珠江黄茅海河口湾滩槽结构演变及动态平衡研究

河口湾常由滩、槽地貌系统组合而成,其滩槽结构演变及动态平衡既是河口海岸研究的重要科学问题,又是河口规划治理与港口航道建设的理论基石。本文以黄茅海河口湾为研究靶区,采用“动力−沉积−地貌”的研究思路,基于不同历史年代的海图资料,运用地貌信息熵等分析方法,研究黄茅海河口湾滩槽结构的系统演变特征及动态平衡机制,主要发现包括:(1)黄茅海河口湾半个多世纪以来的地貌演变,大致以2007年为转折点,经历由淤积到冲刷的状态转换,其在1940-2007年呈淤积状态,年均淤积率为1.4cm/a,在2007-2015年呈冲刷状态,年均冲刷率为1.2cm/a。(2)黄茅海河口湾的滩槽结构发生转换,在2003-2007年之间由“三滩两槽”的结构转换为“两滩一槽”的结构,受围垦和疏浚工程影响,滩槽分异趋于加强,呈现浅滩淤浅、深槽刷深的演变特征。(3)黄茅海河口湾地貌信息熵熵值先减后增,从缓慢淤积相对稳定的有序状态向人为干预下冲淤格局变化及滩槽演变的不确定性增加转换;滩槽结构的稳态存在差异,浅滩相对于深槽显示出更高的不确定性。(4)人类活动将滩槽结构的原有稳态打破,疏浚工程使得东槽的活力提升,促进深槽自适应重构平衡向有序方向发展。西滩和东滩经历围垦等人类活动干扰平衡,浅滩失稳呈无序演变。

珠江磨刀门河口水位与海平面、上游流量的联合分布关系异变研究

河口的水位变化是径潮动力相互作用的结果,但近30年来,强人类活动对河口环境的影响已远超环境自我修复能力,导致水位发生异变。为研究这种变化,本文选取人类活动影响剧烈的珠江磨刀门河口作为研究区域,采用Copula方法定量分析在同一上下边界(上游流量和口外海平面)下由强人类活动引起的水位异变。结果表明:1)强人类活动后,河道地形下切显著,外海海平面对沿程各站水位的线性影响增强,上游马口流量对水位的线性影响减弱。2)强人类活动后甘竹至灯笼山站同概率水位事件明显降低;三灶海平面呈上升趋势;马口流量分布特性变化不明显。3)水位与海平面、流量的联合依赖关系发生明显改变,低水位与海平面关系的敏感度增加,而高水位与海平面关系的敏感度下降。低水位与流量关系的敏感度基本不变,而高水位与珠江流量关系的敏感度明显下降。4)强人类活动后各站水位变化幅度变窄,在相同概率海平面及流量驱动下,强人类活动后各站水位均有明显下降,水位与海平面、流量遭遇概率为0.1—0.9时,其月均水位下降幅度达0.01—1.24m。低海平面和低流量联合驱动下各站水位的下降幅度明显小于高海平面和高流量联合驱动下月均水位的变幅,而且上游站位的水位下降幅度明显大于下游站位。本研究成果可为强人类活动的影响辨识及珠三角水资源的合理配置和可持续发展利用等提供技术支撑。

珠江磨刀门河口潮波振幅梯度与上下游动力边界的关系异变研究

强人类活动目前已经成为河口演变的主要动力。阐明流量驱动下河控型河口潮波传播演变过程及机制,对河口治理及人类活动的影响评价具有重要指导意义。以珠江磨刀门河口为例,研究了径潮动力阶段性演变特征。采用流量驱动的R_TIDE数据驱动模型探究了该区潮波振幅梯度和上下游动力边界(即上游流量和口门振幅)关系的变化规律。结果表明,在强人类活动影响下,各潮位站M_(2)分潮振幅明显上升(三灶站除外),且具有季节性差异和阶段性变化,灯笼山-马口河段的M_(2)分潮振幅沿程平均增大约0.07m,河段潮波振幅梯度平均增大约4.61×10^(-6)m^(-1)。研究潮波振幅梯度与上下游动力边界的阈值的关系表明,阈值效应主要出现在甘竹-马口河段。在强人类活动影响下,潮波振幅梯度阈值增大,相应的流量阈值增大,而振幅阈值基本不变。在达到振幅阈值之前,由于底床摩擦效应,大潮振幅衰减效应大于小潮,而在超过振幅阈值后,地形辐聚效应成为影响潮波振幅梯度变化的主要因素,大潮振幅衰减效应小于小潮。阈值的变化主要与流量、地形、摩擦等多因子耦合作用有关,当地形辐聚效应和底床摩擦效应达到平衡时,潮波振幅梯度与上下游动力边界之间则出现阈值效应。该现象的发现可为河口海岸防灾减灾和水资源管理等实际问题提供重要理论支撑。

潮优型河口动力对水深变化的响应机制研究——以葡萄牙Guadiana河口为例

强人类活动(如航道疏浚)和自然气候变化(如海平面上升)对近岸河口环境不同影响的辨识是目前河口海岸学研究的热点和难点问题。在地形概化和动力简化条件下,解析模型能够快速辨识强人类活动和自然气候变化对河口环境的影响,它是探讨河口动力过程对外界干扰的响应机制的重要工具。本文基于前人对葡萄牙Guadiana河口不同分潮之间非线性相互作用的研究,采用一维水动力解析模型探讨河口不同分潮潮波传播过程对水深变化(模拟航道疏浚和河道淤积过程)的响应机制。研究结果表明:平均水深h的变化影响无量纲河口地形参数γ和摩擦参数c,进一步影响河口动力参数包括潮波振幅参数ζ、流速振幅参数μ、波速参数λ、潮波振幅增大/衰减率参数δ以及流速与水位之间的相位差f等;平均水深变化对河口中下游段(x=0~60km)的潮汐动力影响较大,而对河口上游段(x=60~78km)影响较弱;主要半日分潮(M2、S2、N2)对水深变化的响应略大于全日分潮(K1、O1);航道疏浚幅度小于2m时,对河口潮汐动力格局影响不大,而当疏浚幅度大于2m时,将对河口潮汐动力格局及水环境(如盐水入侵等)产生较大影响;河道淤积将导致潮汐动力减弱,流速振幅、潮波振幅及传播速度减小,流速和水位之间的相位差也减小。

珠江磨刀门河口潮汐动力变化对人类活动的响应

磨刀门河口是珠江流域西江的主干入海口,20世纪80年代以来受到网河区无序采砂和磨刀门整治工程的双重影响,潮汐动力必然发生相应的调整。本文基于多年的水文资料,结合统计分析、调和分析和数值模拟的方法,对近五十年以来磨刀门河口的潮汐动力变化过程及其对人类活动的响应进行研究。结果表明,20世纪80年代以前,磨刀门河口总体上呈现出高、低潮位缓慢上升、潮差逐渐减小的趋势,潮汐动力变化呈现出径流优势型入海口门水道向海延展的自然演变趋势;20世纪80年代以来,网河区无序采砂使水位下降、诱使潮汐动力增强,磨刀门整治工程使水位上升、潮汐动力减弱,由于河口不同段受到人类活动以及外海潮汐多年变化和海平面上升的干扰程度不同,其潮汐动力变化呈现出不同特征。近口段受网河区无序采砂影响较大,水位下降,潮汐动力增强;河口段受两种人类活动的双重影响,水位上升,在整治工程期间(1983—1993)潮汐动力减弱,在整治工程后(1993—2003)受网河区无序采砂的影响潮汐动力增强;口外海滨段受外海潮汐多年变化和全球海平面上升以及整治工程的共同作用,水位上升,潮汐动力减弱.

珠江三角洲河网区极端水位事件风险传递规律

为研究珠江三角洲河网区极端水位事件的风险传递规律,基于13个水位站点1957—2016年的月水位资料,利用pair-copula结构构建珠三角河网区水位的风险传递模型,分析不同情景下极端水位在空间上的风险传递机制及其时间变化规律。结果表明:在低降水量条件下,珠三角河网区低水位风险顺向(上游至下游)和逆向(下游至上游)传递的概率均显著增大;高降水量条件下夏季丰水期的高水位顺向传递风险更高,低降水量条件下冬季枯水期的低水位顺向和逆向传递风险均较高;受人类活动影响,在高降水量条件下,1987—2016年夏季丰水期的高水位顺向传递风险比1957—1986年显著增强;在低降水量条件下,1987—2016年冬季枯水期低水位的顺向和逆向传递风险比1957—1986年显著增强。

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。

强人类活动驱动下珠江磨刀门河口径潮动力的季节性异变特征

人类活动对河口环境影响巨大,揭示在强人类活动驱动下河口径潮动力非线性相互作用的异变特征,有利于了解人类活动影响河口动力地貌的机制,对河口区水利工程建设及环境保护等具有重要指导意义。基于1960—2016年珠江磨刀门河口沿程潮位站(甘竹、竹银、灯笼山、三灶)的逐月高、低潮位数据及马口水文站的月均流量数据,统计分析了磨刀门河口在强人类活动驱动下月均水位、潮波振幅及其空间梯度(即月均水位坡度和潮波振幅衰减率)的季节性异变特征。结果表明,1990年和2000年为磨刀门河口径潮动力的异变年份,1990年前为自然演变阶段,2000年后为恢复调整阶段,1990—2000年为过渡阶段;高强度采砂导致的河床下切使磨刀门河口月均水位及月均水位坡度显著减小,夏季减小幅度最为明显,沿程平均分别减小0.53m和8.93×10^-6;月均水位坡度减小导致潮波衰减效应减弱,进而使沿程潮波振幅增大,多年平均增大0.071m;磨刀门河口径潮动力相互作用具有明显的季节性差异,夏季月均水位坡度随流量增大在上游抬升明显,冬季月均水位坡度在上游显著减小,但在下游略有抬升;随着流量的增大潮波振幅的衰减作用增强,但当流量超过阈值20000m^3/s时,月均水位坡度引起的底床摩擦增大效应不足以抵消横截面积辐散效应,潮波衰减效应略有减弱。

珠江磨刀门河口日均水位变化及影响因子辨识

珠江磨刀门河口日均水位变动的态势受自然过程与强人类活动的驱动,呈现出明显的阶段性演变与季节性异变。辨识日均水位的影响因子,是河口动力学研究的重要内容,对河口治理和水资源高效开发利用具有重要指导意义。本文通过流量驱动的数据驱动模型,对磨刀门河口沿程主要站点长时间日均水位序列(1959—2016年)进行分解,分解出由地形和海平面边界共同驱动以及仅由上游马口站流量边界驱动引起的日均水位变化。地形和海平面边界共同驱动的结果表明:甘竹-灯笼山河段春夏两季日均水位变化主要由河道挖沙引起,日均水位下降(平均下降0.26 m);秋冬两季则由口门围垦与海平面边界控制,日均水位抬升(平均抬升0.07 m)。仅由上游马口站流量边界驱动的结果表明:春夏秋三季日均水位变化主要由水库蓄水主导,日均水位下降(平均下降0.13 m);冬季日均水位变化受水库调枯影响,日均水位抬升(平均抬升0.03 m);从量值上看,地形和海平面边界对磨刀门河口日均水位变动的影响大于上游水库调蓄作用。

河口区斜压梯度对余水位的累积影响及其机制探讨

余水位(即潮平均水位)是河口区径潮相互作用的典型结果,研究其形成演变机制对探讨河口区的水资源高效开发利用具有重要科学意义。本文基于不同径潮边界条件下的三维斜压水动力数值模拟及切比雪夫机制分解,初步探讨了概化地形条件下斜压梯度对余水位沿程变化的影响。数值模拟结果表明:河口区余水位的沿程变化明显受径流量、潮波振幅、辐聚地形及斜压梯度等因素的共同影响,斜压梯度对余水位的影响是一种累积效应且影响区域集中在回水区,同时其影响强度具有明显的大小潮变化、洪枯季变化。利用数值模型提供的水位及流速场信息,通过切比雪夫分解非线性摩擦项分离出控制余水位变化的3个主要因素,即径流、潮流和径潮相互作用因子,并与斜压梯度产生的余水位进行对比分析,结果表明:回水区域余水位主要以径潮相互作用因子为主导;斜压梯度对余水位影响主要体现在小潮期间,有可能成为影响余水位变化的主控因子。

长江口新桥水道动力地貌变化过程研究

利用1958—2020年实测地形数据与长江入海水沙数据,分析长江口南支最大的涨潮槽——新桥水道动力地貌变化及其驱动机制。结果表明:新桥水道在1958—2020年间的地貌演变可以分为3个阶段:第一阶段(1958—1997年)新桥水道受控于径流、潮流的耦合作用而经历“冲刷-淤积”的周期性变化,其中河槽主要展现上、下游迁移及河槽收缩交替等特征;第二阶段(1997—2003年)因1998和1999年大洪水造成新桥水道冲刷,新桥水道河槽向上游拓展延伸,河道拓宽明显;第三阶段(2003—2020年)则受人类活动干预和扁担沙北移及径流、潮流耦合作用,新桥水道向下游迁移束窄,并逐渐形成以河道上段为淤积中心的地貌演化格局。此外,随着东风西沙水库构建,拦蓄了部分应进入新桥水道的水体,致使河槽上段落潮动力减弱而加剧河槽淤积,导致新桥水道进一步淤浅。

珠江磨刀门河口水位分布演变特征及其对人类活动的响应

河口区水位受径流、潮汐、地形、人类活动等多因素影响,其空间分布结构及变化复杂。作为河口动力结构的重要参数,水位分布演变特征及机制的研究对水资源高效开发利用和河口治理具有重要指导意义。文章基于珠江磨刀门河口沿程马口、甘竹、江门、竹银、灯笼山和三灶6个测站1965-2016年月均余水位数据及马口站的月均流量数据,分析人类活动影响下水位空间分布的异变,采用双变量线性回归模型定量辨识水位分布异变的主要影响因素,并初步讨论人类活动、动力结构、地形变化之间的相互耦合关系。结果表明,基于平均水面形态变化参数(即曲率)可较好地指示河床冲淤变化趋势,河段平均曲率为正,指示河床趋于淤积,曲率为负,河床趋于冲刷侵蚀;围垦、大规模挖沙、河道疏浚等强人类活动前,磨刀门河口上、下段坡降大于中段(江门-甘竹段),即中段存在一个水位坡降变缓的区域,枯季低流量时中段水位坡降出现由海向陆方向的倒坡降,强人类活动后,余水位空间分布结构发生异变,中段坡降增大、低流量时的逆坡降消失;强人类活动引起的河床地形变化是磨刀门河口沿程水位空间形态发生变化的主要原因,使口门段(三灶-竹银)和河口上段(甘竹-马口)水位曲率分别减小0.41×10^(-4)m·km^(-2)和1.04×10^(-4)m·km^(-2),河口中段(竹银-甘竹)水位曲率增大0.21×10^(-4)m·km^(-2),沿程曲率由正(下凹)-负(上凸)-正转变为负-正-负,沿程河床也随之由淤积-冲刷-淤积趋势转变冲刷-淤积-冲刷趋势。

河控型河口盐度层化对悬沙的捕集机制--以洪季磨刀门河口为例

河控型河口盐度混合和层化是控制悬沙输移扩散的重要动力机制。以珠江磨刀门河口为研究对象,基于2017年洪季三船同步大、小潮水文泥沙观测数据,分析河控型河口水体盐度层化结构的时空变化对悬沙分布的影响机制。结果表明:受径潮动力耦合时空变化影响,河口盐度垂向分布表现出时空差异,即受径流主导的M1站(挂锭角),河口盐度在涨落潮周期内垂向混合均匀,受径潮控制的M2站(口门)在整个潮周期内盐度层化结构明显,口门外侧的M3站,潮动力作用较强,盐度垂向分布随涨落潮变化而变化;悬沙空间分布与盐度分布关系密切,盐度混合均匀利于悬沙垂向均匀分布,而盐度层化则使悬沙倾向于滞留在底层水体中,且在盐度层结界面之下出现高悬沙浓度,悬沙浓度垂向分布曲线呈L字型或抛线型,纵向上表现为高浓度悬沙团抑制在盐水楔前端,盐度层化对悬沙的捕集效应明显。通过对比水体标准化分层系数与水流垂向扩散强度系数发现,两者呈现负相关关系,即标准化分层系数愈大,垂向扩散强度愈小,表明水体层化抑制悬沙垂向扩散强度,而且水体层化程度越高,悬沙垂向扩散抑制程度越大,进而促进了河口水体盐度层化对悬沙捕集作用。本研究有助于揭示河口细颗粒泥沙运动机制及河口拦门沙演变机制,并为磨刀门河口拦门沙治理提供科学依据。

河口回水动力的演变过程及其影响机制--以长江河口为例

河口回水区长度的时空演变对防洪、供水、航运等水资源高效开发利用具有重要指导意义。本文在经典河流回水理论的基础上考虑潮汐动力的影响,聚焦潮汐动力引起的回水效应问题,基于一维水动力解析模型,重新定义河口回水区上游界限(回水界),并以长江河口为例,探讨河口回水动力演变过程及其影响机制。结果表明:回水界距天生港的距离(即回水区长度)与上游流量、外海边界振幅分别具有显著的负相关和正相关关系,且基本为线性关系;回水界对径潮动力的响应比潮区界更为敏感,能有效表征河口感潮河段径潮动力格局演变;长江河口回水界位置具有明显的季节性差异,其春季和秋季回水界位于芜湖附近(春季和秋季分别距天生港419 km和367 km),冬季回水界位于感潮河段以上区域,夏季潮汐动力引起的回水效应基本可忽略;长江河口潮流因子和径潮相互作用因子控制的余水位梯度的季节性变化,是长江河口回水界位置变动的主导因素。

珠江口氮磷、重金属的分布及水环境安全评价

基于2017年夏季对伶仃洋的水文水质多要素观测,分析了该海域氮磷营养盐和7种重金属元素的分布;运用富营养化指数TRIX对其进行了富营养化评价;运用单因子指数法对其进行了重金属污染评价;基于模糊综合评价法,构建了珠江伶仃洋河口湾海域水环境安全综合评价模型.结果表明:受沉积环境、河口径-潮动力耦合作用及地球化学性质的影响,珠江河口氮磷营养盐和重金属空间分布差异显著,氮营养盐浓度伶仃洋东岸较高,磷营养盐浓度西岸较高,海水中重金属的浓度大小序列为:锌>砷>铜>铅>铬>镉>汞;富营养化评价结果表明该海域有一定的机率爆发富营养化风险,特别是虎门附近和深圳近海;单因子指数法表明该海域2017年夏季的汞、镉、铅、铬、砷、锌、铜7种重金属元素污染水平较低;水环境综合评价结果表明珠江伶仃洋河口湾水环境50%、21%、15%、13%的几率处于无、低、中、高风险;该海域水生环境的主要障碍因子为富营养化因子,其障碍贡献呈口门向外海递减,各站位重金属因子的障碍贡献呈波动状态.

1973-2020年洞庭湖水温演变特征

表层水温是影响湖泊水生生态系统的关键因素,研究其对气候变化的响应过程及机制是评估湖泊生态环境可持续发展的重要切入点。本文针对水温的长期演变趋势问题,基于实测水文气象数据,采用Air2water数据驱动模型重构洞庭湖长序列水温资料,研究湖泊表层水温在气象条件驱动下的演变特征,为湖泊生态环境监测、水安全保障和综合治理等提供理论依据。主要结论有:(1)尽管Air2water数据驱动模型以常微分方程的简化形式概化湖泊热力学过程,但可较准确地反演水温的变化趋势。根据长序列实测气温资料重构的19732020年洞庭湖日均水温序列具有较高的可信度。(2)19732020年,洞庭湖水温年内变化具有显著的上升期和下降期,且降温过程较升温快。在气候变暖背景下,年均水温呈现持续的波动性上升趋势,且1996年发生突变后上升趋势更为显著,其中城陵矶站和南咀站年均水温的上升率分别达到0.20和0.16℃/10 a。1996年洞庭湖流域的突变式增温主要是由冷季的显著增暖过程驱动。(3)采用广义单位线法建立水温气温之间的耦合关系,水温随气温上升的速率先增大至极大值后逐渐减缓。1996年水温发生突变后,水温随气温的变化速率略有减小,表明水温对气温响应的敏感性降低,水温气温的耦合关系有所削弱。

珠江河网横向汊道水位演变特性及原因探究

珠江河网横向汊道体系是维持三角洲河网动力平衡的独特地貌结构,具有泄洪纳潮的重要功能,探讨该结构水位的阶段性演变及其影响因子辨识是河口动力学研究的重要科学问题。采用流量驱动的R_TIDE数据驱动模型,对研究区域内“容桂-凫洲水道”和“潭洲-前航道”两个典型横向汊道体系共8个站点的日均水位序列进行分解,分离出由上游流量驱动引起的水位变化及地形和海平面共同驱动的水位变化。结果表明,经过水库的调蓄作用,在“容桂-凫洲水道”,流量驱动导致冬季日均水位抬升(平均为0.04m),其余三季日均水位下降;“潭洲-前航道”则由于北江流量增大导致流量驱动的日均水位均有不同程度的抬升(平均为0.17 m)。由于地形下切和海平面上升,地形和海平面共同驱动的日均水位变化普遍为负值(除南沙、黄埔站分别为0.11、0.07 m),“容桂-凫洲水道”中下部河段在秋季受海平面上升(秋季海平面高程最大)影响大于河床地形下切效应导致水位抬升,而其余站点主要受到疏浚、采砂等人类活动引起的地形下降影响,水位下降,且上游变化幅度明显大于下游;对径潮动力方差贡献率的分析结果表明,“容桂-凫洲水道”和“潭洲-前航道”夏季径流对水位的方差贡献率平均分别减小10%和15%,冬季则平均分别减小5%和3%,显示出强人类干预后总体呈现泄洪压力减小,纳潮能力增强的变化趋势。

珠江河网典型横向汊道径潮动力时空差异性分析--以“南沙—南华”横向汊道为例

横向汊道对维持珠江河网径潮动力格局的稳定发挥着重要作用,研究其径潮动力时空演变过程及规律对粤港澳大湾区的防洪、供水和通航等具有重要意义。本文基于1966—2016年“南沙—南华”横向汊道沿程潮位站的逐日高低潮位数据及马口、三水水文站的日均流量数据,采用双累积曲线方法及T_TIDE潮汐调和分析模型,分析了该横向汊道径潮动力的时空差异性。结果表明:(1)1993年为该横向汊道径潮动力的异变年份,1993年后横向汊道潮波振幅梯度绝对值与余水位梯度多年均值降幅分别为25%和38%;(2)强人类活动干预后该横向汊道径潮动力变化存在时空差异性,1993年后口门南沙站潮动力减弱(M2与K1分潮振幅多年平均降幅分别为0.01m和0.02m),其他站点潮动力增强,潮波衰减效应在中游略有增强,而在上游和下游减弱,且夏季比冬季变化显著;(3)上述时空差异性受自然变化与人类活动的非线性累积影响。口门附近高强度的围垦叠加航道整治工程使得口门快速延伸,导致潮波传播阻力增大,而横向汊道上游高强度的采砂活动使得地形显著下切,导致潮波传播阻力减小;受上游流量与下游海平面季节性变化的叠加影响,横向汊道径潮动力变化在夏季比冬季更为显著。上述横向汊道径潮格局的异变导致其泄洪纳潮功能发生改变,具体表现为洪季泄洪压力减小,枯季纳潮能力增强。上述研究结果可为珠江三角洲水资源的高效开发利用等实际工程问题提供理论支撑。

长江感潮河段潮波传播变化特征及影响因素分析

径潮相互作用是感潮河段水动力变化的典型特征,受其影响潮波传播具有明显的洪枯季及沿程变化。本文基于长江感潮河段天生港、江阴、镇江、南京、马鞍山及芜湖6个潮位站2002-2014年连续高低潮位资料及大通站月均流量数据,统计分析长江感潮河段潮波振幅衰减率、潮波传播速度及余水位坡度等传播特征值的洪枯季及沿程变化特征,并探讨这些潮波传播特征的变化规律及其主要影响因素。结果表明,潮波传播特征的洪枯季差异自上游至下游逐渐减小,其分界点位于天生港与江阴之间(其中,天生港和江阴站的多年平均洪枯季潮差差值约为0.01 m和-0.04 m);径流动力对潮波衰减的影响主要位于江阴以上河段,江阴以下河段主要受潮汐动力控制;径流驱动下余水位坡度引起的余水位及水深增加,导致潮波传播的有效摩擦减小,当流量超过某个阈值时潮波振幅衰减反而减弱,特别是上游马鞍山-芜湖段最为明显,统计结果表明该河段流量阈值约为33000 m3/s。本文分析结果作为前人研究的重要补充,可为长江河口感潮河段径潮相互作用机制研究及河口治理等提供基础参考。

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。