长江口潮差的时空变化及其环境意义

发布时间：2020-03-25 06:28

【摘要】：河口地区海陆相互作用强烈,各种环境因素相互影响,这些因素的变化都与水动力条件的变化密切相关。潮汐是河口水动力环境的重要组成部分,而潮差则是衡量潮汐强度的重要指标。河口地区潮差受外海潮汐、海岸地形、河流径流等因素共同影响,变化机制复杂,具有强烈的时空分布特征。潮滩是河口海岸地区主要的地貌类型之一,它的冲淤演变、植被分布等与潮汐及其变化密切相关。研究河口潮差的时空变化可以为河口盐水入侵、泥沙运动、航道演变、岸滩冲淤规律等提供重要的动力机制诠释。本文利用长江口佘山潮位站1972-2018年共66336个数据的预报潮差序列,以及部分站点的短期实测潮位资料,结合统计分析、小波分析、MK检验、调和分析等方法,探讨了在海平面上升等因素影响的背景下,长江口潮差的时间变化特征。利用海图资料、实测潮滩地形、潮滩实测水文数据、遥感影像等资料,并结合MIKE21水动力数值模型、ArcGIS软件等技术方法,构建了长江口潮汐动力模型与崇明东滩数字高程模型。基于上述模型分析了长江口潮差空间分布特征及其对于海平面与径流变化的响应,以及潮差变化对于潮滩淹水区域变化的影响。主要研究结论如下:1)佘山站潮差除了常见的大小潮周期之外还存在着周期为0.5 a的季节性变化以及周期为18.5 a的年代际尺度变化。0.5 a周期潮差变幅约19 cm,约等于多年平均潮差的7.5%,月均潮差的年内极大值出现在3月和9月,极小值出现在6月和12月;18.5 a周期潮差变幅约16 cm,相当于多年平均潮差的6.3%,1972-2018年间年均潮差的极大值出现于1977、1996和2015年,极小值出现于1986和2005年。这种中长周期的潮差变化与长江口盐水入侵、悬沙浓度变化以及水下三角洲冲淤演变等环境因素的重大变化在时间上存在着明显的对应关系,可能对长江口生态环境等因素的变化具有十分重要的潜在影响。根据潮差18.5 a周期变化推断,在2015~2024年间长江口的潮差将呈现出显著减小的趋势,这可能导致盐水入侵和海底侵蚀活动产生相应的减弱,长江口的悬沙浓度也会相应的降低。2)在空间上,长江口年平均潮差从口内南支系统上游徐六泾的1.9 m到口门拦门沙处的3.9 m。在口外海域南汇嘴附近潮差大于启东嘴附近,但由于河道收窄、水深较浅等因素导致口内部分北支潮差普遍大于南支。调和分析结果显示半日分潮M2为长江口地区主导分潮,且M2分潮与潮差的空间变化趋势基本相同。3)上游径流量的改变会对长江口潮差产生一定的影响,利用潮汐数值模型分别模拟径流量10000 m~3/s、30000 m~3/s、50000 m~3/s以及70000 m~3/s时的潮差变化。当径流量增大后自口门向内的区域月均潮差整体呈下降趋势,相比于径流量10000 m~3/s时,月均潮差的平均下降幅度分别约为2.3 cm,5.3 cm以及7.8 cm。潮差下降幅度自上游至口门方向逐渐递减,至口外已无明显变化。径流增加引起潮波变形加剧,随着径流量增大口内大部分地区的潮汐不对称强度均呈显著上升状态。4)受全球变暖等因素影响,中国海平面近年来呈显著上升趋势。长江口地面沉降问题素来十分显著,与海平面上升相结合后,造成长江口地区相对水深的改变,这无疑会对潮波传播和潮差产生一定的影响。根据模拟结果,平均海平面升高1m后,长江口自口门向内区域潮差呈上升趋势,上升幅度自口门拦门沙处向上游徐六泾逐渐递增,平均上升幅度约0.25 m。随着平均海平面升高,潮汐作用加剧,口内潮汐不对称强度呈下降趋势。5)以崇明东滩为例,根据遥感影像与数值模型分析,潮滩植被覆盖面积在2015年较2005年增加约27.5%。在不包括海平面上升、滩面冲淤及围垦的情况下,在潮差18.5 a周期变化中,年均潮差处于极大值的2015年潮间带淹没区域面积较年均潮差处于极小值的2005年增加9.2%。综上所述,长江口潮差的时空变化达到不可忽视的程度,其对环境的影响值得引起重视。
【图文】：

区域图,长江口,潮间带,地形

长江口概况长江总长度约6300 km，流域总面积达1.8x106km2。年均径流量居世年均输沙量居世界第四位。据大通站统计资料，长江径流枯季0~15000 m3/s，洪季可达40000~50000 m3/s(Milliman and Farnsworth, 2河口广义上自安徽大通至水下三角洲前缘，全长约660km(沈焕庭等，上的长江河口只是指江阴至口门之间约220 km的一段，自上世纪50年段地貌基本呈现为“三级分汊，四口入海”的格局。自上游的徐六泾先是在崇明岛分为南北两支，南支往下又在长兴岛分为南北两港，南港分为南北两槽(恽才兴，2004)。长江口门最宽处（启东嘴至南汇嘴）约9处（北支上段）不足1 km。

长江口,开边界,导堤,大通

华东师范大学硕士学位论文3.2 模型的建立与参数设置3.2.1 模型范围与网格划分整个模型的计算范围西至安徽大通，东到东经 125 度海域，北至江苏洋口港，南至浙江象山港，包括整个的长江口、杭州湾水域。为了更加真实的模拟长江口地区的潮流情况，模型中加入了北槽深水航道导堤，南汇东滩围垦导堤等近海工程，并在浅水区域对网格进行了加密。上游开边界设在安徽大通，采用大通站每日实测径流量作为输入条件。外海开边界设于平均水深 50m 的东海海域，，边界潮位时间分辨率为 1h，潮位通过模型数据库中的全球潮汐调和模型给出。
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P731.23;P737.1

【相似文献】