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《华东师范大学》 2016年
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河口滩槽水沙特性及交换研究

邢超锋  
【摘要】:河口海岸水沙运动是陆海相互作用研究中物质输运密切相关的重要内容。研究河口最大浑浊带水沙特性及交换规律,探索沉积泥沙来源,对于理解河口最大浑浊带形成机制具有重要的意义。在人类活动强势影响的今天,长江河口北槽深水航道的回淤问题严重,泥沙来源和回淤机制两个方面的关键问题有待深入回答。伴随流域趋势性减小,为了更好的认识河口口门及口外对河口浑浊带的泥沙贡献及北槽相邻滩槽之间的水沙交换过程,本研究基于2014年洪、枯季长江口北槽中下段及其相邻水域的大范围、同步水文观测资料,分析了该区域的水沙输移特征、悬沙和表层沉积物的垂向交换强度,以及滩槽水沙交换。得到的主要认识总结如下:(1)滩槽水沙分布特征具有显著差异。水动力场:空间上,流速呈现“槽内大,浅滩小”特征;潮流在北槽及九段沙浅滩水域为往复流,在北槽口外及横沙浅滩水域为旋转流;时间上,洪季流速大于枯季,大潮大于小潮。悬浮含沙量场:洪季大、小潮及枯季大潮表现为“槽内高,浅滩低”,而枯季小潮与此相反;北槽含沙量洪季大于枯季,大潮大于小潮;两侧浅滩则呈洪季大潮枯季大潮枯季小潮洪季小潮的特征。表层沉积物分布:呈“滩粗槽细”的分布;北槽内“南粗北细”;两侧浅滩沉积物随水深增加而细化。从枯季到洪季,表层沉积物呈“槽内粗化,浅滩细化”的变化特征。(2)浅滩沉积物对台风的响应特征由工程前的粗化转为工程后的细化。北槽深水航道工程建设之前,台风影响表现为两侧浅滩表层沉积物的粗化,2000年7月数据分析表明,九段沙浅滩沉积物中值粒径由50μm增大到103pm。导堤工程修建后,2014年8月数据分析证实,台风作用后两侧浅滩沉积物显著细化,九段沙浅滩表层沉积物中值粒径由90 u m减小为55 u m,横沙浅滩表层沉积物中值粒径由80μm减小为69 μ m,这一与以往认识不同的发现,可归结为导堤工程对风浪及浅滩沉积物的阻挡所致。(3)提出粉砂和粘土组分的海域来沙对浑浊带泥沙有重要贡献。基于同时考虑流域和海域来沙两种可能,且考虑黏土-粉砂-砂三组分不同的交换率,改进了悬沙和沉积物交换率计算方法,认识到泥沙交换率“浅滩低、槽内高”的特性;两侧浅滩的流域来沙交换率介于0.1-0.3,海域来沙交换率不足0.1;流域来沙在北槽内交换率呈现“南高北低”特征,南侧交换率介于0.4-0.6,北侧不足0.4;海域来沙在北槽内的交换率为“南低北高”,南侧交换率不足0.4,北侧则大于0.5;北槽口外区域的海域来沙交换率大于0.5,流域来沙交换率通常不足0.3。海域来沙部分,主要是粉砂和粘土组分参与垂向交换;流域来沙部分,主要是粉砂组分参与垂向交换。(4)给出“南槽-九段沙浅滩-北槽.横沙浅滩”子系统之间的滩槽水沙交换分布。“南槽-九段沙浅滩北槽”之间的滩槽水沙交换具体表现为:涨潮初期水沙由北向南输移;涨潮中后期水沙由滩归向两槽;落潮初期,水沙运动由南向北;落潮中后期,水沙仅由南槽漫滩。“北槽-横沙浅滩”之间的滩槽水沙交换表现为:涨潮初期由滩向槽;涨潮中后期至落潮初期由槽向滩;落潮中后期水沙交换终止。水交换通量表现为大潮大于小潮,洪季大于枯季;悬沙交换通量发现洪季小潮泥沙通量最小,具体表现为洪季大潮枯季大潮枯季小潮洪季小潮。综上,本研究对比分析了长江口北槽下段及相邻浅滩水域水沙特性及时空变化特征,并对悬沙和沉积物垂向交换、滩槽泥沙交换进行了分析研究,对河口沉积泥沙来源、浑浊带泥沙交换和深水航道泥沙来源研究均有重要科学价值和应用意义。
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TV148

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