钱塘江河口盐官段混合式丁坝修建对水沙及河床影响的实测研究

钱塘江北岸古海塘堤脚加固工程中,辅助围堰施工的临时性管袋黏土混合式丁坝对工程的顺利进行、提高施工效率起着至关重要的作用,然而目前对其周围水沙运动的研究较少,且缺乏相关实测资料。考虑混合式丁坝修建的动态过程,利用无人机拍摄水流视频结合LSPIV(粒子图像测速)处理技术对丁坝修建前、中、后期周围的流场进行分析,并对丁坝附近的地形进行跟踪测量,同时对不同潮差的水流含沙量进行现场测定。结果表明,丁坝具有改变水流方向,减少水流对河岸冲刷的作用,且丁坝越长,挑流作用越明显,为围堰施工提供了较为平缓的水流条件;混合式丁坝对坝后处的促淤效果明显,且坝后地形变化与含沙量密切相关,潮差越大,水体含沙量越高,丁坝后河床淤积幅度越大,有利于提高围堰的施工效率。研究成果对之后相关物理模型和数值模拟的研究提供数据支持。

长江口徐六泾站垂线含沙量代表层研究

在水深大、交通繁忙而无法开展传统六层采样测量的情况下,如何获取更为准确的垂线平均含沙量进而提升入海泥沙通量的测量精度是当前学者关注的重点。以长江口入海观测关键节点——徐六泾水文断面为例,采用多种分层组合的方法计算垂线平均含沙量,运用置信区间、平均相对误差以及Lilliefors假设检验等统计方法进行计算与分析;同时,结合观测节点上下游水文断面数据,分析了垂线平均含沙量代表层的表征规律。研究结果表明:虽然徐六泾水文断面受到径-潮流相互作用,但0.6 H层被证实是最佳的垂线平均含沙量代表层,其平均相对误差均值在(0±5)%范围内;然而在下游南支河段,白茆沙水文断面受潮汐动力的影响显著增大,从而导致0.6 H单层代表性较差。研究成果对未来水文综合浮标改造和准确获取长江入海泥沙通量具有重要指导意义。

人类活动对长江输沙量的影响研究

为了研究人类活动对长江输沙量的影响,基于水利部长江水利委员会提拱的数据,对人类活动的影响、泥沙流量减少的因素及数量、悬浮泥沙浓度(SSC)的下降及空间格局变化以及河道和三角洲的侵蚀进行分析。研究结果表明:(1)长江流域大坝建设和实行水土保持措施后,相应的累积库容增加量约为20世纪50年代的52倍,各子流域的总输沙量减少了92.2%;(2)大坝的运行和土壤保护工作有助于在不同阶段减少悬浮泥沙浓度(SSC),其中汛期SSC的下降幅度比旱季更大,在7月和8月的汛期大同的SSC下降了81.6%以上;(3)从2013年持续到2019年,河床侵蚀已成为长江泥沙输移的主要来源,该三角洲的侵蚀很可能会持续并加剧。

长历时低含沙洪水条件下的黄河河口演变特征

黄河河口2021年出现罕见的长历时低含沙量洪水过程。采用实测水文资料和卫星遥感影像分析河口河道的冲淤特性和口门演变,探讨流路稳定状况。小浪底水库调水调沙和秋汛两次主要洪水过程历时共91天,平均流量为3123 m^(3)/s,平均含沙量为6.7 kg/m^(3)。河口河道段因河床粒径粗化接近冲刷平衡,冲刷体积为0.04亿m^(3);尾闾段因口门主流取直摆动,发生明显溯源冲刷,冲刷体积为0.14亿m^(3)。自2013年西河口以下河长达到60 km后,口门因沙嘴延伸较长、来沙量显著降低,形成比较稳定的分汊入海态势。2021年汛后河势稳定,感潮段河势顺直,口门“大水取直、小水坐湾”,目前流路仍处于较为稳定状态。

长丰河流域径流量和输沙量相关性及变化规律分析

依据成县水文站1959-2021年实测径流泥沙数据,计算分析径流量和输沙量的年内年际变化规律。结果显示,输沙量和径流量的年际变化都比年内变化稳定,而且都有减小的趋势,但年输沙量减小趋势更加显著,用Pearson、Correl、Rsq相关系数分析二者的相关性,用累积距平值法分析突变点并用Yamamoto法对突变点进行检验,得出1968年、1993年、2009年是径流量的突变点,2009年是输沙量的突变点。

新沂河入海泓道分流比变化与海口枢纽下游减淤措施初步研究

针对新沂河海口滩地植被密布、闸上泓道复杂多分汊、口外含沙量大等特点,分析了江苏沿海建闸多分汊河口分流比变化特点及成因,表明南、北深泓分流比较设计值均偏大,中深泓反之,分流比偏离的主要原因是中深泓闸下泓道回淤严重加上芦苇“锚固”作用致使行洪断面面积锐减50%以上,严重限制了中深泓的行洪能力,加之闸上引河及中深泓底高程远高于南深泓和北深泓,导致中深泓汇流阻力大。建立了新沂河二维潮流泥沙数学模型,在水动力和泥沙回淤验证的基础上,预测了泥沙回淤过程,研究了分流比优化措施及闸下减淤效果,可为海口枢纽除险加固与运维提供参考。

黄河口清水沟流路水沙变化与河道演变响应

采用实测资料分析的方法,研究了水沙变化条件下黄河口清水沟流路河道演变的复杂响应过程。研究结果表明:1986年以后,黄河口清水沟流路水沙减少,河道萎缩,过流能力减小,断面形态宽浅;2000年以后,小浪底水库蓄水拦沙运用,黄河口水沙关系明显改善,河道萎缩有所恢复,过流能力增大,断面形态趋于窄深,黄河口河道演变与水沙过程有着良好的响应关系,河道过流能力随汛期5年滑动平均水量的增大而增大,随汛期5年滑动平均来沙系数的增大而减小。未来应通过上中游水库群的联合水沙调控运用,持续调控出5年以上水沙关系协调的下游水沙过程,这样对黄河口河道冲刷能产生良好的效果。

长江口拦门沙段滩涂形态调整及冲淤响应机制

为研究长江口拦门沙段重要滩涂对水沙条件改变及人类活动的响应机制,以横沙浅滩、九段沙及南汇东滩为例,分析了拦门沙段重要滩涂的平面形态调整特点及其对环境因素变化的响应过程,并建立了代表滩涂面积与汛期水沙条件间的经验关系。结果表明,横沙浅滩、九段沙及南汇东滩近年来滩涂平面形态呈萎缩态势、沙尾总体滞涨,且横沙浅滩及九段沙有不同程度的串沟发育现象;横沙浅滩面积与前7年平均的汛期水流冲刷强度具有良好的幂函数关系,反映了浅滩面积随水沙条件变化的滞后响应过程;河口治理工程对滩涂局部的守护能较快抑制水沙条件改变所引起的冲刷,但其对周边区域可能产生缓慢、长期的累积影响。

甬江河口洪季三维水沙动力和泥沙捕集机制研究

结合2015年洪季测验资料和三维斜压水流泥沙数学模型,研究了甬江河口的纵、横向余流结构及最大浑浊带特征,并根据动量平衡分析方法探讨了余流动力及泥沙捕集机制。结果表明:大潮期纵向余流受纵向对流项和正压梯度项主导呈下泄趋势,小潮期口门底部存在较大的向陆斜压作用,形成河口环流;盐度较低的上游弯道横向余流受纵向对流项和正压梯度项主导,表层指向凹岸、底层指向凸岸,而下游弯道横向环流结构受斜压梯度项影响大,过渡直道段横向余流呈表层收敛、底层发散的双环流结构;大潮时最大浑浊带位于清水浦,小潮则下移至镇海;弯道处泥沙横向捕集于凸岸侧,而过渡段仍聚集于深槽内。

钱塘江河口盐官段主汛期前含沙量特性研究

钱塘江河口水沙运动极其复杂,特别是泥沙输移问题历来备受关注。然而河口涌潮河段的含沙量观测非常困难,目前对含沙量精细化的系统实测分析及其规律研究仍相对缺乏。以钱塘江北岸海宁段在主汛期前需修建的围堰工程及其泥沙冲淤问题为背景,采用2022年4—6月钱塘江盐官段北岸盐官潮位站连续多日实测含沙量展开分析研究。根据潮差级别(大潮、中潮、小潮)和潮时(涨潮前、涨潮期、平潮期、退潮期)对含沙量数据进行划分和分析。利用从盐官潮位站获取的同时期浊度与实测含沙量进行数据拟合,分别按潮差级别和浊度区间划分得到两组拟合曲线,相关度约为0.9。拟合曲线经验证后运用于7月潮位与拟合含沙量的分析对比。结果表明:大潮时含沙量离散程度最大,中潮次之,小潮最小;小潮的4个潮时含沙量变化不大,中潮和大潮涨潮期的含沙量均有明显上升,高平潮期含沙量有所下降,经退潮期回归至涨潮前水平。总体而言,含沙量曲线与潮位曲线存在相似的周期性关系,但在退潮期,含沙量会再次出现先升后降的过程,这可能是由于退潮阶段落急时流速增加,部分床面泥沙再次随水流运动,但随着落急到落憩的转变,退潮变缓,含沙量再次下降。本研究进一步加深了对河口含沙量演变规律的认识,可为河口工程的泥沙研究提供借鉴。

长江口特大洪水浑浊带悬沙粒度分布特征

2020年长江流域发生了历史第二大洪水,大通站洪峰流量达到84500 m^(3)/s。本文基于2020年7月长江口特大洪水期间最大浑浊带多站位的水沙观测数据,重点分析了悬沙粒度组分的时空分布特征,并与常态水文条件下的粒度数据进行对比。结果表明:(1)最大浑浊带悬沙垂向平均中值粒径为10.4μm,变化范围为6~27μm,以黏性细颗粒泥沙为主;其中核心区南槽、北槽及北港的中值粒径分别为8.4μm、7.6μm和8.5μm,过渡区分别为7.2μm、16.4μm和14.5μm。(2)悬沙中值粒径垂向分布受不同组分影响,核心区底层中值粒径为8.8~9.6μm;底层黏土含量在28%~31%之间,粉砂含量在61%~64%之间,中值粒径主要受黏土及粉砂组分影响;过渡区北港和北槽垂向平均砂组分高达19%,南槽砂组分平均仅占5%,中值粒径主要受砂组分影响。(3)对比2013年洪季浑浊带数据,2020年粒径整体增大5.4μm,核心区黏土含量相较2013年减少12.7%,砂增加6.3%;过渡区北槽与北港平均粒径增大10μm。

长江口水沙入海通量的观测与分析

在长江口用声学多普勒流速剖面仪(ADCP)进行走航式断面观测,结果表明,采集水样获取的悬沙浓度与ADCP记录的声学信号(后向散射强度)之间存在显著相关关系,因此可据ADCP声学数据获得沿观测断面的高时空分辨率的悬沙浓度剖面。分析结果表明,在徐六泾附近断面以往复流占优势,大潮期间单位时间最大水、悬沙通量值出现于涨潮期,落潮历时较长,落潮期水、悬沙通量分别大于涨潮期水、悬沙通量,净通量向海。长江口南槽拦门沙外侧主要为旋转流,涨潮期间内的水、悬沙通量均分别大于落潮期间的水、悬沙通量。2003年11月12日的观测结果表明,潮周期内通过徐六泾断面向海输运的水与悬沙通量分别为109m3和108kg量级;径流量与悬沙输运率分别为104m3/s和103kg/s量级。1998年以来徐六泾ADCP流量观测数据与同时间的大通径流量之间存在着显著的相关关系,故可由大通径流量估算徐六泾径流量,作为长江入海径流量,以作为历史资料整编的一种手段。结果表明,长江入海年径流总量略大于大通年径流总量;而在枯水期间入海径流量小于大通径流量。

GIS支持下的长江口拦门沙泥沙冲淤定量计算

依据1842～1997年10幅不同年代的长江口海图资料,利用地理信息系统和数字化仪进行处理,建立不同时期的长江口水下数字高程模型,以此作为基础资料,实现了从横剖面、深泓线纵剖面、平面变化等不同角度对长江口拦门沙地区滩槽演变、岸线侵蚀、沙岛形成与变迁等进行研究.通过计算河槽容积,实现了对不同时段泥沙冲淤量的计算.结果表明,155a来拦门沙总的趋势是不断淤积,但不同时期淤积速度大不一样,个别时期甚至会发生一定程度的冲刷,这主要与动力条件的波动有关.1842～1997年,共淤积泥沙38.10亿t,平均每年淤积 0.246亿t,约占长江来沙的5％,年均淤厚为1.1cm 泥沙淤积部位主要在九段沙、横沙及横沙东滩、崇明东滩三处.发生冲刷的范围较小,仅占总面积的21.4％,主要在北槽,北港上段和南槽局部也有轻微的冲刷发生.

长江河口最大浑浊带水沙输运机制分析

本文根据大量的实测资料，运用机理分析方法，讨论了长江口最大浑浊带中各输沙项的作用。结果表明，平均流输沙、斯托克斯漂流效应、潮汐捕集以及垂向环流是净输沙的主要部分。在南槽，斯托克斯漂移和潮汐捕集作用占优势，对最大浑浊带的形成有重要作用。在北港，平均流输沙及垂向净环流输沙占优势，垂向环流是导致最大浑浊带形成的主要因素。北槽介于南槽和北港之间。

长江流域水沙周期特征及可能影响原因

运用小波变换的方法研究了长江流域干流站(屏山站、宜昌站、大通站与汉口站)以及位于支流嘉陵江流域的北碚站近40年来月均流量与输沙率,研究认为:(1)水利工程(本文主要指水库)对下游河道输沙率的影响远远大于对流量的影响;(2)葛洲坝是低水头径流式发电站,对下游流量变化影响不大,虽然在建库初期对输沙率有一定影响,导致下游河床下切,但远未达到使输沙率固有的1年周期受到影响的程度;(3)三峡大坝的建设已经对下游输沙率产生严重影响,使其固有的1年周期消失,但三峡大坝下游河道输沙率对这种影响的响应与距三峡大坝的距离成反比,即愈往下游,输沙率受三峡大坝的影响愈小;(4)输沙率变化对水利工程影响的敏感程度受流域尺度的影响,流域尺度越大,其反应就愈迟钝,反之亦然。

近10年来长江口水下三角洲的冲淤变化——兼论三峡工程蓄水的影响

根据对近10年来长江入海泥沙量和河口冲淤的对比分析,探讨水下三角洲冲淤对长江入海泥沙锐减以及三峡工程运行的响应。结果表明:(1)三峡水库蓄水导致长江入海泥沙减少1×108t/a量级;(2)1995-2000年、2000-2004年和2004-2005年研究区淤积(冲刷)面积分别占75.5%(24.5%)、30.5%(69.5%)和14%(86%),垂向冲淤速率(负为冲刷)分别为6.4cm/a、-3.8cm/a和-21cm/a。(3)由于地形和水动力的变化以及工程的影响,研究区内冲淤对河流来沙减少的响应存在显著空间差异。结论包括:三峡水库蓄水加剧了长江入海泥沙的减少;入海泥沙的锐减是水下三角洲从淤积为主向侵蚀为主转变的主要原因。随着水库拦沙能力的增强等流域人类活动的影响,长江入海泥沙将进一步下降,河口口门区的冲刷可能加剧,值得有关部门重视。

长江河口悬浮颗粒表面特性的初步研究

本文根据对比实验长江河口悬浮体分别经由偏磷酸钠 (NaPO3)分散剂、超声波处理和加双氧水 (H2 O2 )高温蒸煮去除有机物 ,使用FACScan流式细胞仪测定自然荧光和异硫氰酸荧光素 (FITC)染色后颗粒荧光特性。发现去除长江河口悬浮颗粒表面有机物后 ,悬浮颗粒的大小发生了改变 ;认为长江河口沿程悬浮颗粒的比表面积的变化主要是由于悬浮颗粒物表面有机物组成的不同和水团颗粒物质组成不同产生 ;

三峡工程蓄水运用对长江口径流来沙的影响

三峡工程蓄水运用后,下游来沙量大大减少,直接影响长江口的径流来沙量。依据实测资料,统计计算了宜昌、大通及中间水文站各粒径组泥沙多年平均输沙量。考虑到沿程冲淤变化及区间支流来沙,建立了上下游水文站各粒径组泥沙输沙量之间的对应关系,初步探讨了宜昌和大通两站不同粒径组泥沙输沙量之间的关系。在此基础上,根据一维数学模型的计算结果,分析了三峡工程蓄水后宜昌站各粒径组泥沙的来沙量的减少及大通站各粒径组泥沙输沙量相应的变化。结果表明:在输沙总量上,大通站输沙量中的70%来自宜昌上游河道,其余的则来自区间的补充;如果考虑不同粒径组,则细颗粒对上游来沙的依赖程度高于中等粒径泥沙,三峡建库后,在不考虑沿程冲刷恢复的条件下,宜昌上游来沙量减少了71.7%,通过大通站的输沙量较建库前减少了40%;其中细颗粒减少的程度低于中等粒径颗粒。

钱塘江河口悬沙输运特征及影响机制

根据2012年5月在钱塘江河口获取的潮流和悬沙浓度数据,采用机制分解法研究各输沙项的特征及贡献率,探究了钱塘江河口悬沙输运特征及影响机制。结果表明:钱塘江河口的欧拉余流和斯托克斯余流方向基本向海。小潮至大潮的平均含沙量与平均流速呈正线性关系,导致涨急、落急均出现再悬浮现象,悬浮泥沙由海转向陆地输运。钱塘江河口悬沙输运的贡献项以平流输移和潮泵输移为主,其平流项和潮泵项之和占潮周期单宽净输沙通量的87%以上;澉浦横断面在小潮汛期从左岸到右岸的平流项通量减小了1.71 kg·m^(-1)·s^(-1),潮泵效应项和垂向净环流项通量增大了1.34 kg·m^(-1)·s^(-1),且沉积物在尖山河段下游和杭州湾进行水沙交换。

椒江河口悬沙浓度垂向分布和泥跃层发育

论述了椒江河口粘性细颗粒泥沙洪、枯季及大、小潮悬沙浓度分布．椒江河口水体高度混浊，近底层悬沙浓度可达71kg／m3以上．在河口最大混浊带，小潮期水体层化现象明显，悬沙浓度垂向分布呈三层结构，即活动悬沙层、泥跃层和浮泥层．泥跃层是水体中悬沙浓度分布剧变层，梯度大．在河口咸、淡水互相作用下，悬沙浓度大于3kg／m3、盐度在4～16及水流速度中等的条件下泥跃层发育．