多,且涨憩时段近底层含沙 量可能特别高;洪枯季北槽中段均存在盐水楔,其位置洪季偏上、枯季偏下,最大浑浊带洪枯季位置变化与此基本一致。     

基于分层系数法与混合比法的长江口盐淡水混合规律研究

采用长江口4条入海汊道3个月的水文测验资料,研究长江口的盐度分布格局和盐淡水混合情况,运用分层系数法和混合比法对长江口实测盐度数据进行分析。结果表明:北支汊道的盐度最高,洪、枯变幅大,全年均为垂向均匀混合型;南支3条汊道盐度从高到低依次为南槽、北槽、北港;盐淡水混合强度从高到低依次为南槽、北槽、北港,这与长江口北港分流量大于北槽、北槽分流量大于南槽的格局相对应;枯季的混合强度大于洪季,大潮的混合强度大于小潮。盐淡水的混合强度呈周期性变化,涨急前后垂向混合程度最大,涨潮的混合强度高于落潮时的混合强度。     

海平面上升对长江口涨落潮历时差的影响

针对近年来全球变暖,海平面上升影响河口地区水文特性的问题,对海平面上升对长江口涨落潮历时差的影响进行研究。采用二维潮流数学模型的方法,模拟在长江口上游大通的洪枯季及年平均径流量条件下,海平面上升100 cm对涨落潮历时的影响。结果表明:海平面上升减小了长江口北支上半段、南支和南北港等中上游区域的涨落潮历时差,对靠近外海的北支末段和南北槽的涨落潮历时差影响很小。海平面上升加大了河口地区的涨潮动力,使长江口的涨落潮历时差有所减小,由此对长江口地区的盐水入侵和泥沙输运带来的影响必须引起重视。     

长江口近期潮汐特征值变化及其原因分析*

利用长江口沿程11个潮位站的潮位数据,统计分析1996—2011年各站年平均高潮位、年平均低潮位和年平均海 面,得出长江口海域近期的潮汐特征值变化,分析相关影响因素,探讨长江口近期潮汐特征变化的原因。结果表明：1996年 以来,各潮位站的平均海平面略有抬升,但变化幅度不大;流域来水变化对河口潮汐特征值变化影响不大;从长期看,全 球气候变暖对海平面变化有一定影响,但短期内的影响不大;短期内,主要受到长江口地区近年来各类涉水工程建设的影 响,具体表现为：平均高潮位下降、平均低潮位上升、潮差减小,涨潮历时缩短、落潮历时延长,年最低低潮位上升等。 长江口不同河段因受径流、潮流、工程建设等因素的影响程度不同,其潮位特征值沿程的变化特点也不同,需要在河口工 程设计、防洪减灾与河口治理等方面引起重视。     

细颗粒泥沙运动及滩槽交换对航道回淤的影响

潮汐河口细颗粒泥沙为主的泥沙运动方式呈现出复杂的形态,其不同的运动形态对河口演变和航道回淤问题的研究十分重要。讨论在潮汐、波浪条件下,非黏性沙的层移运动和黏性细颗粒泥沙近底高浓度悬沙层的类推移运动,以及浮泥层的推移运动等泥沙运动形态的特点、发生条件和运移规律。针对长江口南槽水动力条件,利用前人水槽试验成果,估算了主槽水体含盐度高于浅滩时,航道两侧浅滩近底高浓度悬沙横向输移进槽的输沙量,得到与实际基本相符的结果。     

长江口水动力特性变化的数值模拟分析*

利用数学模型,分别模拟计算长江口不同地形、不同工程条件以及不同径流量影响的潮流场,在此基础上,统 计分析深水航道三期地形和工程条件下,大、中、小潮和不同径流量时各汊道涨落潮量和净泄量以及分配比例。在模拟计 算深水航道工程前和二期工程后长江口潮流场的基础上,统计分析各汊道涨落潮量和净泄量及其分配比例。     

灌河口盐、悬沙通量的分解及时空特征

灌河是江苏省北部目前唯一没有在干流建闸的入海河流,拥有广阔的滩涂和优良的航运条件。河口通量是河口治理和河口环境保护中的关键要素。为研究灌河口的盐及悬沙的输运,基于实测资料利用通量分解方法对灌河的盐及悬沙通量的空间分布、大-小潮与潮内的时间变化特征进行了探讨。研究认为：在口门以内的弯曲河段,盐通量在凸岸浅水区一般指向下游,在凹岸深槽处则指向上游。大、小潮期间悬沙通量则基本上为左侧指向上游、右侧指向下游;口外盐通量方向为NNE-NE,而且随径流量大小而稍有改变,口外悬沙通量方向在远岸区域表现为WNW-NNE,近岸G2测点的悬沙通量则指向口门;口门内外盐和悬沙通量的组成均基本以T1、T2和T4为主导,通量组成的总体特征在大、小潮期间基本类似。涨落潮流速最大时刻的悬沙通量不一定与流速方向一致,最大落潮流速时刻由于悬沙浓度可能小于平均值而导致悬沙净输运指向上游。     

瓯江南口外浅滩含沙浓度特征

基于2010年10月瓯江南口外浅滩的泥沙实测资料,对含沙浓度的时空变化进行了分析研究。利用非线性最小二乘法拟合出了新的含沙量公式,并与刘家驹公式在不考虑波浪作用下的简式作比较,对新公式的适用性进行了探讨。分析结果表明:(1)含沙浓度从瓯江南口门向外海逐渐减小,沿岸方向的变化则存在大、中、小潮差异;(2)垂向上,含沙浓度由表层向底层逐渐增大;(3)含沙浓度具有大潮最大、中潮次之、小潮最小的特点,涨潮含沙浓度基本大于落潮含沙浓度;(4)与刘家驹公式相比,新公式的拟合结果与实测含沙量的相对误差较小,相关性较高。     

厦门湾悬沙分布的多时相遥感分析

利用厦门湾地区多时相遥感图像反演出表层悬沙浓度分布图,进而定性分析不同径流和潮流下悬沙分布规律。研究表明,九龙江河口湾为该地区悬沙浓度最高的区域,分布上具有"西高东低"的特征。全湾悬沙来源主要为两部分:径流来沙以及波浪和潮流掀沙。潮流运动是泥沙输送的主要动力,由于弗劳德数分布不同而引起的潮流挟沙力空间差异,是影响厦门湾悬沙分布的主导因素。利用实测泥沙资料将不同时相下瞬时悬沙浓度转换为全潮平均悬沙浓度以进行定量分析,结果表明悬沙浓度具有大潮大于小潮,枯季大于洪季的特征。     

温州状元岙化工码头工程潮流泥沙数模研究

采用水动力泥沙条件、底床冲淤演变分析及二维潮流泥沙数值模拟手段,对拟建的温州港状元岙港区化工码头工程方案进行了研究。研究结果表明:(1)工程海区潮汐属于正规半日潮类型,为强潮海区;(2)工程海区潮流性质属于不规则半日浅海潮流,潮流运动呈往复流形式;(3)工程海域深槽多年来在波浪潮流作用下一直处于稳定状态;(4)规划的化工码头走向与涨落潮流走向基本一致;(5)规划的化工码头实施后工程附近海区的涨落潮流速呈增加趋势,码头前沿会略有冲刷;(6)化工码头建设对锚地流场没有影响;(7)化工码头工程方案是合理可行的。     

鸭绿江河口潮流泥沙数值模拟

在分析鸭绿江河口实测水文泥沙资料的基础上,采用MIKE21 FM模块建立了基于多重嵌套网格模式的河口潮流场和泥沙场数学模型,模型范围为上游丹东市的江桥至河口江海分界线以外6~7 m等深线附近,并对2个潮位站、15个流速流向和含沙量测站进行了验证,对现状条件下的河口水域流场和泥沙场进行了数值模拟与分析。研究结果表明:落潮流速一般大于涨潮,沿程变化上浪头港以下2 km附近及斗流浦航槽内平均流速较大,至河口段水面逐渐放宽,致使落潮水流流速有减小趋势;含沙量沿程呈递增趋势,最大含沙量出现在各分汊水道的上口,即斗流浦水域。     

瓯江口水文泥沙特征分析

在大量实测资料的基础上,对瓯江口海区的地貌特征、河道径流特征、河道输沙特征、潮汐特征、潮流特征、余流特征、波浪特征、含沙量特征、泥沙来源、盐度特征、悬沙粒径和底质粒径特征、瓯江南北口的分流和分沙特征、中水道和北水道的分流和分沙特征进行了分析,根据实测资料分析得到了瓯江口挟沙力公式,得到了平衡水深公式,为瓯江河口的工程开发建设和科学研究提供了基础资料。主要研究成果表明:(1)瓯江口的潮汐属正规半日潮类型,平均潮差在4 m以上,属强潮河口;(2)潮流属正规浅海半日潮流类型,呈往复流动,潮流动力强;(3)瓯江为少沙河流,多年平均年悬移质输沙量为205.1万t;(4)瓯江南北口的平均涨潮分流比为21%和79%,落潮平均分流比为26%和74%;(5)瓯江南北口的平均涨潮分沙比为20%和80%,落潮平均分流沙比为22%和78%。     

长江口北槽12.5 m深水航道回淤的物理过程

长江口12.5 m深水航道于2010年3月贯通,发挥了巨大的经济社会效益,但航道回淤问题十分突出。针对航道回淤总量大、时空集中分布于洪季北槽中段最大浑浊带区段的特点,利用北槽洪季沿程大小潮水文测验资料,分析了水沙盐场的时空分布特征和输移规律,揭示了洪季航道回淤集中在北槽中段的主要原因,并提出了涨落潮周期内航道回淤水沙运动的物理过程。     

洋山港区域挟沙力公式研究*

利用基于能量平衡观点推导的挟沙力公式,考虑到洋山港海域涨落潮期间悬沙浓度存在一定差异,分别建立了 该区域涨潮时期及落潮时期挟沙力公式。利用计算底部通量切引力公式与挟沙力公式相等方法,估算了实测期间水体挟沙 力值,并以洋山港2003年10月实测的水沙资料进行率定。最后,采用洋山港2005年7月实测含沙量资料对公式计算结果进行 验证。验证结果表明,所建立的挟沙力公式具有较高精度,其计算的含沙量变化与洋山港实际情况较为符合。