长江口水动力学及其泥沙运输规律

长江三峡工程的泥沙问题张仁三峡工程曾经经历长时间的论证工作，在论证工作中，泥沙问题始终是三峡工程的最重要的问题之一。

在可行性论证阶段，主要研究的泥沙问题有5个方面。

1993年以来三峡工程的泥沙研究包括8个方面。

1 可行性论证阶段主要研究的泥沙问题(1) 如何长期保持三峡工程的有效库容根据黄河上修建三门峡水库的经验和教训，三峡水库采用了“蓄清排浑”的运用方式，水库在汛期维持低水位，使泥沙可以顺利排出库外；在非汛期水流含沙量减少时，水库蓄水兴利。

按照数学模型计算的结果，在水库运用100年后，在汛期限制水位145m和正常蓄水位175m之间的防洪库容可以保持86%；175m和枯水期限制水位之间的库容可以保持92%。

因此，三峡工程的大部分有效库容是可以长期保存的。

(2) 三峡水库泥沙淤积后可能产生的淹没问题依靠数学模型，计算了水库淤积100年后，遭遇百年一遇洪水时的库区回水曲线，求得重庆朝天门地区的洪水位为199m，但考虑到水库蓄水和淤积后糙率的不确定性，专家组要求增加1？3m的安全裕量，以决定重庆市区的淹没范围。

对于农业地区，土地按5年一遇回水线征用，居民则按20年一遇回水线迁移。

(3) 变动回水区的航道，港区泥沙淤积问题三峡水库蓄水后，常年回水区的滩险均被淹没，除青岩子，金川碛主航道由右槽倒向左槽，需要在新航槽中清除礁石外，其他滩险均可得到明显改善。

变动回水区汛期产生淤积，汛后因水库蓄水，减少冲刷在翌年消落期有短期航深不足现象，需要进行航道疏浚和整治工作。

重庆主城区港口码头前沿，在丰沙年泥沙淤积增加，可能影响正常作业，专家组认为：“可以通过优化水库调度，结合港口改造，认真研究整治和疏浚措施，加以解决。

”(4) 坝区的泥沙淤积问题三峡水利枢纽工程包括挡水大坝、泄洪坝、电厂、船闸、升船机等，因此设置了规模巨大的坝区实体模型，研究不同阶段坝区泥沙淤积对河流形态和各项建筑物的影响，从而为枢纽总体布置提供了科学依据。

长江口及杭州湾泥沙输运研究【摘要】：本文就国内外泥沙数值模拟研究的历史和现状，特别是长江口及杭州湾海域的泥沙研究进行回顾，在前人工作的基础上针对长江口及杭州湾的实际工程需求和科学问题提出了三个有待深入研究的颗题：深水航道工程风暴回淤研究、深水航道治理二期工程后航道在W23段过度淤积问题以及长江口、杭州湾这两大河口作为统一系统的泥沙数值模拟研究。

主要工作简述如下：1、论文首先改进和优化了华东师范大学河口海岸国家重点实验室的长江口南港冲淤预测模型系统。

通过建立底床泥沙起动分层模型，使底沙输运计算更加合理，同时为方便模型的使用将台风场、波浪场、流场、盐度场、全沙场等各子模型进行集成和嵌套。

利用改进后的模型系统对近五年影响长江口主要台风引起北槽航道冲淤变化逐个进行后报检验与分析，进一步率定了模型中的有关参数，深化了对长江口北槽航道风暴冲淤的认识，大大提高了长江口北槽航道风暴冲淤的预测精度。

通过这一工作得到以下结论：台风过程均能不同程度地引起航道内淤积；航道自然回淤量(不受风暴和工程等影响)呈现大小潮规律的变化；航道总淤积量除受台风过程影响外，还受大小潮汛、滩地泥沙供给、水深地形、整治工程以及疏浚抛泥等多种因子影响，为各因素共同作用的结果。

2、利用长江口南港冲淤预测模型系统从工程前后流场、泥沙场和滩槽地形变化三方面对深水航道二期整治工程后航道在W23段过度淤积问题展开初步成因分析。

通过实测数据资料的整理分析和数值模拟，发现二期工程后，由于北槽下段的整治建筑物工程已经完成，所以航道上段至下段水面比降减小，使得航道上中段之间即W23的流速减弱，流向与航槽夹角变大；从工程前后的泥沙场变化总的趋势来讲，由于双导堤对两边浅滩起拦沙作用，泥沙来源得到控制，因此悬沙浓度呈减小趋势；但二期工程后含沙量相对高值区出现在航道中上段即W23段，同时利用通量分析方法计算悬沙的输运能力，发现二期后航道中部悬沙输运能力跟以前相比减弱，即悬沙向下游输移的少，有在本区段增加淤积的趋势；底沙的模拟结果也显示二期后航道中上段的淤积为最强。

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] 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面向二十一世纪的泥沙研究成都 2000218长江沙量变化和减沙途径探讨朱鉴远（国家电力公司成都勘测设计研究院成都 610072）摘要本文主要探讨长江上游输沙量、含沙量变化和减沙途径。

在上游生态环境破坏程度日益加剧的情况下，1950～1985年长江输沙量、含沙量约每12年以4%的速率缓慢增长，1992～1997年大量减少。

追根溯源系水库淤积的减沙作用。

若无水库淤积拦沙，长江上游输沙量、含沙量年增长率将约达1%，是相当可观的。

根据水库拦沙效益，提出长江上游修建溪洛渡、亭子口、瀑布沟、构皮滩和白鹤滩等5座大型水电站，与三峡枢纽共同进行水库泥沙联合调度，可使宜昌河段含沙量减少1/2的年限延长达150～200年；同时开展水土保持，可改变三峡下游河床冲刷后再淤积的不利局面。

治水必治沙，通过“蓄水减沙，借水攻沙”的工程措施，和坚持不懈的水土保持，“标本兼治”，可使长江输沙量、含沙量长期减少1/2，恢复到唐宋时代水平。

关键词长江上游沙量变化减沙途径１宜昌站水量、沙量变化1.1分析长江沙量变化的方法途径关于长江输沙量、含沙量是否增加，存在不同见解。

一种意见认为：长江上游生态环境破坏日益严重，水土流失加剧，导致长江沙量剧烈增加。

另一种意见认为：宜昌站多年平均输沙量一直保持在5.3亿t左右，多年平均值未出现系统性变化，无明显增加趋势。

笔者认为探讨研究长江上游沙量变化问题的关键是：①怎样分析宜昌站水沙过程，②怎样认识长江上游侵蚀与堆积，③怎样认识人类活动对河流沙量变化影响的双重性。

长江上游无多年调节的大型水库，径流量年际变化受人类活动影响不大；宜昌水文站径流年际变化呈不规则周期，反映了自然过程。

笔者在1985年就提出：应当通过径流“周期变化”的客观规律，划分自然时段，在径流量比较接近情况下分析比较沙量变化，并能大致定量。

当时笔者依据1950～1981年的资料，分析了宜昌站沙量的变化。

四川大学刘兴年教授等用分形几何学—R/S分析法对该成果进行评估，认为“具有理论依据”。

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。

科技成果——长江泥沙调控及干流河道演变与治理技术技术开发单位长江水利委员会长江科学院等研究背景长江流域面积180万平方公里，人口和国民生产总值均超过全国的40%，是我国水资源配置的战略水源地、水电开发的主要基地、连接东中西部的“黄金水道”和珍稀水生生物的天然宝库，在我国经济社会发展中具有重要的战略地位。

近些年来，在自然条件和人类活动的双重影响下，长江泥沙时空分布与产输过程发生了重大变化，给河流开发利用与保护均带来了显著影响，而沿江经济社会快速发展和生态文明建设不断对长江泥沙提出调控要求。

同时，河流工程建设和泥沙资源化利用的发展也使长江泥沙调控具备了基本条件。

但泥沙兼具灾害性与资源性，泥沙调控与河流功能发挥之间存在着矛盾与统一，需要深入研究。

项目以揭示长江泥沙输移分布与河流开发及保护之间的耦合作用关系，研究提出满足沿江经济社会和生态环境需求的长江泥沙调控、河道演变与治理的基本理论和关键技术为总目标。

项目研究可推动河流动力学学科发展，促进长江水资源利用与保护，为流域社会经济发展和河流生态保护提供基础保障，具有显著的社会经济与环境效益。

拟解决的关键问题（1）强人类活动影响下长江来水来沙过程时空变异规律（2）水沙过程变异下河床重塑过程与驱动机制（3）防洪、航运及岸滩利用等对河流系统再造的响应机理（4）长江泥沙多维耦合与协同调控的理论与方法（5）多尺度、多目标和多过程的江河湖库泥沙调控技术（6）河道治理新技术及泥沙调控下河道综合治理方案研究内容（一）强人类活动影响下长江来水来沙过程时空变异规律经初步分析，在梯级水库各级拦截作用下，今后相当长的时间内，金沙江下游沙量将保持较少水平；2003-2015年三峡水库区间产沙量估计在2000万t左右。

（二）水沙过程变异下河床重塑过程与驱动机制初步揭示了山区性河流松散排列床面结构与水流阻力的耦合机制，提出了含有松散排列床沙的河道糙率尺度kv表达方法；分析表明山区性河流均匀卵石推移质输沙率总体上具有单值性，非均匀卵石推移质随泥沙补给、床沙结构调整具有多值性；阐明了强震、强人类活动影响下，山前河流剧烈演变的内因与外因基于临界起动假说，提出了山前河流演变模式和相应预测计算方法；通过淹没植被群周围泥沙冲淤特性试验，初步构建了基于水生植物-水沙运动-河床演变相互作用机制的二维河床演变数学模型；初步阐明三峡水库下游冲积河段发生长距离冲刷的主要原因是d<0.125mm泥沙补给不足；提出了河段平均的河道演变分析方法，建立了监利段平滩河槽形态与前期5年内水沙条件的量化关系；建立了荆江河段典型断面尺度的崩岸过程模拟方法；建立了紫坪铺水库作用下岷江都江堰河段二维水沙模型，并率定验证；揭示了长江中下游河道演变特点，推求建立了分汊河道水力几何形态公式，建立了分汊河道概化物理模型。

第四节河口区的泥沙
河口区不仅是河流径流和海洋潮流交汇和共同作用的区段，也是大量泥沙沉积的场所。

河口区特有的动力条件和化学过程使得泥沙动态较在无潮河段复杂的多。

一、河口区泥沙的来源
河口区的泥沙有三个主要来源。

1. 河流径流挟带的下行泥沙
在这部分泥沙中，有的是由地表径流带至下泄的河水中的，另一些则因河岸崩塌而进入水中的。

尼罗河三角洲的卫星照片
2. 海洋潮流挟带的上行泥沙
在这部分泥沙中，有的是因海岸遭受波浪侵蚀而随涨潮流进入河口的，有的是因沙洲和浅滩遭受波浪的冲击和搅动，重新起动，然后随涨潮流漂浮、进入河口的，另一些则是本河流下泄的、但又被涨潮流带回的，或者是其它河流下泄的、被沿岸流搬运至本河流的河口附近并随潮进入河口的。

3. 河口区局部运动的泥沙
在这部分泥沙中，有些源自河岸侵蚀和沙洲移动，在水中以悬移的方式或在底床以推移的形式作往复运动；另一些则可能原已沉积，但因水流冲刷底床而再度随水运动。

各个来源的泥沙在河口区泥沙总量中所占的比例，与径流作用的强弱、上游来水含沙量的大小以及潮流作用的强弱等有关。

在中国的长江口，流域的来水量大，径流作用强，源自陆地的年输沙量达4.8亿吨，远远超出海洋潮流所带来的泥沙。

然而，在中国的钱塘江河口，源自陆地的年输沙量仅为600万吨；但潮差大，潮流作用强，仅在一个半日潮周期内随潮流进入的沙便可达130-260万吨；一年之内，潮流所带来的沙要远多于径流带来的沙。

二、河口区泥沙的组成
因经径流的长距离搬运和海洋潮流的往复冲筛，河口区的泥沙较细，无论是悬沙，还是组成底床表面的颗粒，一般均为d<0.05 mm的粉砂和粘土；因受上溯的潮流的顶托，推移质往往仅能行进至潮流界。

长江泥沙输移及三峡工程泥沙问题
刘毅
【期刊名称】《中国三峡建设》
【年(卷),期】1997(004)007
【摘要】长江泥沙主要来自上游金沙江和嘉陵江，来沙，来水分别占宜昌站７０％和４９％，地表侵蚀以水力侵蚀和重力侵蚀为主，但输沙量远小于侵蚀量。

水土保持和兴建中小型水库的拦沙作用明显减少了进入河道的泥沙，与人类活动剧水土流失所带来的负效应部分相互抵消，经综合对比分析，从宏观上看宜昌站输水量多年平均值相对稳定，三峡水库为河道型水库，长６００ｋｍ，水库来水量大，含水量较小，水库采用“蓄清排浑”的调度运行方式可做到长
【总页数】2页(P17-18)
【作者】刘毅
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TV142
【相关文献】
1.长江口北支近期水流泥沙输移及含盐度的变化特性 [J], 李伯昌;余文畴;陈鹏;徐
俊
2.三峡工程运用后坝下游河道泥沙输移变化规律 [J], 郭小虎; 渠庚; 刘亚; 刘心愿
3.第五章长江河口区污染物与悬移泥沙输移扩散途径及其影响预测 [J],
4.长江上游高洪水期泥沙输移特性 [J], 李思璇;杨成刚;董炳江;张欧阳
5.三峡工程蓄水后长江中游泥沙输移规律分析 [J], 郭小虎;李义天;渠庚;刘心愿因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

长江河口泥沙混合和交换过程研究【摘要】：本文通过全面分析进入二十一世纪初期(2003-2007年)长江口及其临近海域大面积同步观测的悬沙粒度、表层沉积物粒度、流速、含沙量和盐度系列资料,探讨了在河口混合环境下泥沙的交换过程和规律,从河口-陆架系统的角度研究悬浮泥沙在河口和陆架的输移和归宿问题。

得到的认识不仅是河口泥沙研究从定性研究向定量研究的进展,而且粒度谱计算方法还为泥沙交换研究提出了适用于其他潮汐环境的沉积动力分析的新思路。

从悬沙粒度的角度分析泥沙在河口-陆架的混合和交换过程,丰富了河口泥沙运动和沉积动力学的理论和方法,对其他河口的相关研究具有借鉴意义。

对长江河口悬沙粒度的组成、时空分布特征,特别是对流域来水来沙改变包括流域大型水利工程的响应做了分析。

系统探讨了高浊度河口混合环境下泥沙的交换过程和规律。

研究表明长江口悬浮泥沙与表层沉积物高交换区(交换率＞0.6)主要分布在南槽口外的泥质区和杭州湾附近海域,悬浮泥沙大量参与造床,其中长江口外泥质区的交换率高达0.9以上;低交换区(交换率＜0.1)分布在长兴岛以上的河口上段和陆架残留砂区,悬浮泥沙基本不参与造床。

而浑浊带区域的交换率在0.4-0.6之间,说明河流输入的悬沙在浑浊带区域直接沉积的比例并不是最高,其高沉积区的泥沙部分来自泥质区内随涨潮流再次输入河口的泥沙。

粒度谱计算的结果表明,大约有47%的悬浮泥沙沉积在拦门沙海域及水下三角洲前缘,超过50%的悬浮泥沙摆脱河口的“束缚”进入杭州湾以及向南输运,这与其他方法得到的结果相近。

本文提供了一种研究泥沙输运和沉积量的新的计算方法。

率先对长江河口悬沙粒度的组成、时空分布特征,特别是对流域来水来沙改变包括流域大型水利工程的响应做了分析。

认识包括:河口-陆架的悬沙整体呈现“细-粗-细”的变化规律。

拦门沙海域最粗,江阴-南支上段其次,陆架区最细,认为河口拦门沙区悬沙中值粒径的增加主要受到滩槽泥沙交换和床面泥沙再悬浮的影响。

第34卷第4期2023年7月㊀㊀水科学进展ADVANCES IN WATER SCIENCEVol.34,No.4Jul.2023DOI:10.14042/ki.32.1309.2023.04.011径流变化下长江口多分汊系统冲淤分布差异及动力机制朱博渊1,2,刘凌峰1,2,李江夏1,2,程永舟1,2,胡旭跃1,2(1.长沙理工大学水利与环境工程学院,湖南长沙㊀410114;2.水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室,湖南长沙㊀410114)摘要:为探究水库调平径流过程下长江口多分汊系统冲淤规律,根据1950 2021年水沙㊁地形和工程资料,拟定径流强度指标(D a ,60000m 3/s 以上流量多年平均持续天数)㊁追踪滞流点位置和按航道疏浚还原北槽冲淤量辨析长江口冲淤分布差异和动力机制㊂结果表明:D a 越大,越利于北部和南部汊道落潮分流比增大和减小,促进北部汊道冲刷加剧㊁淤积减缓和南部汊道淤积加剧㊁冲刷减缓,且利于北部和南部汊道淤积重心向下游和上游移动;冲淤差异受水流惯性和南岸节点挑流驱动,径流流量变化使得落潮主流北偏或南偏,形成南北汊道横向和纵向冲淤的联动机制;随着径流过程持续坦化,长江口北部汊道整体和上段将维持淤积加剧或冲刷减缓趋势㊁下段将维持冲刷加剧或淤积减缓趋势,南部汊道冲淤趋势相反;北槽滞流点在上下段间迁移的临界径流流量为35000m 3/s,未来上段淤积可能增强,建议适时调整航道维护区段㊂关键词:冲淤分布;多分汊系统;径流坦化;深水航道;滞流点;长江口中图分类号:TV147㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1001-6791(2023)04-0585-14收稿日期:2023-03-14;网络出版日期:2023-07-26网络出版地址:https :ʊ /kcms2/detail /32.1309.P.20230726.1139.002.html 基金项目:国家自然科学基金资助项目(52209079);湖南省教育厅科学研究项目(20B021)作者简介:朱博渊(1989 ),男,湖南张家界人,讲师,博士,主要从事水力学及河流动力学研究㊂E-mail:boyuan@潮汐分汊河口处于流域与海洋交汇区,其冲淤演变与沿海城市防洪㊁航运及土地资源利用密切相关[1-3]㊂近70a 来流域兴建水库,显著改变潮汐分汊河口上游水沙边界条件,使得潮汐分汊河口呈现不同的冲淤演变过程㊂研究表明,水库拦蓄泥沙导致年入海沙量减少,使得潮汐分汊河口水流挟沙次饱和,造成冲刷[4-5]㊂水库拦蓄径流导致年入海径流量减少,对潮汐分汊河口的影响通常分为2种情况:一是导致河口水流挟沙能力降低,引发淤积[6];二是导致河口涨潮流相对增强,既可能将更多口外泥沙扫入河口产生淤积[7],也可能受增强的涨潮流作用而冲刷[8]㊂流域水库除改变年入海水沙总量外,也调节入海径流年内分配过程[9-10],径流过程变化下潮汐分汊河口冲淤演变如何响应,当前关注较少㊂长江口是亚洲第一大河口,呈多级分汊形态,围绕长江流域水库建设对长江口冲淤影响问题已有大量研究成果㊂长江上游梯级水库群建设对年入海径流量改变不大,但大幅减少年入海沙量,使得长江口水下三角洲㊁前缘潮滩和南支至长兴岛尾部区域由淤转冲[2,11-12]㊂同时,水库调平入海径流年内分配过程,使得洪水流量持续时间减少㊁中枯水流量持续时间增多[13],洪水动力减弱导致涨潮流向口内输沙增强,对长江口整体和拦门沙区域维持淤积有利[13-14]㊂然而,潮汐分汊河口冲淤演变的主要特征表现为径潮交互作用下汊道间横向冲淤交替和泥沙沿各汊道纵向输移㊁堆积[15-17],径流过程调平对长江口多分汊系统内横向和纵向冲淤作用如何,缺乏研究㊂径流过程调平已使得长江中下游分汊河道的洪水汊呈淤积萎缩趋势㊁枯水汊呈冲刷发展态势[18-19],亟待研究径流过程调平对科氏力作用下长江口 南兴北衰 演变模式[20]的影响及造成的各汊纵向冲淤特征㊂本文根据1950 2021年长江口日均径流流量系列㊁日均流域来沙量系列㊁汊道落潮分流比㊁落潮流量㊁流场分布㊁沿程潮位㊁滞流点位置㊁深水航道疏浚量和汊道地形等资料,分析不同径流强度下南北汊道及各汊内上㊁下游区段的冲淤差异,揭示多分汊系统内横向和纵向冲淤联动机制,预测冲淤趋势㊂研究成果以期586㊀水科学进展第34卷㊀为深水航道治理㊁长江口综合治理和长江上游大型梯级水库优化调度提供参考㊂1㊀研究区域与方法1.1㊀研究区域概况长江口东西长180km,南北宽6~90km,呈 三级分汊㊁四口入海 形态格局,崇明岛处分为南北支,南支在长兴岛和横沙岛处分为南北港,南港在九段沙处分为南北槽(图1)㊂图1㊀研究区域示意Fig.1Outline map of the study area长江口年径流量约9000亿m3(1950 2021年),多年变化不大(图2(a)),但径流年内分配过程受流域梯级水库调度而坦化(图2(b))㊂以三峡水库蓄水时间为界,从蓄水前(1950 2002年)到蓄水后(2003 2021年),洪水(大通站流量Q>50000m3/s)和枯水(Q<10000m3/s)流量级多年平均持续天数分别由34d 和36d减少为24d和2d,中枯水(10000<Q<20000m3/s)流量级多年平均持续天数由94d增加为136d (图2(b))㊂受长江上游水土保持活动影响[21-22],长江年入海沙量自20世纪80年代中期开始显著减少,三峡水库蓄水后减少幅度更为明显(图2(a)),蓄水前和蓄水后多年平均输沙量分别为4.25亿t和1.32亿t (图2(a))㊂长江口径流变差大,历史最大洪峰流量为91800m3/s(1954年8月1日),最小流量仅为6300m3/s(1963年2月20日),相差近15倍,为多分汊系统内主流摆动提供了动力条件㊂长江口为中等潮汐河口,口门处多年平均潮差为2~3m,多年平均流速为1m/s,潮流一天内两涨两落,但涨潮流量和潮差在年际尺度变化不大[13]㊂长江口工程众多,其中北槽深水航道工程㊁北支围垦工程和北港青草沙水源地工程(图1)对汊道演变产生重要影响㊂北槽深水航道工程1998年开工,一期工程起止时间为1998年1月至2001年6月,二期工程起止时间为2002年5月至2004年12月,三期工程起止时间为2006年9月至2010年3月,一㊁二期工程内容包括双导提㊁丁坝建设和疏浚,三期工程主要为疏浚(图1)[23-24]㊂北支围垦工程1958年开始实施,显著缩窄了河床边界(图1)[25-26]㊂北港青草沙水库2007年开始建设,位于北港进口段,束窄了进口边界(图1)[2,27]㊂㊀第4期朱博渊,等:径流变化下长江口多分汊系统冲淤分布差异及动力机制587㊀图2㊀大通站水沙多年变化过程Fig.2Multi-year variation in water and sediment fluxes at Datong station1.2㊀数据处理与研究方法1.2.1㊀径流强度指标大通水文站为长江干流最后一个具有长期水沙观测资料的站位,且大通以下无较大支流入汇(图1),以其1950 2021年水沙系列代表流域进入长江口的水沙过程㊂统计大通站洪水流量级各时段多年平均持续天数,以衡量径流对长江口冲淤作用强度,考虑到长江口造床流量为60400m3/s[15],以60000m3/s以上流量多年平均持续天数(D a)为统计对象㊂1.2.2㊀滞流点位置滞流点附近是泥沙集中落淤区域,其位置迁移影响长江口汊道纵向冲淤,具体定义为在一个全潮过程中河槽水流近底层涨落潮净流程为0的点[28-29],用方程表示如下:S=ʏT0v d t=0(1)式中:S为一个全潮过程中河槽水流近底层某点净流程,m;v为该点t时刻的流速矢量,m/s;T为一个全潮周期,s㊂本文主要关注南北槽滞流点位置,不同时间滞流点位置及对应大通站流量和中浚站潮差来源于文献[30-33]㊂1.2.3㊀地形处理汊道冲淤变化分析涉及多套水下地形测图,其中,北支测图年份为1978年㊁1991年㊁1998年㊁2001年㊁2007年和2013年,南支测图年份为2002年㊁2007年㊁2013年和2017年,北港测图年份为1997年㊁2002年㊁2007年和2013年,南港测图年份为1997年㊁2002年和2007年,北槽和南槽测图年份为1997年㊁2002年㊁2007年㊁2013年和2017年㊂地形测图比尺范围为1ʒ10000~1ʒ120000,测点密度范围为37~171个/km2,588㊀水科学进展第34卷㊀对应空间点距范围为80~150m㊂对地形测图进行数字化,投影坐标系统为北京54坐标系,并将高程基准面统一为理论最低潮面㊂采用克里金空间插值法对数字化后地形测点进行插值,生成连续地形,以计算汊道冲淤速率,对应网格分辨率根据测点平均密度取为100m ˑ100m㊂此外,还从各套地形中提取和从文献[34-37]中收集汊道深泓高程㊂表1㊀北槽冲淤速率还原计算数据Table 1Data for restoration calculation on erosion-㊀㊀㊀deposition rate in North Passage 单位:亿m 3P E D 1997 2002年-1.928 1.0692002 2007年 1.1311.9712007 2013年-5.267 5.1452013 2017年-2.936 3.460北槽于1984年开辟航道以来,以年疏浚量0.12亿m 3维持航深和航宽,1998年实施深水航道工程后,疏浚量显著增大[2]㊂根据北槽各年疏浚量[2,38-39],对北槽冲淤速率还原如式(2),式中各参数取值见表1:V =E +D AP(2)式中:V 为还原后北槽冲淤速率,m /a;E 为根据某2a 地形直接计算得到的北槽冲淤量,m 3;D 为该2a 之间北槽总疏浚量,m 3;A 为计算区域面积,A =349.2km 2;P 为相邻2套地形的时间跨度,a㊂2㊀汊道冲淤分布差异2.1㊀横向冲淤差异表2显示,除北支2001 2007年及2007 2013年㊁南支2002 2007年及2007 2013年和南槽19972002年及2002 2007年外,长江口南北汊道横向冲淤差异主要取决于D a ,D a 越大,北部汊道(北支㊁北港㊁北槽)落潮分流比越大,相应冲刷/淤积速率越大/越小㊁或由淤转冲㊁或冲刷/淤积速率大于/小于南部汊道;南部汊道(南支㊁南港㊁南槽)规律则相反㊂此外,南槽冲淤还受口外风暴潮影响,2002 2007年㊁2007 2013年和2013 2017年3个时段对比,D a ㊁南槽落潮分流比和冲淤速率取值虽符合南部汊道规律,但D a 均维持低值㊁落潮分流比均维持高值条件下,南槽均维持淤积,原因为3个时段内发生的系列风暴潮携带口外泥沙进入南槽[13-14]㊂表2中,V 正值代表淤积㊁负值代表冲刷,北槽冲淤速率为根据航道疏浚还原后的结果;λ为汊道落潮分流比,定义为各级分汊中某汊落潮流量占两汊落潮流量之和的比例㊂表2㊀长江口汊道V 与D a ㊁λ对应关系Table 2Relationship among V ,D a and λin branching channels of Yangtze Estuary时段北支D a /d λ/%V /(m㊃a -1)时段南支D a /d λ/%V /(m㊃a -1)时段北港D a /d λ/%V /(m㊃a -1)1978 1991年60.270.0721991 1998年26 3.660.0502002 2007年4110.300.0361997 2002年2952.17-0.131**** ****年36 3.66-0.0062007 2013年5110.30-0.0132002 2007年449.120.0552001 2007年3-10.300.0282007 2013年5-10.30-0.0372013 2017年996.48-0.0072007 2013年551.910.006时段南港D a /d λ/%V /(m㊃a -1)时段北槽D a /d λ/%V /(m㊃a -1)时段南槽D a /d λ/%V /(m㊃a -1)1997 2002年2947.83-0.1241997 2002年2954.83-0.0411997 2002年2945.17-0.0292002 2007年448.480.1482002 2007年451.520.0792002 2007年450.88-0.0182007 2013年542.87-0.0052007 2013年557.130.0112013 2017年943.630.0302013 2017年956.370.068㊀第4期朱博渊,等:径流变化下长江口多分汊系统冲淤分布差异及动力机制589㊀2.2㊀纵向冲淤差异表3显示长江口南北汊道深泓分段平均高程变化过程(各汊分段剖分情况见图1),可以看出,除北支各时段和南支1998 2002年外,长江口南北汊道内部纵向冲淤差异主要取决于D a,随D a增大,北部汊道(北支㊁北港㊁北槽)上段冲刷速率增大或淤积速率减小㊁下段冲刷速率减小或淤积速率增大,从而淤积重心向下游移动;南部汊道(南支㊁南港㊁南槽)规律则相反㊂南北槽纵向冲淤还受深水航道整治工程和口外风暴潮影响:北槽2007 2010年深泓受深水航道三期工程疏浚(图1)影响显著降低,2010 2019年深泓受南坝田挡沙堤加高工程实施㊁航道疏浚量减小和流域减沙[36,40]影响变幅明显减小;南槽1997 2002年λ较小,但该时期北槽上段丁坝(图1)增强了南槽落潮动力,使得深泓整体冲低㊁集中于中上段(Ⅰ Ⅱ),2002 2007年下段深泓(Ⅲ)受口外风暴潮掀沙影响[13-14]有所冲低㊂表3㊀长江口南北汊道深泓分段平均高程变化Table3Variation in segment-average thalweg elevation in branching channels of Yangtze Estuary年份北支D a/dλ/%深泓平均高程/m区段Ⅰ区段Ⅱ区段Ⅲ年份南支D a/dλ/%深泓平均高程/m区段Ⅰ区段Ⅱ区段Ⅲ1978年1991年1998年2001年2007年2013年62636350.273.663.66-10.30-10.30-8.80-10.13-10.05-8.80-6.25-6.28-6.16-5.15-6.70-5.63-6.00-7.95-6.81-5.55-7.10-6.91-6.99-8.741998年2002年2007年2010年2018年3249996.69110.3096.7296.61-23.86-32.43-33.48-32.05-39.70-29.21-30.83-22.66-24.73-33.71-12.25-20.80-20.43-24.10-25.71年份北港D a/dλ/%深泓平均高程/m区段Ⅰ区段Ⅱ区段Ⅲ年份南港D a/dλ/%深泓平均高程/m区段Ⅰ区段Ⅱ区段Ⅲ1997年2002年2007年2013年294552.1749.1251.91-14.92-11.78-7.85-15.52-13.48-7.83-15.00-12.33-8.38-16.25-9.77-5.701997年2002年2007年2019年294747.8350.8848.15-16.77-14.95-14.15-15.87-19.75-12.88-17.83-17.13-14.13-15.94-16.85-13.00年份北槽D a/dλ/%深泓平均高程/m区段Ⅰ区段Ⅱ区段Ⅲ年份南槽D a/dλ/%深泓平均高程/m区段Ⅰ区段Ⅱ区段Ⅲ1997年2002年2007年2010年2019年29491054.8348.4843.2443.13-10.00-9.18-8.08-11.35-9.60-9.00-10.48-10.46-11.03-12.88-13.09-13.58-12.69-12.39-12.611997年2002年2007年2013年294545.1751.5257.13-7.75-9.25-9.86-10.30-6.78-7.45-6.76-6.23-6.50-6.65-7.23-5.372.3㊀冲淤分布动力机制2.3.1㊀横向和纵向冲淤联动机制图3显示,长江口北支㊁北港㊁北槽落潮分流比均随径流流量增大而增大,南支㊁南港㊁南槽落潮分流比均随径流流量增大而减小㊂原因在于2个方面:一是落潮流自身惯性,在长江口 南兴北衰 自然模式下,590㊀水科学进展第34卷㊀南部汊道河底地形普遍较北部汊道低[20],落潮流量越大水流惯性越大,流路趋直,利于北部汊道分流,落潮流量越小水流惯性越小,受地形束缚明显,水流更易进入南部汊道;二是长江口南岸沿线有若干节点[15],落潮流量越大,越利于节点将落潮主流挑向北部汊道㊂图3提供了南北汊道落潮分流比与径流流量(Q)和潮差(T0)的拟合关系,图中潮差均根据3条港潮位站(图1)观测潮位求得,3条港潮位站靠近口门,可近似代表口门处潮汐动力㊂以下3个方面的检验结果反映出拟合方程的可靠性:①相关系数(R2)均在0.6以上(甚至大于0.9)㊂②方程表明北支㊁北港㊁北槽落潮分流比均随径流流量增大而增大㊁随潮差增大而减小;南支㊁南港㊁南槽落潮分流比均随径流流量增大而减小㊁随潮差增大而增大㊂③自南北支至南北槽,径流流量和潮差贡献权重(W Q㊁W T0)分别减小和增大(注:贡献权重为Q或T0前系数绝对值与两变量前系数绝对值之和的比值)㊂图3㊀长江口各汊道λ随Q和T0变化特征Fig.3Variation inλwith runoff discharge(Q)and tidal range(T0)for branching channels of Yangtze Estuary 综合南北汊道落潮分流比对径流流量和潮差变化的响应关系,汊道冲淤有如下联动机制:径流流量大时,各分汊口由南向北的横向水位差大㊁落潮主流向北部汊道偏转(图4(a)),北部汊道落潮分流比大㊁落潮动力强(图4(a)㊁图4(b)),涨潮动力则相对减弱(图4(b)),增强的落潮动力使得北部汊道冲刷加剧或淤积减缓,且由于上段迎流顶冲,冲刷加剧或淤积减缓集中在上段,下段则受涨潮流顶托和上段冲刷泥沙补给而淤积加剧或冲刷减缓,导致淤积重心位于下段(图4(b));南部汊道落潮分流比小㊁落潮动力弱(图4 (a)㊁图4(b)),涨潮动力则相对加强(图4(b)),增强的涨潮动力顶托落潮流㊁减小落潮流速的同时,也带入口外泥沙,使得南部汊道淤积加剧或冲刷减缓,且由于下段涨潮流强劲㊁迎流顶冲,冲刷加剧或淤积减缓集中于下段,上段则受落潮流顶托和下段冲刷泥沙补给而淤积加剧或冲刷减缓,导致淤积重心位于上段㊀第4期朱博渊,等:径流变化下长江口多分汊系统冲淤分布差异及动力机制591㊀(图4(b))㊂径流流量小时,南北汊道冲淤规律相反(图4(a)㊁图4(c))㊂(注:图4(a)中2004 2007年洪季和枯季落潮流量㊁落潮分流比㊁流场分布和沿程潮位资料来源于上海河口海岸科学研究中心水文原型观测资料汇编,同一种颜色的流速箭头或数字代表同一时段资料)图4㊀长江口南北汊道横向和纵向冲淤联动机制Fig.4Linkage mechanism of lateral-longitudinal erosion-deposition pattern between north andsouth branching channels of Yangtze Estuary2.3.2㊀特定汊道问题北支整体冲淤:2007 2013年D a值较小,相比前一时段无明显增大;λ值与前一时段相同,但由前一时段淤积变为该时段冲刷(表2),与围垦工程有关,2001年以前围垦集中于北支上段,2001年以后分布于北支整段(图1),显著束窄了河床边界㊁增强了河槽内涨潮动力,使得2007 2013年涨潮优势流更为明显[26],涨潮流从北支下段冲起大量泥沙(表3),造成北支整体冲刷㊂北支纵向冲淤(表3):1978 1991年D a和λ值较小,淤积重心位于中下段(Ⅱ Ⅲ);1991 1998年D a 值较大,λ值相应增大,淤积重心位于上段(Ⅰ);1998 2001年D a值进一步增大,λ维持较大值,淤积重心仍位于上段(Ⅰ)㊂以上冲淤过程㊁特别是2个洪水时段的冲淤特征与2001年以前北支上段实施的围垦工程有关,围垦对上段具有显著促淤效应(图1)㊂2001 2007年D a值大幅减小,λ变为负值,即倒灌南支,淤积重心位于中下段(Ⅱ Ⅲ),与2001年以后北支下段围垦工程促淤效应有关(图1);2007 2013年D a维持小值,λ维持负值,淤积重心位于上段(Ⅰ),原因在于该时期北支上下段围垦工程均基本完成,束窄河道边界(图1),对涨潮动力具有强化作用[26],且该时期径流动力较弱,使得北支倒灌南支,中下段床面泥沙被强劲的涨潮流冲起携往上游㊁利于上段淤积㊂南支整体冲淤:2002 2007年与2007 2013年2个时段D a和λ均相当,前一时段淤积原因为受北支倒灌泥沙(表2)和上游河段河床质推移补给影响[22,41],后一时段尽管也有北支倒灌泥沙补给(表2),但流域来沙量进一步减小,由前一时段的1.78亿t/a变为后一时段的1.31亿t/a,上游河段可供给河床质数量也明显减少[22,41],故造成冲刷㊂南支纵向冲淤:1998 2002年,D a较大,λ较小,南支深泓整体冲低(表3),淤积重心位于下游河道内㊂该时段受流域特大洪水影响[13],虽然南支λ较小,但落潮分流量绝对值大,将淤积重心推往下游㊂南槽整体冲淤:1997 2002年发生冲刷(表2),不仅与该时段流域大洪水有关[13],也受北槽上段丁坝工程(图1)增强南槽落潮归槽动力[42]的影响;2002 2007年淤积(表2),则因为该时段径流流量偏枯,南槽λ虽有所增大,但落潮分流量绝对值小,口门附近涨潮动力则相对大幅增强,增强的涨潮流和风暴潮从592㊀水科学进展第34卷㊀口外携带泥沙补给南槽[13-14]㊂2.4㊀冲淤分布变化趋势图5显示,在长江口自身 南兴北衰 演变模式[20]和流域水库共同影响下,除河口工程作用时段外,北部汊道λ和河槽容积(C )呈减小的历史过程,南部汊道相反,三峡水库蓄水以后更为明显(南北港λ受北港进口青草沙水库影响[27]除外)㊂与此同时,北部汊道(北支㊁北槽)和南部汊道(南支㊁南港㊁南槽)淤积重心分别呈上移和下移的历史过程[26,43-46]㊂具体对比南北汊道兴衰交替与流域水库建设时间节点(表4),可识别出较好的同步对应关系,进一步说明流域水库的作用㊂图5㊀长江口各汊道λ和C 多年变化过程Fig.5Multi-year variation in λand C for branching channels of Yangtze Estuary表4㊀长江口南北汊道历史演变事件和流域水库建设的对应关系Table 4Conincidences between channel evolution events in Yangtze Estuary and river-dam constructions汊道演变过程与水库建设对应关系北支形成以后超过400a 作为长江口主汊存在,之后小幅淤积并变为支汊,1950s 以后显著淤积[41]1950s 从小幅淤积到显著淤积的转变与流域初期水库建设时间一致白茆沙南北水道形成以后40a 里分别呈萎缩和发展态势,1950s 以后两汊冲淤态势扭转[47-48]1950s 两汊冲淤态势扭转与流域初期水库建设时间一致南北槽形成以后50a 里分别呈萎缩和发展态势,2003年以后两汊冲淤态势扭转[15,38]2003年两汊冲淤态势扭转与三峡水库蓄水时间一致㊀第4期朱博渊,等:径流变化下长江口多分汊系统冲淤分布差异及动力机制593㊀㊀㊀对三峡水库蓄水前后2个时段大通站流量过程进行统计,得到D a多年平均值分别为11d和8d,且60000m3/s以上各流量范围多年平均持续天数均显著减少(图2(b)),说明三峡水库和上游大型梯级水库对径流过程 削峰补枯 调平效应明显㊂随着长江上游大型梯级水库相继运行㊁协防三峡水库,长江口径流过程坦化趋势将得以维持[21]㊂根据南北汊道λ与径流流量关系(图3),北部汊道λ将继续呈减小趋势,汊道整体将呈淤积加剧或冲刷减缓趋势,淤积重心将呈上移趋势;南部汊道λ将继续呈增大趋势,汊道整体将呈冲刷加剧或淤积减缓趋势,淤积重心将呈下移趋势㊂3　对深水航道整治的启示图6(a)显示,南槽滞流点(图6中南槽和北槽滞流点起始位置分别为南槽进口和横沙水文站)随大通站流量增大逐渐移向下游,若同时考虑潮差㊁汊道水深,则可建立较好的定量关系,据此可预测各时间尺度的滞流点位置[28]㊂北槽滞流点位置则不随大通站流量逐渐变化,而是存在临界流量35000m3/s,当流量小于该临界值时,滞流点位于上段;当流量大于该临界值时,滞流点位于下段(图6(b))㊂北槽滞流点活动特征与北支类似,北支受上口分流显著减小和河槽萎缩影响,径流流量超过某个临界值,滞流点显著下移[29],北槽滞流点位于上段时多为枯季㊁位于下段时多为洪季(图6(b)),也体现出流域大洪水对滞流点位置突变的影响,早期研究成果表明,1998年特大洪水期间北槽滞流点持续徘徊于下段,造成下段强淤[49]㊂出现以上现象的原因为长江口落潮水流主要从南部汊道入海,北部汊道分流畅通性相对较差㊂与上述特征对应,北部汊道(北支㊁北槽)虽受长江口涨潮流路偏北影响呈缓慢萎缩态势[20],但历史上发生的流域特大洪水往往成为冲开上口使其迅速发展㊁贯通㊁进而维持生命力的关键动力[15]㊂图6㊀南北槽滞流点位置与径流流量关系Fig.6Relationship between position of stagnation point in North/South Passage and runoff discharge594㊀水科学进展第34卷㊀北槽整体淤积速率显著大于南槽(表2,表3,图5(f)),深水航道工程实施后至2012年北槽回淤量呈逐年上升态势[2],对水深维护不利,本文研究结果表明其原因为北槽落潮分流比持续减小,故建议通过调整工程措施增大北槽落潮分流比㊂同时,深水航道工程实施以来,在丁坝+双导堤阻流和三峡水库调平径流过程使得北槽λ持续减小(图5(e))的背景下,虽然航槽回淤重点部位集中于中下段[23,50],但滩槽总体淤积重心不断向上游移动(表3)[36,43,51],特别是流域大水年向枯水年转变时回淤部位集中于中上段航道与丁坝坝田区域[13-14]㊂与此同时,北槽滞流点虽因疏浚增大河槽容积间歇性向下游迁移[30-31],但随λ减小,多年尺度向上游迁移占主导[16,29,30]㊂三峡水库蓄水前(1950 2002年)至蓄水后(2003 2021年),大通站35000m3/s 以上流量级多年平均持续天数由125d减少为110d,未来随着三峡水库和上游大型梯级水库运用,径流过程持续坦化,滞流点位于北槽上段的频率将增加,北槽深水航道近期以疏浚性维护为主,建议重点关注上段淤积动态,适时调整疏浚区段㊂4㊀结㊀㊀论基于1950 2021年长江口水沙㊁地形和工程资料,采用洪水流量级(大通站流量Q>60000m3/s)多年平均持续天数㊁汊道落潮分流比和滞流点位置等水动力指标,对分汊系统内横向和纵向冲淤规律开展研究,主要结论如下:(1)大通站60000m3/s以上流量多年平均持续天数越大,北部汊道落潮分流比越大㊁南部汊道落潮分流比越小,横向上越利于北部汊道冲刷加剧㊁淤积减缓和南部汊道淤积加剧㊁冲刷减缓,纵向上越利于北部汊道淤积重心下移和南部汊道淤积重心上移㊂(2)分汊系统内冲淤分布差异取决于水流惯性和南岸节点挑流作用下南北汊道落潮分流比随径流流量和潮差的变化规律,并形成横向和纵向冲淤联动机制㊂北支冲淤还受围垦工程影响,南支和南槽部分时段冲淤分别与流域洪水㊁来沙和深水航道工程㊁口外泥沙补给有关㊂(3)随着长江上游大型梯级水库对径流过程调平作用持续,北部汊道整体和上段将维持淤积加剧㊁冲刷减缓趋势,下段将维持冲刷加剧㊁淤积减缓趋势,南部汊道冲淤趋势相反㊂(4)与南槽滞流点位置随径流流量渐变不同,北槽滞流点在上下段之间迁移存在突变性,对应临界径流流量为35000m3/s,在径流过程坦化趋势下,北槽滞流点位于上段的机会增多,建议进行重点关注和适时调整航道疏浚区段㊂参考文献:[1]ROVIRA A,BALLINGER R,IBÁÑEZ C,et al.Sediment imbalances and flooding risk in European deltas and estuaries[J]. 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第27卷 第1期2009年3月海 洋 学 研 究JOURNAL OF MARINE SCIENCESV o l.27 No.1M a r .,2009文章编号:1001-909X(2009)01-0056-09收稿日期:2007-01-15项 目:上海市科委重大科技攻关资助项目(04DZ12049)作者简介:李平(1981-),男,陕西西安市人,硕士,主要从事河口海岸地貌动力学与工程应用研究。

长江口九段沙岸滩的短周期地貌动力过程李 平1,陈沈良1,谷国传1,孙 瑛2,陈秀芝2(1.华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海 200062;2.上海市九段沙国家级湿地自然保护区管理署,上海 200135)摘 要:根据2006年5~10月(洪季)长江口九段沙上沙两固定断面的逐月滩面高程测量及表层沉积物的粒度分析结果,尤其是应用/碧利斯0台风前后的实测水文地貌资料,结合同期表层悬沙浓度的逐日观测资料,开展了九段沙岸滩地貌动力过程及沉积物对台风响应的研究。

结果显示,长江口九段沙上沙东南岸滩演变表现为/岸冲滩淤0的变化规律,即堤岸呈现冲蚀,潮滩在冲淤变化中总体趋于淤积。

2006年/碧利斯0台风期间,九段沙上沙波高达2.56m,增水1m 多,强浪伴随增水,导致滩面平均蚀低6.4cm ,最大蚀深为20.2cm 。

台风作用造成滩面冲刷,沉积物粗化,台风过后滩面迅速回淤,粒径变细。

这充分表明,暴风浪是引起九段沙上沙岸滩及其沉积物短期突变的重要动力因素。

河口潮滩冲淤对流域水沙变化有较敏感响应,长江来水来沙变化是制约潮滩季节性冲淤演化的重要因子。

岸滩短期变化主要原因在于波浪掀沙和潮流输沙的联合作用。

由于潮流和潮位位相不一致,造成涨潮流携高含沙量水体上滩落淤,落潮流携低含沙量滩水归槽,涨潮输沙淤滩被波浪刷滩所掩盖,如此往复,潮滩淤积。

最后分析了上沙抛石堤的护岸保滩作用及不足之处,并提出了加固措施。

现有的上沙抛石堤能防御常浪冲刷,受台风浪袭击时仅能抵御堤岸蚀退,石堤自身的毁坏难以避免,需经常修护;在潮沟口应设涵洞;基于台风浪的巨大能量,抛石堤块石需增大增重。