长江口北港上段河道枯季悬沙浓度垂向分布特征研究

基于2018年4月15日至4月24日在长江口北港主槽大小潮连续10天的定点水文泥沙观测资料,对枯季期间北港上段河道悬沙浓度的垂线分布特征进行了研究。结果表明：研究区域的悬沙浓度较低,大小潮平均值仅为0.17 kg/m3,悬沙浓度具有大潮显著高于小潮,涨落潮平均浓度接近的特点;水动力则具有大潮明显强于小潮、落潮明显强于涨潮的特点;观测期间的盐度值很低,平均值仅为0.16 psu,盐度的大小潮变化、涨落潮变化以及垂向变化都非常小,盐度密度分层对悬沙剖面影响微弱。在这种动力、泥沙和盐度环境下,大潮期间的悬沙剖面主要为斜线型和指数型;小潮期间的悬沙剖面有斜线型、垂线型和指数型,其中以斜线型占主导。通过Rouse公式拟合发现,大部分的实测悬沙剖面较符合Rouse公式,根据该公式计算得到的悬沙沉降速度介于0.36~2.89 mm/s。Soulsby公式能够对实测的斜线型和垂线型悬沙剖面进行较准确预测,平均误差控制在10%以内。     

河口泥沙再悬浮对悬沙中重金属元素的影响

基于1997年3月9日和7月27日长江口南槽定点连续观测资料。分析了河口泥沙再悬浮对重金属元素的影响。研究结果表明，在长江口南槽，近底悬沙浓度和悬沙中重金属含量均随时间变化而变化，且两者具有良好的对应关系；因子分析结果显示对所有金属元素都占绝对优势的F1因子为泥沙再悬浮，泥沙再悬浮现象对本次观测中近底泥沙中重金属含量变化起主导作用。泥沙再悬浮一方面会导致悬沙和床沙的混合。另一方面有可能导致重金属从泥沙中向水体中再释放，在长江口南槽，枯季近底悬沙中重金属含量的变化主要缘于悬沙、床沙的混合；而洪季除悬沙和床沙混合之外，还存在泥沙再悬浮过程泥沙中重金属的释放，这可能与洪季高水温、低溶氧等环境因素以及强烈的水动力条件有关。     

2006年特大枯水期间长江中下游河床沙与悬沙沿程变化特征

基于2006年10月长江中下游沿程不同断面的河床沙、悬沙以及流速等相关水文泥沙现场观测资料,采用数理统计学与泥沙运动力学相结合的方法,对极端气候与流域重大工程作用下,长江中下游水沙的沿程变化以及悬沙与河床沙交换等进行分析.流量自宜昌向下游方向总的趋势是沿程增大,观测时段与多年同期平均流量(33 500 m3/s)相比少了近57%,而在沙市河段流速最大值达1.1 m/s;近底层水体含沙量较低,平均值为0.079 kg/m3,与多年平均(50年)含沙量相比减少了90%.大通站实测悬沙含量与多年10月平均相比减少了近86%;河床沙组成以细砂和中砂为主,悬沙组成以粘土和粉砂类为主.与多年平均值相比,河床沙变化并不大,悬沙显著细化.中游河段河床沙中略细的粘土和细粉砂组分含量较上下游为多,而悬沙中略粗的中粗粉砂组分含量较上下游为多,断面垂向差异大;同时,从水流、含沙量、河床沙和悬沙颗粒组成及河道类型等多因素同步分析,表明长江中游河道泥沙交换相对频繁,河床稳定性相对较差,下游河道泥沙交换相对较少,河床稳定性相对较好.     

长江河口上边界床沙粒径的长期变化及其原因

大通水文站和泥沙观测断面位于长江河口的上边界。长江下游从大通（潮区界）至长江口门的距离长达680 km。20世纪80年代以来,长江流域日趋强烈的人类活动,显著改变了长江入海水文和泥沙数量和特性,从而对长江下游至河口动力地貌和动力沉积产生了显著影响。主要研究长江潮区界大通断面20世纪50年代以来床沙粒径的长期变化。1977~2004年床沙粒径 (〖WTBX〗d〖WTBZ〗50) 有一稳定增大的趋势,这主要是对上游河道悬沙来量持续减少的响应。值得注意的是床沙粗化过程是发生在该河床长期加积的背景上的。研究表明：导致床沙粒径粗化的原因,主要是上游河段进入本河段床沙粒径的增加和本河段冲淤过程中悬沙与床沙颗粒的交换。随着三峡水库的正常运行和其它大型水库的建设,预计未来几十年长江上游悬沙来量将进一步大幅度下降,可以预计,长江潮区界河段的床沙粒径将继续呈现增大的趋势。〖     

长江口南槽中段枯季水沙输运特征研究

根据2015年1月7日至14日在长江口南槽中段主槽内获得的流速和悬沙观测资料,运用机制分解法分析了从大潮到小潮连续变化过程中南槽中段的水沙输运机制,通过小波分析方法探讨了悬沙浓度和流速的周期性对悬沙输运的影响。研究结果表明:(1)在一个大小潮周期过程中各潮周期的单宽净输水以向海为主,斯托克斯余流和欧拉余流的强度由大潮到小潮呈减小趋势;(2)各潮周期的单宽净输沙以向陆为主,与净输水方向相反,输沙强度从大潮至小潮呈现"小-大-小"的变化特征,该特征的产生与潮泵效应输沙的剧烈潮周期变化有关,平流输沙、潮泵效应输沙与垂向净环流输沙项是影响潮周期净输沙的主要成分;(3)小波分析表明,悬沙浓度和流速具有多个时间周期的变化,它们与水位的联合作用导致瞬时输沙率具有2个明显的时间周期变化。     

长江口南北支水沙特性观测研究

利用2009和2010年洪枯季、大小潮长江口南北支长时间序列的水沙盐观测资料,系统分析了近期南北支的水沙盐时空分布特征及南北支之间的关系,探讨了北支水沙盐倒灌,特别是泥沙倒灌对南支水域悬沙浓度的影响。分析结果表明:北支盐度和悬沙浓度年际、季节性及大小潮差异明显,一般大潮大于小潮,枯季大于洪季,平水年大于丰水年;南支受径流影响大,悬沙浓度均值在0.2kg/m3左右,盐度在0.25‰左右,南支悬沙浓度和盐度的大小均较北支小一个量级,其变化较北支复杂,尤其是在落潮时段盐度和悬沙浓度短时间内明显增加。北支作为河口唯一受潮汐控制的分支,水沙盐倒灌南支,倒灌期间南支悬沙浓度增加,洪季大潮有微弱沙量倒灌,悬沙浓度有0.05kg/m3的增幅,枯季大潮泥沙倒灌尤甚,南支悬沙浓度长时间维持在0.25kg/m3左右,最高可达0.62kg/m3。如上游径流量减小显著,则北支泥沙和盐水倒灌对南支的影响会增大。     

长江口徐六泾水沙过程对流域的响应研究

以长江口徐六泾断面2009年实测水沙数据为基础,分析了其水沙特征,重点研究了三峡蓄水及长江流域旱情对徐六泾节点径流、潮位和泥沙过程的影响。结果表明：观测期间寸滩站以上流域来水减少、三峡蓄水和中下游干旱共同导致进入河口的径流量减少,各自造成的影响权重分别为38%、13%和49%。与蓄水前相比,蓄水期间徐六泾涨潮历时增加05 h,落潮历时减少05 h,潮差增大约04 m;涨潮平均流速增加35%~126%,落潮平均流速浅滩处基本不变,而深槽处减幅约为22%;蓄水期间涨落潮历时、流速流向等特征由不对称趋于较对称,说明徐六泾的水动力特征对径流减少的响应敏感。伴随径流减少,徐六泾含沙量由蓄水前的0129 kg/m3大幅下降至蓄水期间的0052 3 kg/m3,悬沙中值粒径则由3 μm增大到5 μm。综合得知进入河口徐六泾断面的水沙过程受到流域人类活动和自然条件改变的双重影响     

洋山海域工程前后水动力特征分析

洋山海域自2002年建港工程以来,先后封堵了北岛链三个过水汊道,使得海域附近水动力结构发生显著变化。采用工程前后大量水动力实测资料,并结合数值计算结果,对洋山海域工程前后的水动力特征进行了综合分析。研究结果表明:工程后大部分海域涨潮流速降低,但小洋山前沿除外;整个海域落潮流速度增加,但地形急剧缩窄的东口门区域增幅并不显著。讨论认为,地转偏向力显著增强了海域北部区域特别是小洋山前沿海域的涨潮流速,是小洋山岛屿前沿海域涨潮流速工程后维持不变的重要原因;受南岛链不规则岸线的影响,地转偏向力对落潮流影响不显著。工程后各汊道的封堵使得落潮流外泄不畅而发生壅水,使得工程后涨潮时段海域水位低于工程前,没有壅水现象发生。工程后的涨、落憩流时段均形成了较大范围、较长时段的弱流场。     

近期长江口崇明岛周边岸滩沉积特征及影响机制

大河入海河口由于巨量泥沙堆积以及潮汐作用,往往发育着河口沙岛。崇明岛是世界上典型的河口沙岛,近年来,随着长江流域泥沙来源锐减以及河口大型水利工程建设等,给崇明岛周边岸滩沉积环境带来深刻影响。研究依据2015年9月～2018年4月对崇明岛周边14个岸滩断面的表层沉积物采样数据和定点水文观测资料,分析崇明岛周边岸滩沉积环境特征和区域性差异,探讨不同岸滩断面沉积过程和作用机制。结果表明:崇明岛岸滩沉积物以砂质粉砂和粉砂质砂为主,沉积物中值粒径总体表现为南岸北岸东滩,平均为48μm。南、北岸岸滩总体表现为坡陡、滩窄,沉积物自西向东逐渐变细的特征,北岸岸滩坡度略缓,南岸崇头至庙镇之间存在局部细颗粒物质沉积区;东部岸滩滩宽、坡缓,整体表现为"北细南粗"的沉积特征。岸滩沉积断面上,上细下粗,高潮滩处粘土组分含量相对较高,水下斜坡和河槽底部粉砂含量较高。南、北支河势演变形成了崇明岛"南坍北涨"沉积环境的分布格局;径、潮流作用对岸滩断面沉积物分布特征影响明显;风浪对崇明东滩浅滩沉积物具有强烈的分选作用;潮滩植被主要影响细颗粒沉积物在潮间带的分布;流域来沙减少对崇明东滩前沿沉积环境趋势影响显著。     

1956~2011年鄱阳湖水沙特征及其变化规律分析

近年来,鄱阳湖水沙研究集中在鄱阳湖"五河"各水文站的单站分析上,且水沙数据采用大多仅至21世纪初期,对缺测资料未进行有效插补。将鄱阳湖作为一个研究整体,分析了鄱阳湖水沙特征及其变化规律,以便为鄱阳湖泊形态变化研究以及水、沙资源的合理开发利用提供有利的参考依据。运用水沙相关、上下游泥沙相关法对部分缺测泥沙进行插补,获得1956~2011年的鄱阳湖入、出湖水沙系列数据。利用数理统计法、水沙双累积曲线法、Mann-Kendall法分析鄱阳湖入、出湖径流量与输沙量变化特征,并且探讨了水沙变化的原因。结果表明:(1)入湖径流量和输沙量的年内分配相一致,而长江水沙的倒灌影响了出湖径流量和输沙量的年内分配;(2)鄱阳湖入湖悬移质泥沙从90年代开始下降趋势加剧,而出湖悬移质泥沙1956~2000年整体呈下降趋势,2001~2011年呈现上升趋势;(3)鄱阳湖入、出湖年输沙量出现明显的突变点分别在1998年左右、2003年左右;(4)径流量总体处于相对稳定状态,但近10a来径流量略下降,主要受到降水量变少的影响,入湖输沙量变化受"五河"流域的水库蓄水拦沙、流域水土保持工作加强、人类河床采砂等因素影响;而出湖河段河床深度下切、江湖水面比降加大、人类在鄱阳湖采砂扰动河(湖)床均加大了近10a来出湖悬移质泥沙的输出。     

Estimating sediment and caesium-137 fluxes in the Ribble Estuary through time-series airborne remote sensing

High spatial and temporal resolution airborne imagery were acquired for the Ribble Estuary, North West England in 1997 and 2003, to assess the application of time-series airborne remote sensing to quantify total suspended sediment and radionuclide fluxes during a flood and ebb tide sequence. Concomitant measurements of suspended particulate matter (SPM) and water column turbidity were obtained during the time-series image acquisition for the flood and ebb tide sequence on the 17th July 2003 to verify the assumption of a vertically well mixed estuary and thus justifying the vertical extrapolation of spatially integrated estimate of surface SPM. The ¹³⁷Cs activity concentrations were calculated from a relatively stable relationship between SPM and ¹³⁷Cs for the Ribble Estuary. Total estuary wide budgets of sediment and ¹³⁷Cs were obtained by combining the image-derived estimates of surface SPM and ¹³⁷Cs with estimates of water volume from a two-dimensional hydrodynamic model (VERSE) developed for the Ribble Estuary. These indicate that around 10,000 tonnes of sediment and 2.72 GBq of ¹³⁷Cs were deposited over the tidal sequence monitored in July 2003. This compared favourably with bed height elevation change estimated from field work. An uncertainty analysis on the total sediment and ¹³⁷Cs flux yielded a total budget of the order of 40% on the final estimate. The results represent a novel approach to providing a spatially integrated estimate of the total net sediment and radionuclide flux in an intertidal environment over a flood and ebb tide sequence.     

基于MODIS的长江中游河段悬浮泥沙浓度反演

监测和预报悬浮泥沙浓度的沿程分布和时间变化,无论是对于河流水利工程还是河流生态和环境保护都具有重要意义。卫星遥感反演同步性好、速度快、周期短,可以实时和全面地观测大尺度悬浮泥沙分布。旨在建立基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)影像的长江中游河段悬浮泥沙浓度反演模型, 并利用建立的模型反演2002~2009 年长江中游河段丰水期的悬浮泥沙浓度, 分析其在时间和空间上的变化特征。研究揭示,MODIS Terra 影像红波段与悬浮泥沙浓度具有显著的相关性（R2=0877,n=125,RMSE=4057 mg/L）,可以用于长江中游丰水期悬浮泥沙浓度的反演。长江三峡工程经历三次蓄水,坝下游宜昌至汉口段悬浮泥沙含量显著减少,荆江河段、洞庭湖及城陵矶至武汉江段下降最为显著。洞庭湖来水来沙是长江中游城陵矶以下江段主要的悬浮泥沙来源之一,从预测结果可知,洞庭湖来水在城陵矶汇入长江后与江水混合以至形成数十公里的混合带,至洪湖以下江段逐渐混合均匀     

长江口及其邻近海域表层沉积物分布特征

根据长江口和杭州湾北部沉积物粒度分析数据，研究表层沉积物类型、分布以及分区特征。结果表明：沉积物的分布特征受水动力条件、地貌类型以及泥沙来源等因素的综合影响，长江口表层沉积物在纵向分布上，自西向东粒径从粗到细、分选程度从好至差，在横向上自北港－北槽－南槽，沉积物粒度逐渐变细；水流动力作用强的河槽和波浪作用强的口门浅滩沉积物粒度较粗，水动力较弱的河口边滩及口外海滨区沉积物则较细。根据沉积物分布特征可将长江口及其邻近海域分为河口分汊河段沉积区、河口拦门沙沉积区、口外海滨沉积区和杭州湾北部沉积区等4个沉积区。     

长江口南港近期的演变及其与重大工程之间的关系

长江口为典型的多级分汊中等潮汐河口,口门宽阔、径潮流强劲、泥沙运动复杂、河槽交替多变,给河口综合治理带来困难。长江口各分流汊道演变过程中,此消彼长是永恒的主旋律,其产生、发展、扭曲、萎缩、消亡具有周期性演变规律。为发挥长江黄金水道的优势,促进国民经济发展,长江口先后实施了深水航道治理工程、南北港分流口处的新浏河沙护滩和南沙头通道限流工程,以及中央沙促淤圈围工程和青草沙水源地工程等,南北港和南北槽分流口河段得到有效控制,对长江口未来的演变产生深远影响。基于南北港分流口以下丰富的地形、水文现场资料,对近年来南港地形演变进行了深入分析,在肯定工程稳定河势的同时,认为目前南北港分流口以下,尚存在南港主流偏离南岸致使发生近岸淤积,以及瑞丰沙中下段沙体刷深导致水流分散,不利于河势稳定等问题。并探讨了长江口“先下后上”治理模式的优缺点,建议在长江口河势尚未发生较大变化时,站在整体的高度,综合考虑河势、航道、水土资源、防洪潮及排灌、生态环境保护等诸多因素,尽快实施长江口综合整治工程。