近期长江口北港冲淤变化与微地貌特征

2014年7月11-18日和10月29-31日以多波束测深系统和浅地层剖面仪等先进现场测量仪器对长江口北港河槽进行走航测量,结合人类活动强干扰下的海图水深数据及河槽表层沉积物资料探讨近期长江口北港河槽冲淤变化与微地貌特征。结果表明:在流域来水量变化不明显,来沙量锐减的情况下,近年来长江口河口段中上游河槽整体上处于微冲刷环境,而青草沙水库工程的实施导致北港中段河槽的冲刷程度更甚且冲刷态势向下延伸。2002-2012年北港泥沙净冲刷量为6.54亿m3,平均每年冲刷0.65亿m3。在其冲刷环境的影响下,近期北港河槽底床上除发育平滑床底外,还广泛发育冲沟和凹坑等侵蚀性微地貌,而河槽受到冲刷将导致底沙推移质运动增强,同样有利于沙波微地貌的发育。沙波主要分布在河槽沉积物为细砂的北港中上段底床的大部分区域和拦门沙河段的局部区域。

汉江上游郧县辽瓦店全新世古洪水研究

以汉江上游谷地郧县辽瓦店全新世古洪水滞流沉积剖面为研究对象,对其进行了洪水沉积学和水文学研究,并对其粒度组成、磁化率、烧矢量等理化性质进行了测量。结果证明,辽瓦店(LWD)剖面中夹有典型的古洪水滞流沉积物(SWD),它记录了一次特大洪水事件。利用地层学方法确定该次洪水事件发生在AD100-300之间(东汉-魏晋时代之间)。根据沉积学和水文学原理恢复了古洪水的洪峰水位在159.80m,以此计算出洪峰流量为65 420m3/s。根据2011年9月19日汉江洪水洪峰水位痕迹高程并利用相同方法反推洪水流量,所获流量数据与实测数据误差小于1%。

长江河口主槽地貌形态观测与分析

人类活动可以改变流域至河口的泥沙输运与沉积。尽管一些近期的研究已经调查了长江河口的形态演变,然而,流域和河口工程如何影响河口河床的形态演变仍然是不清楚的。该文利用2010年至2015年多波束测深系统和浅地层剖面仪等先进现场测量仪器的长江口主槽走航测量资料,并结合主槽表层沉积物资料,分析了近年来人为强干扰下的长江河口主槽底床微地貌形态,以理解近期人类活动对河口的影响。结果显示：近年来长江河口主槽底床上除了存在平床、沙波、冲沟和冲刷痕等常见微地貌形态外,还存在着疏浚痕和凹坑等人为微地貌形态。在流域和河口大型工程的共同影响下,近年来南北港中上段、横沙通道和南槽上段均受到不同程度的冲刷,其主槽底床上呈现出不同程度冲沟和冲刷痕等侵蚀性微地貌。而由于疏浚工程的影响,南港下段、圆圆沙航槽和北槽航道底床上出现了大范围的疏浚痕和凹坑。近年来包括南槽上段、北槽主槽中段和下段的局部区域和北港拦门沙河段局部区域在内的长江河口最大浑浊带的河床沉积物有粗化趋势。南北港中上段和横沙通道的大部分区域均发育了大量沙波微地貌;总体上,长江河口沙波的波高在0.12~3.12 m,波长在2.83~127.89 m,波高/波长在0.003~0.136,长江河口中上段的沙波尺度（波高的均值为0.91 m,波长的均值为20.08 m）大于密西西比河下游（波高的均值为0.87 m,波长的均值为17.62 m）,且两区域沙波的几何形态差异性较小。

近期长江河口南槽冲淤变化与微地貌特征

2015年2月1-7日采用多波束测深系统对长江口南槽河段进行走航测量,结合人类活动强干扰下的海图水深数据及河槽表层沉积物资料,探讨近期长江河口南槽河段河槽冲淤变化与微地貌特征。结果表明:在三峡工程等流域大型工程和深水航道治理工程等河口工程的共同影响下,近期南槽河段上段持续受到冲刷且冲刷态势向下延伸,在1995-2013年南槽河段(中下段和口外段)共淤积1.96亿m^3,平均每年淤积0.11亿m^3;2002-2013年南槽河段(上段至口外段)共冲刷4.98亿m^3,平均每年冲刷0.45亿m^3;在其冲刷环境的影响下,近期南槽底床上除发育平滑床底外,还广泛发育冲沟和凹坑等侵蚀性微地貌,而上段河槽持续受到冲刷导致底沙推移质运动增强,发育了小区域的沙波微地貌,这是首次在南槽观测到的沙波。

近期长江河口主槽冲淤过程与沉积物分布及变化特征

利用长江口人类活动强干扰下的海图水深数据及河槽表层沉积物资料,探讨近期长江河口主槽冲淤变化与沉积物分布特征,研究结果表明,在流域来水量变化不明显,来沙量锐减的情况下,长江河口段中上游主槽整体上处于微冲刷环境。而又受深水航道治理工程的影响,局部河段主槽出现淤积,沉积物粒径也发生相应的变化。其中,南支下段宝山水道总体上受到冲刷,沉积物枯季变细,洪季变粗;南槽航道上段、北港航道和横沙通道均受到冲刷,沉积物均逐渐变粗;南港航道、与北槽过渡河段的圆圆沙航槽和北槽航道主槽淤积,沉积物均逐渐变细,且三者的淤积均由航道回淤造成,南港航道回淤的沉积物粒径最粗(0.12mm左右),圆圆沙次之(0.07mm左右),北槽最小(0.02mm左右)。

长江河口北港北汊河势演变及趋势分析

在分析长江口北港北汊河段实测水文资料及1977-2013年海图基础上,研究近30多年来该河段河势演变趋势及其影响因素。结果表明:(1)历史上,北港北汊河段经历了团结沙与北港北沙的交替更迭;(2)北港北汊是一个典型的复式河槽,其上段1995-2006年以冲刷为主,2006-2013年以淤积为主;中段1995-2013年均以冲刷为主;下段变化不大。(3)洪水导致了北港北汊复式河槽格局的形成,而北槽深水航道北导堤和横沙东滩促淤圈围工程限制了北港落潮水流通过横沙东滩串沟进入北槽,进而导致北港北汊分流增加,是北港北汊发展的重要因素。

近20年来长江口南支河槽演变对流域减沙的响应研究

结合1998-2018年期间长江口南支河段的实测沙波微地貌资料、海图资料和实测水深数据以及河槽沉积物资料,分析和探讨南支河段河槽演变过程及其对人类活动的响应。结果表明:三峡及上游梯级水库作用下已导致进入河口的泥沙量呈现持续锐减,引起南支河段在1998-2018年期间的河槽持续受到冲刷,净冲刷和平均每年冲刷的泥沙体积分别达5.16亿m^(3)和0.26亿m^(3),且冲刷程度在2002-2018年期间明显大于1998-2002年期间。近期南支河段河槽床面以细砂为主,床面发育大范围的沙波微地貌,沙波尺度以中型为主,平均波高和波长分别为0.56 m和10.57 m,占比达60.91%,沙波形态主要受径流作用的控制,冲刷环境可能引起沙波发育的空间范围进一步向下游推进。

长江河口南港河段沙波观测研究

利用Sea Bat 7125多波束测深系统,对长江河口南港河段进行了沙波的高分辨率观测研究。结果表明:南港河段沙波发育广泛。统计的沙波中,最小波高0.12m,最大波高达3.12m;最小波长为3.12m,最大波长为127.89m。其中,南港上段、南港中段主航道、南港下段沙波陡坡有向海倾斜的趋势,而南港中段主航道南侧沙波陡坡有向陆倾斜的趋势。

长江潮区界上界河槽浅层沉积结构探测研究

研究地层沉积结构是认识河流变迁历史的重要手段之一,潮区界作为河流物质和能量传输的关键界面之一,于2015年洪季,利用浅地层剖面仪对长江潮区界上界河段河槽浅地层结构进行了"覆盖式"探测。结果表明:长江潮区界上界河段河槽床面发育了大量沙波,尺度较大,陡坡明显朝向下游;崇文洲下游两侧水道中沙波发育较少,尺度也较小;浅层沉积结构显示该河段部分河槽床面以下存在4处不同形态的地质构造。

长江河口北港中上段河槽地貌变化特征

基于在长江口北港上段利用多波束测深系统获得的2014年7,10月(洪季)和2015年2月(枯季)河床微地貌资料,结合浅地层剖面仪获得的2010年1月和2014年10月的浅层沉积结构资料,分析了北港中上段河床微地貌和浅层沉积结构变化特征。研究结果表明:(1)洪、枯季微地貌形态变化明显,洪季沙波比枯季发育范围广。新桥通道内洪季为复合沙波,枯季变成单一沙波。横沙通道北口水域洪季发育有弯曲型和顺直型两种沙波;枯季弯曲型沙波发育区沙波消失且发育着许多椭圆形的麻坑,顺直型沙波波长变大。(2)2010年1月至2014年10月北港上段整体呈冲刷趋势;新桥通道内浅地层剖面表层形态及分层结构基本无明显变化,且均为单层分层、厚度约2 m;在北港上段横断面最窄处附近,2014年10月断面大幅度冲刷并向下游延续较长,最大刷深约为7 m;长江大桥以西浅层沉积结构变化显著,上游分层由双层变为单层,中间分层消失,下游部分分层变厚、部分分层由双层变为单层。

强潮流作用下桥墩不对称“双肾型”冲刷地貌特征与机理

本文在海图地形资料分析桥轴线附近的海床自然冲刷的基础上,利用多波束测深技术研究大桥主墩附近局部冲刷地形。结果表明,该大桥桥位附近地形冲刷较显著,且大桥主墩位置有持续冲刷的趋势;主墩上、下游群桩最大冲刷深度呈上游最深、中部淤积、下游渐深的不对称形态,最大局部冲刷深度为4m;桥墩整体冲刷坑形态呈南北"双肾型";潮流流向与桥墩迎流面存在偏南的入射角,使得各桥墩南侧的最大冲深和冲刷范围均大于北侧。

基于ADCP的长江河口推移质运动特性研究

基于多普勒声学流速剖面仪(ADCP)在长江口6个测点(长兴岛北侧、南北槽分流口、崇明东滩南侧、横沙岛北侧、南汇南滩和横沙通道北侧)观测的数据,利用ADCP底跟踪功能观测底床推移质运动过程。结果表明:通过ADCP数据,在涨、落急时段可以清晰地看到是否存在推移质运动;直观表达了推移质运动速度在一个潮周期内的变化过程;推移质运动速度变化过程曲线与潮流流速变化过程曲线呈现"对应、不对称"的特征;推移质运动速度的日不等现象比潮流流速日不等现象更加显著。

基于TM遥感影像的河口流态信息半定量化研究

在结合潮位资料初步判断涨落潮情的基础上,利用Gabor滤波和纹理熵计算等纹理特征分析方法,从TM遥感影像中解译流线,提取流向,表征流速(分级),由此实现了流态信息的半定量化解译。并以长江口—杭州湾北岸Mike21_FM潮流数学模型的模拟结果对该方法的试验结果进行了验证,得出TM遥感解译的典型涨、落潮流的平均流向均方根误差(RMSE)为9.33°,平均的流速大小分级吻合度为73.1%。研究表明,基于纹理特征分析方法进行的河口流态信息遥感解译是可行的,该方法可以实现流态信息的半定量化,具有一定的创新性。

山东丹河2018年洪水沉积特征、物源分析及水文过程重建

通过研究现代洪水沉积特征,可重建洪水水文过程,识别泥沙侵蚀源区,既可为防洪水利工程设计提供依据,也可为古洪水层判识建立参考。2018年8月中旬,山东省北部弥河、丹河流域受双台风影响发生洪涝灾害。通过对洪水淹没区进行考察,在下游洪水沉积物保存完好的地点获取21.0 cm长岩芯DH1,并进行粒度、烧失量、磁化率和孢粉分析,结果显示:钻孔岩芯11.5~21.0 cm段为现代土壤层,上部为洪水堆积物,其中0~9.0 cm段是典型洪水粉砂层,粒度较粗,以中—粗粉砂为主,平均砂含量达到14.7%;9.0~11.5 cm段为洪水前期细粒沉积层。根据粒度敏感组分含量变化特征,可将此次洪水过程划分为两个阶段:洪水前期,水动力较弱,在自然条件和人为活动两方面因素共同作用下,滞流现象严重,沉积黏土层;洪水后期,流速显著加快,出现典型洪水粉砂沉积。碳酸盐、有机质含量及孢粉丰度均与粒度负相关,表明弱水动力环境有利于其沉降并富集。土壤表层孢粉组合可较好指示研究区植被分布情况,洪水粉砂层孢粉组合则更能反映流域内植被的整体状况,揭示河流洪水搬运孢粉的能力大于风力;洪水黏土层孢粉组合与研究区内植被分布状况的吻合度较高,明显有别于洪水粉砂层孢粉组合特征,推测洪水前期水位上涨的主因是降水和本地地表径流汇入,因此泥沙和孢粉主要来自研究区内,后期上游客水涌入,带来更多山地植被孢粉信息。研究表明DH1钻孔孢粉组合特征对于传播过程和水动力大小具有良好响应,同时具备识别泥沙侵蚀源区的潜力。磁化率值主要反映成壤强度的大小,在洪水黏土层和粉砂层均表现为稳定的低值,且显著低于接触土壤层,因此可作为判识(古)洪水沉积的有效指标,但其区域普适性有待进一步探讨。

山东弥河流域现代洪水沉积特征与水动力过程反演

随着全球气候变化加剧,强天气过程以及由此引发的洪水危害愈来愈严重。理解现代洪水沉积特征,不仅可以为减轻洪水灾害提供理论指导,而且也为识别古洪水沉积提供参照依据。2018年8月中旬,山东弥河流域受双台风影响发生洪涝灾害,对当地社会发展、人民生活造成严重影响。在对洪水淹没区考察基础上,于下游高河漫滩区、洪水沉积物保存完好的地点获取21.5 cm长岩芯MH1(含现代土壤),并进行了粒度、孢粉、磁化率、烧失量分析。结果显示:钻孔岩芯洪水层沉积物以黏土和细粉砂为主,平均砂含量仅为1.7%,反映洪水强度不大;洪水沉积层粒度可识别出7.9和30.0μm两个敏感组分,根据其含量变化特征,可将此次洪水过程划分为洪水初期、第一次洪峰、高水位期、第二次洪峰、退水期5个阶段;洪水沉积层烧失量显著高于土壤层,而磁化率值整体低于下伏土壤层;洪水层与土壤层孢粉特征无明显差异,表明两者孢粉组合均能反映小流域植被状况,但洪水堆积层孢粉丰度(7313.96粒/g)远高于下伏土壤层(1562.65粒/g)。实验结果揭示洪水沉积环境有利于孢粉富集,磁化率值可能反映土壤发育过程中磁性矿物的产生与积累(成壤强度),因此可作为识别古洪水层与古土壤层的参考指标,但其地理空间适用性有待进一步探讨。

汉江辽瓦店全新世黄土-古土壤序列风化过程及古洪水事件记录

对汉江上游谷地包含古洪水滞流沉积层的辽瓦店(LWD)全新世黄土-古土壤剖面的常量元素含量、粘粒含量、磁化率和Rb/Sr比值等指标进行了对比分析。结果发现:在LWD剖面的风化成壤过程中,元素Na、Mg和Al表现为较强烈的迁移淋失,虽然元素K、Fe和Ca有一定程度的迁移淋失,但比较微弱,呈现Na>Mg>Al>K>Fe>Ca>Si的迁移序列;磁化率、Rb/Sr、CIA值、钾纳比(K2O/N2O)和淋溶系数的分布随地层的变化而同步变化。上述变化指示古土壤S0形成时期,气候温暖湿润,成壤作用强烈,马兰黄土L1堆积时期气候寒冷干旱,风化成壤作用最弱,黄土L0堆积时期气候有所好转,风化成壤作用强于马兰黄土堆积时期,但弱于古土壤形成时期。古土壤S0形成的全新世中期可能出现过一次较为暖湿的次级环境变化,在剖面中上部夹有一层古洪水滞流沉积层(SWD),呈灰白色(10YR6/1),为十分均匀的细粉砂,与上下相邻地层呈突变接触关系且界线清晰,向垂直河岸方向快速尖灭,是一次剧烈的气候突变事件的产物。

汉江上游河谷古洪水滞流沉积物特征

以湖北郧县辽瓦店剖面为研究对象,对不同沉积物的宏观特征、粒度、磁化率和烧失量进行了分析。结果表明,古洪水滞流沉积层的颜色呈均匀的棕灰(10YR6/1),细砂─粉砂质,与上下相邻地层呈突变接触关系且界线清晰,向垂直河岸方向快速尖灭;粒度组成总体较粗,以细砂─粉砂为主,黏粒含量较少,但分选较好;磁化率稍低于古土壤而显著高于典型黄土,烧失量显著低于典型黄土和古土壤。这些特征可为识别汉江上游河谷的古洪水滞流沉积层提供参考。

汉江上游谷地辽瓦店剖面风化成壤特征以及成壤环境演变

以汉江上游谷地郧县辽瓦店典型全新世黄土-古土壤剖面为研究对象,对其粒度、磁化率、烧失量、吸湿水、Rb/Sr比值等理化指标进行分析研究.结果显示：粘粒含量、细粉砂含量、粘粒/粗粉砂比值、磁化率、烧失量、吸湿水含量和Rb/Sr比值在古土壤S0为剖面最高值,在黄土层（L0、Lt和L1）均较低,而细砂粒和粗砂粒含量在古土壤S0为剖面最低,在黄土层（L0、Lt和L1）均较高.表明古土壤S0形成时期,气候温暖湿润,降水量充沛,生物活动强烈,成壤作用较强;黄土堆积时期,气候寒冷干燥,成壤作用较弱.各指标含量曲线中古洪水滞流沉积层（slackwater deposit,简称SWD）均呈现出突变性的变化,且变化幅度甚大,说明其为气候突变事件的产物,未受到成壤改造作用和生物活动的影响,表明全新世晚期的东汉末年,在汉江上游流域曾发生过一次强烈的气候突变事件,引起了特大洪水的发生.

雅鲁藏布江中游古洪水滞流沉积物性质研究

对在雅鲁藏布江中游河谷鉴别的古洪水滞流沉积物(SWD)、黄土和风沙沉积物进行宏观特征观察和沉积物实验分析(粒度、磁化率和地球化学元素),总结古洪水SWD的沉积学识别标志。结果发现:藏木(ZM)、朗县(LX)和米林剖面(ML)中所夹SWD均呈现水平波状层理,结构均匀,为粉砂质细砂质地,其宏观特征与风成堆积物(如黄土和风沙沉积物)明显不同;古洪水SWD、黄土和风沙沉积物的粒度成分均总体较粗,以细砂为主,风沙沉积物的粒径明显更粗,三种沉积物中以古洪水SWD的分选性最好,其次为黄土,其原因在于古洪水SWD是经过水流分选并且在高水位滞流环境下堆积的悬移质沉积物;古洪水SWD的磁化率含量较高,可能与洪水冲刷河谷地表导致SWD的铁磁性矿物含量增高有关;古洪水SWD的粒度特征、常量元素和微量元素含量均与黄土较为接近,与风沙沉积物有较大差别,表明雅鲁藏布江中游峡谷地段古洪水SWD与黄土的物源可能有密切关系。

链珠状沙波的发现及意义

提出"沙波形态-伴生底形"的命名方法,将利用多波束测深系统对长江河口南北港分流口河槽床面形态测量时发现的由链状沙波和伴生底形-椭圆形凹坑组成的微地貌称为链珠状沙波.初步统计了链状沙波和椭圆形凹坑的几何参数,结果表明:链状沙波平均波高1.29 m,平均波长31.89 m,沙波指数(波长/波高)介于14~56.09,背流面常发育有次级沙波,每个沙波发育的椭圆形凹坑介于2~10个;椭圆形凹坑最大深度为1.98 m,最小深度为0.3 m,平均深度为0.98 m.对测区沙波发育环境进行了分析,主要得出:(1)在观测的一个涨潮和落潮过程中,落潮平均流速为0.78 m s^(-1),涨潮平均流速为0.27 m s^(-1),落潮历时大于涨潮历时;(2)底质粒径组成较复杂,粉砂(2~63mm)含量介于21.6%~23.4%,极细砂(63~125mm)含量介于28.2%~32.2%,细砂(125~250mm)含量在39.7%~41.6%;(3)沙波发育区水深在13~17 m.本研究丰富了沙波类型,为长江河口河槽动力地貌过程的研究提供了重要的参考资料,同时在河口工程应用中具有重要价值.