（自然地理学专业论文）长江河口水沙分流和输移的探讨.pdf

华秉师范大学硬士掌位伦文 摘要 长江口地处我国东部沿海，是我国最大的河口本文以长江口为研究区域，具体位置为 徐六泾至横沙岛一连兴岛一线，重点分析该区域的水沙特征及输移机制对两个分流口区域， 徐六泾及青草涉水域加以重点探讨，本文根据长江口近期同步大面水文资料完成，资料包括 2 0 0 2 年洪季及2 0 0 5 、2 0 0 6 年枯季资料 本文采用水文学、泥沙运动力学和数理统计学相结合，详细分析了水沙在长江口的分配 及输移并在m a p 豳。和m a t l a b 软件支持下分析水沙输移机制，运用标准水文法定量计算 长江口典型断面的水沙通量，根据所得结果阐述水，沙、盐特征对青草沙水库影响 结果表明，长江口南北支水沙特征均体现出明显的洪枯季及潮周期特征，洪季本区域特 征为北支受潮流作用强，体现为大流速、高悬汐，且上、下口都进沙，处于淤积状态净输 水沙( 沙除大潮外) 青龙港下泄，连兴港上溯，暂蓄在北支水道内，北支盐度较大，颇具海 水属性北支倒灌出现了新形式，在强潮流作用下，泥沙倒灌进入南支，倒灌主要发生在大、 中潮高水位阶段 南支下游南北港断面流速大于自峁沙断面，北港流速略大于南港，各站余流值较大，随 潮型略有变化。中小潮潮流特征与大潮基本相同。白劳沙南北水道的输沙比值约为1 4 ：1 1 ， 北水道仍具有一定的流量及输沙能力南支下游输出泥沙较上游输入的多，反映南支有冲刷 迹象北港悬沙浓度显著高于南港，白茆沙断面和南港断面的净下泄水量均随潮型增大而减 小，小潮下泄量最大；泥沙下泄量反之，大潮最大，印小潮泄淡大潮排沙，显示了分汉主槽 的水沙输移规律；北港断面的净下泄水量和泥沙净下泄量均随潮型增大而增大，具有水沙输 移的一致性，显示了分汉副槽的水沙输移规律北港洪季多沙，具有水大沙多的特性，泥沙 运动活跃洪季期同，北港的水涉输运都占据较大的优势，悬沙浓度远高于南港，大潮尤甚 净泄分流分沙比能更好地揭示分汉河道的发展趋势，南、北支净泄分流比为9 6 7 和 3 3 ，净泄分沙比为8 1 7 和1 8 3 ，显示南支仍趋于发展，北支趋于衰退长江口洪季 水沙运动具有径流“主体南泄”，汉道“副淤主刷”和水沙。输穆分异”等特征悬沙输移 宏观上存在着南支_ 海域- 北支一南支的大循环 长江口桔季青草涉水域流速较大，主要受径流控制，北港所受径流作用强于南港余流 方向指向口外，基本顺河槽分布，平水期余流大于枯水期，径流为余流的主要成分，北港大 于南港 本区域悬沙分布差异较大，因径流作用，分流口下段的悬沙浓度及变化梯度均大于上段， 南港大于北港，下游断面多为涨潮大于落潮，上游断面为落潮大于涨潮南港悬沙垂向扩散 系数大于北港，分流口上段悬沙扩散系数大予下段青草沙水探地所在北港区域枯季观测期 同水多沙少，拟建取水口则有涨潮流历时短涨潮流速弱、落潮流速强，含沙量较低等特征， 对于青草沙水源地的兴建是有利的徐六泾处水沙下泄与大通站下泄水沙颇为接近，悬沙浓 度较低 关键词：长江口分水分涉青草沙北支倒灌 苹莱师咒夫掌碾士掌e 沧文 a b s t r a c t y a n g t z ee s t u a r yi st h el a r g e s te s t n a r yi nc h j nl o c a t ei ne a s t e r nc o a s t t h i sd i s s e r t a t i o nb a s e d o nt h i sa r e a , s p e c i f i cl o c a t i o nw a sf r o mx u u u j i n st oh e n g s h ai s l a n d - l i a n x i n gi s l a n d s ，m p h a s i s t h e h y d r o d y n a m i c a n ds e d i m e n tc h a r a c t e r i s t i c sa n dm e c h a n i s mo fs u s p e n d e ds e d i m e n t i l m p o r r a t i o n f o c u so nt h et w od i f f i u c n c ea r e a , x 蛳i n ga n dq i n g c a o s h aw a t e r s ，t h i s d i s s e r t a t i o nb a s e do nt h er e c e n t l ys y n c h r o n o u sh y d r o l o g i cd a t a , i n c l u d i n gw e ts e a s o ni n2 0 0 2a n d d r ys e f l s o ni n2 0 0 5 ，2 0 0 6 h y d r o a r a p h y , s e d i m e n tt r a n s p o r tm e c h a n i c sa n dm a t h e m a t i c a ls t a t i s t i c sw a su s e di nt h i s d i s s e r t a t i o n , t h ef l o wa n ds e d i m e n tr a t i o sa n dt r a n s p o r t a t i o nw a sd i s c u s s e di nd e l m i l f l o wa n d s e d i m e n tr a t i o sa n dm m s p o r tm e c h a n i s mw a sd i s c u s s e du n d e rt h es u p p o r to fs o f t w a r em a p i n f o a n dm a t l a b ，s t a n d a r dh y d r o g r a p h ym e t h o dw a su s e dt of l o wa n ds e d i m e n tf l u xq u a n t i t y c a l c u l a t i o ni nr e p r e s e n t a t i v ec r o s ss e c t i o n so fy a n g t z ee s t u a r y , b a s e do nt h er e s u l t s , t h ef l o w , s e d i m e n ta n ds a l i n i t yc h a 碰吣t e r si n f l u e n c eo nt h eq i n g c a o s h ar e s e r v o i rw a ss t a t e d r e s u l t si n d i c a t e dt h a t t h es o u t hb r a n c ha n dn o r t hb r a n c ho fy a n g t z ee s t u a r yh a do b v i o u s d r ya n dw e ts e a s o nc y c l ea n dt i d ec y c l ec h a r a c t e r i s t i c s ，i nw e ts e a s o n , t h en o r t hb r a n c hw a s d o m i n a t e db yt h et i d a lc u r r e n t , h i g hv e l o c i t y , u g hs u s p e n d e ds e d i m e n tc o n c e n t r a t i o nw a sf o u n d i nt h i sa r e a s e d i m e n tf l o w e di n t ob o t h e n d so f n o r t hb r a n c hw h i c hw a si ns e d i m e n t a t i o nm o d e n e tl r a n s p o r t a f i o no f c u r r e n ta n ds e d i m e n tr e l e a s e di n t oq i l l 百o n gh a r b o ra n du p s t r e a m - g o i n gi n l i a n 】【m gh a r b o r , a l lt h ec n l t e l i ta n ds e d i m e n tw a ss t o r e di nt h en o r t hb r a n c ht e m p o r a r y , t h e n o r t hb r a n c hh a dh i g hs a l i n i t y , h a do f , c a nw a t e rp r o p e r t y an e wf o r mo f b a c k w a r dw a sf o u n di n n o r t h b r a n c h , u n d e r e f f e c t o f s t r o n g t i d a lc u r r e n t , t h es e d i m e n t w a sb a c k w a r d i n t os o u t h b r a n c h , t h eb a c k w a r dw a sh a p p e n e di nh i 曲w a t e rl e v e lp e r i o dd u r i n gs p r i n gt i d ea n dn o r m a lt i d e t h ev e l o c i t yi ns o u t hc h a n n e la n dn o r t hc h a n n e lc r o s ss e c t i o n si nt h el o w e rr e a c h e so f s o u t hb r a n c hw a sl a r g e rt h a nt h a to f b a i m a n s h ac r o s ss e c t i o n , t h ev e l o c i t yi nn o r t hc h a n n e lw a s al i t t l el a r g e rt h a nt h ev e l o c i t yi ns o u t hb r a n c h , r e s i d u a lc u r r e n tw a sq u i t el a r g ei nt h ee n t i r ea r e a , v a r i e dal i r l ew i t ht i d a lt y p e ，t h en o r m a lt i d ea n dn e a pt i d eb a s i c a l l yh a dt h es a m ef l o wa n d s e d i m e n tc h a r a c t e r i s t i c sw i t ht h es p r i n gt i d e t h es e d i m e n tr a t i oo fb a i m a o s h as o u t ha n dn o r t h w a t e r w a yw a s1 4 ：1 1 ，t h en o r t hw a t e r w a ys t i l lh a dc e r t a i nr u n o f fa n ds e d i m e n tt r a n s p o r t a t i o n c a p a c i t y t h e r ew a si 1 1 0 1 s e d i m e n to u t p u ti nt h el o wr e a c h e st h a nt h es e d i m e n ti n p u ti nt h e u p s t r e a mo fs o u t hb r a n c h , i n d i c a t e dt h a te r o s i o nm a yh a p p e n e di nt h es o u t hb r a n c h t i m s u s p e n d e ds e d i m e n tc o n c e n t r a t i o ni nt h en o r t hc h a n n e li so b v i o u s l yl a r g e rt h a nt h a to fs o u t h c h a n n e l ，n e tf l o wi nt h eb a i m a o s h ac r o s ss e c t i o na n ds o u t hc h a n n e lc r o s ss e c t i o nw a sd e c r e a s e d a l o n gw i t ht h et i d ew a si n c r e a s e d ，t h en e tf l o wr e a c h e dt h eb i g g e s ti nt h en e a pt i d e ，h o w e v e r , t h e n e tr e l e a s eo fs e d i m e n tw a so p p o s i t e ，r e a c ht h eb i g g e s ti ns p r i n gt i d e ，f l o wr e l e a s e di nn e a pt i d e w h i l es e d i m e n tr e l e a s e di ns 州n gt i d e ，i n d i c a t e dt h a tf l o wa n ds e d i m e n tt r a n s p o r t a t i o b e l i 翠表师蓖夫掌职尘学位伦文 c h a r a c t 出i u si nt h em a i nb r a n c hc h a n n e l ；t h en e tf l o wa n ds e d i m e n tr e l e a s ei nt h en o r mc h a n n e l w a si n c r e a s ew i t ht h et i d ei n c r e a s e , t h ef l o wa n ds e d i m e n t 订锄】s | 印删0 nw a sc o i n c i d e n t , i n d i c a t e d t h a tf l o wa n ds e d i m e n t 蚀s p c 吐撕0 nc h a r a c t e r i s t i c si nt h e1 1 1 i n o rb r a n c hc h a n n e l t h e r ew a sm o r e f l o wa n ds e d i m e n ti nt h ew e ts e a s o ni nn o r t hc h a n n e l t h es e d i m e n tm o v e m e n t 啪a c t i v e i nt h e w 咀s e a s o n , t h ef l o wa n ds e d i m e n tt r a n s p o r t a t i o ni nt h en o r t hc h a n n e lh a da na d v a n t a g eo v c tt h e s o u t hc h a n n e l , t h es u s p e n d e ds e d i m e n tc o n c e n t r a t i o ni s 纽rm o r el a g c ri nn o r t hc i m m e t , e s p e c i a l l yi ns p r i n gt i d e t h er a t i o so fn e tr e l e a s eo ff l o wd i s c h a r g ea n ds e d i m e n tc a nb eb e t t e ru s e dt od e s c r i b et h e e v o l u d o no fb r a n c hc h a n n e l s t h er a t i o so fn e tf l o wo fs o u t hb r m l c ha n dn o r t hb r a n c hi s9 6 7 a n d3 3 ，t h er a t i o so f n e ts e d i m e n to f s o u t h b r a n c h a n d n o r t h b r a n c h i s8 1 7 a n d l 8 3 ， i n d i c a t e dt h a tt h es o u t hb r a n c hi ss i l l ! g r o w i n 岛n o r t hb r a n c hi sd e d i n 吨t h ef l o wa n ds e d i m e n t m o v e m e n ti nw e ts e a s o ni ny a n g t z ee s t u a r yw a sr u n o f f m a i nb o d yr e l e a s e ds o u t h , t h ei n l e t * n l i l l o rc h a n n e ld e p o s i t e da n dm a i nc h a n n e le r o d e d ”，f l o wa n ds e d i m e n t q r a a s p o r t a t i o nv a r i a t i o n t h es u s p e n d e ds e d i m e n tw a n s p o r t a t i o nm a c r o s c o p i c a l i yr o u n dam a j o rc y c l es o u t h b r a n c h - - , s e a - - , n o r t hb m n c h - - s o u t hb r a n c h i nd r ys e a s o n , t h ev e l o c i t yo fq i n g c a o s h aw a sq u i t el a r g e ，b a s i c a l l yu n d e rt h ec o n t r o lo f r u n o f f ；t h er u n o f fi n f l u e n c e dn o r t hc h a n n e lm u c hg r c a t e rt h a nt h a to fs o u t hc h a n n e l t h e d i r e c t i o no fr e s i d u a lc u r r e n tp o i n t e dt ot h eo f fy a n g t z em o u t h , b a s i c a l l ya l o n gt h er i v e rc h a n n e l , t h er e s i d u a lc u r r e n ti nm e a n - f l o wp e r i o dw a sl a r g e rt h a ni nl o w - f l o wp e r i o d ，r e s i d u a lc u r r e n tw a s l m g e ri n t h en o r t hc h a n n e la n dr u n o f f w a st h em a i nc o m p o n e n t t h e s u s p e n d e ds e d i m e n t c o n c e n t r a t i o n o f t h i sa r e a h a d g r e a t d i f f e r e n c e i n d i s t r i b u t i o n , b e c a u s e o f t h ef u n c t i o no f r u n o f f , a sf a ra st h es u s p e n d e ds e d i m e n tc o n c e n t r a t i o na n dt h eg r a d i e n tw a s c o n c e r n e d , i nt h el o wr e a c ho f d i f f l u e n c ea r e aw a sg r e a t e rt h a nt h a to f u p s i d e , t h es o u t hc h a n n e l w a sg r e a t e rt h a nt h en o r t hc h a n n e l ，t h es e d i m e n td i f f u s i o nc o e f f i c i e n ti nt h eu p s i d eo f t h ei s b i g g e rt h a nt h el o w e rr e a c h e s t h en o r t hc h a n n e la r e aw h i c hq i n g c a o s h af t e s h w a t e rr e s o u r c e s b u i l th a v em o r er u i l o f f b u tl e s ss e d i m e n t , t h ew a t e rc o l l e c t i o na 1 1 嗨h a dt h ec h a r a c t e r i s t i c sf o rs h o f t f l o o dt i d ed u r a t i o n s l o wn o o dc u r r e n tv e l o c i t y , s t r o n ge b bc l 】r r e n tv e l o c i t y , l o ws u s p e n d e d s e d i m e n tc o n c e n t r a t i o n , a l lt h ec h a r a c t e r i s t i c sw a sg o o df o rt h eq i n g c a o s h ar e s e r v o i rc o n s t r u c t i o n t h es u s p e n d e ds e d i m e n tc o n c e n t r a t i o ni n 酬 n gw a sq u i t ei o w , t h er u n o f f i nx u l i u j l u gw a s c l o s et ot h a to f d a t o n gs t a t i o n k e y w o r d e ：y a n g t z ee s t u a r , f l o wa n ds e d i m e n tr a t i o s ，q i n g c a o s h aw a t e r s ，b a c k w a r di nn o r t h b r a n c h i v 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及 取得的研究成果据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意 作者签名： 竭堑 日期：竺2 ：墨：! i 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留，使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索有权将学位论文的标题和摘要汇编出版保密的学位论文在 解密后适用本规定 学位论文作者签名：胡鸹 日期：丝z 量：! i 导獬：广狮髟z 日期：2 1 2 ：f 卓秉师范大掌顼尘掌懂凳文 第一章绪论弟一早珀下匕 1 1 科学背景和研究意义 长江口河段自徐六泾至河口5 0 号灯标，长约1 8 1 8 k m ，平面形态呈扇形分汊。 徐六泾断面宽约5 7 k m ，河口口门宽约9 0 k i n ，徐六泾以下的崇明岛将长江分为 南、北两支，南支又由长兴岛和横沙岛分为南、：i t - - 港，九段沙又分南港为南槽、 北槽，形成三级分汉、四口入海的格局。 河口是河流水沙入海的必由通道。长江是世界级大河，是我国第一大河，巨 量的水量和沙量下泄，经过河口后直接进入东海。长江上游水沙抵达各级分汉口 发生分流，通常分流量大的汉道，趋于发展，成为主槽；分流量小的汉道，趋于 衰退，成为副槽。分流控制汉道的兴衰、影响河口的演变，如埃及尼罗河口，自 1 9 6 4 年阿斯旺大坝截流后，改变了下游分汉河道的水沙分流状况，引起典型河 段主槽的弯曲、缩窄和萎缩。长江口北槽深水航道治理的关键工程之一，就是在 三级分汉口的江亚南沙滩顶上实施分流鱼咀工程，使北槽的分流量稳定在5 5 以上。 据大通水文站1 9 5 0 2 0 0 3 年资料，长江年径流量9 0 5 1 亿h 1 3 ，年输沙量4 3 3 亿t 。然而，近年来到达长江口的泥沙呈显著减少的趋势，且出现了水沙变化不 同步的现象( 图1 1 ) 。根据大通站资料，2 0 0 3 - 2 0 0 5 年实测年平均输沙量为1 9 0 亿t ，仅为多年平均输沙量( 4 3 3 亿t ) 的4 4 ，而下泄水量基本未减，这样必 然导致径流水体含沙量降低，2 0 0 5 年大通站年平均含沙量为0 2 3 9 k g m 3 ，不足 多年平均含沙量( 0 ，4 8 6 k g m 3 ) 的一半。对于河i z l 区域来说，短时期内流域下泄 泥沙出现的巨大变异，河口区必然会作出相应的反应，上游来水来沙对河口区域 的影响结果以及河口区域对应的水沙调整必然成为公众关心的热点问题。 率宋师范夫掌顼士掌t 毫伦文 ： 霪 簿8 0 图1 1 长江水沙变化示意图 长江口地处我国重要的经济发展区域，是上海港的门户，一批重大已建、在 建及拟建工程，如深水航道整治工程、外高桥和长兴岛造船基地、洋山深水港、 过江通道、祟明东滩和九段沙湿地生态保护区等等都发生在该区域。一方面，这 些河口重大工程的兴建必然在较大程度上影响河口水沙过程；另一方面在短时段 内流域下泄泥沙量出现的巨大变异，必将加速河口泥沙调整及变化过程，同时对 河口一系列重大工程产生新的问题，甚至构成新的威胁。另外，三峡工程于2 0 0 3 年6 月正式蓄水，这一工程必将极大地改变上游来水来沙情形，也必然引起长江 河口段的水沙呈现出新的特征。 长江口北支的衰亡由分流量减少、潮流作用的增强及地形等因素共同作用而 引起的，北支泥沙倒灌对于长江口南北支的演变具有较大影响，尤其对于北支的 治理具有深远的意义。长期以来许多研究成果都涉及北支泥沙倒灌问题，但介绍 倒灌动力机制的研究并不多见。南北港分流口水域作为长江口的二级分流口，长 期以来处于自然演变状态。由于河道宽阔，涨落潮流路分离，分流口多年来处于 周期性上提下移状态，导致水流频繁在江中沙岛或暗沙上切滩，分流口的变迁引 起南北港通道兴衰，导致南港或北港大幅淤积，严重影响两岸岸线的开发利用和 航运发展。长江口的研究历来被大家所重视，不同研究者往往采用不同时期的水 沙资料，导致研究较为分散。针对这一倩况，本论文利用较新的同步大面水沙资 料，对长江口区域的水沙输移及分配特征进行综合研究。 随着上海市城市经济的不断发展，供需水矛盾日益突出。目前，上海市原水 供应主要依靠黄浦江上游和长江口陈行水库二大集中水源地，黄浦江上游水源不 2 o釜耐藿 翠宋师范夫掌磺士掌t 忙文 断受污；而陈行水库库容偏小，抗成能力低下，。原水供应从黄浦江向长江转移已 成必然趋势。青草沙水源地的建设也即应运而生，目前已为解决上海原水增量缺 口和提高供水水质的主要战略水源地，已列入上海城市总体规划，进入了实质性 启动。目前对青草沙水源地的研究主要集中在盐水入侵上，对水沙特征方面规律 揭示比较少。本文根据最新的水文泥沙资料，对南北港分流口区域特别是青草沙 取水口附近的水沙特征进行详细阐述，为南北港的演变以及青草沙水库的建设提 供科学依据。 在此背景下，深入探讨长江口水沙输移出现的新状况，不同年份洪枯季水沙 对河口的影响以及引起的河口演变，阐明北支泥沙倒灌的现象及机制，将对长江 口演变趋势预测和开发治理具有重要的理论意义。 1 2 国内外研究现状 河口地区的水沙输移向来是河口研究的热点问题之一，水沙在分汉河口的分 配及输移对河口区域的演变以及河h - r 程的兴建具有重要意义。很多学者对于全 球入海泥沙通量普遍减少趋势也给予很多关注，长江入海泥沙的减少也符合这一 趋势。 ( 1 ) 河口水沙分流及输移的国内外研究现状 河口水沙的分配、输移及与之相应的河口演变历来是河口研究中的重点问 题，国内外研究者甚众。长江口是世界典型的分汉型河口，其水沙状况及演变趋 势受到国内外学者的广泛关注。近年来，这方面的研究较多为理论与实测资料分 析相结合的研究。$ b r y c e 等( 1 9 9 8 ) 研究了n o r m a n b y 河口洪枯季在上游输沙 与潮流输沙的共同作用下出现相应的演变特征。h e r m a nr i d d e r i n k h o f 等( 2 0 0 0 ) 根据对e m s - d o u a r d 河口的潮滩及周围深槽针对不同的潮流、波浪条件产生的不 同悬沙状况的研究，探讨了水下地形及潮流、波浪动力条件等对河口悬沙输移的 影响。s h o s s a i n 等( 2 0 0 1 ) 对澳大利亚的r i c h m o n d 河口洪枯季泥沙输移进行了 对比分析，并利用模型阐述了不同水流状况对悬沙输移的影响。j u n c l e s ( 2 0 0 2 ) 对河口地区各项水沙过程的动力机制进行了较好的总结，还对近期河口地区的最 新进展趋势进行了总结。针对长江口的研究，贺松林( 2 0 0 0 ) 提出稳定的径流和 输沙、丰富的泥沙补给、中等强度的潮汐是长江河口分汉水道形成的基本条件， 并提出了长江口三个分汉口的基本特征及共同的组构模式。府仁寿等( 2 0 0 3 ) 根 3 辜秉师范尢掌殒士学伍f e 文 据对长江口大通站5 0 年水沙资料的分析，发现大通站输沙有明显减少趋势，并 分析了大通站的水位一流量关系和流量一输沙率的关系。陈沈良等( 2 0 0 4 ) 对长 江口及邻近水域悬沙状况进行分析，得出了长江口的悬沙分布规律并进一步阐明 了悬沙分布的动力机制。巩彩兰等( 2 0 0 2 ) 据多年实测资料统计，得出了引起长 江口地形演变的流量阀值，并从长江河口河槽演变基本特征及南港、北槽底沙输 移强度引证长江洪水在河口地区的造床作用。戚秀莲等( 2 0 0 0 ) 通过对历年资料 的整理分析，得出了南港河段水文泥沙特征以及河床演变特征。杨许候等( 1 9 9 9 ) 根据南港实测水文资料分析，得出了南港潮流特征以及潮汐特征。巩彩兰等 ( 2 0 0 3 ) 分析了1 9 5 8 年来测河口至横沙之间的南港水下地形图，揭示了该区域 底沙输移规律及其对南、北槽分汉演变趋势的影响。李九发等( 2 0 0 4 ) 根据对长 江口涨潮槽长期了解的基础上，根据最新的水沙资料，得出了长江口涨潮槽的水 沙运动特性和潮汐特征。吴华林等( 2 0 0 4 ) 根据多幅不同年代的南北港的海图， 利用g i s 方法定量地进行了南北港容积的计算，分析南北港的容积变化与分汉口 演变的关系，并总结了南北港的演变过程。l ij i u f a 等( 1 9 9 8 ) 年分析了泥沙的 再悬浮、潮流、垂向动力环流对长江口最大浑浊带的形成的影响及其泥沙运动及 输移的特征，并提出长江河口各出海汉道最大浑浊带的不同动力机制。恽才兴 ( 2 0 0 4 ) 对长江口近期演变的基本规律做了详细的介绍和系统总结。 长江入海泥沙量出现明显减少趋势，引起国内更多学者和工程师们的关注。 上世纪9 0 年代始，尤其随着三峡水库的建成，入海泥沙通量减少趋势进一步加 剧。2 0 0 3 年6 月，三峡水库开始正式蓄水并拦沙后，2 0 0 3 年长江的年输沙量和 年平均含沙量较多年平均值明显偏少，大通站年径流量偏多3 左右，但输沙量 偏少5 5 左右，2 0 0 4 年输沙量减至历史最低的1 4 7 亿t 。短时段内流域来沙巨 变态势下，恽才兴( 2 0 0 4 ) 指出，己造成杭州湾北岸的全面侵蚀和长江三角洲前 缘海床的冲刷；赵庆英等( 2 0 0 3 ) 认为河口的冲淤对流域来水来沙条件的变化具 有敏感的响应；y a n gs l e ta 1 ( 2 0 0 3 ) 根据1 9 5 1 2 0 0 0 年大通站水沙资料 和长江口地形图，尝试建立了三角洲冲淤对河流供沙量响应的概念公式，并据此 预测考虑三峡工程等多种人类活动的可能影响，估计本世纪上半叶和下半叶的河 流入海泥沙量将分别减少约6 0 和4 0 ，长江三角洲的总体淤涨速率将急剧下降， 口门外水下三角洲将出现严重侵蚀；虞志英，楼飞( 2 0 0 4 ) 从南汇嘴近岸海床地 形冲淤演变的事实出发，认为长江入海泥沙通量减少在宏观上是造成南汇嘴近岸 4 率东师范夫掌顼士学位沧文 海域冲淤演变的主要自然因素，2 0 世纪9 0 年代以来南汇嘴近岸大规模的促淤造 地工程加大了对近岸海床冲刷的影响，在今后长江下泄泥沙量持续减少时期，近 几年南汇嘴近岸海床冲刷是不可逆转的；李明等( 2 0 0 6 ) 就近年来长江入海泥沙 通量与长江口滩涂资源变化分析后认为，受长江入海泥沙锐减的影响，崇明东滩 开始出现局部侵蚀，自2 0 世纪9 0 年代中期以来，平均侵蚀速率达l k m 2 a ，已累 计造成潮滩损失5 ，九段沙自2 0 0 0 年以来开始出现蚀退，向海一侧年蚀退速率 达3 8 k m 2 a ，受三峡工程及上游新修水库、南水北调、河床采砂、流域生态恢复 等多种流域人类活动的影响，长江三角洲滩涂的侵蚀可能进一步加剧，三角洲 以南的浙江沿岸海湾滩涂也将受到影响；钮新强、徐建益等( 2 0 0 5 ) 研究了长江 来水来沙变化对长江口水下沙洲发育的影响，认为入海径流量不变而泥沙通量锐 减造成水流挟沙能力的增强是河口区水下沙洲冲刷、河槽容积增加的主要原因， 并指出长历时的上游来沙量减少将导致河口地区的溯源冲刷；金谬等( 2 0 0 5 ) 认 为由于流域来沙量远小于河口内泥沙再悬浮总量，流域来沙的减少短期内对河口 水体含沙量影响不大，但就近期而言，流域减沙和粒径细化已引起河口上段主槽 断面积和宽深比的变化，导致长江口主要江心沙洲呈现趋势性萎缩和河口河床演 变活跃化，出现大量冲刷底沙的下移，从而对长江口深水航道的维护带来不利， 而从长期效应看流域减沙有利于长江口深水航道的维护。 在长江三峡水库刚运行三年，来沙锐减，河口边滩淤积减缓，近岸和水下三 角洲微冲已成事实的前提下，可以肯定地说，长江河口已成为研究陆海新的来沙 条件下河口泥沙变化过程和通量的理想区域，研究成果既有重要的理论意义i 又 有较好的应用前景。 ( 2 ) 河口悬沙通量计算的国内外最新研究进展 为了定量地对河口水沙分配进行研究，对潮汐河口断面通量的计算是本文中 的一个重点问题。目前比较常用的是传统水文法和机制分解法，数值模拟的方法 近期也得到了快速的发展。上世纪6 0 、7 0 年代b o w d e n ( 1 9 6 3 ) 、f i s h e r ( 1 9 7 2 ) 、 和d r e r ( 1 9 7 4 ) 先后在标准水文法的基础上发展了断面水沙通量计算公式。王康 善和苏纪兰( 1 9 8 7 ) 采用相对水深取代绝对水深，导出了河口区相对观测层次的物 质断面输运公式，计算了长江口南港水沙通量的情况。陈子粲( 1 9 9 9 ) 利用机制 分解法计算了珠江伶仃河口湾铜鼓水域的水沙净输移，并对铜鼓水域沟槽悬沙输 运进行了机制的探讨。沈焕庭等( 2 0 0 0 ) 根据对大通站1 9 5 0 - 1 9 8 5 年水沙资料的 隼莱师范夫学硬士掌厦论文 分析，研究了长江入河口区水沙通量的季节变化、年际变化以及水沙之间的关系。 时伟荣和李九发( 1 9 9 3 ) 、沈健和沈焕庭等( 1 9 9 5 ) 运用通量机制分解法结合长江口 实测资料分别对长江口南北槽和最大浑浊带区的水沙输运进行计算，认为潮泵输 沙对最大浑浊带的形成有重要贡献。吴加学等( 2 0 0 2 ) 采用等面积单元网格法估 算了长江河口南港断面的悬沙通量，得出了南港断面的悬沙输移特征以及输移机 制。刘新成等( 2 0 0 2 ) 根据等面积时变网格原则，计算了南北港的水沙在在大、 小潮周期平均下的净通量，并采用机制分解法对各不同动力因子对净通量的贡献 和输运机制作了讨论。万新宁等( 2 0 0 4 ) 采用机制分解法以及等面积时变网格法 对长江口外海滨典型断面进行了悬沙通量计算，得出两者计算结果存在一致性， 并进一步阐明了悬沙输移的动力机制。钟修成根据1 9 1 5 1 9 7 6 年地形和水文资 料，探讨了长江口南、北港汉道水流和泥沙分配规律，阐述了分汉河段的河床摆 动与其联系。沈焕庭等( 1 9 9 8 ) 年计算了南北港的分流比，得出了南港略微占优的 观点。k i t h e k a ( 2 0 0 5 ) 采用标准水文法计算非洲塔纳河口( t a n ae s t u a r y ) 水 沙通量，探讨了流域的一系列变化引起的河口悬沙通量的改变。 ( 3 ) 北支的水沙状况及倒灌的研究现状 北支的研究主要集中在北支衰退的研究上，陈宝冲( 1 9 9 3 ) 根据北支多年的 水沙资料，描述了北支的河势变化及北支水沙的输移特征，总结了南北支多年的 分流比，并论述了北支潮量倒灌南支的现象。曹民雄等( 2 0 0 3 ) 通过对北支实测 资料的计算分析，得出了北支水道的水沙特性，并分析了北支水沙变化与河床变 化的相互关系。孟翊等( 2 0 0 5 ) 通过不同时期海图对比，论证了北支的衰退机制， 通过对北支口断面水沙通量的计算得出了北支泥沙倒灌、入海河段衰退的主要原 因。陈沈良等( 2 0 0 3 ) 从机理上阐述了北支涌潮发生的原因，并进一步论述了北 支涌潮引起的北支水沙上溯对南北支分流口处的河口形态的影响。张长清等 ( 1 9 9 8 ) 根据1 9 0 7 1 9 9 1 年的水文、泥沙资料，阐述了北支近一个世纪以来河 道变化情况并提出了北支治理的初步建议。 1 3 拟解决的关键问题 历年来许多学者对长江河口区水沙分配做了很多工作，但是由于资料的限 制，计算往往集中在某个汉道上，不同时期的研究又因时间不同而不具备可比性， 6 草束j ；i f 琵大学硗士半伦文 因而，本文拟根据2 0 0 2 洪季、2 0 0 5 、2 0 0 6 年枯季较新大面水沙资料，解决以下 关键问题： ( 1 ) 根据实测多点多断面的水文泥沙资料，采用标准水文法定量计算长江口 上游水沙在各个汊道的分配及输移情形。 ( 2 ) 利用水力学及泥沙运动学原理，通过对泥沙倒灌过程的研究来阐述北支 泥沙在一定的潮汐以及径流作用下的倒灌，并定量计算北支倒灌入南支 的泥沙通量。 ( 3 ) 根据实测资料阐述长江河口一、二级分汉口口区域的水文泥沙特征，根 据所得结果，阐述河口区水、沙、盐特征对青草沙原水工程的影响。 1 4 本文的研究内容 第一章绪论，主要阐述本文的科学背景和研究意义、国内外研究现状及本文 拟解决的问题等。 第二章研究区概况、资料来源及研究方法，介绍长江河口水沙基本情形，描 述本文所用资料的采集时间以及站位布设情况，并提出本文所采用的 主要方法。 第三章长江口近期洪季水沙特征，根据2 0 0 2 年资料得出长江口近期水沙特 征，并根据大面资料得出长江口水沙在河口区的输移路径。 第四章长江口近期枯季水沙特征，根据2 0 0 5 、2 0 0 6 年资料得出长江口近期 枯季水沙特征。 第五章南北支分水分沙区域研究，根据2 0 0 2 年水沙计算结果得出南北支分 水分沙情况，定量计算水沙的分配，并在m a t l a b 支持下研究北支 倒灌南支的发生机制，根据实测资料描述分流口( 徐六泾) 区域水沙 特征。 第六章南北港分水分沙区域研究，根据2 0 0 2 年水沙计算结果得出南北港分 水分沙情况，结合青草沙水源地工程探讨分流口区域水文泥沙特征。 第七章结论与不足。 ( 1 ) 研究方法 水文学、泥沙运动力学、水力学、g i s 等方法； 7 草宋师范夫学硪尘学伍论文 采用标准水文法计算潮汐河口断面水沙通量： 利用泥沙运动力学及水力学方法探讨北支泥沙倒灌机制； 利用g i s 方法定量计算河口汉道冲淤量及过水断面面积。 ( 2 ) 技术路线： ( 1 ) 资料收集、整理。收集2 0 0 2 年及2 0 0 5 、2 0 0 6 年洪枯季水文泥沙资料并 进行整理、计算，收集国内外最新研究成果。 ( 2 ) 图件收集、数字化。收集同时期海图及自测地形图。 ( 3 ) 根据实测资料，对于具备通量计算的断面拟采用标准水文法进行断面通 量的计算得出各断面的水沙通量，并计算分水分