长江口北支上段岸滩侵蚀及保护实施效果分析

受上下游工程、来水来沙影响,长江口北支上段近期岸滩侵蚀后退严重。为揭示北支上段近期演变机理,控制河势变化和保护生态基底,收集2001年以来长江口北支全河道水下地形资料,并开展了2017-2020年工程区段水下地形精细实测,基于水动力数学模型研究了岸滩保护措施合理性,以分形理论评价了保护措施实施后效果。结果表明:(1)长江口北支进口江心洲发育,导致上段“S”形主轴弯曲度加大,加剧了暗沙、江心洲和岸滩动荡;(2)在冲刷最严重的岸滩采用丁坝群加护坎可有效阻止岸滩侵蚀后退;(3)多年水下地形实测和分形理论计算评价,岸滩趋于稳定,生态基底得以恢复。鉴于新江心沙洲发育和岸滩、深槽变化加剧了北支上段演变的复杂性,建议尽快成立综合协调部门,统筹提出满足水利、防洪、供水、航运、生态等多目标需求的综合整治方案。

1997—2019年长江口北槽地形演化特征及驱动机制

河口拦门沙位于河流和海洋的交界,具有弱动力、易沉积、水深浅的环境特征。打通拦门沙,建设深水航道一直是海洋学和工程学的一个难题,目前深水航道工程已经深刻地改变了拦门沙河槽的演化格局。本文根据北槽三期航道工程建设时间节点,收集了1997年、2002年、2007年和2019年北槽航道水下地形数据分析工程前后的地形演变特征,并结合航道工程建设、人为疏浚和外部环境变化等因素对北槽地形演变的驱动效应进行分析。结果表明:深水航道建设后长江口北槽主要出现了“槽冲滩淤”的河槽地形演化特征;空间上,北槽上段主要发生了北侧滩涂淤积,南侧航道侵蚀,而下段主要发生了南侧滩涂淤积,北侧航道侵蚀的演变格局。导堤和丁坝的建设是引起河槽“槽冲滩淤”的主要因素,而科氏力引起的涨、落潮流路变化也增加了河槽上下段的差异演化;深水航道工程建设是引起1997—2007年北槽淤积的主要驱动因素,而人为疏浚则是2007—2019年北槽侵蚀的主要影响因素;尽管人类活动已经成为北槽河槽演化的主要原因,但周围环境变化如流域来沙减少和海平面上升也加剧了近期的北槽侵蚀。

长江口南支长江江豚栖息地水生生物群落结构

为探究长江口长江江豚的栖息地选择偏好性,根据2022年夏季和秋季长江口南支长江江豚栖息地的水生生物调查数据,采用相对重要性指数、多样性指数以及丰度/生物量曲线(ABC曲线)等方法,研究分析了该水域水生生物多样性和群落结构特征。结果显示:(1)2022年夏季共采集水生生物9种,优势种为长吻鱼危(Leiocassis longirostris)、安氏白虾(Palaemon annandalei)和光泽黄颡鱼(Pelteobagrus nitidus),秋季共采集水生生物13种,优势种为河蚬(Corbicula fluminea)、长吻鱼危和安氏白虾;(2)通过多样性指数发现,秋季该水域的水生生物多样性水平整体高于夏季,夏季东风西沙水域的多样性水平高于青草沙水域,秋季则相反;(3)ABC曲线结果表明,夏季水生生物群落处于未干扰状态(W=0.196),秋季水生生物群落则处于严重干扰状态(W=-0.069)。结果表明:长江口南支长江江豚栖息地水域水生生物多样性水平仍较低,群落结构特征和优势种存在明显季节性差异,群落稳定性较低。水域内可供长江江豚选择的饵料种类较少且资源量较低,建议加强对该区域水生生物资源的养护管理。

长江口白茆沙河段南强北弱格局变化特征研究

近年来白茆沙汊道“南强北弱”态势持续增强,南水道主槽和近岸河床冲刷明显,日益威胁水下岸坡稳定与附近码头安全。通过对白茆沙汊道演变态势与分流比变化特征展开分析,进而对白茆沙汊道“南强北弱”分流格局变化及原因进行了系统研究。研究认为:白茆沙汊道“南强北弱”格局增强的态势是白茆沙汊道历年来周期性演变中某一阶段的表现形式;鉴于不同方法计算的汊道分流比存在差异,故用分流比表征汊道强弱时,应选用同一类型的值进行比较;深水航道一期整治工程实施遏制了白茆沙冲刷后退的态势,改变了该河段周期性演变的模式,有利于河势稳定;在现有水情、工情及河势条件下,白茆沙汊道“南强北弱”的格局变化将趋缓。

基于机载高光谱的长江口北港悬沙浓度反演

机载高光谱遥感是悬沙浓度反演的重要方法。针对高光谱悬沙浓度反演中敏感波段和反演方法的确定,以机载高光谱影像为数据源,采用相关性分析法确定单波段模型和双波段组合模型的敏感波段,并基于敏感波段构建单变量回归模型,确定最佳反演模型并获取长江口北港区域的悬沙浓度空间分布特征。结果发现,基于归一化差值指数(NDWI)构建的二次多项式模型为最佳反演模型,精度上优于其他5种常用的反演模型;且长江口北港区域的悬沙浓度与水下地形基本上呈倒数关系。相较于基于多光谱卫星影像进行遥感反演,本文的结果表明高光谱影像的精细化光谱能够更为准确地表达含沙水体的光谱信息变化,在复杂的水环境反演研究中具有重要的应用价值。

2022年长江口北支咸水倒灌传播特征分析

基于长江口历年枯季、2022年9~11月初的实测盐度、潮汐资料以及同期大通站和徐六泾站径流量成果,分析了2022年北支咸水倒灌的特点及与其他年份的差异,结合流域来水及极端天气情况,探讨了北支咸水倒灌的影响因素、影响范围及传播路径。分析显示:2022年北支咸水倒灌开始时间较前几年显著提前,强度明显提高;咸水倒灌强度与上游来水呈负相关;北支咸水倒灌对影响长江口的台风及寒潮偏北大风较为敏感;出现了咸水倒灌与外海咸水通过南支上溯正面袭击相叠加的现象;咸水倒灌存在与潮汐类似的周期性变化趋势,其强度与潮汐动力呈正相关;咸水倒灌可影响到南支右岸白茆至陈行水库一带水域。

新水沙环境下青草沙水库外侧滩地形态调整特征及保护措施

采用青草沙水库周边2014-2019年实测水下地形数据,定量分析了各堤段滩地形态调整特征,基于MIKE21数值模型对护滩措施的效果进行了模拟。结果表明:2014年后青草沙水库外侧滩地基本未出现明显的淤积外延发展,且局部沙体逐渐萎缩,其中北堤中段外侧滩地头部大幅度冲退,最大距离近900 m(-5 m及-10 m等深线),沙体形态呈扁平化调整,须适时进行保护;新桥通道进、出口落潮主流略有偏转,向水库大堤侧靠近,影响滩地的冲淤过程;在青草沙外侧滩地头部沙体实施潜堤护滩措施后,北堤中段外沙体滩面流速整体明显减小,且对周边区域的水动力过程影响较小。

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。

2021年洪季长江口北槽盐度变化分析

盐水入侵是河口地区普遍存在的自然现象,对水生生物、工业生产和居民生活用水带来不利影响。有效应对盐水入侵,对保护长江河口地区重要的生态环境价值和社会经济价值具有重要意义。整理分析了2021年洪季长江口北槽定点盐度和潮流量等实测资料,分析盐度的沿程、潮周期以及分层系数的变化特性。结果表明:①盐度的时空分布呈自上游至河口盐度沿程显著增加规律,大潮期涨潮和落潮期平均增加幅度为16.14‰和14.42‰;小潮期涨潮和落潮期平均增加幅度为15.14‰和14.40‰。②盐度在时间上具有明显的涨落潮变化特征,在涨潮时增大,落潮时减小。③北槽中上游盐度分层系数在一个潮周期内随着涨落潮流的变化而不断发生变化,呈现出由小变大再由大变小的周期性规律变化;中下游盐度分层系数变化周期性不明显。

长江口南北支浮游动物群落生态学研究

长江口特殊的生态环境使得浮游动物的种类组成、密度和时空分布等生态特征有别于其它水体。2005年秋季(丰水期)和2006年春季(枯水期)对长江口南北支浮游动物进行了2个航次的调查,沿南北支由西向东设立3个采样断面共20个采样点。共采集到浮游动物227种,其中轮虫65种,原生动物107种,枝角类15种,桡足类40种。优势种包括龟甲轮虫(Keratella)、刺簇多肢轮虫(Polyarthra trigla)、萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus)、砂壳虫(Difflugia)、表壳虫(Arcella)、砂壳纤毛虫(Tintinnid)、中华哲水蚤(Calanus sinicus)、汤匙华哲水蚤(Sinocalanus dorrii)、广布中剑水蚤(Mesocyclops leuckarti)、象鼻溞(Bosmina)等。文章对南北两支浮游动物的种类组成和结构进行了比较,南支浮游动物的种类、数量及生物多样都高于北支,南北两支的浮游动物群落相似度很低。南北两支水域环境的不同造成其浮游动物群落结构的较大差异,文章分析了环境因子与浮游动物群落结构的相关性,其中水温是重要的影响因素,水温的季节性决定了浮游动物在时间分布上的变化。盐度对浮游动物群落结构的影响主要决定了其物种生态类型及空间分布。从整体上看,南北支主要受长江径流控制,浮游动物的种类组成以淡水种为主,咸水种在断面3出现较多。

长江口北支涌潮的形成条件及其初生地探讨

根据 2 0 0 1年 4月青龙港出现涌潮时的实测流速和水深 ,采用水跃原理 ,简明地揭示了涨潮流速大于潮波传速是北支涌潮的成因。通过影响流速和波速的因素分析 ,并经实例计算认为 :北支的喇叭形河势和水下沙坎是涌潮形成的必要条件 ;青龙港一潮的进潮量达到 1 5亿m3,或北支口门一潮进潮量达到 18亿m3是涌潮形成的充分条件。进而据沿程水深和潮汐等有关资料 ,经对比、试算 ,建立了沿程变化的进潮量、潮差等计算公式 ,并计算得到 :在口门最大进潮量 2 0 7亿m3的条件下 ,也只有当潮波上溯到距离口门约 5 0km的灵甸港时 ,才出现流速大于波速 ,初生涌潮。由此表明 。

长江口南北支浮游甲壳动物的比较及南水北调工程影响预测

南水北调东线、中线工程实施后将给长江口水生生物的生态环境带来影响。2005年秋季和2006年春季,对长江口南、北支浮游甲壳动物进行了2航次的调查。调查区域从长江口徐六径至河口50号灯标,全长181.8km,自西向东江面宽由约5.7km扩展为约90km,平面形态呈扇形分布,设立3个断面14个调查采集点。采集到浮游甲壳动物共23科37属54种,其中枝角类6科8属15种,桡足类17科29属39种;秋季种类数多于春季,北支桡足类种类数多于南支;平均总密度为9.10ind.L-1,平均总生物量为0.1179mg.L-1,以桡足类为主;北支III断面的现存量远远高于南、北支其他断面;长额象鼻溞、简弧象鼻溞为优势枝角类;中华华哲水蚤、汤匙华哲水蚤、球状许水蚤、广布中剑水蚤为优势桡足类。文中还对长江口南、北支浮游甲壳动物的总体水平及时空分布、南水北调对浮游甲壳动物的影响进行了分析。

长江口北支围垦对其水动力影响的数值模拟分析

20世纪50年代以来,上海市和江苏省两地对长江口北支实施了大规模围垦,使北支河宽大幅度缩窄,地形边界显著改变。在利用MIKE21_FM构建长江口—杭州湾二维垂向平均潮流数学模型,并用实测数据对模型进行验证的基础上,对北支大规模围垦前后的潮流场进行了模拟分析。研究结果表明:大规模围垦后,北支全河段平均高潮潮位抬升,平均低潮潮位降低;中上游河段涨、落潮流速增大,下游入海河段涨、落潮流速减小;南北支涨潮流汇流点上提至南北支交汇的崇头,涨潮动力增强。

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.

浅海悬沙浓度观测方法的对比研究

在动力和沉积条件复杂的浅海海域获取水-体的悬沙浓度有多种方法,目前较先进的主要是声学和光学浊度测量方法,但均需通过现场采集水样进行浊度标定;水样的分析方法主要有抽滤法和沉淀干燥法。根据2010年3—4月在厦门九龙江口获取的光学(OBS、LISST-100X)和声学(ADCP、ADP和ADV)浊度数据,以及现场同步水样,对这两种获取悬沙浓度的方法进行了比较;2011年2—3月在长江口北支获取水样,分别使用抽滤法和沉淀干燥法获取悬沙浓度数据进行比对分析。结果表明,声学和光学方法都具有较高的精度,在同一观测层位,光学与声学仪器的相对误差均较小;由于声波在水体中传播距离较远,声学方法可获得沿水深的整个剖面的信息,因而比光学仪器具有更高的空间分辨率和测量范围。对比发现,抽滤法获得的悬沙浓度数值略低于沉淀干燥法获得的结果,可能与沉淀干燥法难以洗净盐分有关。

近30年长江北支口门附近的冲淤演变及其对人类活动的响应

根据1981—2012年长江北支口门附近的海图以及遥感数据,利用Arc GIS技术进行计算分析,以了解近30年该区域的冲淤演变特点和规律,从而丰富海岸带陆海相互作用的研究案例.结果表明:1981—1997年潮间带围垦面积为13 km2,水域平均淤积速率为1.4 cm/a;1997—2012年,潮间带围垦面积为163 km2,水域平均冲刷速率为-7.1 cm/a.31年间,口门内、外水域的淤积速率分别为0.77 cm/a和-1.97 cm/a.结论包括:近30年研究区的冲淤演变受到北支衰亡趋势、口内滩涂促淤围垦和长江流域建坝等引起的入海泥沙通量下降的影响,其中人类活动是近15年研究区冲淤演变的控制性因子.

长江口2013年和2014年枯季盐水入侵分析

为研究长江口枯季盐水入侵及北支盐水倒灌特性,于2013年12月及2014年2月两次对长江口南北支分汊口处进行全潮同步水文测验,分析结果表明:受地形地貌因素影响,北支进口盐度比同期南支白茆沙水域的高出一个数量级。水域盐度与径流量大小呈负相关关系,与潮差大小呈正相关关系。径流较小、潮差较大时,北支盐水会发生倒灌。由于下泄径流的顶托,迫使倒灌盐水北偏,使得白茆沙北水道盐度大于南水道。风应力对盐水入侵的影响不可忽视,持续的南风会减弱长江口北支的盐水入侵。在枯季条件下,北支倒灌盐水一般沿白茆沙北水道南侧下泄。大潮时倒灌进入南支的盐水在白茆沙水域有一定时间的滞留,使得白茆沙水域盐度往往会在大潮后的中潮期达到最大。

长江口深水航道治理与河床演变关系初探

简要分析了北槽具有优良河势的各种因素 ,并根据长江口深水航道治理工程一、二、三期及远景规划实施后北槽分流比的数模计算结果 ,初步研究了深水航道治理与河床演变之间的关系 .物理模型试验结果显示 ,在分流河口由于边界层脱离而产生一个立轴旋涡———兰金涡 (RankineVortex) ,因而引发横向流 ,藉此可以解释底沙偏向南槽的输移问题 .

长江口北支缩窄工程对水动力环境影响数值分析

为分析长江口北支缩窄工程对长江口南北支水动力环境的影响,建立了长江口-杭州湾二维垂向平均潮流数学模型,对长江口北支缩窄工程前后的潮流场进行了数值模拟研究。研究表明:工程实施后新岸线的走向顺应了涨落潮流主流流向,南北支潮流特性基本不变;缩窄工程减小了北支入海口门的河宽,导致北支涨潮量明显减小,达到了减轻北支咸潮倒灌南支的目的;工程后整个河道的高潮位均有不同程度的降低,对北支两岸的防潮将产生积极影响;低潮位有增有减,但是变化幅度相对不明显,仅对北支中上段的排涝有略微影响;从全河段来看,工程后涨潮流速除了三条港河段增大外,其余河段均有不同的减小;而落潮流速总体增大。