长江汉口至吴淞口河槽冲淤与微地貌演变对人类活动的自适应行为研究

发布时间：2020-04-30 12:55

【摘要】：一般而言,冲积河流通过自动调整河槽的冲淤过程与微地貌,以适应上游水沙条件和边界条件的改变,这种自动调整过程可称为自适应行为,其包括河槽的冲淤特征、冲淤量及微地貌类型的变化及其原因。河槽的自适应行为关系到河流两岸的防洪抗旱、涉水工程安全以及岸线资源开发与利用,故此研究长期以来受到众多科研人员的广泛关注。众所周知,具有“黄金水道”之称的长江自20世纪50年代以来,先后开展了以三峡大坝为主的水库群、水土保持、河道整治等工程,河口修建了青草沙水库、深水航道以及促淤围垦等工程。这些流域和河口大型工程等人类活动使得长江中下游河槽的边界条件与水沙条件发生了重大改变,河槽原有的地貌过程及其演变趋势必然发生了自适应调整,即河槽的冲淤特征与冲淤量、床面微地貌类型等发生变化,但是这些自适应行为的具体特征及其变化趋势等问题尚待研究。因此,本文拟开展的长江汉口至吴淞口河段河槽冲淤和微地貌演变对人类活动的自适应行为研究具有重要的理论价值和现实意义。针对上述问题,本文收集了1998年、2013年长江汉口至吴淞口的水下地形资料,于2014年、2015年、2016年利用多波束测深系统和双频ADCP对长江九江至吴淞口河段干流主槽开展的水深、流速测量,并同步采集了河槽表层沉积物样品,系统分析了长江汉口至吴淞口的河槽冲淤分布与冲淤量及和床面微地貌特征,探讨了长江汉口至吴淞口河槽冲淤与微地貌对人类活动的自适应行为,获得如下主要成果。1998年至2013年长江汉口至吴淞口河槽冲淤格局表现为整体冲刷,部分河槽略有淤积。其中,汉口至湖口河段河槽冲刷体积约2.96亿m~3,淤积约0.68亿m~3,净冲刷体积约2.29亿m~3;湖口至大通河段河槽冲刷体积约2.91亿m~3,淤积约0.29亿m~3,净冲刷体积约2.62亿m~3;大通至吴淞口河段河槽冲刷体积约21.6亿m~3,淤积约3.1亿m~3,净冲刷体积约18.5亿m~3。其主要原因是流域来沙量减少引起的。但值得注意的是不同河段河槽对人类活动的自适应行为具有差异。其中,汉口至湖口河段、湖口至大通河段以及大通至吴淞口河段河槽主要的响应水域分别为5~10 m河槽、0~5 m河槽和10 m以深的河槽,上述响应水域的河槽冲刷贡献率分别占对应河槽总冲刷量的60.2%、44.9%和49.1%。局部河槽发生的强烈冲淤现象与涉水工程改变了河槽边界条件有关。利用Seabat 7125型多波束测深系统对长江九江至吴淞口河槽微地貌进行精细结构调查时发现,南、北港分流口发育了新的沙波类型,该类型沙波波谷中有规律地发育了椭圆形凹坑,且在高分辨率水深数据3D成像上,这些凹坑如同一粒粒圆珠镶嵌于沙波群中。鉴于伴生底形的尺度与宏观形态与沙波尺度相比不可忽视,故提出了"沙波形态-伴生底形"的命名方法。该类型沙波是河槽地貌自适应流域来沙减少,河槽表层沉积物粗化以及河流工程改变了水动力条件而形成的一种侵蚀型沙波。2014年至2016年九江至湖口河段河槽中沙波地形约占河段的80.3%,湖口至大通河段河槽中沙波地形约占62.1%,大通至徐六泾河段河槽中沙波地形约占64.3%,徐六泾至吴淞口河段河槽中沙波地形约占27.5%,沙波地貌所占河槽比例与沙波尺度从上游向下游呈减小规律。对比三峡修建之前长江中下游河槽沙波发育尺度发现,2014年至2016年沙波的尺度较有明显增大趋势。综上所述,目前长江汉口至吴淞口河槽正经历着河槽剧烈冲刷、床沙波动粗化、侵蚀型沙波形成与演变、河道形态变化等自适应行为,以此响应流域及河口人类活动的干扰。这一成果具有重要的理论价值和现实意义。
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12图 1- 1 技术路线图Figure 1. Technology roadmap1.4 小结本章主要介绍了论文研究意义与河槽冲淤演变、河槽表层沉积物、沙波地貌、河槽自适应行为的国内外研究进展，并介绍了研究目标与本文的主要研究内容，同时总结了论文工作量并绘制了技术路线图。

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华东师范大学博士学位论文位于扬子准地台，受新构造运动的影响，以沉降作用为主；南北两岸的大地构造单元也不同，右岸相对抬升，左岸下沉(李茂田, 2005)。大通至河口河段由于淮扬地盾与江南古陆的构造运动的原因，流域内发生了强烈褶皱或断裂运动，形成了一系列断裂的破碎带(屈贵贤, 2014)。
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV147;P931.1

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