长江河口北支潮位与潮差的时空变化和机理

考虑长江河口径流、潮汐和风场共同作用,数值模拟和定量分析北支潮位和潮差时空变化和动力机制.北支月平均潮位呈现出从1月到7月逐渐增大,从8月到12月逐渐减小的变化趋势,主要决定于径流量产生的余水位.潮差具有季节变化,一年中出现两次极大值和两次极小值.两次极大值出现在3月(农历二月)和9月(农历八月),两次极小值出现在6月...     

长江口余水位时空变化及其成因

利用2016年和2017年长江口南支崇西、南门和堡镇水文站逐时水位资料,大通水文站逐日平均径流量和崇明东滩气象站风速风向,分析了余水位的时空变化及其成因.结果表明,在这3个水文站中,各月余水位崇西水文站最高,堡镇水文站最低;各水文站余水位的落差在低径流量期间较小,在高径流量期间趋大.径流量越大,上下游余水位落差越大.在...     

长江河口潮位站潮汐特征分析

基于横沙、马家港、堡镇和永隆沙4个潮位站2009年实测的逐时水位资料,分析了长江河口潮位站潮汐的时空变化特征、分潮组成、潮汐类型和变形.长江河口潮位站的潮汐存在日不等现象,主要表现为高潮位不等,其中3月份、9月份期间的日不等现象小潮比大潮明显,而6月份、12月份期间则是大潮比小潮明显.统计给出了潮位站各月最大潮差和最小潮差,长江河口的潮差呈现双峰变化,月最大潮差在3月份、9月份出现极大值,6月份、12月份出现极小值;月最小潮差在6月份、12月份出现极大值,3月份、9月份出现极小值.受径流和摩擦等影响,在南支向上游潮差减小.因北支径流分流比小,且地形呈喇叭口状,使得永隆沙站潮差比其他3个潮位站大.长江河口潮汐主要由4个主要半日分潮（M ₂、S ₂、N ₂、K ₂ ）、4个主要全日分潮（K ₁、O ₁、P ₁、Q ₁）和3个主要浅水分潮（M ₄、MS ₄、M ₆）组成.半日分潮占绝对优势,受河口水浅的影响,浅水分潮显著.潮汐类型系数除了永隆沙站小于0.25,其余3站的均大于0.25,表明北支属于正规半日潮,而北港、南港和北槽则属于不正规半日潮.4个测站的潮汐变形系数均大于0.1,表明长江河口潮位站潮汐变形显著,其中以北支永隆沙潮汐变形最为严重,变形系数可达0.173.     

2011年春末夏初枯水期间长江河口盐水入侵

全球气候变化导致的长江流域枯水事件近几年趋于增多.2011年春末夏初长江中下游发生干旱,4、5和6月大通径流量分别比多年月平均值分别下降了33.4%、50.6%和50.3%.观测资料表明,4月崇西水文站大部分时间盐度大于0.45(饮用水标准),北支倒灌盐水从崇西水文站到南门大约需要2 d,到宝钢水库需要3~5 d,宝钢水库出现2 d和4 d不宜取水时间,青草沙水库出现5 d和4 d不宜取水时间.5月中下旬北支永隆沙仍被高盐水占据,崇西水文站盐度超标达到7 d,青草沙水库不宜取水d数达到8 d.6月4-7日大潮后中潮期5个观测潮周期内东风西沙水库约有一半时间盐度大于0.45,陈行水库和青草沙水库取水口盐水均低于0.45,但随时间逐渐升高,盐份主要来源于北支倒灌.长江河口盐水入侵一般发生在12月和来年的1-3月,4-6月随着径流量的增大盐水入侵消失.气候变化产生的枯水事件加剧了长江河口盐水入侵、严重影响了非盐水入侵期水源地取水安全.     

极端干旱水文年(2006)中长江河口的盐水入侵

观测资料表明,由于在2006年夏季中长江流域发生了特大干旱,形成的特低径流量导致长江河口盐水倒灌比常年提前了3个月.北支倒灌盐水在南北支分汊口南支水域,底层盐度大于表层盐度,垂向分层明显,而在南支中上段其他水域,因强烈潮混合作用盐度垂向分布均匀.受北支盐水倒灌和盐量的累积作用,在南北支分汊口崇头盐度最大值出现时间比青龙港潮位最高时间滞后约3d,倒灌的高盐水团进入南支后受径流作用影响到下游陈行水库的时间约为2d.     

长江河口水位上升对流场和盐水入侵的影响

基于长江河口水动力和盐水入侵三维数值模式ECOM-si,通过数值模拟分析长江河口水位上升对径流、潮流和风生流的影响,以及在多种动力因子综合作用下对流场和盐水入侵的影响.数值实验结果表明,在长江河口水位上升30 cm的情况下,各河道横截面面积增大,向海的径流流速减小;潮流随水深增深略微增大;枯季北风作用产生的北港进、南港出的水平风生环流加强,在北支向陆的风生流有所加强.水位上升后,北支盐水入侵增强;南支中段盐度变化不明显;北港、北槽盐水入侵随水位增加变化最为显著,小潮期间盐度增大值大于1,大潮期间增幅有所降低,北港北汊受水深增加盐水入侵变化最为强烈;南槽口门处滩地由于水位增加,非线性效应减弱,盐度不同程度的降低.水位上升后南支水源地三个水库取水口盐度均有所上升,减少了可取水时间,不利于供水安全.     

长江河口动量系数时空变化规律研究

利用近期实测资料,对长江河口肖山—口门区域的动量系数进行时间和空间分布规律研究;在此基础上,得出动量系数边滩和深槽分布的差异性,并建立了经验曲线.主要结论:动量系数近口段和河口段一般为洪季大于枯季,但北槽进口枯季大于洪季;洪季肖山—石化下大潮大于小潮,枯季时肖山—狼山沙为大潮大于小潮,徐六泾—石化下为大潮小于小潮;洪季以潮流界作为界限,潮流界以下向海方向动量系数表现为增加趋势;在空间上,北港大于南港,北槽大于南槽;引起这一差异的主要原因为不同时间和空间径流和潮流水动力差异所致.以-15 m水深划分近口段边滩和深槽,边滩区域动量系数随水深增大而增加,深槽区域动量系数变化不大.     

长江口徐六泾水域余流及潮流垂直结构变化规律研究

基于长江口徐六泾断面3个测站2011年春、夏、秋3个季节对应的不同径流量下的ADCP流速剖面数据,采用调和分析方法对徐六泾感潮河段的余流和潮流进行分离。研究表明,余流流速变化规律与长江口径流流量季节性变化一致,各测站流向沿水深变化平稳,基本与河岸线平行;潮流椭圆极化严重,几乎接近于直线,且基本与河岸线平行;潮流振幅和倾角的垂直变化和季节变化规律与余流的流速和流向的变化规律一致,即潮流的强度与径流强度呈正相关,且潮流椭圆的倾角变化幅度与平均流速变化幅度基本一致。     

长江河口北支建闸对减轻盐水入侵的数值模拟

枯季长江河口盐水入侵的最大特色是北支盐水倒灌,它是南支东风西沙、太仓和陈行水库盐水的唯一来源,也是青草沙水库盐水的主要来源.考虑潮汐和气候态1月和2月的径流量与风况,采用已严格验证过的长江河口盐水入侵三维数值模式,模拟和分析北支上段建闸前后盐水入侵的变化.模拟结果表明:在北支上段建闸后,整个南支全为淡水,北支盐水倒灌南支的现象消失,北支上段盐度明显下降;在东风西沙、太仓和陈行水库取水口盐度接近0;在青草沙水库取水口盐度大幅下降,几乎所有时间盐度都低于0.45,全为淡水.数值试验中,闸门的运行方式采用两种方案:全天落潮流期间开闸、夜里涨潮流期间关闸、白天涨潮流期间开闸,以及全天落潮流期间开闸、夜里和白天涨潮流期间关闸.两者的试验结果中南支盐度变化几乎一致,原因在于前者的运行方式已经使得北支上段盐水入侵大幅减弱,出现盐度接近0.45的淡水区域;即使白天涨潮流期间开闸,其间进入南支的也是淡水,并且增加了南支向海的总余流.从数值模拟的结果和闸门运行的成本考虑,推荐前者的北支建闸运行方案.北支建闸极大地提高了上海东风西沙、陈行和青草沙水库取水时间,同样极大地提高了江苏太仓水库的取水时间,保障了两地的供水安全.     

长江入海径流变化对河口盐水入侵影响分析

将河口海岸三维斜压水流数值模式应用于长江口海域,对长江口深水航道整治工程后枯季大通流量在6000～40000 m3／s的18组分级流量情况下的盐水入侵影响范围和影响程度进行了模拟计算。结果表明：上游径流对盐水入侵有明显的制约作用,随着上游径流量增加,盐水入侵的范围改变显著;利用大通流量和河口代表点半月最大盐度进行回归分析,得到半月最大盐度与大通流量呈现良好的指数关系,相关系数高于0．99。     

近年来长江口水体主离子的变化特征及影响因素分析

通过对2004-2008年长江口徐六泾江水样品中主要离子(Ca2+,Mg2+,Na+,K+,HCO32-,SO42-,Cl-,NO3-和SiO32-)含量的月观测,以及对2008年9月长江下游调查,研究发现,长江河口水体主要离子浓度与径流呈现很好负相关关系,季节变化明显,但主离子浓度季节差异小于径流量的季节差异.河口水体中K+,Na+,Ca2+,Mg2+,Cl-,SO42-,NO3-,总硬度/总碱度有上升趋势,尤其以SO42-和总硬度/总碱度的上升趋势显著,SiO32-,HCO3-则表现出下降趋势.引起近年来长江口水体主离子浓度变化的影响因素为工业排放、环境酸化、循环盐和三峡蓄水等.     

河口区径流对台风暴潮影响研究

台风暴潮-径流相互作用增大河口台风暴潮位,从而增大台风暴潮灾害.本文基于FVCOM模式建立了河口及附近海域的台风暴潮数值模型,并以9711台风和0608台风为风-气压场来源.依据台风期间的实测径流量过程Q(t),设计了4个径流过程q(t),并与q(t)=0时进行对比,讨论了台风暴潮模拟中考虑上游径流的必要性;研究了浙江省南部沿海椒江、欧江、飞云江和鳌江河口区径流和台风暴潮的相互作用,并分析了径流量变化对海门、温州、瑞安和鳌江观测站台风暴潮位以及各河流口门内最大台风暴潮位包络线的影响.结果显示:径流量越大,观测站的台风暴潮位增量越大且台风暴潮位的最大增量出现在台风登陆后;9711台风期间椒江台风暴潮位受径流的影响较瓯江更显著;0608台风期间飞云江台风暴潮位受径流影响较鳌江更显著.本文研究成果为河口台风暴潮防灾减灾提供有价值的参考.     

长江徐六泾节点和白茆沙河段治理工程研究

通过河势演变分析,论证了长江口徐六泾节点和白茆沙河段的治理不仅是必要的,而是十分迫切的.徐六泾节点对河势的控制作用远较江阴节点弱,白茹沙河段的河势变动仍受制于上游滩槽的变动和主流摆动.白茆沙南、北水道入口段常年水深较浅碍航,但20世纪90年代出现了百年未遇的优良河势和航深条件,北水道-10m槽贯通,南水道最小水深14m以上.现在南水道上口正迅速展宽,北水道上下口已开始淤积恶化变浅,发育鼎盛的庞大白茆沙沙体已开始冲刷后退下泄,这将不利于南支和南北港河势的稳定.最佳的整治时机正在消失,若失去时机,优良河势就难于挽回.模型试验研究表明徐六泾节点和白茆沙河段整治工程推荐方案可明显增强徐六泾节点对上下游河势的控制作用,使白茆沙南北水道的水动力明显增强,分流比稳定,百年难遇的优良河势可得以稳定,以确保5～10万吨级海轮顺畅通过.     

黄浦江河口水沙输运机制研究

受潮汐影响的弯道泥沙输运表现出与径流弯道不一样的现象.本文运用通量分解机制法,以黄浦江河口大潮期间实测水文资料为基础,对黄浦江河口受潮汐影响的弯曲河道水沙输运进行机制分析.结果表明,黄浦江河口水沙输运受弯道环流影响可分为纵向输运和横向输运.纵向水体潮周期净输运因径流作用指向口外,泥沙潮周期净输运因潮泵输运大于平流输运指向口内.潮周期横向水体净输运和泥沙净输运均指向凸岸,其中横向水体输运以欧拉输运为主,横向泥沙属于以平流项为主.通过比较水量输运的纵横比和泥沙输运的纵横比可得黄浦江河口大潮期间水量潮周期横向净输运大于纵向,泥沙是纵向大于横向.说明潮泵输运在黄浦江河口大潮期间起主导作用.     

基于RS，GIS的长江口冲积沙岛冲淤变化

根据1997年，2002年和2003年3幅不同时段的卫星照片，以及各相应时段上海港潮汐水位和1982年海图等资料，采用RS，GIS技术进行分析和处理，计算出长江口深水航道整治一期工程前后九段沙及江亚南沙的面积，实现了对工程前后九段沙岛泥沙冲淤特点及冲淤速度变化的分析．从沙岛的自然延伸方向、航道整治工程方向和南北方向计算了沙岛各部分的淤涨与冲刷速率，分析了深水航道对该岛屿冲淤演变的影响．结果表明，由于长江口深水航道整治工程的建设，九段沙及江亚南沙的演变特点及速度有明显变化：①九段沙6年来的淤积面积增长很快；②沙岛自然延伸方向淤涨速度有所下降；③沙岛沿航道整治工程导堤方向上的淤积速率增加；④沙岛局部位置冲刷程度有一定增强．     

闽江河口三维潮流和余流特征及污染物运动轨迹的数值模拟

基于河口、陆架和海洋沉积物(ECOMSED)模型,将干湿网格判别技术引入潮汐潮流的漫滩过程,建立闽江河口的三维斜压潮流数值模型;开展闽江口潮流、余流的三维动力学特征研究,并基于Lagrangian粒子示踪法进行污染物迁移轨迹的模拟.结果表明:潮流受闽江径流作用影响明显,落潮流速大于涨潮流速;与涨急时相比,落急时的流速呈现明显的分层现象,且随水深的增大而逐渐减小,流速减小的幅度较大;北支水道余流强度大于南支水道;垂向上,表层余流流速大于底层余流流速,表、中层余流以落潮余流为主,而底层余流则以涨潮余流为主.粒子追踪的模拟结果表明:涨憩时刻是较理想的排污时间,梅花水道与川石水道以南沿岸是较理想的排污口位置,表层排放的污染物更容易且更快向闽江河口外迁移.     

湘江流域近30年径流量与水位的长期变化规律研究

河川径流量和水位变化是反应气候变化和人类活动的重要表征,对其长期变化规律的研究结果可为该区域的水资源管理与洪水灾害风险研究提供重要的参考.本文选择频受洪水严重威胁的湘江流域为研究对象,利用近30年的径流量和水位观测的日资料及派生出的月、季和年资料,采用Mann-Kendall趋势检验法对湘江流域主要水文站的径流和水位进行了趋势分析和突变检验,并从气候变化和人类活动两方面分析其造成洪水危险性增大的原因.结果表明:(1)近30年来,湘江流域中下游的年径流量表现出增大趋势,而多数站点年最大径流量变化不大;(2)湘江流域径流的季节变化明显,多数站点春、冬季径流量没有明显变化趋势,但夏、秋季径流量呈显著上升趋势,这与夏季降水量的增大有关;(3)湘江流域7月和8月径流量呈增大趋势,5月份径流量呈减少趋势,7、8月径流量的突变点与夏季降水突变时间基本吻合,由降水变化导致径流增加的贡献率达57%以上;(4)湘江流域多数站点年平均水位和年最高水位均呈现显著的上升趋势.对比湘江流域年径流量,年平均水位的增长趋势更为明显,这可能是由于植被破坏,水土流失严重造成的淤积所致.     

珠江河口岸线变化对潮动力的影响

为研究珠江河口岸线变化对潮波特征的影响,基于D-Flow FM(Delft 3D-flow flexible mesh)建立珠江河口二维水动力数值模型,模拟的水位、流速流向结果与观测数据吻合良好。利用T_TIDE对模型结果进行调和分析,通过振幅比、相位差和潮能通量探讨岸线变化对潮汐动力特征的影响。结果表明:珠江河口半日分潮M_2的振幅和1/4日分潮M_4的振幅总体均呈增大的趋势,潮能通量呈减小的趋势。珠江河口整体表现为潮汐不对称加剧,涨潮占优增强。岸线变化通过影响径流作用、河口形态、浅水效应和潮能辐聚作用,影响珠江河口的分潮振幅、相位、潮汐不对称和潮能通量等潮汐特征。由岸线变化带来的潮汐振幅增加、潮汐不对称性加剧和涨潮占优趋势加强,可能会导致风暴潮等沿海灾害和严重的淤积问题。     

远距离潮位控制在莱州港5万吨级航道疏浚工程中的应用

利用岸边设立的验潮站得出的潮汐信息,运用天文潮加余水位订正的方法推算满足精度要求的在建莱州港5万吨航道内任意点的瞬时潮高,以此来指导疏浚施工作业和应用于航道的水深测量。     

长江口横沙浅滩及邻近海域含沙量与沉积物特征分析

长江口在河流动力和海洋动力相互作用和相互制约下,在河口口门形成了庞大的河口拦门沙系,在河口口外形成了巨大的水下三角洲.横沙浅滩是河口拦门沙系的重要组成部分.横沙浅滩含沙量不仅受到流域来水来沙条件的影响,更主要的是受到台风暴潮和寒潮大风的影响,除了大潮含沙量大于小潮含沙量的特征外,冬季含沙量大大大于夏季含沙量.横沙浅滩5 m水深含沙量的总体水平约为0.459 kg/m3.横沙浅滩邻近海域含沙量在向海方向上迅速降低.除潮汐大小含沙量呈现大小变化之外,冬季含沙量大于夏季含沙量是其主要特征.长江流域来沙近年来呈现减少趋势,邻近海域含沙量有所减少,局部海床出现冲刷现象.横沙浅滩沉积以细粉砂为主,水下三角洲沉积物以粘土质粉砂为主,横沙浅滩及邻近海域沉积物的平面分布和垂向分布均反映了横沙浅滩沉积物和水下三角洲沉积物的组合结构.拟建横沙浅滩挖入式港池和外航道沉积地层均为第四纪疏松沉积层,特别是水下三角洲地层,可挖性好,容易成槽,对工程建设有利.