三峡工程蓄水前后长江河口段潮汐特征变化分析

长江河口北支潮位与潮差的时空变化和机理宋永港;朱建荣;吴辉【摘要】考虑长江河口径流、潮汐和风场共同作用,数值模拟和定量分析北支潮位和潮差时空变化和动力机制.北支月平均潮位呈现出从1月到7月逐渐增大,从8月到12月逐渐减小的变化趋势,主要决定于径流量产生的余水位.潮差具有季节变化,一年中出现两次极大值和两次极小值.两次极大值出现在3月(农历二月)和9月(农历八月),两次极小值出现在6月(农历五月)和12月(农历十一月).青龙港最高潮位和最低潮位主要由潮汐强度决定,也与潮汐季节性变化和径流量有关.北支平均潮位、最高潮位和最低潮位纵向上基本呈现从下游往上游逐渐增加的变化规律,北支的潮差变化呈现出从口门向中段逐渐增大,再从中段向上段逐渐减小的规律.冬季偏北风使青龙港潮位增大,夏季偏南风使青龙港潮位和潮差略微减小,风对北支潮差几乎没有影响.径流产生的余水位增加潮位,径流对潮汐具有抑制作用,使潮差减小.%With the combined effects of the river discharge, tide and wind stress, the spatial/ temporal variations as well as the dynamical mechanism of the tidal level and tidal range in the North Branch of the Changjiang Estuary were numerically simulated and quantitatively analyzed in this paper. The monthly mean tidal level in the North Branch is increased gradually from Janu ary to July and decreased gradually from October to December. It mainly depends on the residual water level, which is determined by the amount of the river discharge. The tidal range experi ences a seasonal variation, with two maximum and two minimum values in a year. These two maximum values appear in March (the second lunar month) and September (the eighth lunar month), and the two minimum ones appear inJune (the fifth lunar month) and December (the e leventh lunar month), respectively. The highest and lowest tidal levels at the Qinglonggang station are mainly determined by the intensity of tidal forcing, and associate with the seasonal varia tions of the tide and river discharge. The averaged, highest and lowest tidal levels represent a landward increment feature along the North Branch. The tidal range is increased gradually from the mouth to the middle reaches of the North Branch, and decreased from its middle reaches to its upper reaches. The northerly wind in winter tends to produce an increment of the tidal level at the Qinglonggang,and the southerly wind in summer tends to produce a slight decrement of the tidal level and range there. The wind stress has almost no effect on the tidal range in the North Branch. The river discharge increases the tidal level, restrains the tide, and decreased the tidal range.【期刊名称】《华东师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(000)006【总页数】10页(P10-19)【关键词】长江河口;北支;潮位;潮差;影响因子【作者】宋永港;朱建荣;吴辉【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【正文语种】中文【中图分类】P731.2长江河口三级分汊，第一级分为南支和北支，由崇明岛分隔（见图1）.北支为喇叭形河道，从南北支分汊口崇头至入海口连兴港全长约86 km.近60多年来，由于大量围垦促淤工程的实施，北支上段河道变浅，河宽缩窄，导致水道萎缩，北支洪、枯季的净分流比逐渐减小至目前的5%以下［1］.河势的演变造成北支径流作用减弱、潮汐作用加强，逐渐变成以潮流为主的潮汐通道，并进一步影响到北支河道的冲淤和河床的演变［2，3］.北支另外一个重要的现象就是出现了冬季北支盐水倒灌进入南支，潮差越大，倒灌越强，倒灌强度随潮差指数增长［4］.北支倒灌进入南支的盐水在径流的作用下向下游移动，影响陈行水库、宝钢水库和青草沙水库取水，因此研究北支潮差的时空变化对上海供水安全具有重要的应用意义.以往对长江河口北支潮差的研究主要是基于实测资料从定性的角度分析北支潮汐和潮差的变化［5］，没有详细研究时空变化，更没有研究径流和风对它们的影响.本文应用改进后的ECOM-si数值模式模拟北支潮位和潮差，从定量上给出北支潮位潮差随时间和空间的变化，并分析径流和风对潮位和潮差的影响.北支潮汐和潮差是基本的水文要素，揭示其时空变化规律和动力机理，具有重要理论意义.本文数值模式应用改进后的ECOM-si模式［6，7］，该模式长期应用于长江河口水动力过程和盐水入侵的模拟，已取得了众多的成果［4－9］.数值模式的计算区域包括整个长江河口、杭州湾和邻近海区，上边界在大通，外海边界到东经125°，南到27.5°N，北至33.5°N.外海开边界以潮位驱动，考虑16个主要分潮M2、S2、N2、K2、K1、O1、P1、Q1、U2、V2、T2、L2、2N2、J1、M1和OO1，由各分潮调和常数合成给出.上游大通开边界条件以实测径流量给出，海平面考虑风应力.初始条件水位和流速均取为零，初始温度、盐度取自实测资料结合海洋图册给出.长江河口水深资料由各区最新测得的数据组合而成，北支上段、南支上段和南汇边滩由2008年观测水深资料给出，口门内其它区域大部分由2007年观测资料给出，口外大部分区域水深由海军航保部海图数值化给出.采用2006年12月份的芦潮港实测潮位资料，以及2010年3月15日至4月4日北支青龙港的潮位资料（实测资料基面均已调整至平均海平面）验证数值模式.模型验证期间采用实测的风场和大通站径流量资料.从验证结果看，总体上模式计算值与实测值吻合良好（见图2和图3）.芦潮港站实测潮位与模型计算潮位的皮尔逊相关系数为0.888，青龙港站的皮尔逊相关系数为0.963；这说明模型计算值与测量值的相关性好.另外，为了说明潮周期中各个时段计算值与测量值的相关性，在每个时间点处前后各取12 h内的数据进行24 h内的皮尔逊相关性分析，得到相关系数的时间序列（见图2和图3中的下图）.从图2中可以看出芦潮港站，模型计算的潮位在小潮时与实测值的相关性要高于大潮；青龙港站模型计算值与实测值的相关性是大潮好于小潮.这样的误差主要由地形、底摩擦、开边界条件误差和模式本身存在计算误差等因素造成的.总的说来，ECOM-si模式能较好模拟长江河口和杭州湾潮汐变化.本节考虑径流、潮汐和风场共同作用下北支潮位和潮差时空变化，计算方案称为数值实验A.在时间上分析各月潮位和潮差的变化，在空间上分析北支上段、中段和下段3个代表性测站青龙港、三条港和连兴港潮位和潮差的变化.各月模式上游边界条件以大通站1950～2005年各月平均径流量给出［10］（见表1），径流量季节变化明显，12、1、2、3月径流量分别为14 504、10 904、11 707、15 886 m3／s，为枯季径流量；6、7、8、9月径流量分别为40 638、50 759、44 596、40 171 m3／s，为洪季径流量.风场采用NOAA的NECP数据，以多年半月平均的形式给出，平均的时间段从1999年到2008年，计算区域的半月平均风场随时间变化见图4.图中显示9月至3月为偏北风，4月至8月为偏南风，季风特征明显.2.1 潮位和潮差时间变化本文分析青龙港潮位和潮差随时间变化，对实验A的计算结果作统计，得到青龙港12个月各月的最高潮位、最低潮位和平均潮位（见表2）.可见青龙港月平均潮位呈现出从1月到7月逐渐增大，从8月到12月逐渐减小的变化趋势；平均潮位最大值出现在7、8月份，约0.74 m，平均潮位最小值出现在2月份，为0.36 m.平均潮位体现的是余水位，主要由径流量决定.青龙港月平均潮位与长江月平均径流量呈现出明显正相关性，即长江径流量增大时，青龙港的平均潮位增大；径流量减小时，平均潮位减小.平均潮位与径流量呈现出这种正相关性说明径流量是引起平均潮位变化的原因之一.长江河口为半日潮，对青龙港每日相邻的最高潮位和最低潮位相减，得到两个潮差，取大的潮差作为当日的潮汐强度，一年逐日潮差随时间变化见图5.径流和风的作用会产生余水位，同时体现在最高潮位和最低潮位中，两者相减，基本消除了径流和风的作用，故潮差最能体现潮汐强度.从图5可见，潮差具有季节和显著的半月变化.半月变化即大小潮变化，一月中有两次大潮和两次小潮，大潮期间潮差大，小潮期间潮差小，但存在月不等现象.上半年1～6月，前半月最大潮差比后半月最大潮差大；下半年7～12月，后半月最大潮差比前半月最大潮差大.季节变化体现在一年中潮差出现两次极大值和两次极小值.两次极大值出现在3月（农历二月）和9月（农历八月），量值分别为4.29 m和4.02 m（见表2）；两次极小值出现在6月（农历五月）和12月（农历十一月），量值分别为3.52 m和3.78 m.潮差季节变化呈现出这种极大潮差出现在3月和9月的原因在于3月和9月地球分别处在春分点和秋分点附近，此时的月球、地球和太阳三者的位置最接近直线，太阳的引潮力和月球的引潮力的合力达到一年中的极大值，形成一年中的大潮，潮差在一年中达到极大值.各月每日潮差中取最大值，作为该月潮汐的强度，量值见表2.潮差的这种季节变化对长江河口具有重要的指导意义.潮差对长江河口的盐水入侵有着巨大的影响，潮差越大，倒灌越强，倒灌强度随潮差指数增长［4］.3月潮汐最强，且2月和1月潮差在一年中强度为第二和第三，量值分别为4.22 m和4.29 m（见表2），加上1～3月长江径流量低，这种低径流量和强潮差的组合，导致长江河口冬季发生严重的盐水入侵.9月尽管潮差出现一个极大值，但平均径流量达到40 000 m3／s，故一般不会发生北支盐水倒灌南支现象.三峡工程建成后，三峡水库季节性调水，若9月大幅蓄水导致径流量大减，因9月出现第二个潮差极大值，会导致提前和加剧长江河口盐水入侵，需引起注意.最高潮位与平均潮位略有不同，最高潮位1～3月增大，再逐渐减小至6月，然后又逐渐增大直到8、9月，再逐渐减小，呈M形变化（见表2）.最低潮位与平均潮位的变化趋势类似，1月最低，量值－1.3 m，随后增大，至8月达到最高值，量值－0.67 m，之后逐渐减小，至12月量值为－1.15 m.最高潮位和最低潮位主要由潮汐强度决定，与季节性潮汐变化有关，也与余水位有关，是由两者共同决定的.通过对比北支纵向上青龙港、三条港和连兴港3个站点的潮位和潮差的变化，分析潮位和潮差的空间变化.表3给出了这3个站点各月最高潮位、最低潮位和平均潮位，可见除1～3月青龙港最高潮位比三条港低外，青龙港平均潮位、最高潮位和最低潮位均比三条港的高，而三条港的平均潮位、最高潮位和最低潮位又比连兴港的高.因此，北支潮位纵向上基本呈现从下游往上游逐渐增加的变化规律.图6给出了这3个站点潮差随时间的变化，可以看到青龙港、三条港和连兴港这3个站点中潮差最大的地方是三条港，其最大潮差达5.03 m，出现在3月，年平均潮差3.21 m；连兴港的潮差其次，最大潮差4.83 m，年平均潮差3.05 m，比三条港略小；青龙港在这3个站点中潮差最小，最大值4.29 m，年平均潮差只有2.64 m.这说明北支的潮差变化呈现出从口门向中段逐渐增大，再从中段向上段逐渐减小的规律.这与沈焕庭等所描述的现象一样［8］，原因在于北支地形呈喇叭口，潮波进入北支口门后，过水断面迅速收缩，潮波单宽能量增加，潮差增大；但随着潮流继续向内推进，能量损耗越来越大，当单宽能量增加量小于因损耗的能量时，潮差会减小；北支上段由于径流顶托作用和摩擦阻力作用导致的能量损耗超过能量聚集，潮差逐渐减小［5］.本节设计两个数值实验B和C，数值实验B考虑径流和潮流作用，与数值实验A比较，分析风对北支潮位和潮差的影响；数值实验C仅考虑潮流作用，与数值实验B比较，分析径流对北支潮位和潮差的影响.将数值实验A计算出的青龙港每日最大潮位和潮差减去数值实验B计算出的每日最大潮位和潮差，得到每日最大潮位差值和潮差差值随时间变化，两者差值可体现风的作用.长江河口冬季盛行偏北风，夏季盛行偏南风（见图4）.总体上，冬季偏北风使青龙港潮位增大，夏季偏南风使青龙港潮位和潮差减小，但影响微小（见图7）.北风对潮位有增高作用是因为北风产生Ekman输运，在北支口附近形成向西输运的风生流［10］，引起北支内水位的抬升；而夏季南风引起的Ekman输运方向指向口外，有降低水位的作用.另外，每日最大潮位差值存在着半月变化.原因在于北支水深浅，而平均潮差约在3 m，大潮期间水深的变幅远大于小潮期间水深的变幅，相同的风场在大潮和小潮期间对每日最大潮位作用不同，即风和潮汐之间存在着非线性相互作用.与图5中青龙港潮差随时间变化比较，大潮期间偏北风对潮位增加不明显，甚至降低；小潮期间偏北风对潮位增加相对明显.总体上风对北支潮差几乎没有影响，但存在着更显著的半月变化，且与潮差存在负相关（见图8），原因同样在于风与潮汐的非线性相互作用.大潮期间偏北风减弱潮差，小潮期间偏北风增大潮差，量值在0.02～0.04 m之间.将数值实验B计算出的青龙港每日最大潮位和潮差减去数值实验C计算出的每日最大潮位和潮差，得到最大潮位差值和潮差差值随时间变化，两者差值可体现径流的作用.从物理概念上看，减去潮汐作用，最大潮位差值基本上为径流引起的余水位，量值与径流量有关.径流总会产生余水位，故潮位差值为正，1～7月逐渐增大，8月后又逐渐减小，变化趋势与径流的变化趋势一致（见图9）.但潮位差值存在着极为显著的半月变化，原因在于径流与潮汐存在非线性相互作用，与图5比较，可见大潮期间径流引起的青龙港潮位增加大，小潮期间小，径流与潮差相互作用对潮位为正相关关系.径流对潮汐具有抑制作用，使潮差减小.径流量越大，减弱潮差的作用越明显（见图10）.同样存在半月变化，与图5比较，大潮期间径流对潮差的抑制作用弱，小潮期间强.本文考虑长江河口径流、潮汐和风场共同作用，数值模拟和定量分析北支潮位和潮差时空变化和动力机制，主要结论如下.（1）北支青龙港站的月平均潮位呈现出1～7月逐渐增大，8～12月逐渐减小的变化规律，这种变化规律主要取决于北支径流引起的余水位的变化.潮差最能体现潮汐强度，存在月不等现象，具有季节和显著的半月变化；潮差季节变化体现在一年中潮差出现两次极大值和两次极小值；两次极大值出现在3月（农历二月）和9月（农历八月），两次极小值出现在6月（农历五月）和12月（农历十一月）；青龙港最高潮位和最低潮位主要由潮汐强度决定，也与潮汐季节性变化和径流量有关.（2）北支潮位和潮差随空间变化体现在北支平均潮位、最高潮位和最低潮位纵向上基本呈现从下游往上游逐渐增加的变化规律，北支的潮差变化呈现出从口门向中段逐渐增大，再从中段向上段逐渐减小的规律.（3）风对北支潮位和潮差的影响体现在冬季偏北风使青龙港潮位增大，夏季偏南风使青龙港潮位和潮差减小，但影响微小.风和潮汐之间存在着非线性相互作用，大潮期间偏北风对潮位增加不明显，小潮期间偏北风对潮位增加相对明显；总体上风对北支潮差几乎没有影响.（4）径流对北支潮位和潮差的影响体现在径流产生的余水位增加潮位，其变化趋势与径流的变化趋势一致；大潮期间径流引起的青龙港潮位增加大，小潮期间小；径流对潮汐具有抑制作用，使潮差减小；大潮期间径流对潮差的抑制作用弱，小潮期间强.【相关文献】［1］李伯昌.1984年以来长江口北支演变分析［J］.水利水运工程学报，2006（9）：9-17.LI B C.Channel evolution in North Branch of Changjiang River estuary since 1984［J］.Hydro-Science and Engineering，2006（9）：9-17.［2］陈沈良，陈吉余，谷国传.长江口北支的涌潮及其对河口的影响［J］.华东师范大学学报：自然科学版，2003（2）：74-80.CHEN S L，CHRN J Y，GU G C.The tidal bore on the North Branch of Changjiang Estuary and its effects on the estuary［J］.Journal of Eastchina Normal University：Natural Science，2003（2）：74-80.［3］张静怡，胡震云，黄志良.近年长江口北支涌潮变化及其成因分析［J］.水科学进展，2007（9）：724-729.ZHANG J Y，HU Z Y，HUANG Z L.Analysis of the changes and formation causes of tidal bore at the north bayou of the Yangtze River estuary in recent years［J］.Advances in Water Science，2007（9）：724-729.［4］ WU H，ZHU J R，CHEN B R，et al.Quantitative relationship of runoff and tide to saltwater spilling over from the North Branch in the Changjiang Estuary：A numerical study［J］.Estuarine，Coastal and Shelf Science，2006，69：125-132.［5］陈吉余，沈焕庭，恽才兴.长江河口动力地貌和地貌演变［M］.上海：上海科技出版社，1988：76-79.CHEN J Y，SHEN H T，YUN C X.Process of Dynamic and Geomorphology of the Changjiang Estuary［M］.Shanghai：Shanghai Scientific and Technical Publishers，1988：76-79.［6］朱建荣.海洋数值计算方法和数值模式［M］.北京：海洋出版社，2003.ZHU J R.Ocean Numerical Calculation Methods and Numerical Model［M］.Beijing：China Ocean Press，2003.［7］朱建荣朱首贤.ECOM模式的改进及在长江河口、杭州湾及邻近海区的应用［J］.海洋与湖沼，2003（7）：364-374.ZHU J R，ZHU S X.Improvement of the ecom with application to the changjiang river estuary，hangzhou bay and adjacent waters［J］.Oceanologia et Limnologia Sinica，2003（7）：364-374.［8］沈焕庭，茅志昌，朱建荣.长江河口盐水入侵［M］.北京：海洋出版社，2003.SHEN H T，MAO Z C，ZHU J R.Saltwater Intrusion in the Changjiang Estuary［M］.Beijing：China Ocean Press，2003.［9］ LI L，ZHU J R，WU H，et al.A numerical study on the water diversion ratio of the Changjiang Estuary during the dry season［J］.Chinese Journal of Oceanology and Limnology，2001，28（3）：700-712.［10］陈义忠.黄海东海环流和长江冲淡水季节连续变化的数值模拟［D］.上海：华东师范大学，2007：61.CHEN Y Z.Numerical simulation of seasonal changes of the circulation and changjiang diluted water in the Yellow Sea and East China Sea［D］.Shanghai：East China Normal University，2007：61.。

长江口Sa分潮调和常数变化趋势研究
杨锋;谭亚;蒋体孝;白立影
【期刊名称】《人民长江》
【年(卷),期】2014(000)011
【摘要】周期为1 a的长周期分潮Sa主要由气象因素的变化引起。

基于长江河口段5个潮位站多年水位资料，分析了长江河口段潮汐的分潮组成、潮汐类型和变形、主要天文分潮和气象分潮Sa的时空变化特征，并初步探讨了各分潮时空变化的原因。

结果表明，长江河口段多为非正规半日潮，潮汐变形显著；由口门向内陆上溯，天文分潮振幅减小、迟角增大，而气象分潮Sa振幅增大、迟角趋小；Sa 分潮振幅年际变化与大通站最大日距平流量变化趋势一致，河口段的Sa分潮受径流影响显著。

【总页数】5页(P44-47,67)
【作者】杨锋;谭亚;蒋体孝;白立影
【作者单位】河海大学港口海岸与近海工程学院，江苏南京210098; 中国人民解放军海军91561部队，广东广州510320;河海大学港口海岸与近海工程学院，江苏南京210098;中国人民解放军海军91561部队，广东广州510320;江苏省水文水资源勘测局镇江分局，江苏镇江212001
【正文语种】中文
【中图分类】TV131.2
【相关文献】
1.长江口Sa分潮数值模拟研究 [J], 杨锋;谭亚;王灶平;王志伟;蒋体孝
2.潮汐调和常数的变化趋势研究 [J], 李改肖;孙新轩;刘雁春;沈康
3.提取分潮调和常数的新方法--正交方法 [J], 王庆业;刘志亮
4.南海潮汐主要分潮振幅变化趋势研究 [J], 潘海东;王雨哲;吕咸青
5.渤海湾M_(2)分潮的季节变化:增强调和分析的应用 [J], 余鹰;王道胜
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长江口水动力学及其泥沙运输规律一、长江口概况：长江河口地处我国东部沿海，受到来自流域径流、泥沙和外海潮流、成水入侵、风、波浪及河口科氏力和复杂地形等绪多园了的影响，动力条件多变，泥沙输运复杂。

从陆海相互作用的角度看，长江河口至少存在几个水沙特性不同的典型河段，而每个典型河段又存在不同性质的界面，如：大通河段(潮区界)、江阴河段(潮流界)、徐六径河段(盐水入侵界)、拦门沙河段(涨落潮流优势转换界面)、口外海滨区(泥沙向海扩散的外边界和长江冲淡水扩散的外边界)。

每个典型河段及关键界而都涉及到物质和能量的传输；每个典型河段及关键界面都有其固有性质，且相互影响，可以说河口过程在很大程度上被发生在每个典型河段的界面上各种现象所制约。

二、水动力方程及验证1、长江口水动力过程的研究进展（长江口水动力过程的研究进展）在过去20多年中, 长江口水动力过程研究成果大量来自河口海岸学家、物理海洋学家、海岸工程师、环境流体力学家的文献、著作。

本文的目的是力图把这些文献(以正式发表的文献为准,不包括研究报告)汇集起来,对长江口潮流、余流、波浪、盐水入侵的研究进行总结, 究竟我们对长江口水动力过程了解多少?究竟长江口水动力过程还有哪些问题值得研究?1.1 长江口余流、环流、水团、长江冲淡水基于现场实测资料, 胡辉等1985年对长江口外海滨余流的运动变化特性进行了一定的研究。

研究结果表明: 长江口外余流约为潮流的1/ 2～1/ 5 , 上层余流以向东为主, 中层余流多偏北, 底层余流有偏西的趋势。

径流是长江口外上层余流的重要组成部分,并以冲淡水的形式存在; 中、下层余流则与台湾暖流的顶托和牵引有关。

王康、苏纪兰1987年研究了长江口南港的横向环流、垂直环流及其对悬移质输运的影响。

在前人基础上导出了长江口相对观测层次的物质断面传输公式,增加了反映环流及振荡切变的各种相互关系的有关项。

基于现场观测资料,Wang等1990年研究了长江口水团、长江冲淡水团等的基本特征。

长江口近期来水来沙量及输沙粒径的变化付桂【摘要】长江来水来沙变化影响因素众多,除自然因素外,人类活动对河流水沙运动影响越来越显著.作为长江流域的终端,长江口地区既受自然因素影响,同时也显著地受到流域人类活动的影响.通过对比分析徐六泾站与大通站的水量和沙量,得出大通站能够作为代表流域进入长江口水沙情势的控制站.利用大通站的水文数据,统计分析1950—2011年的径流量、数量及输沙粒径的变化,得出长江口近期来水来沙量及输沙粒径的变化.研究结果表明:1) 长江流域年来水量没有发生趋势性变化;2003年后三峡水库发挥调蓄作用,来水量年内分配呈现洪季径流量减少,枯季径流量增加的特征.2) 1986年以来长江流域来沙量大幅减少,季节变化总体呈现洪季比例减小、枯季比例增大的特征.2003年三峡水库蓄水后,来沙量进一步减小,洪季输沙量明显减小.3) 2003年前后大通站悬沙中值粒径变化不显著,从粒度组分上看粒度略有粗化.%The factor of runoff and sediment changes of the Yangtze River is numerous,and influence from human activities to water and sediment movement is becoming more and more obvious besides naturalfactors.Runoff and sediment changes of the Yangtze estuary are influenced by natural and human paring and analyzing the runoff and sediment discharge of Xuliujing station and Datong station,we know that Datong station can be used as the control station of the Yangtze estuary.Based on the hydrological data of Datong station,this paper analyzes the variation of runoff,sediment discharge and suspended sediment particle size in the the Yangtze estuary during 1950—2011,and obtains the runoff,sediment discharge and sediment diameter of theYangtze estuary.The results show that there is no trend change of runoff in the Yangtze River basin.After 2003,the Three Gorges reservoir plays a regulating role,and the distribution of runoff during the year shows the decrease in the flood season and the increase in the dry season.Since 1986,the sediment discharge in the Yangtze River basin has been greatly reduced.The seasonal variation proportion generally shows that it's decreasing in the flood season and increasing in the dry season.After the impoundment of the Three Gorges reservoir in 2003,the sediment discharge has been further reduced and during flood season sediment discharge is decreasing obviously.The average suspended sediment particle size in Datong station is not obvious before and after 2003,and the grain size is slightly coarser from grain size component.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2018(000)002【总页数】6页(P105-110)【关键词】长江口;来水量;来沙量;悬沙粒径【作者】付桂【作者单位】交通运输部长江口航道管理局,上海200003;上海长升工程管理有限公司,上海200137【正文语种】中文【中图分类】TV148;U656长江河口是受径、潮流共同作用的中等潮汐河口,以其丰富的泥沙供应、大量的细颗粒泥沙而著称,是典型的高浊度河口。

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]. Journal of Soils and Sediments,2014,14(8):1493-1512.[2]LUAN H L,DING P X,WANG Z B,et al.Decadal morphological evolution of the Yangtze Estuary in response to river input changes and estuarine engineering projects[J].Geomorphology,2016,265:12-23.[3]XU Y,CAI Y P,SUN T,et al.A multi-scale integrated modeling framework to measure comprehensive impact of coastal reclama-tion activities in Yellow River Estuary,China[J].Marine Pollution Bulletin,2017,122(1/2):27-37.[4]BLUM M D,ROBERTS H H.The Mississippi delta region:past,present,and future[J].Annual Review of Earth and Planetary Sciences,2012,40:655-683.[5]TAN C,HUANG B S,LIU F,et al.Recent morphological changes of the mouth bar in the Modaomen Estuary of the Pearl River Delta:causes and environmental implications[J].Ocean&Coastal Management,2019,181:104896.[6]FRIHY O E.Evaluation of future land-use planning initiatives to shoreline stability of Egyptᶄs northern Nile delta[J].Arabian。