长江口规划生态航道建设方向研究

针对长江口北港、南槽生态航道的建设问题,通过分析区域环境特点和航道发展需求,梳理已建的长江口深水航道生态化建设情况,提出长江口生态航道建设的核心和模式。结果显示:1)南槽和北港生态航道的建设需以确保河势格局稳定为基础;2)需与滩涂保护、生态功能区域保护形成联动布局;3)需积极研发和应用生态结构,构筑“人工生态礁体”群,优化河口综合环境;4)需结合滩涂泥沙资源需求和航道建设自身筑堤用沙需求,实现航道疏浚土的资源化、生态化利用;5)需强化建设运营中科学的管控体系、生态补偿体系等。

长江口深水航道治理一期工程实施后北槽冲淤分析

对长江口深水航道治理一期工程实施后北槽的地形资料进行分析计算 ,论述了北槽河床冲淤变化。结果表明 :一期工程实施后 ,整治工程段北槽河床普遍冲刷 ,平均水深增幅达 1 2m ,断面平均水深最大增幅超过2m ,坝田明显淤积 ,河床断面比较对称 ,航槽回淤减少。北槽进口段和北槽中段的深槽发生较为明显的淤积 ,北槽纵向河床断面面积和平均水深趋于均匀 ,形成了一条上、下段平顺衔接的微弯深泓线。工程实施后北槽的河床总容积基本保持不变。整治建筑物完成一年后河床基本达到冲淤平衡 ,工程引起河床大幅度冲淤调整完成后 ,北槽仍具有明显的洪淤枯冲规律 ,主槽季节性冲淤幅度平均在 30cm～ 5 0cm之间。

长江口北槽深水航道工程对九段沙冲淤影响研究

根据1989～2003年长江口九段沙附近地形图,在地理信息系统软件MapInfo的支持下,分析了北槽深水航道工程对九段沙冲淤演变的影响.在长江来沙减少总的情势下,九段沙总的淤积速率在明显下降,但北槽深水航道工程使局部冲淤形势发生逆转:九段沙顶端到江亚南沙大片区域淤积速率显著增强,沿北槽深水航道南导堤外缘形成一个10 km长的淤积带;九段沙东侧水下三角洲受工程的影响不大,淤积速率持续降低并底端发生冲刷.

长江口横沙东滩近30年来自然演变及工程影响的GIS分析

利用长江口深水航道治理一、二期工程实施前后的地形资料,在GIS软件及相关的统计分析软件的支持下,分析了治理工程对横沙东滩冲淤演变的影响。结果表明:横沙东滩在长期的自然演变过程中滩地面积相对稳定,但20世纪90年代中期以来,由于长江来沙量减少,滩地面积出现减小的趋势;深水航道北导堤工程(1998—2000年5月)使横沙东滩的冲淤形势发生了较大的变化:横沙东滩窜沟扭曲、萎缩,白条子沙及其以东浅水区域淤积加剧;促淤工程实施后,形成了一个有利泥沙沉积的环境,过境泥沙的大量淤积及人工吹泥上滩使得横沙东滩淤长速度显著加快。

近期长江河口南、北槽分流口河床演变过程研究

基于大量现场水沙观测及海图资料,首先分析总结了南、北槽分流口历史演变规律;其次,对长江口深水航道治理工程建设以来南、北槽分流口河段水流动力特征,近期分流口演变规律及分流潜堤工程建设对分流口河段河道演变和水动力条件的影响进行了研究。结果显示:南港下游至南、北槽分流口河段深泓线位置经历了南-北-南的换位过程;南、北槽分流沙洲的方位角受外海上溯潮波控制,基本保持在305°,但由于分流口上提至江亚南沙及分流潜堤的建设,分流沙洲洲头逐渐北偏,目前分流沙洲方位角在314°左右,伸入到分流潜堤北侧河道,与此同时,南、北槽进口过水断面(0m以下)总面积维持稳定的前提下,北槽过水断面持续减小,南槽相应增加;目前,南港下游水流流向出现南偏,落潮主流偏向南槽,南槽进口断面平均潮流速大于北槽。

对长江口北槽分流比的分析研究

指出长江口汊道分流比概念与平原河流的不同,分析治理工程以来北槽落潮分流比减小的主要原因。根据对北槽河槽容积和断面落潮量变化的具体分析,得出"迄今为止北槽分流比的减小是可以接受的"结论。

长江口北槽深水航道工程对周边滩涂冲淤影响研究

采用长江口深水航道治理一、二期工程实施前后的地形资料,在G IS软件及相关的统计分析软件的支持下,分析治理工程对九段沙(包括江亚南沙)和横沙东滩冲淤演变的影响。结果表明:工程建设6年来两岸滩涂面积增长了97 km2,其中横沙东滩优先采取了促淤工程,淤积规模较大,滩地面积累计增长了46 km2,是工程前的1.68倍;九段沙的淤积主要是受整治工程南导堤的影响,其中九段上沙及江亚南沙淤积最为强烈,工程后的面积分别是工程前的1.83倍和2.34倍。

长江口深水航道三期工程前后北槽中上段水动力及含沙量变化特征

基于长江口北槽深水航道长期定点观测的2006,2008和2011年洪季大潮、2006,2009和2013年枯季大潮水沙数据以及2006和2013年6—8月横沙和北槽中的潮位资料,分析三期工程前后北槽中上段潮汐、潮流及含沙量变化特征。分析结果表明:①中上段浅水分潮性质增强,且M_4分潮和M_2分潮的振幅变化幅度远大于M_2分潮;中段洪、枯季大潮平均潮差均减小;②中段M_2分潮流垂线平均长轴洪季大潮增大、枯季减小,长轴向均向北偏转且椭率减少;洪、枯季大潮涨、落潮平均流速均减小,优势流减小;③余流为中段含沙量贡献最主要的驱动力,其次是M_4分潮,随后为M_2分潮;中段洪、枯季涨落潮平均含沙量均增多,优势沙减小;④中上段潮动力非线性特征加强主要受三期工程中上段缩窄加深工程的影响;南导堤加高工程是中段流速减小的主要原因;洪、枯季优势流、优势沙的差异主要受上游来水来沙的影响;泥沙再悬浮是中段悬沙的主要来源,且洪、枯季含沙量差别主要受上游来水来沙及潮流动力强度控制。

以动态工程观点实施长江口北槽12.5m深水航道治理工程

论述了用动态工程观点实施长江口深水整治工程的必要性。从在河口分汊河段上实施整治工程的特点出发， 根据整治工程方案的具体情况提出用动态工程观点实施该工程的总体思路及具体实施意见， 以达到预期的治理效果。

长江口12.5m深水航道回淤变化及其影响因素

基于2010—2018年长江口12.5 m深水航道回淤、水文、泥沙、地形资料,对航道回淤变化及影响因素进行分析。结果表明:1)长江口12.5 m深水航道常态回淤量大,年际间存在波动,多年平均年常态回淤量约为6500万m^(3),2012年后总体呈减小趋势,目前基本稳定在5000万m^(3),年回淤强度约1.3 m/a;2)回淤量与回淤强度具有明显的时空分布特征,即洪枯季分布不均、航道中段回淤集中;3)影响航道回淤时空分布的因素主要包括洪枯季泥沙来源和输沙强度、水沙盐结构和泥沙落淤条件、北槽中段水沙盐结构及滩槽泥沙交换能力等。对于北槽中段航道而言,主要受南导堤越堤泥沙影响较大。4)年际回淤变化总体呈减小趋势,其中南港—圆圆沙航道与滩槽高差的缩小和上游底沙输沙量的减少有关;北槽航道则是由于南坝田挡沙堤加高工程的实施有效改善了北槽内水沙环境,其实测减淤幅度为17.6%。

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12.5m深水航道回淤特征

针对长江口12.5 m深水航道的回淤问题,收集整理了2010—2012年的航道回淤资料和水文测验资料,研究了航道回淤的时空变化特征及其与径流、潮流和含沙量的关系。结果表明:航道回淤呈洪季大、枯季小的年内变化特征,大风骤淤明显;航道回淤沿程主要集中在南港—圆圆沙段和北槽中下段,其回淤量占全航道的80%以上。南港—圆圆沙段回淤的泥沙颗粒以细砂为主,回淤强度与径流的关系不密切,与潮流的关系表现为大潮大、小潮小。北槽航道回淤泥沙颗粒以粉砂为主,回淤部位随径、潮流变化而变化,表现为径流增大,回淤部位下移;潮动力减弱,回淤部位上提。长江口拦门沙水域泥沙的再悬浮,可能是航道淤积最主要的泥沙来源。

长江口深水航道(一、二期工程)回淤变化

利用长江口深水航道回淤资料,研究了北槽航道回淤的时空变化特征及其对流域来水来沙、河槽地形的关系。长江口深水航道治理一、二期工程实施后,北槽航道年淤积强度明显下降,工程治理效果得以显现。从空间上看,一、二期工程航道回淤的峰值位置和重心位置经历了下移和上提的过程。从时间上看,一、二期工程后北槽航道回淤年内呈现洪季多淤、枯季少淤;洪季淤积位置下移,枯季淤积位置上提的变化特点,季节性上、下移动约7~11km。深水航道淤积的泥沙来源有多种,仅流域悬沙输沙量减小并不能明显降低深水航道的回淤量。

近十年来台风诱发长江口航道骤淤的初步分析

台风诱发航道骤淤已成为长江口航道淤积的主要表现形式之一,一定程度上威胁长江口航道的安全运行和上海国际航运事业的发展。根据现场实测资料,初步分析了近十年来多次台风期长江口北槽航道骤淤变化特点和规律,探讨了台风诱发北槽航道骤淤的主要影响因素及其内在机理,并提出了防治航道骤淤的有关建议。结果表明,每年台风造成的航道骤淤量在200～800万m3左右,对航道年回淤总量的贡献率在4%～50%之间不等;航道骤淤程度会随航道维护水深的增加而有所增强;航道骤淤分布呈时间和空间均相对集中的特点。分析还表明,台风诱发北槽航道骤淤分布与长江口深水航道治理工程建设引起的水沙动力和河床环境变化是相适应的,而较大的航道骤淤量还与台风期间泥沙来源种类的增加有关。

长江河口北槽弯道环流的涡度研究

基于ADCP走航观测得到长江河口北槽弯道附近3个横向断面(AD3、AD5和AD6)的流速资料,采用涡度方法,本文计算、分析了弯道环流与混合在垂直横向上的时空分布、影响因素及其重要性。3个横向断面上均存在由不规则界面分开的二层结构的横向环流。半拉格朗日余流的计算结果显示:(1)小潮期间,AD3、AD5和AD6断面呈现表层向海、底层向陆的纵向环状半拉格朗日余流;大潮期间,呈现表、底层均向海的纵向半拉格朗日余流;(2)小潮期间,AD3断面呈现表层向北导堤、底层向南导堤的横向环状半拉格朗日余流;大潮期间,AD3断面中间区域呈现表层向北导堤、底层向南导堤的、而断面两端区域则呈现表层向南导堤、底层向北导堤的横向环状半拉格朗日余流;(3)小、大潮期间,横向断面AD5和AD6均呈现表层向北导堤、底层向南导堤的横向环状半拉格朗日余流;(4)"纵向半拉格朗日余流"在–0.2—0.7m/s;横向半拉格朗日余流"在–0.15—0.2m/s;(5)纵向半拉格朗日余流在横向上有明显变化。对弯道环流的进一步分析表明:(1)斜压梯度、内部摩擦致混合和底部摩擦致混合这三项各自的纵向分量是驱动纵向环流形成的主要因素,"纵向动量的横向重新分布项"次之,离心力和地转的影响可忽略;(2)横向斜压梯度和内部摩擦致混合项是驱动横向环流形成的主要因素,离心力、地转和底部摩擦致混合次之;(3)横向环流可能通过"纵向动量的横向重新分布项"减弱纵向动量,从而可能减弱纵向环流。

长江口九段沙近期演变及其对北槽航道回淤的影响

利用现场水文、泥沙以及水下地形观测资料,分析了近期九段沙的冲淤演变过程、机理及其对北槽航道回淤的影响。结果表明,近10年来九段沙总体呈现"长高不长大"的变化特点,即0 m以上高滩淤涨明显,而2 m和5 m中低滩面变化不大。九段沙的淤高使得南导堤的挡沙功能减弱,一定的风浪条件下九段沙滩面相对较高浓度的含沙水体涨潮越堤进入北槽中段,增加了近期北槽航道回淤的泥沙来源。

长江口洪季北槽深水航道区域悬沙沉降速度估算

根据北槽深水航道区域洪季多年固定测点的水文泥沙资料,综合利用Rouse公式及霍夫变换方法,估算了深水航道工程下洪季北槽悬沙沉降速度。从悬沙沉降速度角度探讨了北槽深水航道区域泥沙高回淤的基本原因。研究结果表明:航道回淤与悬沙沉降速度有十分密切的关系;洪季条件下,北槽悬沙沉降速度在2～8 mm/s之间,其悬沙沉降速度随盐度变化有先增大后变小的特点,在7‰左右时悬沙沉降速度最大;结合洪季北槽航道回淤分布,在深水航道CSW～CS3测点附近泥沙回淤量较高,该处航道高回淤是由于该区域具有较好的泥沙絮凝条件(盐度)及较高的水体含沙量致使该区域悬沙沉降速度较大造成的。

长江口北槽悬沙来源的观测与分析

为掌握长江口12.5m深水航道北槽段回淤的泥沙来源,2011-2012年采用固定观测站和ADCP与动船取沙结合的方法,对北槽四侧边界进行了3次水文观测,并收集了同期的北槽水文测验数据。基于上述资料,对北槽四侧边界的泥沙输移情况进行了分析。结果表明:北槽四侧边界均存在明显的水沙交换,水沙交换量呈大潮强于小潮,洪季强于枯季的特点;跨越南导堤进入北槽的泥沙最多,是北槽主要的泥沙来源;南导堤越堤输沙主要集中在南导堤的中下段,其来源应为含沙浓度相对较高的南槽和九段沙滩面水域。

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。

长江口北槽泥沙运动现场示踪分析研究

研究利用铱(Ir)作为信号元素制备示踪沙,在长江口北槽深水航道维护困难区段开展示踪沙的现场投放及回收试验。利用火试金法对回收的泥沙样品进行痕量铱金属的提炼,并将其富集在微小铅珠中;再将铅珠压成薄片,并作为原子反应堆照射靶样进行中子活化分析,检测铱的含量。实验结果表明,在位于北槽深水航道北侧的3#坑投放示踪沙,北槽试验区所有泥沙样品中均检测出铱含量,其中位于深水航道南侧滩地上泥样中铱含量最高。因此,北侧3#贮泥坑流失的泥沙存在着跨越航道进入南侧边滩的情况,这对北槽中段航道回淤的影响较大,为改善北槽深水航道困难段的维护条件需要改进该处的抛吹泥工艺或限制抛泥活动。