长江河口潮滩悬浮泥沙输移规律研究进展
- 格式:docx
- 大小:43.68 KB
- 文档页数:10
长江口潮滩水动力过程、泥沙输移与冲淤变化【摘要】:长江口滨岸潮滩环境在咸淡水交替、出露和淹没交替、冲淤交替等海陆交互作用的影响下,波潮流水动力作用强烈,泥沙输移和物质交换频繁。
长江每年携带巨量泥沙堆积于河口滨岸地区,形成了大片宽阔的淤泥质潮滩,每年以数十米的淤涨速率不断向海推进,为城市空间拓展提供了丰富的后备土地资源。
但随着人类对潮滩大规模围垦等经济活动的加剧,导致生物多样性减少,生态环境质量降低,产生了对该地区可持续发展的潜在威胁。
河口潮滩水沙过程及冲淤变化研究,引起了国内外学者的重视,分别从地貌、沉积、水文、生物、地球化学等不同角度进行了大量有益的探索。
但对潮滩水动力过程的实地观测十分有限,阻碍了完整潮流泥沙运动模型的建立,影响了泥沙输移规律和冲淤变化研究的进展。
本文依托国家自然科学基金重点项目“长江口滨岸潮滩复杂环境条件下物质循环研究”(批准号:40131020),选择了长江口崇明东滩敞开型潮滩为研究对象,设置典型断面,在平静天气条件下,实测了水文要素,获得了水位、流向、流速、泥沙含量及粒径等指标4000多个实测数据,着重对长江口潮滩水动力过程、泥沙输移规律及冲淤变化进行研究。
得到如下结论:1.分析得到了潮滩不同部位水动力基本特征:光滩水位涨潮和落潮时间基本相等,而盐沼前缘带水位涨潮时间略短;光滩流速过程线在涨潮初和落潮末出现峰值,呈现“双峰型”特征,盐沼前缘带仅在冬、春季节呈现“双峰型”,夏、秋季节落潮峰值消失,盐沼带四季呈现单峰特征,潮沟过程线为“双峰型”;各测点流向均具回转流特征,在高水位时流向迅速改变,不存在明显的憩流。
滩面各测点的水位资料与横沙水文站同期资料具有一致性,为水文资料系列展延提供有利条件。
2.根据实测数据构建了系列潮滩水动力模型:1)水深预报模型,以横沙水文站为参证站,预报各测点的瞬时水深;2)流速模型,以最大水深为参数,分别预测测点涨潮和落潮期间的最大流速、平均流速;3)滩面测点垂岸流速模型,以瞬时水深为参数,预测瞬时流速,得到各潮次流速过程线;4)总水通量模型,以各潮次最大水深为参数,估算大潮潮次的总水通量。
长江口北支强潮河道悬沙运动及输移机制陈炜;李九发;李占海;戴志军;闫虹;徐敏;赵军凯【摘要】随着崇明北侧岸滩的自然淤涨和人工圈围,北支河道显著束窄,“喇叭口”顶点位置下移.在新的地形及流域来水来沙变异背景下,作为长江河口的分支强潮汊道,其悬沙运动与输移特点值得探讨.根据2010年4月小潮至大潮连续8d的半个半月潮水沙观测,结合多年不同河段水沙观测数据得到的含沙量过程曲线显示:整个河道潮流强、含沙量高,含沙量过程曲线呈“单峰-双峰-单峰”的变化特点;河道悬沙的输移以平流输移和“潮泵输移”为主,以“喇叭口”顶点为界,上游段河道平流输移占主导地位,“潮泵输移”次之;下游段“潮泵输移”占主导,平流输移次之.净输沙总量呈:上段河道向海,下段河道向陆,在“喇叭口”顶点附近存在一个泥沙汇聚的最大浑浊带区域.%As the effect of natural accreting processes and artificial reclamation, the river channel of the North Branch in the Changjiang Estuary has narrowed significantly, and the position of summit of the funnel-shape has moved down. As an important strong tidal bifurcation of the Changjiang Estuary, the transport characteristics of suspended sediment in the North Branch is deserving of further discussion and research by considering the changes in river morphology and sediment load from the Changjiang drainage are-a. According to the continuousl observation of flow and sediment during one spring-neap tide cycle in A-pril 2010, together with historical data from different locations, the obtained results are as follows- the current is strong and suspended sediment content (SSC) comparatively high in the North Branch, the process curve of the SSC shows a pattern of "unimodal- bimodal-unimodal"in a half 14 d cycel. Lagrang-ian advection and tidal pumping effect are two main constituents of sediment transport in the North Branch, with spatial variations. Touxing Port can be considered as a transition, where Lagrangian sediment transport dominantes in the upper mouth and the tidal pumping in the lower section. As for the net sediment transport flux, it moved seaward in upper mouth and landward in the lower section. The result suggests a turbidity maximum due to sediment accumulation around the summit.【期刊名称】《海洋学报(中文版)》【年(卷),期】2012(034)002【总页数】8页(P84-91)【关键词】长江口北支河道;含沙量;悬沙输运;潮流;机制分析【作者】陈炜;李九发;李占海;戴志军;闫虹;徐敏;赵军凯【作者单位】华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海200062;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海200062;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海200062;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海200062;荷兰代尔夫特理工大学,代尔夫特2628CN;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海200062;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海200062【正文语种】中文【中图分类】P333.41 引言长江口北支河道西起崇头,东至连兴港,属长江河口“三级分汊、四口入海”中的第一级汊道,同时也是“四口”中最北端的入海口,全长约80km。
波—流共同作用下长江口二维悬沙数值模拟波—流共同作用下长江口二维悬沙数值模拟摘要:本文通过数值模拟方法,研究了波—流共同作用下长江口内二维悬沙运移的情况。
通过建立数学模型和计算方法,模拟了长江口内悬沙的输运过程,并对波浪和流场的相互影响进行了探讨。
结果表明,波浪和流场的共同作用对悬沙输运过程具有显著影响,进一步深化了对长江口悬沙运动规律的认识。
一、引言长江口是我国最重要的河口之一,其水动力和悬沙运动规律的研究对于河口水文、水沙动力学的理解具有重要的意义。
波浪和流场作为长江口内两个主要的力学驱动因素,其相互作用对悬沙的输运过程有着重要影响。
因此,基于数值模拟方法,研究波流共同作用下长江口内二维悬沙运移的规律具有重要的理论和实际意义。
二、模型建立在本文研究中,建立了二维悬沙运移数值模型,考虑了波浪、流场以及悬沙之间的相互作用。
模型采用了数值解的方法,通过离散化长江口内区域,并运用流动方程、输运方程和释放方程来模拟波流共同作用下的悬沙运动过程。
模型的输入数据包括入口流速、入口浓度和入口波浪参数等,模拟的输出结果为悬沙在长江口内的输运情况和浓度分布。
三、数值模拟结果通过数值模拟得出的结果显示,长江口内的悬沙输运过程受到波浪和流场的共同作用。
在波浪作用下,悬沙会随着波动而上升和下降,这会影响悬沙的输运速度和方向。
而流场则会决定悬沙的平均输运速度和方向。
模拟结果还显示,在大波浪和强流场共同作用的情况下,悬沙会有较大的浓度差异和输运速度。
四、悬沙输运规律分析根据数值模拟结果,我们进一步分析了悬沙输运的规律。
首先,当波浪和流场方向相一致时,悬沙的输运速度较快;当方向相反时,输运速度较慢。
其次,波浪的幅度和周期对悬沙的上升和下降速度有较大影响,较大的波浪幅度和周期会引起更剧烈的悬沙运动。
此外,在大流量的情况下,悬沙的输运速度较快,浓度较高。
五、结论通过本文的研究,我们深入了解了长江口内波流共同作用下的悬沙运移规律。
长江口潮滩水动力过程、泥沙输移与冲淤变化长江口潮滩水动力过程、泥沙输移与冲淤变化长江是中国最长的河流,也是中国经济最繁荣地区的母亲河。
长江入海口位于上海市和江苏省境内,是长江水系与东海相连接的重要通道,被称为长江口。
长江口地区的潮滩是一个特殊的地理环境,其水动力过程、泥沙输移及冲淤变化对于海洋生态系统和沿海城市发展起着非常重要的作用。
长江口潮滩的水动力过程是指由潮汐及洪水等外界因素驱动的潮水流动。
长江口位于亚热带地区,气候湿润,潮汐变化明显。
其潮汐受到太阳和月球的引力影响,形成了周期性的涨落,每天潮水涨落两次。
在潮汐的作用下,长江口的水体呈现出复杂的流动形态,包括涨潮流、落潮流和倒潮流等。
这些水流的交错与交汇不仅决定了长江口水体的混合与分层,也影响着河口地区泥沙的输运。
泥沙输移是长江口潮滩的重要特征之一。
长江是中国最大的泥沙输移河流,每年输送的泥沙量可达数亿吨。
这些泥沙经长江主干输送至长江口地区,然后受到潮汐和海流的影响,在河口地区发生分散、沉积和悬浮的过程。
在长江口潮滩上,泥沙呈现出不规则的分布格局,形成了泥沙丘、泥沙坑等地貌特征。
泥沙的沉积与悬浮影响着长江口区域的水质状况、海底地形以及海洋生态系统的健康。
长江口潮滩的冲淤变化是指泥沙的沉积与侵蚀过程,也是一个动态的过程。
长江口地区的冲淤变化与长江及其支流的泥沙输入、潮汐变化、海浪和海流的作用等密切相关。
长江口潮滩的冲淤变化对周边地区的港口、航道、堤防等基础设施产生了重要影响。
为了保持航道的通畅和沿海的安全,需要进行定期的清淤与疏浚。
为了更好地了解长江口潮滩的水动力过程、泥沙输移和冲淤变化,科学家们开展了许多研究工作。
他们采集了大量的水文、水动力、泥沙等数据,并运用数值模拟和遥感等技术手段进行分析和预测。
这些研究成果不仅对于长江口地区的国土规划、海洋环境保护和城市建设具有重要意义,也对于全球河口潮滩地区的研究有一定的参考价值。
总之,长江口潮滩的水动力过程、泥沙输移与冲淤变化是一个复杂而多变的系统。
长江口南槽河道水沙特性及河床沙再悬浮研究王飞;李九发;李占海;姚弘毅;朱文武【摘要】In order to study the re-suspension process and mechanism of sediment in estuary region under co-action of land-sea dynamics, based on the measurements of hydrology and sediment for 8 continuous days in the South Passage of the Yangtze River Estuary, the variation of tidal velocity, suspended sediment concentration ( SSC) , suspended sediment grain size with time and the re-suspension processes of bed sediment were studied. The results indicate that the flow dynamics and duration of flood tide and ebb tide have asymmetry features. From the neap tide to the spring tide, the SSC gradually increases, the suspended sediment is coarsening, the fine sand component increases slightly and its re-suspension is induced. The SSC reaches its peak three times during a tidal cycle. The variations of SSC and suspended sediment grain size are positively correlated with the tidal current velocity and bed shear stress.%为研究河口地区泥沙在陆海动力共同作用下的再悬浮过程和机制,基于长江口南槽河道连续8d的水文泥沙同步观测数据,对拦门沙河道潮流速、悬沙浓度、悬沙粒径随时间变化和河床沉积物再悬浮进行了分析研究。
长江口深水航道及附近海域表层悬浮泥沙光谱特性研究的开题报告一、研究背景随着船舶数量的不断增加和深水航道的不断开发,深水航道及其周边海域的水环境问题愈加突出。
其中最为明显的问题之一便是表层悬浮泥沙对水体透明度的影响。
深水航道及其周边海域通常具有较大的悬浮泥沙浓度,这不仅对海洋生态环境造成威胁,也对航行和海上工程造成了不小的影响。
因此,为了更好地了解深水航道及其周边海域的表层悬浮泥沙光谱特性,进行分析和研究,具有重要的现实意义和科学价值。
二、研究目的本研究旨在开展长江口深水航道及其周边海域表层悬浮泥沙光谱特性研究,主要包括以下目标:1.测定长江口深水航道及其周边海域表层水体的悬浮泥沙浓度,分析其空间分布特征。
2.测定长江口深水航道及其周边海域表层水体的光谱反射率,分析其光学特性,建立光谱反射率与悬浮泥沙浓度的关系模型。
3.研究长江口深水航道及其周边海域表层水体的光学特性与气溶胶浓度、水温、盐度等环境因素之间的关系。
4.基于研究结果,提出长江口深水航道及其周边海域表层悬浮泥沙光谱特性对水环境影响的评估方法。
三、研究方法1.采用高分辨率卫星影像进行目标区域的水体遥感遥测分析,获取长江口深水航道及其周边海域表层悬浮泥沙浓度数据。
2.使用多光谱辐射计对长江口深水航道及其周边海域表层水体的光谱反射率进行监测和测定。
3.利用现场采集的数据和多元回归分析等方法,建立长江口深水航道及其周边海域表层悬浮泥沙浓度与光谱反射率之间的关系模型。
4.通过文献综述和资料收集等方法,研究长江口深水航道及其周边海域表层水体的光学特性与气溶胶浓度、水温、盐度等环境因素之间的关系。
四、研究意义1.本研究可以为深水航道及其周边海域的环境治理和维护提供科学依据。
2.研究成果可以为海洋环境监测和预警工作提供参考和支撑。
3.研究方法和技术可以为深水航道及其周边海域的水环境监测及灾害预警提供参考和支撑。
五、研究计划1.完成相关文献的调研。
2.对目标区域进行野外调查和数据采集。
长江口崇明东滩盐沼边缘带悬浮泥沙短期变化特征研究的开题报告题目:长江口崇明东滩盐沼边缘带悬浮泥沙短期变化特征研究研究背景与意义:长江口崇明东滩是一处典型的盐碱地,其盐沼边缘带是生态系统中重要的生态环境,对滩涂的稳定发育和河口生态环境的改善有着重要的作用。
然而,由于外来因素的干扰和人工活动的影响,盐沼边缘带悬浮泥沙短期变化特征变得复杂多样,对生态环境产生了一定的负面影响。
因此,研究长江口崇明东滩盐沼边缘带悬浮泥沙短期变化特征,有利于了解其生态环境变化的机理和规律,为保护长江口生态环境提供可靠的科学依据和参考方案。
研究内容和方法:本研究将针对长江口崇明东滩盐沼边缘带悬浮泥沙短期变化特征展开研究,包括以下内容:1. 盐沼边缘带悬浮泥沙短期变化特征的分析和识别。
2. 探究海流、潮流对长江口崇明东滩盐沼边缘带悬浮泥沙短期变化的影响。
3. 确定盐沼边缘带悬浮泥沙短期变化的主要影响因素。
4. 基于相关统计学方法建立预测模型,对悬浮泥沙变化进行预测。
本研究将采用现场观测和实验室分析的方法,通过观测和采样分析,获取长江口崇明东滩盐沼边缘带悬浮泥沙短期变化的相关数据,建立相应的预测模型,对其变化进行预测,从而得出研究结论。
预期成果和意义:本研究的预期成果包括:盐沼边缘带悬浮泥沙短期变化特征的分析和识别,相关影响因素的确定,预测模型的建立、预测结果。
通过本研究的开展,可以为长江口生态环境的保护与修复提供科学依据,并为其他滩涂盐碱地的管理提供参考。
同时,本研究可以为南方滩涂的可持续发展提供技术和理论支撑,为巩固和发展南方滩涂新型农业和建设美丽乡村做出应有的贡献。
长江口盐水入侵及泥沙输运的研究的开题报告一、研究背景长江口是中国最大的河口,具有丰富的沿海湿地资源和人类活动密集的区域。
然而,长江口地区却面临着严重的盐水入侵问题,这不仅威胁到当地的生态环境和生产生活,还直接影响到其经济社会发展。
同时,长江口地区还承担着近乎整个长江流域的泥沙输运功能,对于解决全国沿海海洋问题以及保护南海生态环境具有重要意义。
因此,研究长江口盐水入侵及泥沙输运的特点、规律以及影响因素,有助于更好地保护长江口及其周边地区的生态环境和经济社会发展。
二、研究目的本研究旨在系统地探讨长江口盐水入侵及泥沙输运的特点、规律以及影响因素,通过对长江口地区历年的相关数据进行分析,建立数学模型,探究其变化趋势以及对周边环境的影响,找到有效的解决方案,为保护长江口周边地区的生态环境和经济社会发展提供理论与实践指导。
三、研究内容和方法1.研究内容(1)长江口盐水入侵特点及规律分析:探讨长江口盐水入侵的发生机制、分布特点以及变化规律。
(2)长江口泥沙输运规律研究:分析长江口泥沙输运的变化趋势以及规律,并探讨其对周边环境的影响。
(3)基于数学模型的长江口盐水入侵及泥沙输运预测:建立长江口盐水入侵及泥沙输运的数学模型,通过对历年数据分析,对未来的发展进行预测。
2.研究方法(1)文献综述法:对长江口盐水入侵及泥沙输运的相关文献进行搜集和总结,了解研究现状和热点问题。
(2)数据分析法:对长江口盐水入侵及泥沙输运相关的数据进行分析和统计,找到规律和趋势,验证假设。
(3)数学模型法:建立长江口盐水入侵及泥沙输运的数学模型,对未来的发展进行预测和分析。
(4)实地考察法:结合实地考察,获取更全面的相关数据,验证模型,提高研究可靠性。
四、研究意义本研究通过对长江口盐水入侵及泥沙输运的研究,可以更准确地了解长江口地区的生态环境和经济发展面临的问题,并提出更合适的解决方案。
同时,本研究具有推动国内外类似问题的研究和解决的借鉴作用,为国家和地方政府制定相关政策提供参考依据,对于加强环境保护、促进经济发展具有重要意义。
长江口水沙运动及三维泥沙模型研究【摘要】:河口的泥沙运动是河口最复杂的问题,物理模型、数学模型和原型观测是研究河口泥沙运动最重要研究手段,近几十年来,这三种研究手段都得到了长足的发展。
河工物理模型试验仍然是现在河口工程中越来越重要的研究手段,能用来研究目前许多无法使用数学表达来准确描述泥沙运动过程的问题,如底沙运动、建筑物稳定性等问题。
数学模型正成为研究泥沙问题的重要手段,由于自然界中,泥沙的对流、扩散、沉降、再悬浮,这些现象都是三维的物理过程,所以要准确描述泥沙运动过程,三维泥沙数值模型必然是泥沙研究的发展方向。
原型观测是研究泥沙运动规律的最直接、最有说服力的研究手段,原型观测往往能够观测一些尚未被认识的水流泥沙运动规律。
本文主要采用这三个研究手段研究长江口泥沙运动的一些规律。
长江口滩槽交替,河势极为复杂。
沙头冲刷后退、沙尾淤积下移是长江口沙体运动的普遍形式,底沙运动在此过程中扮演重要角色。
通过现场取样,获得长江口南支、南北港的底沙资料,并且通过水槽试验选择合适模型沙,在完成水流验证的物理模型上系统地研究了长江口南支、南北港分汉口各沙体头部和主要河槽泥沙输移路径和淤积位置。
结果表明南北港分汉口三个沙体冲刷下泄的泥沙,大部分进入南港,只有中央沙北侧和新浏河沙北侧少部分泥沙进入北港。
沙体冲刷下泄泥沙对南港影响比对北港影响大。
新浏河沙冲刷下泄泥沙对南港影响最大,接下来依次为中央沙和新浏河沙包。
南北港分汉口的六条分流通道:宝山南、北水道、南沙头通道冲刷下泄泥沙进入南港,另外三条通道冲刷下泄泥沙进入北港。
南沙头通道下泄泥沙对南港影响最大,接下来依次为宝山北水道、宝山南水道,分流北港的三条通道基本不对南港造成影响。
中子活化示踪是一种高灵敏度、适用范围广、对环境无污染、能真实模拟天然沙运动的一种泥沙运动观测方法。
通过中子活化示踪沙技术对拟选抛泥区的泥沙运移扩散规律进行现场试验研究,研究发现在北槽S7-S8丁坝之间航道南侧拟选抛泥区示踪砂的运移扩散方向在导堤内基本上与航道平行,近似呈长带形分布,出导堤后示踪沙向东南方向运移。
长江口污染物累积运移规律的初步研究方圣琼;胡雪峰;秦荣;袁俊峰;贺宝根;许世远【期刊名称】《环境科学研究》【年(卷),期】2004(017)004【摘要】对长江口九段沙和崇明东滩潮滩水体及表层沉积物进行分析,结果表明:①南槽水体受到近岸排污的影响,在近岸形成NH4+-N和溶解态总磷(STP)含量很高的污染带,是远岸水域的2~3倍;悬浮颗粒吸附态磷(PP)作为P的主要形态,随着SS 的增加,占总磷(TP)的比例从45%左右增加到90%左右.②南槽水体的总重金属分布态势主要取决于水体中SS的浓度,各元素之间及其各元素和SS相关性显著,主要吸附于SS中.③九段沙和崇明东滩在高低潮时受到不同水体的控制,低潮水体中重金属、TP和KN含量是高潮水体1.3~24.7倍,崇明东滩比九段沙变化更加显著.④受排污和水动力作用影响,低潮时悬浮物中重金属含量高于高潮时;悬浮物中重金属含量高于表层沉积物;高潮滩沉积物重金属含量高于低潮滩.【总页数】4页(P14-17)【作者】方圣琼;胡雪峰;秦荣;袁俊峰;贺宝根;许世远【作者单位】福州大学,环境科学与工程系,福建,福州,350002;上海大学,环境科学与工程系,上海,200072;上海大学,环境科学与工程系,上海,200072;上海大学,环境科学与工程系,上海,200072;上海师范大学应用生态研究所,上海,200234;上海师范大学,地理系,上海,200234;华东师范大学,地理系,上海,200062【正文语种】中文【中图分类】X824【相关文献】1.基于Hydrus-1 D的包气带污染物运移规律研究 [J], 武斌;陈建东2.莱州湾南岸地下咸水污染物示踪运移规律研究 [J], 刘森;高茂生;张浩;位才波;王松涛;吴衍华;刘红军3.基于GMS的有机污染物在土壤及地下水运移规律的综合研究 [J], 韩鹏飞; 崔阳; 魏莹莹; 魏国振4.生物滞留槽径流污染物运移规律研究 [J], 尤洋5.地下水多孔介质中胶体与污染物协同运移规律研究进展 [J], 代朝猛;周辉;刘曙光;谭博;万耀强因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
长江河口涨潮槽泥沙运动规律
李九发;沈焕庭;万新宁;应铭;茅志昌
【期刊名称】《泥沙研究》
【年(卷),期】2004()5
【摘要】30年来 ,在对涨潮槽性质和水沙条件有所了解的基础上 ,于 2 0 0 1年洪季和 2 0 0 3年枯季又一次对长江口新桥水道和南小泓两条典型涨潮槽及与其相邻的南支和南港主槽 (落潮槽 )的水流、泥沙和河床沉积物进行观测 ,并进行了专题研究。
结果表明 :潮流历时涨潮比落潮短 ;潮流和单宽潮量涨潮比落潮大 ,优势流小于5 0 % ,净水流向槽顶方向 :涨潮含沙量、单宽输沙量大于落潮 ,优势沙小于 5 0 % ,净输沙向槽顶方向 ;悬沙粒径组成较细 ,河床泥沙粒径组成较粗 ,河床存在推移质泥沙运动 ,并形成微地貌沙波。
【总页数】7页(P34-40)
【关键词】长江河口;涨潮槽;泥沙运动;含沙量
【作者】李九发;沈焕庭;万新宁;应铭;茅志昌
【作者单位】华东师范大学河口海岸国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TV148
【相关文献】
1.河口涨潮槽的研究进展 [J], 王永红;沈焕庭;刘高峰
2.独流减河口泥沙运动规律数学模拟及河口泥沙来源分析 [J], 白玉川;邢焕政;顾元
棪
3.河口涨潮槽的演变及治理 [J], 沈焕庭;李九发;金元欢
4.工程影响下长江口涨潮槽演变特征研究——以北港六滧涨潮槽为例 [J], 石天; 程和琴; 华凯; 滕立志; 唐明; 姜泽宇; 颜阁; 姜月华; 周权平
5.1998长江全流域特大洪水期河口区床面泥沙运动特征 [J], 程和琴;李茂田因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
长江河口潮滩悬浮泥沙输移规律研究进展王初;贺宝根【摘要】通过阅读和研究大量有关文献,对长江口潮滩悬移泥沙的输移规律有了较全面的了解.目前,长江口潮滩、潮沟、以及两者之间的悬浮泥沙输移基本规律的研究已经比较深入,但对于动力过程的探讨仍然局限在少数几个因子,而悬浮泥沙对重金属、氮、磷等营养元素吸附的研究则刚刚开始.由于在潮滩上获取实测资料的难度较大,使潮沟构成的微地貌系统动力结构和悬浮泥沙运动的研究不足,因此,需要在浅层测流的基础上,进一步探讨其规律.【期刊名称】《上海师范大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2003(032)002【总页数】5页(P96-100)【关键词】潮滩;长江河口;悬浮泥沙【作者】王初;贺宝根【作者单位】上海师范大学,城市与旅游学院,上海,200234;上海师范大学,城市与旅游学院,上海,200234【正文语种】中文【中图分类】S332长江河口地区广泛分布着淤泥质潮滩,徐六泾以下的潮滩面积约有800km2.潮滩和其上分布的潮沟构成了河口地区最主要的地貌类型.本文拟对长江河口潮滩及潮沟的悬浮泥沙输移规律研究进行梳理,以便寻找有关长江口潮滩研究的不足之处,为深入研究探明方向.1 长江口水文概况长江河口是一个丰水多沙的大型河口,多年平均径流量29300m3/s ,最大径流量92600 m3/s(1954.8.1),年径流总量达9240亿m3 (资料取自大通水文站).5~10月是长江洪水期,径流量占全年的71.7%,其中尤以7月的径流量最大;11月~翌年4月是长江枯水期,径流量仅占全年的28.3%,2月的径流量最小.1.1 长江口地貌类型长江河口又是一个多汊河口,自徐六泾开始分别被崇明岛,长兴与横沙岛,九段沙分为南北支,南北港及南北槽,为三级分汊、四口入海.长江河口由悬浮泥沙沉积而成的主要地貌类型有:暗沙、拦门沙、水下三角洲和潮滩[1].长江口的潮滩一般可分为河口心滩(白茆沙、扁担沙、九段沙等)和边滩(南汇、崇明东滩及边滩).杨世伦[2,3]根据岸滩形状及其与水下地形的关系将长兴、横沙岛及九段沙的岸滩分为“江岸型”、“洲头型” 及“潮滩型”,并分析了其成因,根据潮滩的冲淤状况又可以分为“淤进型”“蚀退型”“稳定型”(或“准稳定型”).1.2 长江口动力条件长江口是一个中等潮差河口,口门处中浚站测得的多年平均潮差为2.66m,最大潮差为4.62m,最小潮差为0.17m.潮流是长江口主要的动力因子[1,2].由于受科氏力的影响,在口门外潮流表现为旋转流,口门内受到地形约束多为往复流,洪季的涨潮流速大于枯季流速.径流同样是河口重要的动力因子,由于径流作用口门内的落潮流速一般大于涨潮流速,涨潮流上溯过程中受径流顶托及地形的阻碍使潮波变形,造成涨落潮历时不一致,落潮历时大于涨潮历时[1].长江口波浪受风控制的特征较为明显,波浪对开敞的河口潮滩地貌短期演变起着重要作用[4].2 悬浮泥沙输移形式长江河口来沙量巨大且水动力条件复杂,悬浮泥沙的输移形式很多,河口段泥沙的输移形式通常可以分为槽内输移、涨落槽间输移、滩槽间输移和滩面输移[2,7];口门处最大浑浊带泥沙在径、潮流和盐度锋的作用下发生垂直输移[7~9].2.1 槽内悬浮泥沙输移长江口河槽是长江向海输送水、沙的主要途径.根据优势流理论长江河口分成落潮优势流河段、涨潮优势流河段,口门以内径流的作用较强,槽内悬浮泥沙整体向口外输移[1].2.2 滩、槽间悬浮泥沙输移长江系多汊河口,在口门处呈现出滩、槽交替出现的特点.滩、槽之间的平面环流实现了在滩、槽之间悬浮泥沙输移交流.河槽中水、沙向海净输移,在口门处由于水面展宽,径流作用减弱和相应潮流势力加强,两者达到动力平衡;盐水锋作用令泥沙作垂直输移使悬沙滞留于口门附近并在此大量沉积下来[2].在无风或微风条件下,潮滩上径流作用很小,涨潮流的作用占主导地位,泥沙净向陆地输移,口门处的泥沙又被携至潮滩并沉积下来,这样便形成了一个完整的环流.在大风天气条件下,特别是有风暴潮出现时潮滩沉积物大量被冲刷,泥沙又进入河槽,形成了与前者相反的平面环流.2.3 滩面及潮沟的泥沙输移以前对泥沙输移的研究多集中于对槽内及滩、槽间泥沙输移模式的探讨[1,8],对于在潮滩、潮沟这样的浅层面流、线流条件下的泥沙输移研究(包括潮滩和潮沟间的泥沙交换)十分有限,而且也局限于对一两个动力因子的探讨[4,10~12],对其系统的研究则显得相当不够.主要原因在于:(1)潮滩上设立长期的观察点较为困难,野外实测获取第一手资料的难度极大;(2)即使设立了长期观察点,受到滩沟形态演变的影响,资料的稳定性和代表性也存有疑问;(3)潮滩及潮沟中的动力条件和地形地貌十分复杂,研究难度较大.但这方面的研究却是深入研究潮滩演变规律及物质循环规律的基础和关键,所以有着极大的研究价值.3 水动力对潮滩悬浮泥沙输移的作用长江口是水动力条件十分复杂的区域,潮流、径流、波浪、风暴潮等动力因子交织在一起极大影响了悬浮泥沙在潮滩上的输移[1,8].3.1 潮流在长江三角洲的发育过程中,潮流是一个重要的动力因子.它在长江口的悬浮泥沙输移过程中起着重要作用,也是现代潮滩地貌发育的重要动力因素[1,13,14].沉降滞后和侵蚀滞后的概念基本描述了潮滩上悬浮泥沙输移特征[13].对潮锋的研究是对浅层面流作用下滩面上泥沙输移规律有价值的研究[10,11].潮流对河口泥沙的输移作用可以分为两个阶段:潮锋作用过程和锋后水流过程.潮锋是水流在滩坡平缓的淤泥质潮间带涨潮水体前锋历时数十分钟的水流加速过程[10].通过对1979~1992年间各种类型潮滩水沙数据的分析发现从涨潮前锋到达滩面至该处达到一定水深期间会出现一段历时数10 min左右的水流高速期.其流速比随后水流的平均流速高1~3倍.相应的水体含沙量也较高,如长江口南边滩和杭州湾湾口及北岸的潮滩在风浪平静的涨潮过程中潮锋带水体的含沙量亦可达10kg/m3,相对于区域水体0.5~2.5 kg/m3的含沙量要高得多[10].究其原因是较薄水层(数10 cm)短时期内的流速脉动引起的水体高紊动状态使滩面沉积物出现再悬浮,加之从潮间带外携来的泥沙使得潮锋带水体含沙量高于锋后水体.潮锋作用的强弱由潮滩的潮位变率及滩面坡度决定[10,11].3.2 径流径流不仅为长江河口带来了巨量泥沙,同时也是河口复杂动力环境的重要组成部分.但径流对潮滩上的悬浮泥沙输移所起的作用远没有潮流大,它主要加强了落潮流的势力并改变流速不对称性从而影响悬沙的输移[8].根据优势流理论,以径流作用为主的河段称作落潮优势流河段.洪季时除了长江北支,长江口横沙岛以西的水域以径流作用为主,表层及近底层的悬沙向海输移[1].如通过对南槽上首的径流占优落潮优势流河段的输沙量的研究,发现在表层0.2水深和0.6水深的悬沙均向海发生输移.在径流作用不强的河段即涨潮优势流河段表层及近底层的悬沙输移则与落潮流优势流河段正好相反,表现为向陆地输移[1].3.3 波浪一般观点认为潮流是潮滩发育的主要动力,但在长江口一些面向开敞海域(如南汇东滩等地)的潮滩,波浪塑造滩面的作用也是不可忽视的[4,5,8,12].茅志昌[12]研究了南汇东滩的波浪作用及其对滩面冲淤的影响,发现风速、波浪与滩面冲淤之间的关系是:小于或等于5级风速引起的波浪场常使滩地发生淤积,而大于6级的风速产生的波浪则会对滩面进行冲刷.通过用能量法分析认为,影响滩面冲淤性质的波浪破碎水深和破波带宽度会随波高、潮位及底坡坡度发生变化.杨世伦[4]就波浪对开敞潮滩的作用进行了研究,以引水船站的风、浪相关性为依据,结合南汇东滩的实测数据认为风浪是控制开敞潮滩短期演变的主要动力因子,它决定了潮滩(特别是光滩)泥沙的起动或沉降.3.4 风暴潮风暴潮是台风、低气压、海啸等事件引起的短时期内造成水位陡然上升的自然灾害.长江河口在夏、秋季多有台风侵袭,此时如遇天文大潮,就会出现特大风暴潮.风暴潮虽然是短期的动力因子,但其对潮滩地貌的迅速改变却影响巨大.许世远等[16,17]研究了长江三角洲的风暴潮沉积系列,发现从长江三角洲的滨后沼泽低地到前三角洲均发育风暴沉积,在沉积剖面中的比例可达30%~40%, 与常态沉积形成韵律性层理.邵虚生[21]等也认为上海潮滩沉积物原生沉积构造中的韵律性层理是常年低能期和大潮台风高能期交替作用的产物.对风暴沉积系列研究也揭示了其动力及泥沙输移的过程.风暴沉积的底部冲刷面清晰保存,沉积结构较粗且自下而上粒度变细等显示出风暴沉积是风暴潮高峰期及随后消退期快速堆积的产物,反映了期间水动力有弱—突强—渐弱的过程变化[16,17].4 潮滩植物对悬浮泥沙输移过程的影响近年来,植物影响潮滩动力环境及泥沙输移过程的研究成为河口学的研究热点[24].当淤泥质潮滩达到一定的高程后便会有植物的出现.植物的出现会改变潮滩的动力条件,从而改变滩面的冲淤作用[19~22].4.1 植物对水动力条件的影响植物对水动力有两方面作用.一是缓流作用:植被是一种粗糙的下垫面,潮间带植物会阻滞水流[19,20].通过对南汇东滩植被带和刈割地流速的对比,发现植被带的流速在任何情况下都小于刈割地,对平均流速的缓流系数(植被带流速/无植被地流速)为0.71.通过对南汇东滩相同高程但不同植被覆盖的地区实地观测,发现沼泽的近底层流速总是小于相邻的光滩,流速可降低20%~60%.并认为植物缓流作用的大小与植株的覆盖率及测点距沼泽外缘的距离成正相关[20].另一是消浪作用:波浪对开敞型潮滩短期内演变起着重要影响,主要表现为对滩面的冲蚀,而植被却有削减波浪波高及波能的作用,特别在植被完全被淹没之前作用最为明显.涨潮初期植物冠顶未被淹没,沼泽中的平均波高及波能都只有光滩的43%和19%,并发现在正常天气条件下,波能传入沼泽后50m左右便完全消失.4.2 植物对潮滩悬沙输移的影响植物的消浪、缓流作用能改变水动力条件,再加上植物本身的特性,植物对潮滩悬浮泥沙输移有着不可忽视的影响.植被带在洪季时,悬浮泥沙浓度总的来说要小于光滩.如“沼泽岛”的悬浮泥沙浓度为相邻光滩的71%[22].其主要原因是植被对潮流及波浪的削弱作用使水体的挟沙能力大减,至使悬沙大量下沉引起的.从植被带沉积物的组成来看,不难推断出悬浮泥沙的粒度大小与光滩的差别.据杨世伦[19]的研究,沉积物在光滩—海三棱镳草—互花米草的植被变化过程中平均粒径逐渐减小,从5.83Φ减小至8.27Φ,而粘土含量则由12%增为43%.植物对潮滩上悬浮泥沙输移影响的研究仍需深入,此外,营养元素随悬沙的输移、积累对潮滩植物生长的影响,以及潮滩悬沙输移对植物生长状况的反馈也是很值得深入探讨的.5 潮滩悬沙输移的环境效应通过对上海滨岸潮滩4个具有代表性的采样断面潮滩表层沉积物中重金属含量的季节性变化的分析[28],发现在水动力作用较弱的地貌部位,表层沉积物中重金属元素趋于富集.并发现在东海农场表层沉积物中重金属含量的季节变化与其它地区不同,认为是受长江冲谈水的影响[28].刘敏等[29,30]对长江口滨岸潮滩表层沉积物中各种形态的磷进行了研究,发现沉积物粒径与形态磷之间有密切联系,粒径越小形态磷的含量越高.高效江等[31]通过对上海滨岸潮滩的表层沉积物,上覆水和间隙水中的无机氮的研究总结出了无机氮浓度的季节性变化规律,认为水动力条件的变化对潮滩无机氮的分布有很大影响.同时滩-水界面的各类形态的N、P的垂向输移、扩散也有了一定的研究[29,31].但对于整个潮滩(包括潮沟)中的营养元素随悬沙的输移、沉积过程和机制,及其通量的研究还未涉及,潮滩对于营养元素迁移的影响仍很难确定,故这方面的研究急待深入.6 展望当前对长江口悬浮泥沙输移规律的研究取得了一系列的成果,但仍然存在着一些问题.长江口潮滩、潮沟、以及两者之间的悬浮泥沙输移基本规律的研究已经比较深入,但对于悬沙输移动力过程的探讨仍然局限在少数几个因子,系统的研究还很不够.悬浮泥沙对重金属、氮、磷等营养元素吸附的研究则刚刚开始,悬沙输移对重金属、氮、磷等物质的迁移、积累及分布的影响仍难以确定.对潮沟构成的微地貌系统动力结构和悬浮泥沙运动的研究不足是造成以上问题的主要原因.浅水条件下泥沙输移规律研究是潮滩物质循环研究的基础,所以要在长期浅层测流的基础上,进一步对浅水环境中的潮滩悬浮泥沙输移规律进行深入研究.[1] 茅志昌,潘定安,沈焕庭. 长江河口悬沙的运动方式与沉积形态特征分析[J]. 地理研究,2001(2): 170-177.[2] 杨世伦,徐海根. 长江口长兴、横沙岛潮滩沉积特征及其影响机制[J]. 地理学报,1994 ,49(5):450-456.[3] 杨世伦,姚炎明,贺松林. 长江口冲积岛岸滩剖面形态和冲淤规律[J]. 海洋与湖沼,1999,(6):764-769.[4] 杨世伦. 风浪在开敞潮滩短期演变中的作用——以南汇东滩为例[J]. 海洋科学,1991,(2):59-64.[5] 沈焕庭,潘定安. 长江口最大浑浊带[M]. 北京:海洋出版社,2000.38-61.[6] 沈焕庭,李九发,朱慧芳,等. 长江河口悬沙输移特性[J]. 泥沙研究, 1986,(1):1-12.[7] 杨世伦,姚炎明,贺松林.长江口冲积岛岸滩剖面形态和冲淤规律[J]. 海洋与湖沼,1999,30(6):764-769[8] 杨世伦,谢文辉,朱骏,赵庆英. 大河口潮滩地貌动力过程的研究[J]. 地理学与国土研究,2001 ,17(3):44-48.[9] 李九发,时伟荣,沈焕庭. 长江河口最大浑浊带的泥沙特性和输移规律[J]. 地理研究,1994 ,13 (1):51-59.[10] 徐元,王宝灿,章可奇. 上海淤泥质潮滩潮锋作用及其形成机制初步探讨[J].地理研究,1994,13(3): 60-68.[11] 徐元. 淤泥质潮滩潮锋的形成机制及其作用[J]. 海洋与湖沼, 1998 , 29(2):148-155.[12] 茅志昌. 南汇东滩的波浪作用和滩面冲淤分析[J]. 上海水利, 1992,(3):1-6.[13] 时钟,陈吉余. 中国淤泥质潮滩沉积研究的进展[J]. 地球科学进展,1996 , (6):[14] 朱玉荣. 潮流在长江三角洲形成发育过程中所起作用的探讨[J]. 海洋通报,1999 ,18(2):1-10.[15] 徐元,王宝灿. 淤泥质潮滩表层沉积物稳定性时空变化的探讨[J]. 海洋学报,1996 ,18(6):50-60.[16] 许世远,邵虚生. 杭州湾北岸滨岸的风暴沉积[J]. 中国科学,1984,(12):1136-1143.[17] 许世远,严钦尚,陈中原. 长江三角洲风暴沉积系列研究[J]. 中国科学(B辑),1989(7):767-763.[18] 李九发,何青,徐海根. 长江河口浮泥形成机理及变化过程[J]. 海洋与湖沼,2001 ,32(3):302-310.[19] 杨世伦,时钟,赵庆英. 长江口潮沼植物对动力沉积过程的影响[J]. 海洋学报,2001,23(4):75-80.[20] 时钟,陈吉余. 盐沼的侵蚀、堆积和沉积动力[J]. 地理学报,1995,50(6):562-567.[21] 贺宝根,左本荣. 九段沙微地貌演变与芦苇的生长[J]. 上海师范大学学报(自然科学版),2000,29(4):86-90.[22] 度武艺,谢佩尔 J. 海草对潮滩沉积作用的影响[J]. 海洋学报,1991,13(2):230-239.[23] 杨世伦,陈吉余. 试论植物在潮滩发育演变中的作用[J].海洋与湖沼,1994,25(6):631-635.[24] 陈卫跃. 潮滩泥沙输移及沉积动力环境-以杭州湾北岸、长江口南岸部分潮滩为例[J].海洋学报,1991,13(6):813-821.[25] 李九发,时伟荣,沈焕庭. 长江河口最大浑浊带的泥沙特性和输移规律[J].1994,13(1):51-59.[26] 沈健,沈焕庭,潘定安,等. 长江河口最大浑浊带水沙输运机制分析[J]. 1995,50(5):411-420.[27] 陈宝冲. 长江口北支河势的变化与水、沙、盐的输移[J]. 地理科学,1993 ,13(4): 346-352[28] 毕春娟,陈振搂,许世远. 水动力作用对潮滩表层沉积物重金属时空分布的影响[J]. 上海环境科学,2002,21(6):330-333.[29] 刘敏,侯立军,许世远,欧冬妮,张斌亮,刘巧梅,杨毅. 长江河口潮滩表层沉积物对磷酸盐的吸附特征[J]. 地理学报,2002 ,57(4): 397-406.[30] 刘敏,许世远,侯立军,欧冬妮. 长江口滨岸潮滩沉积物中磷的存在形态和分布特征[J]. 海洋通报,2001,20(5):10-17.[31] 高效江,张念礼,陈振楼,许世远,陈立民. 上海滨岸潮滩水沉积物中无机氮的季节性变化[J]. 地理学报,2002 ,57(4): 407-412.。