黄河下游花园口至孙口河段高效输沙洪水阈值研究

河流能量耗散率变化反映了河道水沙输移能力以及河床形态的调整规律。本文研究区域为黄河下游花园口至孙口河段,从能量耗散角度出发,结合对实测资料的统计分析,探究了河流边界阻力能耗率与来水来沙、断面形态以及河床稳定性之间的定量关系,并基于边界阻力能耗率与河床稳定性双重指标,确定了花园口至孙口河段的高效输沙洪水阈值。研究结果表明:流量是影响边界阻力能耗率的主要因素,并与边界阻力能耗率的幂次呈线性相关;随着流量增大到2000 m^(3)/s以上,边界阻力能耗率随含沙量增加呈先减弱后增强的趋势。大流量条件下边界阻力能耗率与宽深比呈负相关关系,花园口与夹河滩断面形态复杂,相关性较弱;相比之下高村与孙口断面形态简单,相关性增强。非恒定水沙条件下的河床大多处于失稳状态,在综合考虑河床形态稳定及边界阻力能耗率最低的前提下,计算得出花园口至孙口河段的洪水高效输沙临界流量约为1500 m^(3)/s,含沙量约为23 kg/m^(3)。

荣成湾典型沙坝-潟湖海岸地貌演变研究

20世纪70年代末以来,荣成湾月湖沙坝-潟湖海岸地貌发生了巨大变化。研究沙坝-潟湖海岸地貌的演化过程可进一步掌握其演化规律,对保护和修复沙坝-潟湖海岸地貌体系具有重要的现实意义和理论依据。本文以1975-2021年47期遥感影像和1934-2014年4期不同时期测量的海图为数据源,通过遥感(Remote Sensing,RS)技术和地理信息系统(Geographic Information System,GIS)对月湖沙坝岸线进行提取,并用数字岸线分析系统对岸线变迁进行定量分析,最后通过构建水下岸坡数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)对不同时期的等深线进行提取。结果显示:(1)1975-2021年沙坝处于侧蚀变窄和切蚀变短的状态,坝尾内弯显著。1975年以来沙坝侵蚀后退较显著,从坝根到坝尾侵蚀速率逐渐增加。其中,1979-1986年沙坝侵蚀最严重,最大后退距离达95.7 m,平均蚀退速率为8.32 m/a。(2)1975-2021年,沙坝面积逐渐减少,潮汐通道逐年展宽。其中,1979-1986年沙坝面积急剧减少,平均减少速率为0.0142 km2/a。2021年与1975年相比,沙坝面积减少了约43%。2001-2014年潮汐通道的平均展宽速率为14.01 m/a,2015年后宽度突破300 m。(3)以1980年为转折点,1980年以前水下岸坡总体趋势为淤高变浅,等深线向海迁移。1980年后水下岸坡侵蚀增强,等深线向陆迁移。荣成湾月湖沙坝-潟湖海岸地貌的演变主要受人类活动及沿岸泥沙输移的影响。

1996-2022年黄河三角洲行水河口岸线稳定性研究

黄河清八汊现行河口自改汊以来发生了巨大变化,监测其岸线变化,探讨其稳定程度对海岸带可持续发展以及海岸带韧性评估具有重要意义。本研究利用GPS、GIS、RS技术从1996-2022年黄河三角洲行水河口的220幅遥感影像中推断出年平均海岸线位置,同时根据行水河口摆动次数划分为5个阶段,并以此为基础对海岸线变迁及其稳定性进行定量分析。结果表明:行水河口岸线长期处于动态变化过程中,整体呈淤进状态,各岸段岸线时空变化特征不同,最大侵蚀(-73.89m/a)区出现在两丁坝之间,最大淤积(393.20m/a)区出现在河口区附近。研究区90%的岸线表现为较强淤积至严重淤积,稳定性指数由两丁坝之间(0.135)、2007年出汊前旧河口(0.068)、2007年出汊后新生河口(0.006)依次降低。入海水沙量、河口位置变迁以及沿岸输沙是影响岸线稳定性出现时空差异的主要原因。

不开孔式与迎浪侧半开孔式水平板防波堤消浪性能比较研究

为了提升水平板防波堤的消浪性能与透水性能,设计一种迎浪侧半开孔式水平板防波堤。在不同相对板宽、潜深及波高条件下,通过物理模型试验研究不开孔式与迎浪侧半开孔式两种水平板防波堤的透射系数Kt、反射系数Kr及耗能系数Kh,系统对比两种水平板防波堤的消浪性能。结果表明,在试验参数条件下,迎浪侧半开孔式水平板防波堤的透射系数整体上小于不开孔式水平板防波堤,且两种水平板防波堤的透射系数均在相对板宽为0.166或0.212时达到最小值;两种水平板防波堤反射系数的变化趋势相近,迎浪侧半开孔式水平板防波堤的反射系数整体偏小;迎浪侧半开孔式水平板防波堤的耗散系数整体大于不开孔式水平板防波堤,在相对板宽为0.166或0.212时达到最大值。迎浪侧半开孔式水平板防波堤的消浪性能优于不开孔式水平板防波堤。

基于DSAS和FA的1959—2002年黄河三角洲海岸线演变规律及影响因素研究

采用数字岸线分析系统(DSAS)和岸线分形分析(FA),以不同年份测量的9期历史地图为数据源,对1959—2002年黄河三角洲海岸线长度、形态及变化过程进行了定量分析。结果表明,从1959—1984年黄河三角洲海岸线长度减小,岸线平面轮廓形态变得平滑、简单;从1984—2002年三角洲海岸线长度增加,岸线平面轮廓形态变得曲折、复杂。与此同时,整个三角洲海岸中前进、后退及进退平衡岸线的比例构成变化也具有显著的阶段性。从总体上看,前进岸线所占比例变化呈不断减小趋势,但1980—1984年、1996—2000年曾有两次短暂的突然增大。从岸线变化速率及其空间分布看,三角洲海岸线进退变化于1968—1974年、1992—1996年两度达到或接近平衡状态。根据初步分析,1959—2002年黄河三角洲岸线演变是在黄河入海泥沙总体减少的背景下发生的,受到河口地貌变迁、海岸沉积动力系统的深刻影响。

最近50年来莱州湾西-南部淤泥质海岸地貌演变研究

在野外考察和前人研究基础上,以1976-2009年间4个时相的MSS/ETM+遥感影像和1958、1984、2002年测量的三期海图为主要数据源,运用3S(RS/GIS/GPS)技术,对最近50年来莱州湾西-南部淤泥质海岸地貌演变进行了研究。结果表明:近50年来,以青坨子为界,莱州湾西、南岸虽均为淤泥质海岸,但其海岸地貌演变存在明显的差异性。具体表现在,莱州湾西岸与南岸的海岸线和等深线变迁时间不同步、变迁幅度差距大、岸线形态不同;莱州湾西岸和南岸地貌类型空间分布不同,转换的趋势、净方向、速率和幅度差异也十分明显以及莱州湾西岸和南岸水下地貌冲淤变化差距悬殊等。莱州湾西海岸的地貌演变与黄河河口-三角洲的地貌变迁基本正相关,变化幅度也较大,后期受到人类活动影响较为明显。海湾南岸的地貌演变受人类活动的影响也日益显著,但其海岸地貌的演变与西岸黄河口-三角洲地貌的剧烈变迁基本无关,莱州湾西岸黄河入海水沙的减少乃至断流对南岸冲於状态变迁也未有显著影响。

海岸侵蚀与防护技术研究进展

全球海岸侵蚀分布广泛,给沿岸人民生产生活带来巨大损失。论文基于前人相关研究及作者在山东半岛、黄河三角洲的相关研究成果,对近年来海岸侵蚀时空变化规律及防护技术研究进行分析。结果表明,首先,海岸侵蚀是海岸动力地貌的适应性调整和再平衡过程,具有显著的空间差异性和时间非线性特征。其次,海岸侵蚀的影响因素具有显著的多样性,侵蚀机理具有显著的区域性。最后,海岸侵蚀防护与修复应关注效果的可持续性,应该在深入研究、阐明区域海岸动力地貌演变趋势的基础上,研发和应用“软式”海岸防护技术与新型海岸防护结构。

最近50年来胶东半岛海岸带气候变化研究

利用胶东半岛近50年来的年平均、年最高、最低温度以及全年累计降水量、6～9月降水数据,采用Mann-Kendall非参数检验法、累积距平法以及有序聚类分析法,分析了胶东半岛最近约50年来气温和降水的变化特征.结果显示:最近50年来胶东半岛气候变化特征主要表现为先是降水量于1980年前后开始明显减少,而后气温于1990年前后突然上升.其中,年平均温度呈显著上升趋势,并在1990年前后发生显著的增温突变;升温主要是年最低温度上升的结果,而年最高温度变化趋势及变化幅度均不明显.年降水量有所减少,大多数水文站年降水在1980年前后发生突变,但部分站点突变时间为1966年;年降水量减少主要是由6～9月降水减少造成的,同时6～9月降水在全年中所占比重也略有下降.此外,半岛东南部各气候要素突变时间较西北部偏早,降水减少幅度也更为明显.比较而言,胶东半岛同期温度变化趋势与我国大部分地区基本一致,但降水量减少显著.

基于地学信息图谱的河道、海岸线演变对黄河三角洲景观格局影响研究

本文利用1988、1998、2009和2016年四期遥感影像,运用GIS技术,将地学信息图谱的图形思维与景观生态学的定量思维相结合,以距今不同时期的亚三角洲和滨海湿地为研究区,从景观结构和景观演替两个方面探究黄河三角洲河道、海岸线演变对景观格局的影响。结果表明:(1)距今不同时间的河道对黄河三角洲景观结构的影响程度不同,距今时间越长的亚三角洲研究区内耕地占总面积的比例越大且耕地是亚三角洲研究区中的第一优势景观类型。在1855—1889亚三角洲研究区内,除耕地和建筑用地外,其他各类景观占总面积的比例都较小且随时间变化不明显;在1929—1934亚三角洲研究区内,盐田、养殖池占总面积的比例从2009年到2016年增加了近40%,涨幅明显;在1964—1976亚三角洲研究区内,各类景观占总面积的比例趋于平均;在2017至今的亚三角洲研究区内,耕地和光滩占总面积的比例较高,达到24%左右。(2)距今不同时间的海岸线对黄河三角洲景观结构的影响程度也不同,在1855滨海湿地研究区内,耕地占总面积比例为60%左右,而海域占总面积比例接近于0,极差较大;在1934和1974滨海湿地研究区内,光滩、柽柳、碱蓬群落、芦苇、白茅群落占总面积比例随时间变化几乎呈逐渐下降趋势,而建筑用地和盐田、养殖池则呈逐渐上升趋势;2009滨海湿地研究区,河流、人工水域占总面积比例在2009年和2016年均达到32%以上。(3)根据景观类型重心变化特征,分析河道、海岸线演变对景观演替的影响程度,将不同时期亚三角洲和滨海湿地研究区景观演替分为如下几类:亚三角洲人类活动主导型、废弃河道主导型、行水河道主导型、滨海湿地人类活动主导型、废弃海岸主导型、新海岸主导型。

海岸线自动提取研究进展

由于海岸带活跃且脆弱,快速准确的监测海岸线的动态变化对于海域的使用管理具有十分重要的意义.遥感技术为海岸线的提取提供了重要手段,弥补了传统海岸线测量时,费时费力与部分地区难以到达等不足.基于海岸线特征提取的思路,总结当前国内外海岸线提取的主要方法.其存在问题为:影像信息不充分、验证精度低、海岸线误认为水边线等.针对以上不足进行探讨,最后对基于遥感的海岸线自动提取研究进行展望.

黄河现行与废弃河口海岸地貌动力作用差异的数值研究

波浪是塑造黄河三角洲河口与海岸地貌的重要动力因素之一。基于Delft3D模型耦合水动力与泥沙输运模块,模拟了黄河不同入海水沙条件下的表层悬沙浓度的分布变化,通过悬沙浓度差异值(Di值)定量研究了黄河清水沟流路现行河口与废弃河口之间的海洋动力差异,进而揭示了潮流与波浪在不同时期黄河三角洲地貌演变中的塑造作用。研究结果表明,在不同时期不同入海泥沙条件下,废弃河口及其近岸区域Di值普遍较高且为正值;但现行河口近岸的Di值分布普遍为负值。在废弃河口波浪使已沉积的粉砂、黏土起动、再悬浮,由潮流将其搬离海岸,从而使海岸发生蚀退;但现行河口由于大量黄河粉砂、黏土快速输入,潮流无法在短时间内将其全部搬离河口,进而使河口及两侧海岸向海淤进。比较而言,波浪在废弃河口及海岸的地貌作用较强,在现行河口相对较弱。这些研究结果对了解黄河三角洲动力地貌演变机理有重要的理论价值。

海岸带海洋水色遥感研究发展与展望

本文简要介绍了海洋水色遥感研究的主要应用,着重论述了近岸海洋水色遥感定量反演的研究进展,并提出了海洋水色遥感研究的发展趋势和展望.

入海泥沙减少背景下黄河清水沟亚三角洲海岸线的发育与演化

三角洲岸线的变迁是研究地貌冲淤最直接的要素。黄河三角洲是世界上发育最快的三角洲,研究其海岸线变化规律和演化趋势对地区生态环境保护、海洋资源开发、基础设施建设等至关重要。本文在前人研究的基础上,采用修正归一化水体指数(Modified Normalized Difference WaterIndex,MND-WI)与多年水频率指数(Multi-year Water Frequency Index,MWFI)相结合的方法对1976–2021年期间典型年份的207幅遥感影像进行岸线提取,使获取到的海岸线更具科学性和代表性,并在此基础上通过定量计算分析了海岸线的时空演变及其稳定性特征,以此探讨黄河清水沟亚三角洲海岸线自1976年以来的演化机制。研究结果表明:(1)总体上,清水沟亚三角洲海岸线演化呈现先快速向海淤积后波动稳定的趋势,以1996年和2002年为节点划分为“快速发育”“缓慢发育”“动态平衡”3个阶段;(2)45年来,研究区海岸线稳定性持续增强,其中孤东海堤段岸线与黄河清水沟亚三角洲南部岸线保持相对稳定,而清8汊河口段岸线与清水沟废弃河口段岸线较为活跃,其岸线稳定性指数基本低于0.5;(3)陆上三角洲淤积、侵蚀中心的迁移同河口位置变动相对应,尤其是淤积中心的迁移与河口位置变动之间在经度向存在明显的正向关系,R^(2)=0.6904;(4)黄河入海泥沙减少、河口位置迁移以及人类活动对三角洲海岸线的发育演化影响显著。从长远来看,在黄河入海泥沙持续减少的背景下,三角洲的未来仍面临侵蚀的威胁。

1958年以来莱州湾南部海岸线及水下地形演变

莱州湾南部自20世纪80年代以来海岸地貌发生了显著变化,研究海岸地貌的演变规律对海岸防护和海岸带资源可持续利用具有重要意义。本文以不同时期测量或成像的海图和遥感影像为数据源,基于RS和GIS技术对海岸线和水下岸坡演变进行定量研究。结果表明:①1958–2021年自然岸线逐渐减少,人工岸线逐渐增加,到2021年人工岸线长度约占总长度的87%,海岸线演化与海岸带建设密切相关;②以1984年为界,1984年前以自然演变为主,1984年后人类活动起主导作用,自然演变下海岸线以向陆蚀退为主,人为干预下以向海推进为主;③水下岸坡冲淤分布极不平衡,总体呈侵蚀–淤积–淤积减缓的趋势。南部河流入海口处在1984年后基本呈侵蚀状态。0 m和2 m等深线有前进有后退,但变化幅度相对较小;5~9 m等深线在堤河以西海域向海前进显著,其冲淤演变复杂;10 m等深线以堤河为界表现出西淤东蚀的状态。河流来沙是导致海岸线和水下岸坡演变的重要物质基础,波浪和潮流是主要的驱动力。人工设施在引起河流输沙减少的同时,也导致海岸线大幅向海推进、入海河口受到侵蚀。东北部莱州浅滩附近受人为影响处于侵蚀、解体状态,未来将会继续受到侵蚀。

基于OpenFOAM的潜堤——双弧板组合结构水动力特性数值研究

鉴于双弧板式透空堤的消浪性能仍不理想,提出了一种潜堤—双弧板组合结构,并基于OpenFOAM软件建立了波浪与该结构相互作用的数值模型,采用试验结果对所建数值模型进行验证。在此基础上,讨论了该新型结构的消浪特性、波压力分布特征以及所受波浪力的影响因素。结果表明,透射系数随相对板宽的增大而减小,反射系数则相反。透射与反射系数随相对潜深的变化较为显著。当结构位于静水位上方(即相对潜深为-0.05)时,透射系数最小而反射系数最大;当结构位于静水位下方(即相对潜深为0.05)时,透射系数最大而反射系数最小。该组合结构两块弧板上下表面的正负压力变化关于横轴近似对称,不同测点处的压力值差异显著。水平波浪力与垂直波浪力的变化趋势大致相似,但垂直波浪力远大于水平波浪力。研究结果可为其工程应用提供理论指导与技术支撑。

填海工程的海湾动力地貌效应——以芝罘湾为例

港口、人工养殖以及码头建设等填海活动会导致海岸地貌和海域动力环境发生改变,从而影响其海岸带韧性。本文以围填海活动剧烈的芝罘湾为例,基于1977-2022年遥感影像与水深数据,采用空间分析和水动力数值模拟等方法,综合分析了近45年来芝罘湾填海工程下海湾地貌演变与水动力变化情况,结果表明:围填海活动是芝罘湾地貌形态变化以及水动力条件改变的主要原因。①围填海工程导致海湾岸线整体呈现增加的趋势,岸线长度整体增加了10.67 km,岸线结构发生改变,自然岸线保有率持续降低。水深地形变化显著整体冲刷为主,近岸侵蚀严重,1995-2022年均蚀退率达5.4 cm/a。②围填海工程使海湾水动力条件发生改变,导致湾内流速普遍减弱,涨潮时不超过0.2 m/s,流向复杂多变,突堤附近尤为明显,海湾纳潮量呈现持续减小趋势,平均纳潮量整体减少了1.8928×10^(7)m^(3)。研究结果可为芝罘湾海洋生态环境保护与海域资源的合理开发提供科学的对策建议。

最近50年来山东地区夏季降水的时空变化及其影响因素研究

利用山东地区16个气象站1961～2012年逐月降水资料以及同期大气环流指数资料，采用Mann．Kendall非参数检验法、累积距平法、有序聚类分析法以及Mann．Whitney．Pettitt（MWP）法等方法，对最近50a来山东地区夏季降水及其占全年降水比例的时空变化及影响因素进行了研究。结果表明，最近50a来，山东地区夏季降水呈现总体下降趋势，但有显著的阶段性。其中，沿海地区变化幅度小于内陆，其阶段转换和突变也早于内陆，内陆中山区又早于平原。沿海地区夏季降水占年降水比例呈现总体上升趋势，但无明显的阶段性和突变现象；而内陆地区呈现总体下降趋势，但存在阶段性和突变现象，其中山地与平原问又有差异。分析表明，山东地区夏季降水变化与同期东亚夏季风、南方涛动和北极涛动之间有显著的响应关系，但在沿海与内陆、山地与平原之间存在差异。

基于Mann-Kendall方法的胶东半岛海岸带归一化植被指数趋势分析

利用1998—2008年SPOT/VEGETATION逐旬共372期归一化植被指数时间序列影像数据,引入Mann-Kendall非参数趋势检验方法,分析了胶东半岛最近10 a来的归一化植被指数变化趋势。结果表明,最近10 a来,胶东半岛归一化植被指数变化趋势以衰减区域居主导地位,其中有明显衰减变化趋势的区域占半岛总面积的19.3%,有明显增强变化趋势的区域仅占半岛总面积的2.8%。归一化植被指数衰减区域在空间上沿海岸线呈环状分布,从沿海岸到远离海岸,归一化植被指数增强趋势逐渐明显,衰减最明显的区域大部分位于半岛沿海30 km以内,植被增强趋势最明显区域位于半岛中部山地及沿海防护林地区。人类活动及其空间分布是归一化植被指数变化的主要因素,其中沿海城市化、工业化和海岸湿地开发利用程度的提高导致归一化植被指数衰减,而山地植被保护和海岸防护林建设导致归一化植被指数增强。

最近50年来莱州湾东部典型砂岸潮上带土地利用变化研究

以不同时期测量和成像的地形图和高分辨率遥感影像为数据源,综合使用野外调查、遥感(RS)、全球定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)等方法,对最近50多年来莱州湾东部砂岸典型岸段(界河口—刁龙嘴)的土地利用变化进行研究。结果表明,最近50多年来,莱州湾东部海岸土地利用/土地覆被变化显著,土地利用类型转化的总趋势是风沙地、林地、耕地向养殖池及居民地转化。从20世纪90年代初以来,该岸段潮上带风沙地大部分已为养殖池(塘、大棚)等所覆盖,在沿海防护林和海域之间新出现了一条平行于岸线、基本连续展布的水产养殖设施带,其外侧建有高出当地最高潮位的防浪堤。潮上带土地覆被的如此深刻变化,必然深刻地改变风暴潮作用时的水动力边界条件,导致风暴潮作用过程中沿水下岸坡—海滩—潮上带方向的能量分布发生调整,进一步会对海岸地貌及冲淤发生的范围、强度、性质和形式等带来变化。因此,大面积的潮上带土地利用可能是莱州湾东部砂岸,最近30年来海岸地貌冲淤演变的重要影响因素之一,这为今后深入研究并预测该段海岸地貌冲淤变化提供了新的视角。

莱州湾东部潮上带土地利用对海岸蚀退的影响

基于二维浅水方程、波作用守恒方程和对流扩散方程,建立了波浪-潮流-泥沙耦合数值模型,分析了最近20年来莱州湾东部潮上带土地利用对海岸蚀退的影响。结果显示,潮上带土地利用改变了风暴潮时的水动力边界条件,显著增大了岸线附近的水流流速。随着潮上带养殖设施覆盖比例的提高,从平面分布看,岸线附近侵蚀显著加重,侵蚀条带平行岸线并向下游延伸、向海侧拓展;从剖面分布看,岸线两侧侵蚀深度显著增大、范围明显扩展,水下岸坡的闭合水深加大,闭合点外移;从动力条件变化看,岸线附近水流流速最大。分析表明,最近20年来大规模的潮上带土地利用是莱州湾东部海岸蚀退的重要影响因素。