珠江河网典型横向汊道水面线演变及成因

以珠江河网中下游腹地的“四横两纵”横向汊道体系为研究靶区,采用余水位曲率、潮波衰减率公式及双累积曲线法,分析1960—2016年洪枯季的水面线演变过程及其与余水位曲率变化的对应关系,探究与之密切相关的人类活动影响机制.结果表明,1993年前人类活动以联围筑闸为主,此时水面线在中下游“南沙-容奇”洪季呈下凹型,枯季呈微上凸型(洪季曲率为正,均值为1.50×10^(−10) m^(−1),枯季曲率为−6.64×10^(−12) m^(−1)).在中上游“板沙尾-南华”洪枯季均为下凹型(曲率均为正,洪季均值为1.92×10^(−10) m^(−1),枯季为5.37×10^(−12) m^(−1)).1993年后,中下游河道受人为采砂和航道疏浚的影响,导致水位降低.围垦叠加海平面上升影响导致口门水位抬升,使得水面线在洪季的下凹程度增大(曲率为正,均值为3.98×10^(−10) m^(−1)),枯季由微凸变凹(曲率为正,均值为1.85×10^(−10) m^(−1)).中上游由于强烈的河道采沙和疏浚,导致中游来流量增大,另叠加桥梁建设对径潮流的阻滞作用,因而水面线在洪季和枯季均转为上凸型(曲率均为负,洪、枯季均值分别为−6.87×10^(−10)和−0.55×10^(−10) m^(−1)).

长江河口潮波传播机制及阈值效应分析

河口潮波传播过程受沿程地形(如河宽辐聚、水深变化)及上游径流等诸多因素影响,时空变化复杂。径潮动力非线性相互作用研究有利于揭示河口潮波传播的动力学机制,对河口区水资源高效开发利用具有重要指导意义。本文基于2007-2009年长江河口沿程天生港、江阴、镇江、南京、马鞍山、芜湖的逐日高、低潮位数据及大通站日均流量数据,统计分析不同河段潮波衰减率与余水位坡度随流量的变化特征,结果表明潮波衰减率绝对值与余水位坡度随流量增大并不是单调递增,而是存在一个阈值流量和区域,对应潮波衰减效应的极大值。为揭示这一阈值现象,采用一维水动力解析模型对研究河段的潮波传播过程进行模拟。结果表明,潮波传播的阈值现象主要是由于洪季上游回水作用随流量加强,余水位及水深增大,导致河口辐聚程度减小,而余水位坡度为适应河口形状变化亦有所减小,从而形成相对应的阈值流量和区域。

珠江河网横向汊道水面线演变过程及原因探讨——以东平水道为例

基于1960-2016年东平水道三水、紫洞、澜石、浮标厂月均潮差、余水位数据及三水、马口站月均流量数据,以1993年三水-马口分流比突变为切入口,探讨余水位坡度及潮波衰减率等径-潮动力改变下,东平水道水面线与余水位曲率的时空演变特征及其影响因素。结果表明:东平水道在1993年三水分流比剧增之后,1)余水位坡度或潮波衰减率与流量的双累积曲线斜率下降,即余水位坡度或潮波衰减率对流量的依赖性减弱;2)东平水道水面坡度整体下降且上游(紫洞-三水河段)降幅最大,不同季节坡度的变化率介于-67%~-4%,水面线由下凹转为上凸,即曲率由正转负。同时,曲率波动幅度明显减弱,1993年前曲率波动介于2×10^(-10)~5.48×10^(-10),而1993年后波动介于-0.9×10^(-10)~-0.07×10^(-10)。上述曲率变化在冬季较夏季显著;3)上述水面线异变的主要原因为,东平水道中上游河道挖沙导致河床地形大幅下切、水位下降、来水量增大,且同时期的航道疏浚加剧这一变化;下游主要受滩涂围垦影响,河道淤浅。以上地形变化导致河道中游径、潮流量增大,径-潮双向顶托使水面线转变为上凸型。受北江上游飞来峡水库调蓄影响以及过水断面宽深比、海平面变化等季节性调节作用,东平水道冬季水面线及曲率变化较夏季显著。