長江河口典型河段水動力、泥沙特征及影響因素分析.pdf

1、長江河口地處我國東部沿海，受到來自流域徑流、泥沙和外海潮流、咸水入侵、風(fēng)、波浪及河口科氏力和復(fù)雜地形等緒多因子的影響，動力條件多變，泥沙輸運(yùn)復(fù)雜。從陸海相互作用的角度看，長江河口至少存在幾個水沙特性不同的典型河段，而每個典型河段又存在不同性質(zhì)的界面，如：大通河段(潮區(qū)界)、江陰河段(潮流界)、徐六徑河段(鹽水入侵界)、攔門沙河段(漲落潮流優(yōu)勢轉(zhuǎn)換界面)、口外海濱區(qū)(泥沙向海擴(kuò)散的外邊界和長江沖淡水?dāng)U散的外邊界)。每個典型河段及關(guān)鍵界面都

2、涉及到物質(zhì)和能量的傳輸；每個典型河段及關(guān)鍵界面都有其固有性質(zhì)，且相互影響，可以說河口過程在很大程度上被發(fā)生在每個典型河段的界面上各種現(xiàn)象所制約。 從長江河口的不同典型河段及關(guān)鍵界面出發(fā)，主要采用水文學(xué)、泥沙運(yùn)動力學(xué)、統(tǒng)計學(xué)等方法，對多年實(shí)測資料特別是2003年和2004年觀測得到的大小潮流速、流向、含沙量資料分析統(tǒng)計以及大量的野外觀測和室內(nèi)實(shí)驗基礎(chǔ)上，研究和總結(jié)了長江河口水沙基本特性，著重分析了長江口典型河段及關(guān)鍵界面的水動力條

3、件和泥沙的差異性特征，并初步分析對影響泥沙特征的因素，力爭為長江河口資源的開發(fā)和利用提供科學(xué)的理論依據(jù)。 研究結(jié)果表明，這些典型河段及關(guān)鍵界面在水動力和泥沙特征上存在著幾個方面的差異性： (1)水位的不同。長江河口區(qū)自潮區(qū)界大通站以下，水位變化沿程較小。大通站平均水位在8.46m左右，洪季與枯季相差在6m左右，表現(xiàn)出明顯的河流性質(zhì)的水位升降的季節(jié)變化。到江陰水位明顯下降，在3.3m左右，徐六徑在3.01m左右，在徐六徑以

4、下基本持平在2m左右變化。 (2)潮流流速、流向不同。上游河段受長江徑流影響，主要以落潮流為主，在1.0～1.3m/s變化呈現(xiàn)減小趨勢，在江陰以下受到河口潮流不同程度的影響，漲潮流作用逐漸增強(qiáng)，在0.2～0.8m/s之間變化。在此，由混沌理論Logistic模式所反映出來的動力學(xué)指標(biāo)a也有所不同，在大通至徐六涇為(1，3)，徐六涇至南、北槽區(qū)域則為(3，3.57)，口外為(3.57，4)。 此外在水動力方面，波浪也起到了

5、一定的影響，由于長江河口為向海敞開的三角洲河口，口外風(fēng)浪較大，口內(nèi)風(fēng)浪要素隨著江面向上游束窄而減小。 (3)鹽度不同。從上游河流性質(zhì)向海洋性質(zhì)變化的過程中，鹽度呈現(xiàn)逐漸增高的變化。洪季時，從上游江陰到口門的鹽度在0.14～6.0‰之間變化，但是枯季江陰、徐六涇變化也不大，差異明顯變大主要是南北槽，主要是因為受到外海鹽水入侵的影響，鹽度在11～19‰之間。 (4)含沙量不同。從整個長江河口區(qū)考慮，在沿程方向上，懸沙濃度呈現(xiàn)

6、中～低～高～低的不同變化，平均值在0.3～1.0kg/m3。第一個低含沙量的轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)在江陰，平均含沙量為0.239kg/m3，第二個高含沙量的轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)在南、北槽，這里是最大渾濁帶，平均含沙量在0.8～1.0kg/m3之間。含沙量的差異變化，也體現(xiàn)出了各典型河段及關(guān)鍵界面泥沙來源和動力條件的差異。 (5)泥沙(懸沙、底沙)的粒度特征不同。長江口懸沙組成物質(zhì)較細(xì)，中值粒徑一般在0.0177～0.0063mm之間，屬于粉砂和粘土的

7、范疇。從大通站下來，由于沿程河道和水流形態(tài)的變化，懸沙粒徑呈現(xiàn)出粗～細(xì)～粗～細(xì)的形狀；其中大通的懸沙中值粒度為0.017mm，江陰出現(xiàn)一個變細(xì)的轉(zhuǎn)折，為0.007mm，徐六涇為0.006mm，到了南、北槽粒徑有所變粗，在0.009mm左右。床面泥沙顆粒粒度具有明顯的沿程變化規(guī)律，在顆粒特征上表現(xiàn)為中值粒徑變小，細(xì)砂粒級減少，粉砂和粘土粒級逐漸增多，分選程度由好變差；在組成上由單一變?yōu)閺?fù)雜，級配構(gòu)成上由集中到分散，存在較大的差異。

8、 從動力學(xué)(起動流速、垂向擴(kuò)散系數(shù))角度分析了各典型河段及關(guān)鍵界面在懸沙濃度上的差異性： (1)泥沙起動流速在0.5～0.8m/s之間不等，大通站的泥沙多年平均起動流速為0.60m/s；江陰的泥沙起動流速在0.83m/s左右；徐六涇的泥沙起動流速在0.79m/s左右；南、北槽的泥沙起動流速在0.50～0.57m/s之間。泥沙起動流速上的差別也正反映出了各個界面底部河床形態(tài)、流速分布等方面的不同，同時泥沙起動流速的差異對懸沙濃度的

9、差異也起到了一定的影響作用； (2)泥沙垂向擴(kuò)散系數(shù)是一個衡量懸沙含沙量垂向變化的物理量，對垂向上含沙量的分布起到了重要的影響作用，紊動擴(kuò)散系數(shù)就越大，紊動擴(kuò)散作用就越強(qiáng)，底層含沙量和表層含沙量差別越小也就是相對含沙量沿垂線分布越均勻，反之，相對含沙量沿垂線分布越不均勻。由于河口特殊的環(huán)境，泥沙垂向擴(kuò)散系數(shù)變化比較復(fù)雜，在0.2～0.4不等，沿程上從江陰到徐六涇到南、北槽先增大再減小，分別為0.34、0.39、0.21、0.26

10、，也反映了各個典型河段及關(guān)鍵界面的不同特性。 徑流和潮流是長江河口發(fā)育過程中兩個非常重要的動力因子，它們對河口懸沙、底沙的特征起著決定性的作用；風(fēng)浪的作用對河口的泥沙特性也起到了一定的影響；由于海水的介入，鹽淡水的混合，改變了懸沙顆粒的大小，也影響到了懸沙和底沙的特征；河口水利工程建設(shè)改變了河流的地形條件和下游泥沙的輸移和沉積模式，河道縮窄引起河床沖刷，從而引起下游泥沙輸運(yùn)量的變化，并改變泥沙的粒級組成等等，可能會影響到整個河口