長江河口水流輸運時間的研究.pdf

1、水流輸運時間用來刻畫河口動力的本質(zhì)，水流輸運時間成功應(yīng)用在研究世界上的河口物質(zhì)輸運動力特性，但在多級分漢河口的相關(guān)研究卻為數(shù)不多。在長江河口這類大型復(fù)雜多級分汊河口水流輸運時間的研究有助于豐富河口海岸動力學(xué)研究的理論和方法，不僅是我國河口海岸研究的有益的嘗試，在國際大型河口研究方面將具有很強的代表性。本文基于環(huán)境水動力學(xué)模型，首先建立了長江河口及其鄰近海域的三維水動力數(shù)學(xué)模型，利用大量野外觀測數(shù)據(jù)對水位、流速和鹽度進行了充分的驗證，驗證

2、結(jié)果表明該模型能夠合理地反映長江河口區(qū)域的水動力特征，為進一步定量研究長江河口物質(zhì)輸運及環(huán)流特征奠定了基礎(chǔ)。研究選擇長江口徐六涇作為進入河口的起點，利用河口海岸水流運動的最新的水齡理論，研究河口水流輸運時間的時空分布和影響因子；采用流速、鹽度分解的方法研究了長江河口控制上溯鹽度的機理。以北槽深水航道工程為例，討論了河口大型工程對河口環(huán)流以及水流輸運時間的影響。得到主要的認識如下：
　　 系統(tǒng)研究了長江徑流、潮汐、風(fēng)和科氏力對長江

3、水流輸運的影響。長江徑流是影響河口水流輸運時間的主要因素，水流由徐六涇到長江口門(122.5°)所需要的時間，枯季約為洪季水齡的近兩倍，枯季需要32天，洪季需要16天。長江口水流輸運時間垂向分布特征存在明顯的層化結(jié)構(gòu)，洪季分層比枯季明顯，小潮分層比大潮明顯。同時發(fā)現(xiàn)在水流輸運時間上存在與河口最大渾濁帶相呼應(yīng)的區(qū)域，該區(qū)域水流輸運速度比上、下游都慢。研究發(fā)現(xiàn)長江河口潮汐的周期性混合，對調(diào)節(jié)河口水流輸運時間過程起到了關(guān)鍵的作用。潮汐的振蕩作

4、用使得長江河口水體垂向混合作用加劇，徑流作用下水體由河口向外海輸運，潮汐的不對稱作用和地形相互影響決定了長江河口水流輸運的空間格局。在風(fēng)的影響下，河口垂向混合作用加強，小潮水流輸運速度加快，大小潮水齡差異減小。在多汊道的河口，風(fēng)對水流輸運的作用除了通過影響河口分層的方式改變水流輸運外，還可以通過改變各汊道間下泄徑流的分配影響水流在河口不同河段的輸運時間?？剖狭ψ饔檬沟煤涌跐q落潮流路分歧，對于改變水流輸運的方向和水流輸運時間的空
　

5、　 間格局亦有重要的影響。
　　 從水流輸運時間角度探討深水航道工程對河口動力場結(jié)構(gòu)的影響。深水航道工程建成后由于北槽河段阻力增加，河口上段水位抬升，各汊道下泄徑流分配發(fā)生改變。北槽水流輸運時間減小，最大減小約16％；南槽水流輸移時間增加，最大增加可達41％。工程后南、北槽分水齡分層均增強，南北槽的水齡和鹽度的垂向分布均比工程以前分層更強，垂向平均鹽度水平梯度增加，重力環(huán)流增強。北槽的垂向平均的水流輸運時間減小，但是由于垂向分

6、層顯著增加，工程后表層水流輸運時間比工程前減小，而底層則比工程前增加更大，這種變化不利于高濃度泥沙等集中于底層的物質(zhì)的向海輸運。深水航道顯著減小了北槽與南槽、北槽與北港的平面水流交換，導(dǎo)致了河口灘槽水齡格局的改變。由于北槽的水流在導(dǎo)堤的約束下，大量水體無法與南槽交換，從南槽下泄的徑流有部分偏向?qū)У糖已貙?dǎo)堤出南槽的趨勢；由北槽下泄的徑流，部分右轉(zhuǎn)歸入南槽，并在九段沙下部形成了高水齡區(qū)域。
　　 利用通量分解的方法對流速、鹽度進行分

7、解，研究了長江河口鹽度上溯的機理。將鹽度通量分解為平流輸運部分、穩(wěn)定剪切擴散和潮汐振蕩鹽通量。通過分析交換水流、鹽度、穩(wěn)定剪切擴散和潮汐振蕩鹽通量的時空變化特征，發(fā)現(xiàn)大潮期間潮汐振蕩擴散鹽通量是大潮上溯鹽通量的主控因素，并決定了鹽通量的大小和方向，小潮期間，穩(wěn)定剪切擴散輸運和潮汐振蕩擴散鹽通量的作用相當。對于整體而言，穩(wěn)定剪切擴散輸運中橫向剪切擴散明顯大于垂向的剪切擴散作用，表明在灘槽相間的河口體系中橫向環(huán)流對縱向的鹽度輸運有著重要的作