基于浮标站观测的磨刀门洪枯季径潮动力作用规律及相关性分析

为揭示磨刀门主要动力因子对潮流运动的作用规律,采用主潮通量算法计算洪枯季半月不同时间尺度下的潮流动力特征值,采用多元线性回归法对特征值的相关性进行拟合分析。结果表明,磨刀门水道内平均落潮流速洪季比枯季总体大约14%,但涨潮平均流速仅为枯季一半;水道内洪季余流流速很大,枯季可忽略不计;口门外东汊和西汊涨潮流态洪季存在相互顶托,枯季均为西南向,洪枯季余流流速西汊均大于东汊,近底层水深范围存在逆时针半环流结构,且枯季尤为明显。潮汐动力和海面风对水道内余流影响较小,径流动力洪季影响显著、枯季影响很小。由于洪季径流动力强劲,东汊和西汊净潮通量变化规律一致;枯季磨刀门水道净通量主要输运至东汊水域,随沿岸流朝西南方向输运进入西汊,然后随离岸流朝南侧外海方向输出,符合口门外逆时针半环流结构的输运特征。     

长江口拦门沙河段航道回淤的水流动力环境*

对长江口拦门沙河段航道回淤的水流动力环境进行了研究,结果表明：1）长江口拦门沙河段的水流动力是引起北槽深水航道冲刷的基本动力,在长江口12.5 m深水航道贯通后,航槽内的水流冲刷能力沿程普遍增强;2）径流变化与北槽深水航道回淤无明显关系;3）在长江口拦门沙河段,水流是一种相对稳定的周期性变化动力,洪枯季无明显差别;4）天然情况下长江口拦门沙河段的河床时刻处于一种动态平衡中,决定这种平衡关系的是水流和波浪两种动力,当仅有水流动力作用时,长江口拦门沙河段的河床形态就不再处于平衡状态,主槽将往冲深方向发展。     

内伶仃洋水域洪枯季余流及净潮通量时空变化特征

基于内伶仃洋水域4座观测站洪、枯季半月的连续观测资料,分析了该水域余流和净通量时空变化特征,探讨主要动力因子的作用规律。研究显示,内伶仃洋水域半月水深平均余流流速洪季不超过10 cm/s,枯季不超过5 cm/s,洪、枯季总体指向外海侧方向。湾顶水域水沙通量洪、枯季均呈自西向东净输运,且与径流动力呈强正相关。主槽水域接纳东、西两侧浅滩水沙后始终朝西南外海输送。西滩水域洪季水沙朝外海方向净输出,枯季变为朝西北侧上游方向净输送,洪、枯季均与径流动力呈强正相关;淇澳岛北侧西滩水域洪、枯季水沙通量均处于净输入状态,导致该水域不断淤浅。采用多元线性回归法对主槽水域表层余流与主要动力因子进行拟合分析,显示潮汐动力始终驱使表层水沙朝上游方向净输运,径流动力作用方向洪季指向外海、枯季指向上游,海面风则驱使表层水沙与自身方向保持一致;拟合公式中的常数反应了地转科氏力等综合作用下的内伶仃洋水域表层水沙西南向输运规律,且枯季较洪季更为明显。     

太仓武港码头洪枯季水沙特性变化分析

针对季节性径流对河口区域水动力条件影响较大的问题,对长江太仓武港码头进行了洪枯季水沙特性变化研究。采用原型观测的方法,将2018—2019年洪枯两季潮位、潮流、含沙量、悬移质和底质测验数据进行对比,分析了工程区域洪、枯季水沙特性变化。结果表明：工程区域潮位变化受径流影响明显;工程区域为典型往复流,洪枯季涨落潮流向基本一致;水文测验期间枯季含沙量整体上略小于洪季含沙量,差异幅度为5.88%～25.67%;洪枯季悬移质中值粒径基本相同;底质组成主要为黏质粉土、黏性土、细砂。     

长江口南港北槽水域水文特征分析

长江口水域滩槽相间汊道众多，河势水情变化复杂。为分析径潮流作用下长江口南港北槽水域水文的变化，进一步提高对长江口南港北槽水域的认识，基于2018—2022年长江口水域各实测站点洪枯季水文测量资料，对各水文特征值进行统计对比分析。研究结果表明：径潮流变化对长江口南港北槽水域各水文特征影响不尽相同，水域涨落潮流同时受到径流和潮流的耦合作用影响。径潮流在南港北槽水域影响作用的临界点大约在北槽上口门水域，临界位置跟随径潮流变化而摆动，盐水楔和最大浑浊带的位置也随着径潮流变化而上下摆动，并且此种摆动也会造成回淤分布的变化。     

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。     

椒江河口水沙特征分析和悬沙分布推算

基于椒江河口2009~2014年洪、枯季共5次全潮水文泥沙测验数据,分析了河口区的水沙特征,建立了河口区洪、枯季大潮期半潮平均涨落潮水沙关系,利用二维潮流泥沙数学模型结果对水沙关系推算的含沙量分布进行了验证。结果表明:椒江河口的水流从外海至口门逐渐增大,高浓度悬沙从口外向口门积聚,白沙至琅矶山一线以西海域的悬沙浓度较高;河口区含沙量分布与流场及水下地形呈良好的相关关系;结合潮流场数值模拟结果,拟合的水沙关系可较好地推算出河口区的悬沙浓度分布。     

长江口拦门沙河段航道回淤的波浪动力环境 Ⅱ:洪枯季作用差异*

开展了长江口拦门沙河段波浪对河床作用的洪枯季差异及规律研究,结果表明：1）长江口拦门沙河段波能随周期的分布曲线在洪季表现为“窄峰”特征,波能主要集中在4.0～7.0 s,而洪季表现为“宽峰”或“双峰”特征,波能主要集中在4.0～12.0 s;2）与枯季相比,洪季长周期的高能波发生频率及其波能所占年总波能的比例显著提高,其中波能增加数十倍;3）长江口拦门沙区域的波浪按周期可分为3种类型,即低能波、高能波以及过渡波,其中低能波对拦门沙区域的深水河床基本无作用,高能波对拦门沙区域的深水河床作用非常显著,但过渡波对拦门沙区域的深水河床作用不确定,视波向变化而定。     

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。     

长江口北槽深水航道回淤量计算模型研究*

把长江口北槽深水航道内2012年洪枯季两次、大中小潮的观测资料以及对应时段的航道回淤量等实测数据,引入到常用的近底层泥沙通量计算模型中,通过选取和率定其中主要的模型计算参数以及率定人工维护条件下航道内底层泥沙的沉降概率,最终建立了一个适合长江口北槽深水航道回淤量计算的数值模型,并利用洪枯季航道回淤的实测资料对该计算模型进行验证,得到较符合的结果。     

长江口深水航道浮泥运移规律及精细化维护疏浚

基于2016—2019年长江口深水航道施工区段月度测图和2016—2020年北槽深水航道洪枯季常态天气条件下的浮泥观测资料,研究浮泥输移特征及回淤、高频水深等变化特征,提出航道精细化疏浚维护方案。结果表明,常态天气条件下洪季的高低频水深差幅度大于枯季,北槽航道中段洪季的浮泥厚度要远大于枯季,航道回淤量具有随高低频水深差的增加而增加的特征。建议优先在洪季实施精细化维护疏浚方案,试应用后能有效减小浮泥、高低频水深差等变化过程对航道考核测量和航道维护疏浚的干扰,提高航道维护疏浚的精细化管理水平。     

长江口北槽深水航道回淤量变化宏观动力原因分析

根据实测资料、物理模型试验结果和有关文献成果对影响长江口北槽深水航道回淤量的宏观动力原因进行了分析。取得新的认识：1）与枯季相比,长江口拦门沙河段洪季波浪中的长周期波浪显著增多,其中8.0 s及以上周期的波浪能量占总波能的比例由枯季的3.2%增加至洪季的40.6%;2）高能波浪运动对北槽航道回淤产生了显著的不利影响,与北槽航道回淤量的增加息息相关;3）12.5 m航道开挖后,北槽航道内水流冲刷能力沿程均有增强,有利于槽内泥沙往两侧高滩运移;4）长江口拦门沙河段泥沙自身交换量远大于河口上游来沙,洪水不是造成北槽航道回淤量发生显著变化的主导性宏观动力原因;5）波浪作用是长江口北槽航道回淤量发生显著变化的主导性宏观动力原因,“消浪”应成为今后北槽深水航道减淤工程以及长江口南槽、北港和北支下段航道整治工程设计研究工作中不可忽视的指导性原则之一。     

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。     

杭州湾及洋山深水港动力和泥沙条件分析

杭州湾为强潮河口湾,在杭州湾喇叭口地形条件下,向湾内潮流逐渐增强。杭州湾水体泥沙主要来源于长江口,由于众多岛屿的掩护作用,湾内泥沙输移主要受控于潮流。洋山深水港水域动力和泥沙条件基本也遵循上述规律。杭州湾海域总体上呈冲淤基本平衡、略有淤积形势。据此分析了洋山深水港水域动力和泥沙输移特点,总结出深水港方案规划的16字方针:"封堵汊道、归顺水流、减少回淤、航行安全"。     

长江口Sa分潮数值模拟研究

为更好研究长江口Sa分潮的特性,建立了大通至长江口感潮河段的二维水动力数学模型,通过模拟径流与潮汐共同作用下的水动力过程,并设置上下游不同条件的对照组,分析了河口段Sa分潮的影响因子及响应规律。结果表明,长江河口段Sa分潮由上游径流变化和外海Sa潮波共同作用产生,径流对上游站点影响占优、外海潮波对下游影响占优。径流使得河道内分潮振幅产生了沿程衰减的趋势,这是河口的Sa分潮特征不同于外海的原因,也说明径流是其主要的影响因子;而外海的Sa潮波只给予了其一个沿程定值。Sa分潮振幅只受径流的年内变化大小和外海Sa潮波振幅大小影响,不受平均径流量和平均海面的影响。径流量的变化会导致沿程Sa分潮振幅发生响应变化,且上游比下游站点响应更敏感;外海Sa潮波振幅的变化会使沿程振幅发生大致等量的变幅。三峡建成后河口段Sa分潮振幅有所减小,年际变化减小。     

长江河口段平均海面数值模拟研究

为更好研究长江河口段平均海面的特性,建立了大通至长江口感潮河段的二维水动力数学模型,通过模拟径流与潮汐共同作用下的水动力过程,并设置上下游不同条件的对照组,分析了河口段平均海面的影响因子及响应规律。结果表明,长江河口段年平均海面A0值由上游径流和外海潮波共同作用产生,外海潮波给予了河道内平均水位一个沿程定值,而径流使得其产生了沿程衰减的趋势,这是河口段A0特征不同于外海的原因,也说明径流是其主要影响因子。A0只受径流和外海潮位的年平均值影响,而不受两者的年内变化影响。径流量的变化会导致上游A0值比下游发生更加显著的响应;外海A0值的变化会使沿程发生大致等量的变幅。未来全球海平面上升后,河口段A0也将上升相近幅度。     

长江口拦门沙河段航道回淤的波浪动力环境Ⅰ:敏感性因素*

对引起长江口拦门沙河段波浪作用在洪枯季期间发生显著变化的敏感性因素及其影响机理开展了研究,结果表明：1）波周期与波向是两个敏感性因素,其变化对长江口拦门沙河段泥沙运动的影响极为显著;2）在长江口拦门沙河段,短周期波浪对河床的影响主要集中在浅水区域,长周期波浪对浅水区和深水区的河床泥沙运动均有显著影响;3）通常情况下,相同级别的正向向岸风与正向离岸风所引起的长江口拦门沙河段总波能消耗相差至少1个数量级;4）枯季以吹离岸风为主,拦门沙河段波浪的周期较短且波形多是尖陡、散碎的,能量低;洪季吹向岸风的频率显著增加,在向岸风的条件下,波周期增长,波形多是圆滑、整齐的,波能高。     

FVCOM在长江口水动力数值模拟中的应用

本文以"大江河口湿地演变退化的评价体系"项目为背景,应用FVCOM潮流及形态动力学模型建立长江口三维潮流数值计算模型,建立了包括长江口、杭州湾及邻近海域大范围的三维潮流数值模型,基于Linux平台下的并行计算使得变尺度大范围河口地区的模拟效率得到了很大的提高。运用实测潮位、流速、流向对模型的相似性进行验证,计算验证结果与实测值比较吻合,模拟流场能够比较好的反映长江口地区往复流场和口外区域顺时针旋转流特征,可以用于长江口潮流的进一步研究。     

长江口南汇嘴海域表层悬浮泥沙分布和运动遥感分析

利用Landsat-5/7卫星影像资料,建立了长江口南汇嘴水域表层悬沙遥感模式,结合实测含沙量资料对南汇嘴海区表层水体悬沙分布及泥沙运动情况进行了分析,结果表明南汇嘴附近海域总体上含沙量较高,在0.5～1.5kg/m3变化。高含沙量多出现在杭州湾口中部、南汇嘴浅滩,杭州北岸芦潮港附近含沙量为0.5kg/m3左右。悬沙的浓度及范围随大、小潮和洪、枯季的不同而不同。悬沙的浓度及范围随潮差和风速增大而增大,南汇嘴边滩含沙量一般洪季高于枯季,杭州湾水域水体含沙量一般是冬季高于夏季。长江口与杭州湾之间存在着泥沙交换,长江口水沙以直接和间接2种方式进入杭州湾,而南汇嘴近岸水域则是交换的主要通道。     

椒(灵)江水沙特性及最大浑浊带模拟

椒(灵)江属于典型的山溪性强潮河流,水动力泥沙条件异常复杂。潮流和径流共同作用极易引导细颗粒泥沙在特定河段集聚,形成最大浑浊带,并发育浮泥,对河道河床演变起重要作用。尤其是近年来河口围填和河道采砂等人类活动对河流的水动力和边界条件造成较大的改变,加之上游水库建设致使径流量及洪峰流量减小,配合强潮的顶托作用,枯水期最大浑浊带向上游运动距离更远,导致河道淤涨、江水变浑,影响到河道航运资源开发与保护。在实测资料的基础上分析椒(灵)江山溪性强潮河流的水沙特性,并考虑黏性细颗粒泥沙运动特性和盐度的影响,开发山溪性强潮河流最大浑浊带数学模型,模拟枯季大潮椒(灵)江水沙运动特性和最大浑浊带运移过程。