长江口水动力学及其泥沙运输规律
长江口水动力学及其泥沙运输规律一、长江口概况：长江河口地处我国东部沿海，受到来自流域径流、泥沙和外海潮流、成水入侵、风、波浪及河口科氏力和复杂地形等绪多园了的影响，动力条件多变，泥沙输运复杂。
从陆海相互作用的角度看，长江河口至少存在几个水沙特性不同的典型河段，而每个典型河段又存在不同性质的界面，如：大通河段(潮区界)、江阴河段(潮流界)、徐六径河段(盐水入侵界)、拦门沙河段(涨落潮流优势转换界面)、口外海滨区(泥沙向海扩散的外边界和长江冲淡水扩散的外边界)。
每个典型河段及关键界而都涉及到物质和能量的传输；每个典型河段及关键界面都有其固有性质，且相互影响，可以说河口过程在很大程度上被发生在每个典型河段的界面上各种现象所制约。
二、水动力方程及验证1、长江口水动力过程的研究进展（长江口水动力过程的研究进展）在过去20多年中, 长江口水动力过程研究成果大量来自河口海岸学家、物理海洋学家、海岸工程师、环境流体力学家的文献、著作。
本文的目的是力图把这些文献(以正式发表的文献为准,不包括研究报告)汇集起来,对长江口潮流、余流、波浪、盐水入侵的研究进行总结, 究竟我们对长江口水动力过程了解多少?究竟长江口水动力过程还有哪些问题值得研究?1.1 长江口余流、环流、水团、长江冲淡水基于现场实测资料, 胡辉等1985年对长江口外海滨余流的运动变化特性进行了一定的研究。
研究结果表明: 长江口外余流约为潮流的1/ 2～1/ 5 , 上层余流以向东为主, 中层余流多偏北, 底层余流有偏西的趋势。
径流是长江口外上层余流的重要组成部分,并以冲淡水的形式存在; 中、下层余流则与台湾暖流的顶托和牵引有关。
王康、苏纪兰1987年研究了长江口南港的横向环流、垂直环流及其对悬移质输运的影响。
在前人基础上导出了长江口相对观测层次的物质断面传输公式,增加了反映环流及振荡切变的各种相互关系的有关项。
基于现场观测资料,Wang等1990年研究了长江口水团、长江冲淡水团等的基本特征。
根据1996年长江口南港水道枯、丰水期大、中、小潮两次各26 h的全潮水文实测资料,杨许侯等[1 ]统计分析了实测潮流的特征和潮流类型、运动形式、潮流垂直变化、余流、分潮对涨、落潮流不等的影响。
崔茂常1984年, 张庆华等1993年, 朱建荣、沈焕庭1997年对长江冲淡水进行了研究。
1.2长江口潮流数学模拟长江口水域开阔, 口内多浅滩和沙岛, 流场分布规律比较复杂。
在长江口水域建立平面二维数学模型, 有利于对长江口的水动力特性从宏观上加以研究。
同时, 河口平面二维数学模型的差分求解方法已比较成熟, 且运算量相对较小。
采用平面二维数学模型能够利用现有的计算设备, 并在较短的运算时间内完成对长江口水域内流场平面分布特性的数学模拟。
对平面二维数学模型的有限差分解法中, ADI法由于其较好的稳定性且计算量相对较小,赵士清1985年,刘上煊、叶永1987年,韩丕康、黄国玲1987年,刘世康、徐建益1987年,刘上煊、陶学为1987年,王船海、程文辉1991年,徐建益、袁建中1992年,许朋柱、毛锐1993年, 刘桦[2 ]等已将此法应用于长江口。
此外,汪德等1987年用特征线法、破开算子法等差分方法进行长江口平面二维潮流数学模型求解。
除有限差分法外, 唐苓等1992年将边界元法用于平面二维数学模型的求解;易家豪、叶雪祥1983年; 成安生等1987年采用有限单元法及限体积法等, 赵士清1985年采用三角形网格, 并将局部的有限元法和有限差分法结合起来, 在保证计算稳定性的同时,减少了计算量。
参照国外学者的方法, 刘上煊、叶永1987年将长江口平面二维潮流方程分别划分为: 动量平流项、水平动量扩散项以及波传播项。
其中,动量平流项按特征曲线差分格式展开, 水平动量扩散项按有限差分展开, 波传播项采用隐式方向交替格式(ADI ) 展开。
韩丕康、黄国玲1987年建立了长江口南支河段平面二维不稳定流计算的数学模型, 着重长导堤整治工程情况下的数值解法。
从二维不稳定流的基本方程和流体连续方程出发, 在加权剩余的G alerkin 方法上, 成安生等1987年导出了长江口北支二维不稳定流的一种有限元数值计算模式。
长江口南槽各参量横向差异较小, 潮流主要呈往复流形态。
在该区域, 横向积分的垂向二维模式显然是合理的。
基于潮流有限差分方程, 黄世昌等1994年选用Prandtl 混合长度理论处理涡动扩散和黏滞系数, 同时考虑由盐度差引起的密度异重流, 采用Munk 2 Anderson的衰减函数来模拟长江口南槽的垂向二维结构。
模拟结果揭示了南槽既是涨潮优势流的转换地带, 又是最大流速区。
1.3长江口波浪场、台风暴潮的数学模拟长江口的波浪以风浪为主, 浪向频率与风向频率基本一致, 季节性变化十分明显。
春季盛行SE 2 SSE浪、夏季盛行SSE 2 S浪, 秋季盛行NE 2NNE浪,冬季盛行NW 2NNW 浪。
涌浪以偏东浪向为主。
朱慧芳等1984年认为口门地区多年平均波高为0. 9 m, 平均周期为3. 7 s , 在口门以内,多年平均波高为0. 35 m,平均周期为2. 4 s。
以长江口区波浪实测资料为依据, 何金林1996年对目前国内外常用的风浪要素计算方法进行了比较分析, 认为就目前资料条件下, 最适合长江口区的、能满足工程设计要求的风浪要素计算方法为莆田公式。
以长江口深水航道整治工程为背景, 陶建华等[5 ]对长江口大面积波浪场的计算方法进行了研究。
他们应用抛物型缓坡方程模型计算了长江口整治工程前的波浪场, 对长江口整治工程后局部复杂地形和工程结构物附近的波浪场用以Boussinesq方程模型为基础的“数值波浪水池”进行了细化研究。
长江口台风暴潮的数值模拟研究包括: 计算模式、增水计算、潮波传播计算和预报模式, 张君伧、盛根明1987年, 盛根明1987年采用二维全流型方程组套用差分格式计算了长江口地区风暴潮, 他们将口外区增水线性计算、口内区考虑增水与潮汐综合作用非线性计算。
1.4存在问题及展望(1) 由于分层潮流与地形的相互作用, 许多河口广泛存在着内波, 长江口的内波研究尚无文献报道,今后能否加强这方面的研究? (2) 河口区域除主要受潮流影响外, 波浪作用有时亦较强烈。
在近几年来,河口波浪与潮流的共同作用愈来愈受到研究者的关注[10 ], 并在平面二维数学模型中加以考虑。
严以新1989年, 辛文杰1997年[11 ]在这方面取得了一定的成果。
在长江口平面、垂向二维及三维数学模型中, 如何考虑河口波、流相互作用(耦合) ? (3) 近年来, 人工神经网络也不断应用到水科学中,能否将其应用到长江口水动力过程研究中? (4) 长江口浅滩多, 在过去的潮流数学模型中并没有很好地解决动边界问题。
(5) 长江口水动力数学模拟结果的计算机可视化方面还应加强研究。
(6) 究竟何种紊流模型适合长江口潮流的数学模拟? (7) 长江口水流的紊动扩散系数究竟如何选取较为合理? (8) 究竟何种计算网格较适合长江口潮流的数学模拟? (9) 刘宇陆1995年曾利用特征值理论和摄动方法研究了潮汐水流的垂向结构, 此方法能否在长江口潮流研究中尝试?(10) 究竟长江口径流、潮流、波浪、异重流、沿岸流、地形如何相互作用? (11) 长江口水动力过程的现场实验、数学模拟和物理模型究竟相互衔接得如何? (12) 大型水利工程, 如深水航道整治工程、围垦工程, 究竟如何影响长江口水动力过程? 程度和量级如何?2、长江口水动力分布特征：（长江口水动力和悬沙分布特征初探）水动力是塑造河口地貌形态、促使河口演变的主要动力因索，而流速及其沿垂线的流速梯度的分布特征是水动力的基本特征之一，对它们的分析也是研究水动力过程的重要手段。
在河口地区，流速和流速梯度受到陆海这两种动力互相消长的影响，因此在时间和空间上有较复杂的变化和分布规律。
而且流速和流速梯胰与悬沙分布及转移规律有举膜联系，因_l 鲍众多研究都越在比较悬沙分布及输移规德后，用瘩裁力条律来解释蘩申静交诧过耧(淀矮瘫，零丸发，1988{淀浚蹇等，i988；班iew01anski，1993；M．Fettweis，1998；时钟等，2000；Herman Ridderinkhof，2000)。
长江口径流有明鼹的洪枯季变化，潮流有大小潮变化，而且“三级分汊，四口入海”戆基本辏蜀，健长江西懿承凌力分表较梵复杂。
因戴，在长江墨分褥流速及流速梯度的对空分布特征有助予邀一步了解积攀握长江口水动力分布特性。
基于2003年洪枯季长江口大面积多船水文、泥沙凇同步观测资料，并对上述资料进行整理，分析长江口涨落潮、枯洪的分布特征。
2.1 2003年枯季：（细节都在文章里，可能要截取一下，但是复制的准确率太低了，就交给陆小弟吐血手打了哈~O(∩_∩)O~）2.1.1 潮周期分布：2.1.2 平面分布2.1.3 垂线分布2.2 2003年洪季：2.2.1潮周期分布2.2.2平面分布2.2.3垂线分布三、泥沙运输规律：（长江口泥沙输移分析*）长江口实测年最大输沙量6.78 亿t，最小输沙量3.41 亿t，年平均输沙量4.86 亿t。
每年由径流携带来的泥沙中有50%左右在长江口三角洲地区沉积下来，成为形成长江口拦门沙的主要成分。
关于河口泥沙运动，现有研究仍以河流中恒定输沙的研究成果为主要基础。
但恒定输沙理论中的许多概念，如起动流速和挟沙能力等，是建立在均匀流这一理想流动模式基础上的，然而河口泥沙输移具有非恒定性，这是其与恒定输沙的主要区别[1]。
因此河流稳定情况下的垂向流速及含沙量的分布不能直接应用到河口区的流速与泥沙分布情况。
另外，潮流的流速经常处于变化之中，在涨潮和落潮之间会出现一个憩流阶段，对于细颗粒泥沙来说，就会出现起动和止动的现象，这样在水流和泥沙运动之间会出现一个时差，即河口区的泥沙运动会出现滞后现象，含沙量峰值发生在低流速时刻[2]。
滞后现象不仅对泥沙的淤积位置产生影响，还会破坏潮流中悬沙浓度与流速之间唯一的对应关系。
这给根据一定的水力条件来预报悬沙的浓度带来了困难。
同时，河口泥沙频繁起降，床面泥沙密实度随时而变，对泥沙的起动和上扬具有不可忽略的影响。
1、长江口泥沙的起动：根据实测床沙粒径及水深条件，由窦国仁泥沙起动流速公式[4]，推算出南、北港断面的泥沙颗粒的起动流速。
其中南港断面的泥沙颗粒的起动流速为Uc=0.78~1.12 m/s。
在大潮涨潮时，一般涨潮后1 h 垂线平均流速可达1.00 m/s，此时河床泥沙已被扰动，部分泥沙颗粒已被掀起，含沙量开始增大。
涨潮后2~3 h流速出现最大值，此时水流紊动性强，整个垂线含沙量达到最大值，表层含沙量可达0.300 kg/m3，近底层含沙量达0.420 kg/m3。
长江三峡工程的泥沙问题
长江三峡工程的泥沙问题张仁三峡工程曾经经历长时间的论证工作，在论证工作中，泥沙问题始终是三峡工程的最重要的问题之一。
在可行性论证阶段，主要研究的泥沙问题有5个方面。
1993年以来三峡工程的泥沙研究包括8个方面。
1 可行性论证阶段主要研究的泥沙问题(1) 如何长期保持三峡工程的有效库容根据黄河上修建三门峡水库的经验和教训，三峡水库采用了“蓄清排浑”的运用方式，水库在汛期维持低水位，使泥沙可以顺利排出库外；在非汛期水流含沙量减少时，水库蓄水兴利。
按照数学模型计算的结果，在水库运用100年后，在汛期限制水位145m和正常蓄水位175m之间的防洪库容可以保持86%；175m和枯水期限制水位之间的库容可以保持92%。
因此，三峡工程的大部分有效库容是可以长期保存的。
(2) 三峡水库泥沙淤积后可能产生的淹没问题依靠数学模型，计算了水库淤积100年后，遭遇百年一遇洪水时的库区回水曲线，求得重庆朝天门地区的洪水位为199m，但考虑到水库蓄水和淤积后糙率的不确定性，专家组要求增加1？3m的安全裕量，以决定重庆市区的淹没范围。
对于农业地区，土地按5年一遇回水线征用，居民则按20年一遇回水线迁移。
(3) 变动回水区的航道，港区泥沙淤积问题三峡水库蓄水后，常年回水区的滩险均被淹没，除青岩子，金川碛主航道由右槽倒向左槽，需要在新航槽中清除礁石外，其他滩险均可得到明显改善。
变动回水区汛期产生淤积，汛后因水库蓄水，减少冲刷在翌年消落期有短期航深不足现象，需要进行航道疏浚和整治工作。
重庆主城区港口码头前沿，在丰沙年泥沙淤积增加，可能影响正常作业，专家组认为：“可以通过优化水库调度，结合港口改造，认真研究整治和疏浚措施，加以解决。
”(4) 坝区的泥沙淤积问题三峡水利枢纽工程包括挡水大坝、泄洪坝、电厂、船闸、升船机等，因此设置了规模巨大的坝区实体模型，研究不同阶段坝区泥沙淤积对河流形态和各项建筑物的影响，从而为枢纽总体布置提供了科学依据。
长江口近期水沙运动及河床演变分析
中图分类号 ：Ｕ １． ６７５
文献标志码 ：Ａ
文章编 号 ：１０ — ９ ２２ １）７ ０ ０ — ６ ０ ２ ４ ７ （０ ２０ — １ ５ ０ ｒ
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２１ ０ ２年 ７月
水 运 工程
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Ｊ １２ ２ ｕ． ０１
Ｎ ． Ｓｒ ｌ ． ６ ｏ７ ｅ ｉ Ｎｏ ４ ８ ａ
第 ７期
总第 ４ ８期 ６
航 道 及 船 闸
长 江 口近期 水 沙运 动及 河床 演 变 分 析 术
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长江口及杭州湾泥沙输运研究
长江口及杭州湾泥沙输运研究【摘要】：本文就国内外泥沙数值模拟研究的历史和现状，特别是长江口及杭州湾海域的泥沙研究进行回顾，在前人工作的基础上针对长江口及杭州湾的实际工程需求和科学问题提出了三个有待深入研究的颗题：深水航道工程风暴回淤研究、深水航道治理二期工程后航道在W23段过度淤积问题以及长江口、杭州湾这两大河口作为统一系统的泥沙数值模拟研究。
主要工作简述如下：1、论文首先改进和优化了华东师范大学河口海岸国家重点实验室的长江口南港冲淤预测模型系统。
通过建立底床泥沙起动分层模型，使底沙输运计算更加合理，同时为方便模型的使用将台风场、波浪场、流场、盐度场、全沙场等各子模型进行集成和嵌套。
利用改进后的模型系统对近五年影响长江口主要台风引起北槽航道冲淤变化逐个进行后报检验与分析，进一步率定了模型中的有关参数，深化了对长江口北槽航道风暴冲淤的认识，大大提高了长江口北槽航道风暴冲淤的预测精度。
通过这一工作得到以下结论：台风过程均能不同程度地引起航道内淤积；航道自然回淤量(不受风暴和工程等影响)呈现大小潮规律的变化；航道总淤积量除受台风过程影响外，还受大小潮汛、滩地泥沙供给、水深地形、整治工程以及疏浚抛泥等多种因子影响，为各因素共同作用的结果。
2、利用长江口南港冲淤预测模型系统从工程前后流场、泥沙场和滩槽地形变化三方面对深水航道二期整治工程后航道在W23段过度淤积问题展开初步成因分析。
通过实测数据资料的整理分析和数值模拟，发现二期工程后，由于北槽下段的整治建筑物工程已经完成，所以航道上段至下段水面比降减小，使得航道上中段之间即W23的流速减弱，流向与航槽夹角变大；从工程前后的泥沙场变化总的趋势来讲，由于双导堤对两边浅滩起拦沙作用，泥沙来源得到控制，因此悬沙浓度呈减小趋势；但二期工程后含沙量相对高值区出现在航道中上段即W23段，同时利用通量分析方法计算悬沙的输运能力，发现二期后航道中部悬沙输运能力跟以前相比减弱，即悬沙向下游输移的少，有在本区段增加淤积的趋势；底沙的模拟结果也显示二期后航道中上段的淤积为最强。
长江河口潮滩悬浮泥沙输移规律研究进展
长江河口潮滩悬浮泥沙输移规律研究进展王初;贺宝根【摘要】通过阅读和研究大量有关文献,对长江口潮滩悬移泥沙的输移规律有了较全面的了解.目前,长江口潮滩、潮沟、以及两者之间的悬浮泥沙输移基本规律的研究已经比较深入,但对于动力过程的探讨仍然局限在少数几个因子,而悬浮泥沙对重金属、氮、磷等营养元素吸附的研究则刚刚开始.由于在潮滩上获取实测资料的难度较大,使潮沟构成的微地貌系统动力结构和悬浮泥沙运动的研究不足,因此,需要在浅层测流的基础上,进一步探讨其规律.【期刊名称】《上海师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2003(032)002【总页数】5页(P96-100)【关键词】潮滩;长江河口;悬浮泥沙【作者】王初;贺宝根【作者单位】上海师范大学,城市与旅游学院,上海,200234;上海师范大学,城市与旅游学院,上海,200234【正文语种】中文【中图分类】S332长江河口地区广泛分布着淤泥质潮滩，徐六泾以下的潮滩面积约有800km2.潮滩和其上分布的潮沟构成了河口地区最主要的地貌类型.本文拟对长江河口潮滩及潮沟的悬浮泥沙输移规律研究进行梳理，以便寻找有关长江口潮滩研究的不足之处，为深入研究探明方向.1 长江口水文概况长江河口是一个丰水多沙的大型河口，多年平均径流量29300m3/s ,最大径流量92600 m3/s(1954.8.1)，年径流总量达9240亿m3 (资料取自大通水文站).5～10月是长江洪水期，径流量占全年的71.7%，其中尤以7月的径流量最大；11月～翌年4月是长江枯水期，径流量仅占全年的28.3%，2月的径流量最小.1.1 长江口地貌类型长江河口又是一个多汊河口，自徐六泾开始分别被崇明岛，长兴与横沙岛，九段沙分为南北支，南北港及南北槽，为三级分汊、四口入海.长江河口由悬浮泥沙沉积而成的主要地貌类型有：暗沙、拦门沙、水下三角洲和潮滩[1].长江口的潮滩一般可分为河口心滩(白茆沙、扁担沙、九段沙等)和边滩(南汇、崇明东滩及边滩).杨世伦[2,3]根据岸滩形状及其与水下地形的关系将长兴、横沙岛及九段沙的岸滩分为“江岸型”、“洲头型” 及“潮滩型”，并分析了其成因，根据潮滩的冲淤状况又可以分为“淤进型”“蚀退型”“稳定型”(或“准稳定型”).1.2 长江口动力条件长江口是一个中等潮差河口，口门处中浚站测得的多年平均潮差为2.66m，最大潮差为4.62m，最小潮差为0.17m.潮流是长江口主要的动力因子[1,2].由于受科氏力的影响，在口门外潮流表现为旋转流，口门内受到地形约束多为往复流，洪季的涨潮流速大于枯季流速.径流同样是河口重要的动力因子，由于径流作用口门内的落潮流速一般大于涨潮流速，涨潮流上溯过程中受径流顶托及地形的阻碍使潮波变形，造成涨落潮历时不一致，落潮历时大于涨潮历时[1].长江口波浪受风控制的特征较为明显，波浪对开敞的河口潮滩地貌短期演变起着重要作用[4].2 悬浮泥沙输移形式长江河口来沙量巨大且水动力条件复杂，悬浮泥沙的输移形式很多，河口段泥沙的输移形式通常可以分为槽内输移、涨落槽间输移、滩槽间输移和滩面输移[2,7]；口门处最大浑浊带泥沙在径、潮流和盐度锋的作用下发生垂直输移[7～9].2.1 槽内悬浮泥沙输移长江口河槽是长江向海输送水、沙的主要途径.根据优势流理论长江河口分成落潮优势流河段、涨潮优势流河段，口门以内径流的作用较强，槽内悬浮泥沙整体向口外输移[1].2.2 滩、槽间悬浮泥沙输移长江系多汊河口，在口门处呈现出滩、槽交替出现的特点.滩、槽之间的平面环流实现了在滩、槽之间悬浮泥沙输移交流.河槽中水、沙向海净输移，在口门处由于水面展宽，径流作用减弱和相应潮流势力加强，两者达到动力平衡；盐水锋作用令泥沙作垂直输移使悬沙滞留于口门附近并在此大量沉积下来[2].在无风或微风条件下，潮滩上径流作用很小，涨潮流的作用占主导地位，泥沙净向陆地输移，口门处的泥沙又被携至潮滩并沉积下来，这样便形成了一个完整的环流.在大风天气条件下，特别是有风暴潮出现时潮滩沉积物大量被冲刷，泥沙又进入河槽，形成了与前者相反的平面环流.2.3 滩面及潮沟的泥沙输移以前对泥沙输移的研究多集中于对槽内及滩、槽间泥沙输移模式的探讨[1,8]，对于在潮滩、潮沟这样的浅层面流、线流条件下的泥沙输移研究(包括潮滩和潮沟间的泥沙交换)十分有限，而且也局限于对一两个动力因子的探讨[4,10～12]，对其系统的研究则显得相当不够.主要原因在于：(1)潮滩上设立长期的观察点较为困难，野外实测获取第一手资料的难度极大；(2)即使设立了长期观察点，受到滩沟形态演变的影响，资料的稳定性和代表性也存有疑问；(3)潮滩及潮沟中的动力条件和地形地貌十分复杂，研究难度较大.但这方面的研究却是深入研究潮滩演变规律及物质循环规律的基础和关键，所以有着极大的研究价值.3 水动力对潮滩悬浮泥沙输移的作用长江口是水动力条件十分复杂的区域，潮流、径流、波浪、风暴潮等动力因子交织在一起极大影响了悬浮泥沙在潮滩上的输移[1,8].3.1 潮流在长江三角洲的发育过程中，潮流是一个重要的动力因子.它在长江口的悬浮泥沙输移过程中起着重要作用，也是现代潮滩地貌发育的重要动力因素[1,13,14].沉降滞后和侵蚀滞后的概念基本描述了潮滩上悬浮泥沙输移特征[13].对潮锋的研究是对浅层面流作用下滩面上泥沙输移规律有价值的研究[10,11].潮流对河口泥沙的输移作用可以分为两个阶段：潮锋作用过程和锋后水流过程.潮锋是水流在滩坡平缓的淤泥质潮间带涨潮水体前锋历时数十分钟的水流加速过程[10].通过对1979～1992年间各种类型潮滩水沙数据的分析发现从涨潮前锋到达滩面至该处达到一定水深期间会出现一段历时数10 min左右的水流高速期.其流速比随后水流的平均流速高1～3倍.相应的水体含沙量也较高，如长江口南边滩和杭州湾湾口及北岸的潮滩在风浪平静的涨潮过程中潮锋带水体的含沙量亦可达10kg/m3，相对于区域水体0.5～2.5 kg/m3的含沙量要高得多[10].究其原因是较薄水层(数10 cm)短时期内的流速脉动引起的水体高紊动状态使滩面沉积物出现再悬浮，加之从潮间带外携来的泥沙使得潮锋带水体含沙量高于锋后水体.潮锋作用的强弱由潮滩的潮位变率及滩面坡度决定[10,11].3.2 径流径流不仅为长江河口带来了巨量泥沙，同时也是河口复杂动力环境的重要组成部分.但径流对潮滩上的悬浮泥沙输移所起的作用远没有潮流大，它主要加强了落潮流的势力并改变流速不对称性从而影响悬沙的输移[8].根据优势流理论，以径流作用为主的河段称作落潮优势流河段.洪季时除了长江北支，长江口横沙岛以西的水域以径流作用为主，表层及近底层的悬沙向海输移[1].如通过对南槽上首的径流占优落潮优势流河段的输沙量的研究，发现在表层0.2水深和0.6水深的悬沙均向海发生输移.在径流作用不强的河段即涨潮优势流河段表层及近底层的悬沙输移则与落潮流优势流河段正好相反，表现为向陆地输移[1].3.3 波浪一般观点认为潮流是潮滩发育的主要动力，但在长江口一些面向开敞海域(如南汇东滩等地)的潮滩,波浪塑造滩面的作用也是不可忽视的[4,5,8,12].茅志昌[12]研究了南汇东滩的波浪作用及其对滩面冲淤的影响，发现风速、波浪与滩面冲淤之间的关系是：小于或等于5级风速引起的波浪场常使滩地发生淤积，而大于6级的风速产生的波浪则会对滩面进行冲刷.通过用能量法分析认为，影响滩面冲淤性质的波浪破碎水深和破波带宽度会随波高、潮位及底坡坡度发生变化.杨世伦[4]就波浪对开敞潮滩的作用进行了研究，以引水船站的风、浪相关性为依据，结合南汇东滩的实测数据认为风浪是控制开敞潮滩短期演变的主要动力因子，它决定了潮滩(特别是光滩)泥沙的起动或沉降.3.4 风暴潮风暴潮是台风、低气压、海啸等事件引起的短时期内造成水位陡然上升的自然灾害.长江河口在夏、秋季多有台风侵袭，此时如遇天文大潮，就会出现特大风暴潮.风暴潮虽然是短期的动力因子，但其对潮滩地貌的迅速改变却影响巨大.许世远等[16,17]研究了长江三角洲的风暴潮沉积系列，发现从长江三角洲的滨后沼泽低地到前三角洲均发育风暴沉积，在沉积剖面中的比例可达30%～40%, 与常态沉积形成韵律性层理.邵虚生[21]等也认为上海潮滩沉积物原生沉积构造中的韵律性层理是常年低能期和大潮台风高能期交替作用的产物.对风暴沉积系列研究也揭示了其动力及泥沙输移的过程.风暴沉积的底部冲刷面清晰保存，沉积结构较粗且自下而上粒度变细等显示出风暴沉积是风暴潮高峰期及随后消退期快速堆积的产物，反映了期间水动力有弱—突强—渐弱的过程变化[16,17].4 潮滩植物对悬浮泥沙输移过程的影响近年来，植物影响潮滩动力环境及泥沙输移过程的研究成为河口学的研究热点[24].当淤泥质潮滩达到一定的高程后便会有植物的出现.植物的出现会改变潮滩的动力条件，从而改变滩面的冲淤作用[19～22].4.1 植物对水动力条件的影响植物对水动力有两方面作用.一是缓流作用：植被是一种粗糙的下垫面，潮间带植物会阻滞水流[19,20].通过对南汇东滩植被带和刈割地流速的对比，发现植被带的流速在任何情况下都小于刈割地，对平均流速的缓流系数(植被带流速/无植被地流速)为0.71.通过对南汇东滩相同高程但不同植被覆盖的地区实地观测，发现沼泽的近底层流速总是小于相邻的光滩，流速可降低20%～60%.并认为植物缓流作用的大小与植株的覆盖率及测点距沼泽外缘的距离成正相关[20].另一是消浪作用：波浪对开敞型潮滩短期内演变起着重要影响，主要表现为对滩面的冲蚀，而植被却有削减波浪波高及波能的作用，特别在植被完全被淹没之前作用最为明显.涨潮初期植物冠顶未被淹没，沼泽中的平均波高及波能都只有光滩的43%和19%，并发现在正常天气条件下，波能传入沼泽后50m左右便完全消失.4.2 植物对潮滩悬沙输移的影响植物的消浪、缓流作用能改变水动力条件，再加上植物本身的特性，植物对潮滩悬浮泥沙输移有着不可忽视的影响.植被带在洪季时，悬浮泥沙浓度总的来说要小于光滩.如“沼泽岛”的悬浮泥沙浓度为相邻光滩的71%[22].其主要原因是植被对潮流及波浪的削弱作用使水体的挟沙能力大减，至使悬沙大量下沉引起的.从植被带沉积物的组成来看，不难推断出悬浮泥沙的粒度大小与光滩的差别.据杨世伦[19]的研究，沉积物在光滩—海三棱镳草—互花米草的植被变化过程中平均粒径逐渐减小，从5.83Φ减小至8.27Φ，而粘土含量则由12%增为43%.植物对潮滩上悬浮泥沙输移影响的研究仍需深入，此外，营养元素随悬沙的输移、积累对潮滩植物生长的影响，以及潮滩悬沙输移对植物生长状况的反馈也是很值得深入探讨的.5 潮滩悬沙输移的环境效应通过对上海滨岸潮滩4个具有代表性的采样断面潮滩表层沉积物中重金属含量的季节性变化的分析[28]，发现在水动力作用较弱的地貌部位，表层沉积物中重金属元素趋于富集.并发现在东海农场表层沉积物中重金属含量的季节变化与其它地区不同，认为是受长江冲谈水的影响[28].刘敏等[29,30]对长江口滨岸潮滩表层沉积物中各种形态的磷进行了研究，发现沉积物粒径与形态磷之间有密切联系，粒径越小形态磷的含量越高.高效江等[31]通过对上海滨岸潮滩的表层沉积物，上覆水和间隙水中的无机氮的研究总结出了无机氮浓度的季节性变化规律，认为水动力条件的变化对潮滩无机氮的分布有很大影响.同时滩-水界面的各类形态的N、P的垂向输移、扩散也有了一定的研究[29,31].但对于整个潮滩(包括潮沟)中的营养元素随悬沙的输移、沉积过程和机制，及其通量的研究还未涉及，潮滩对于营养元素迁移的影响仍很难确定，故这方面的研究急待深入.6 展望当前对长江口悬浮泥沙输移规律的研究取得了一系列的成果，但仍然存在着一些问题.长江口潮滩、潮沟、以及两者之间的悬浮泥沙输移基本规律的研究已经比较深入，但对于悬沙输移动力过程的探讨仍然局限在少数几个因子，系统的研究还很不够.悬浮泥沙对重金属、氮、磷等营养元素吸附的研究则刚刚开始，悬沙输移对重金属、氮、磷等物质的迁移、积累及分布的影响仍难以确定.对潮沟构成的微地貌系统动力结构和悬浮泥沙运动的研究不足是造成以上问题的主要原因.浅水条件下泥沙输移规律研究是潮滩物质循环研究的基础，所以要在长期浅层测流的基础上，进一步对浅水环境中的潮滩悬浮泥沙输移规律进行深入研究.[1] 茅志昌，潘定安，沈焕庭. 长江河口悬沙的运动方式与沉积形态特征分析[J]. 地理研究，2001(2)： 170-177.[2] 杨世伦，徐海根. 长江口长兴、横沙岛潮滩沉积特征及其影响机制[J]. 地理学报，1994 ,49(5)：450-456.[3] 杨世伦，姚炎明，贺松林. 长江口冲积岛岸滩剖面形态和冲淤规律[J]. 海洋与湖沼，1999，(6)：764-769.[4] 杨世伦. 风浪在开敞潮滩短期演变中的作用——以南汇东滩为例[J]. 海洋科学，1991,(2)：59-64.[5] 沈焕庭，潘定安. 长江口最大浑浊带[M]. 北京：海洋出版社，2000.38-61.[6] 沈焕庭，李九发，朱慧芳,等. 长江河口悬沙输移特性[J]. 泥沙研究， 1986，(1)：1-12.[7] 杨世伦，姚炎明，贺松林.长江口冲积岛岸滩剖面形态和冲淤规律[J]. 海洋与湖沼，1999，30(6)：764-769[8] 杨世伦，谢文辉，朱骏，赵庆英. 大河口潮滩地貌动力过程的研究[J]. 地理学与国土研究，2001 ,17(3)：44-48.[9] 李九发，时伟荣，沈焕庭. 长江河口最大浑浊带的泥沙特性和输移规律[J]. 地理研究，1994 ,13 (1)：51-59.[10] 徐元，王宝灿，章可奇. 上海淤泥质潮滩潮锋作用及其形成机制初步探讨[J].地理研究，1994，13(3)： 60-68.[11] 徐元. 淤泥质潮滩潮锋的形成机制及其作用[J]. 海洋与湖沼， 1998 , 29(2)：148-155.[12] 茅志昌. 南汇东滩的波浪作用和滩面冲淤分析[J]. 上海水利， 1992,(3)：1-6.[13] 时钟，陈吉余. 中国淤泥质潮滩沉积研究的进展[J]. 地球科学进展，1996 , (6)：[14] 朱玉荣. 潮流在长江三角洲形成发育过程中所起作用的探讨[J]. 海洋通报，1999 ,18(2)：1-10.[15] 徐元，王宝灿. 淤泥质潮滩表层沉积物稳定性时空变化的探讨[J]. 海洋学报，1996 ,18(6)：50-60.[16] 许世远，邵虚生. 杭州湾北岸滨岸的风暴沉积[J]. 中国科学，1984，(12)：1136-1143.[17] 许世远，严钦尚，陈中原. 长江三角洲风暴沉积系列研究[J]. 中国科学(B辑)，1989(7)：767-763.[18] 李九发，何青，徐海根. 长江河口浮泥形成机理及变化过程[J]. 海洋与湖沼，2001 ,32(3)：302-310.[19] 杨世伦，时钟，赵庆英. 长江口潮沼植物对动力沉积过程的影响[J]. 海洋学报，2001，23(4)：75-80.[20] 时钟，陈吉余. 盐沼的侵蚀、堆积和沉积动力[J]. 地理学报，1995，50(6)：562-567.[21] 贺宝根，左本荣. 九段沙微地貌演变与芦苇的生长[J]. 上海师范大学学报(自然科学版)，2000，29(4)：86-90.[22] 度武艺，谢佩尔 J. 海草对潮滩沉积作用的影响[J]. 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长江口北支近期水流泥沙输移及含盐度的变化特性
综合整治开发规划》 （*((" 年 # 月国务院批准） 确定 的北支近期整治方案— — —中缩窄方案逐步实施。
" 径流变化特征
"+! 分流比变化 目前洪季涨 !’,’ 年以来北支分流比逐渐减小， 潮在 !(- 左右， 洪季落潮在 ,- 左右； 枯季涨潮在 枯季落潮在 #- 左右 （图 *） 。分流比变化 .- 左右， 主要有以下特点： 枯季涨、 落潮分流比逐年减 ! 洪、 小； 落潮 "涨潮分流比大于落潮分流比； # 枯季涨、
纪以后， 长江主流改道南支， 进入北支的径流逐渐减 少， 导致河道中沙洲大面积淤涨， 河宽逐渐缩窄， 北 支也逐渐演变为支汊。 目前， 北支是长江出海的一级汊道， 西起崇明岛 头， 东至连兴港， 流经上海市崇明县、 江苏省海门市、 启东市， 全长约 "# $%。河道平面形态弯曲， 弯顶在 大洪河至大新河之间， 目前弯曲系数 !&!’ 左右。弯 顶上下河道均较顺直， 河道最窄处已由原先的青龙 港附近下移至目前的庙港上游 "(( % 处， 河宽约 !&)
显示， 近年来上游径流进入北支的比例减小， 潮汐的 作用相应增强， 北支逐渐演变为涨潮流占优势的支
［)］ 。北支涨潮流出现比南支早， 且涨潮流明显强 汊 ［+］ 于南支， 北支的会潮点在青龙港附近 。随着北支 下段尤其是崇明北缘的围垦， 喇叭口逐渐收缩， 近期
涨潮量有减小之势 （表 - 三条港断面） 。近期北支潮 量变化有以下列特点：
H 河道概况
作者简介： 李伯昌 （%9:@ —） ， 男， 江苏泰州人， 高级工程师， 主要从事长江口涉水工程的防洪影响评价及水资源分析论证工作。 )ABC=4： D<E4=FDG %!: 5 D3B
1,长江床沙变化规律床沙——组成河床的泥沙。其粒径沿程变化规律同
面向二十一世纪的泥沙研究成都 2000218长江沙量变化和减沙途径探讨朱鉴远（国家电力公司成都勘测设计研究院成都 610072）摘要本文主要探讨长江上游输沙量、含沙量变化和减沙途径。
在上游生态环境破坏程度日益加剧的情况下，1950～1985年长江输沙量、含沙量约每12年以4%的速率缓慢增长，1992～1997年大量减少。
追根溯源系水库淤积的减沙作用。
若无水库淤积拦沙，长江上游输沙量、含沙量年增长率将约达1%，是相当可观的。
根据水库拦沙效益，提出长江上游修建溪洛渡、亭子口、瀑布沟、构皮滩和白鹤滩等5座大型水电站，与三峡枢纽共同进行水库泥沙联合调度，可使宜昌河段含沙量减少1/2的年限延长达150～200年；同时开展水土保持，可改变三峡下游河床冲刷后再淤积的不利局面。
治水必治沙，通过“蓄水减沙，借水攻沙”的工程措施，和坚持不懈的水土保持，“标本兼治”，可使长江输沙量、含沙量长期减少1/2，恢复到唐宋时代水平。
关键词长江上游沙量变化减沙途径１宜昌站水量、沙量变化1.1分析长江沙量变化的方法途径关于长江输沙量、含沙量是否增加，存在不同见解。
一种意见认为：长江上游生态环境破坏日益严重，水土流失加剧，导致长江沙量剧烈增加。
另一种意见认为：宜昌站多年平均输沙量一直保持在5.3亿t左右，多年平均值未出现系统性变化，无明显增加趋势。
笔者认为探讨研究长江上游沙量变化问题的关键是：①怎样分析宜昌站水沙过程，②怎样认识长江上游侵蚀与堆积，③怎样认识人类活动对河流沙量变化影响的双重性。
长江上游无多年调节的大型水库，径流量年际变化受人类活动影响不大；宜昌水文站径流年际变化呈不规则周期，反映了自然过程。
笔者在1985年就提出：应当通过径流“周期变化”的客观规律，划分自然时段，在径流量比较接近情况下分析比较沙量变化，并能大致定量。
当时笔者依据1950～1981年的资料，分析了宜昌站沙量的变化。
四川大学刘兴年教授等用分形几何学—R/S分析法对该成果进行评估，认为“具有理论依据”。
长江口北支强潮河道悬沙运动及输移机制
长江口北支强潮河道悬沙运动及输移机制陈炜;李九发;李占海;戴志军;闫虹;徐敏;赵军凯【摘要】随着崇明北侧岸滩的自然淤涨和人工圈围,北支河道显著束窄,“喇叭口”顶点位置下移.在新的地形及流域来水来沙变异背景下,作为长江河口的分支强潮汊道,其悬沙运动与输移特点值得探讨.根据2010年4月小潮至大潮连续8d的半个半月潮水沙观测,结合多年不同河段水沙观测数据得到的含沙量过程曲线显示:整个河道潮流强、含沙量高,含沙量过程曲线呈“单峰-双峰-单峰”的变化特点；河道悬沙的输移以平流输移和“潮泵输移”为主,以“喇叭口”顶点为界,上游段河道平流输移占主导地位,“潮泵输移”次之；下游段“潮泵输移”占主导,平流输移次之.净输沙总量呈:上段河道向海,下段河道向陆,在“喇叭口”顶点附近存在一个泥沙汇聚的最大浑浊带区域.%As the effect of natural accreting processes and artificial reclamation, the river channel of the North Branch in the Changjiang Estuary has narrowed significantly, and the position of summit of the funnel-shape has moved down. As an important strong tidal bifurcation of the Changjiang Estuary, the transport characteristics of suspended sediment in the North Branch is deserving of further discussion and research by considering the changes in river morphology and sediment load from the Changjiang drainage are-a. According to the continuousl observation of flow and sediment during one spring-neap tide cycle in A-pril 2010, together with historical data from different locations, the obtained results are as follows- the current is strong and suspended sediment content (SSC) comparatively high in the North Branch, the process curve of the SSC shows a pattern of "unimodal- bimodal-unimodal"in a half 14 d cycel. Lagrang-ian advection and tidal pumping effect are two main constituents of sediment transport in the North Branch, with spatial variations. Touxing Port can be considered as a transition, where Lagrangian sediment transport dominantes in the upper mouth and the tidal pumping in the lower section. As for the net sediment transport flux, it moved seaward in upper mouth and landward in the lower section. The result suggests a turbidity maximum due to sediment accumulation around the summit.【期刊名称】《海洋学报（中文版）》【年(卷),期】2012(034)002【总页数】8页(P84-91)【关键词】长江口北支河道;含沙量;悬沙输运;潮流;机制分析【作者】陈炜;李九发;李占海;戴志军;闫虹;徐敏;赵军凯【作者单位】华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海200062;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海200062;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海200062;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海200062;荷兰代尔夫特理工大学,代尔夫特2628CN;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海200062;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海200062【正文语种】中文【中图分类】P333.41 引言长江口北支河道西起崇头，东至连兴港，属长江河口“三级分汊、四口入海”中的第一级汊道，同时也是“四口”中最北端的入海口，全长约80km。
长江口北支河段水文泥沙特性初步分析
期 潮 位 、 流 及 泥 沙 资 料 。现 根 据 该 次 全 潮 水 文 测 验 成 果 ， 北 水 对
支 河 段 的 水 沙 特性 进行 分析
１ 北支河 道概 况
长 江 口上 起 徐 六 泾 ， 迄 口外 ５ 下 Ｏ号 灯标 ， 长 约 １ １８ｋ 全 ８ ． ｍ。 河 段 平 面 呈扇 形 ， 三 级 分 汉 、 口人 海 的河 势 格 局 ， 有北 支 、 为 四 共 北 港 、 槽 、 槽 ４个 人 海 通 道 。 图 １为 长 江 口河 势 图 。 北 南 长江 口北 支 河 段 位 于 崇 明 岛 以北 ， 长 江 出 海 的一 级汉 道 ， 是 西 起 上 海 市 崇 明 洲 头 ， 至 江 苏 省 启 东 寅 阳 连 兴 港 ， 长 ８ 东 全 ３ ｋ ｍ。北 支 河 段 平 面 形 态 弯 曲 ， 顶 在 大 洪 河 至 大 新 河 之 间 ， 弯 弯 顶上 下 河 道均 较 顺 直 ， 顶 以 上 平 均 河 宽 约 １ ７ｋ 弯 顶 以 下 弯 ． ｍ， 平 均 河 宽 约 ３ ５ｋ 河 道 最 窄 处 位 于 青 龙 港 ， 面 宽 不 足 ２ ０ ． ｍ， 江 ． ｋ 灵 甸 港 以 下 河道 逐 渐放 宽 ， 宽 处 位 于 出 口 ， 兴 港 江 面 宽 ｍ， 最 连
序 号 命 名 ， 据 垂 线 在 断 面 中 的 位 置 ， 自左 向右 的顺 序 编 垂 线 根 按 号 。表 １ 各 测 验 垂 线 涨 落 潮 最 大 测 点 流 速 及 相 对 水 深 位 置 成 为
建 设 提 供 基 础 资 料 ，０ ５年 ８～ ２０ ９月 ， 江 口 水 文 水 资 源 勘 测 局 长 在 北 支 河 段进 行 了一 次 大规 模 的水 文 测 验 ， 次 测 验 在 青 龙 港 、 该
科技成果——长江泥沙调控及干流河道演变与治理技术
科技成果——长江泥沙调控及干流河道演变与治理技术技术开发单位长江水利委员会长江科学院等研究背景长江流域面积180万平方公里，人口和国民生产总值均超过全国的40%，是我国水资源配置的战略水源地、水电开发的主要基地、连接东中西部的“黄金水道”和珍稀水生生物的天然宝库，在我国经济社会发展中具有重要的战略地位。
近些年来，在自然条件和人类活动的双重影响下，长江泥沙时空分布与产输过程发生了重大变化，给河流开发利用与保护均带来了显著影响，而沿江经济社会快速发展和生态文明建设不断对长江泥沙提出调控要求。
同时，河流工程建设和泥沙资源化利用的发展也使长江泥沙调控具备了基本条件。
但泥沙兼具灾害性与资源性，泥沙调控与河流功能发挥之间存在着矛盾与统一，需要深入研究。
项目以揭示长江泥沙输移分布与河流开发及保护之间的耦合作用关系，研究提出满足沿江经济社会和生态环境需求的长江泥沙调控、河道演变与治理的基本理论和关键技术为总目标。
项目研究可推动河流动力学学科发展，促进长江水资源利用与保护，为流域社会经济发展和河流生态保护提供基础保障，具有显著的社会经济与环境效益。
拟解决的关键问题（1）强人类活动影响下长江来水来沙过程时空变异规律（2）水沙过程变异下河床重塑过程与驱动机制（3）防洪、航运及岸滩利用等对河流系统再造的响应机理（4）长江泥沙多维耦合与协同调控的理论与方法（5）多尺度、多目标和多过程的江河湖库泥沙调控技术（6）河道治理新技术及泥沙调控下河道综合治理方案研究内容（一）强人类活动影响下长江来水来沙过程时空变异规律经初步分析，在梯级水库各级拦截作用下，今后相当长的时间内，金沙江下游沙量将保持较少水平；2003-2015年三峡水库区间产沙量估计在2000万t左右。
（二）水沙过程变异下河床重塑过程与驱动机制初步揭示了山区性河流松散排列床面结构与水流阻力的耦合机制，提出了含有松散排列床沙的河道糙率尺度kv表达方法；分析表明山区性河流均匀卵石推移质输沙率总体上具有单值性，非均匀卵石推移质随泥沙补给、床沙结构调整具有多值性；阐明了强震、强人类活动影响下，山前河流剧烈演变的内因与外因基于临界起动假说，提出了山前河流演变模式和相应预测计算方法；通过淹没植被群周围泥沙冲淤特性试验，初步构建了基于水生植物-水沙运动-河床演变相互作用机制的二维河床演变数学模型；初步阐明三峡水库下游冲积河段发生长距离冲刷的主要原因是d<0.125mm泥沙补给不足；提出了河段平均的河道演变分析方法，建立了监利段平滩河槽形态与前期5年内水沙条件的量化关系；建立了荆江河段典型断面尺度的崩岸过程模拟方法；建立了紫坪铺水库作用下岷江都江堰河段二维水沙模型，并率定验证；揭示了长江中下游河道演变特点，推求建立了分汊河道水力几何形态公式，建立了分汊河道概化物理模型。
水文学与水资源_河口_河口区的泥沙(1)
第四节河口区的泥沙
河口区不仅是河流径流和海洋潮流交汇和共同作用的区段，也是大量泥沙沉积的场所。
河口区特有的动力条件和化学过程使得泥沙动态较在无潮河段复杂的多。
一、河口区泥沙的来源
河口区的泥沙有三个主要来源。
1. 河流径流挟带的下行泥沙
在这部分泥沙中，有的是由地表径流带至下泄的河水中的，另一些则因河岸崩塌而进入水中的。
尼罗河三角洲的卫星照片
2. 海洋潮流挟带的上行泥沙
在这部分泥沙中，有的是因海岸遭受波浪侵蚀而随涨潮流进入河口的，有的是因沙洲和浅滩遭受波浪的冲击和搅动，重新起动，然后随涨潮流漂浮、进入河口的，另一些则是本河流下泄的、但又被涨潮流带回的，或者是其它河流下泄的、被沿岸流搬运至本河流的河口附近并随潮进入河口的。
3. 河口区局部运动的泥沙
在这部分泥沙中，有些源自河岸侵蚀和沙洲移动，在水中以悬移的方式或在底床以推移的形式作往复运动；另一些则可能原已沉积，但因水流冲刷底床而再度随水运动。
各个来源的泥沙在河口区泥沙总量中所占的比例，与径流作用的强弱、上游来水含沙量的大小以及潮流作用的强弱等有关。
在中国的长江口，流域的来水量大，径流作用强，源自陆地的年输沙量达4.8亿吨，远远超出海洋潮流所带来的泥沙。
然而，在中国的钱塘江河口，源自陆地的年输沙量仅为600万吨；但潮差大，潮流作用强，仅在一个半日潮周期内随潮流进入的沙便可达130-260万吨；一年之内，潮流所带来的沙要远多于径流带来的沙。
二、河口区泥沙的组成
因经径流的长距离搬运和海洋潮流的往复冲筛，河口区的泥沙较细，无论是悬沙，还是组成底床表面的颗粒，一般均为d<0.05 mm的粉砂和粘土；因受上溯的潮流的顶托，推移质往往仅能行进至潮流界。