近期长江河口河道冲淤演变及其自动调整机理初步研究

发布时间：2017-04-16 04:07

  本文关键词：近期长江河口河道冲淤演变及其自动调整机理初步研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：全世界超过44%的人口生活在河口海岸带窄长区域。而20世纪以来世界性入海泥沙通量的减少引起的海岸带侵蚀引起了众人关注。国际上IGBP、LOICZ等专项计划对泥沙通量减少的影响因素作为重点内容进行持续研究。而河口海岸动力地貌过程随着大流域水沙条件的变化必然会体现出自适应或者缓冲效应。由此成为当今河口海岸研究领域的新课题。众所周知,近半个世纪以来,由于河流大坝蓄水拦沙作用,全球河流入海泥沙累积减少了1.0×1011t,且在亚洲和非洲区域尤为显著。长江作为我国第一大河流、世界排名第三,近期长江三峡大坝及流域涉水工程的建造使流域来水来沙量发生显著变化,由此必然会引起河口水沙和地形地貌做出响应,并对此作出适应性地调整。因此研究河口海岸冲淤演变过程及其自动调整机理具有重要的现实意义。根据长江河口多年的地形图及多次实测水沙资料,研究了近期人类活动影响下特别是大量涉水工程影响下的河口河道冲淤演变及线性或非线性自适应和自动调整过程,包括近期长江河口整体冲淤演变格局、典型河段的冲淤演变过程及原因分析。同时基于分形理论研究了河口河槽整体流路及活动沙群分形特征。1997-2013年长江河口河道的冲淤格局为上下游两端河床冲刷、中部河段河道略有淤积,即南支河道和河口外区域以冲刷为主,而拦门沙区域略有淤积外移。其影响因素由历史上的自然因素逐渐转变为自然和人类活动综合作用为主导。第一、河口段中上游河道河床持续冲刷,河床沙波等微地貌发育较为明显。同时,河口外区域形成明显的冲刷带,主要与近期流域来沙急剧减少有关；第二、拦门沙区域,即北槽、南槽、北港口门地处于径、潮流水动力平衡区域,尽管近期仍以淤积为主,拦门沙顶外移速度有所减慢,与其该地带动力结构以及河口和近海再悬浮泥沙来源多寡等决定因素有关。第三、局部区域形成明显的强冲强淤的带,与其主要是河口局部工程引起的水动力的急剧变化所致有关。因此,总体来看,近期长江河口河道冲淤演变处于多重因素共同影响下,并处在不断自动调整过程之中。南支河槽在2003年三峡大坝开始蓄水拦沙以来,河床持续冲刷,且在2006年以后冲刷强度有所减小,说明其冲刷强度逐渐处于自适应恢复过程；1997-2012年期间其河槽冲刷主要为5 m等深线以下的河槽区域(90%),且在2007年以后,呈现“滩淤槽冲”的态势。研究区域内活动沙体的变化对整个河势影响较大,以新浏河沙及白茆沙为例,新浏河沙护滩工程起到了一定的固滩分流作用,但是不能阻止其护堤周围河床的冲刷。而浏河沙包5 m等深线包络区域沙体至2006年被冲刷消失；白茆沙南、北水道“南强北弱”的态势也持续发展,其主流经过七丫口后北偏态势加强。下扁担沙尾部沙体活动较为活跃且出现多次的切滩和并滩现象。在河口拦门沙区域,总体上拦门沙滩顶不断外移,平面上5 m等深线整体淤积外移,但近期外移速度减慢,且局部滩地出现因河口工程引起侵蚀后退的现象。河口口门外海域,1997年以后呈冲刷态势。北支口外海域部分整体呈现冲刷态势,总体来看海域坡度略有变陡。北港口外海域部分在1997年以前呈现淤积态势,尔后在10-20 m等深线区域冲刷,等深线坡度逐渐变陡,20 m水深以外持续淤高；北槽口外海域在1997年之前总体呈淤积态势,尔后海域部分呈冲刷态势,坡度略有变陡；南槽口外海域略有冲刷,坡度整体变化较小。总之,口门外海域地形出现冲刷,地形剖面坡度变陡。基于分形理论研究了南、北港分流口固沙护滩工程前后其活动沙群的形态变化。1997-2012年研究区域内理论基面5 m高程面的分形维数D区间为[1.7538,1.7823],其中工程期间(2007-2009年)分形维数D明显增大,且远大于工程前和工程后。工程前分形维数D的变化主要和1998年洪水及2003年三峡大坝的蓄水拦沙有关。工程后分形维数D逐渐降低且趋于稳定,但其值大于工程前的平均值,说明工程后活动沙群活动仍较活跃,正处于自动调整的过程之中。特别需要指出的是：上游来水量越大,活动沙群越不稳定,分形维数D值也就越大。同时,工程期间引起局部河床及水动力的变化也会导致D值急剧增大。与传统的地形冲淤及等深线分析方法相比,分形维数D可以在一定程度上定性的表示整个研究区域内活动沙群的变化过程。同时分析了整个长江河口河网(流路)分形维数、盒子尺寸区间、汇流累计阈值之间的关系,确定了长江河口河网盒子尺寸的无标度区间为1.6-4.2 km,最佳汇流累计阈值为7000。且1990、1997、2013年长江河口河床河网(流路)的盒分维值分别为1.1312、1.2222、1.3805,呈明显的增大趋势,表明其河网(流路)逐渐复杂化。其原因与1990年以来,长江河口径流量的不稳定变化及大量的涉水工程的干扰有关。总之,目前长江河口河道冲淤演变正在通过河道形态、水流挟沙能力、河床泥沙组成、陆海动力相互作用和河床坡度改变等来适应流域来水来沙变化和河口局部工程影响而作出自动调整,最终使河口向新的平衡和稳定发展。
【关键词】：长江河口 河道冲淤 分形维数 自动调整 坡度
【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】：TV147
【目录】：

• 摘要7-10
• ABSTRACT10-16
• 第一章 绪论16-23
• 1.1 科学背景及研究意义16-17
• 1.2 国内外研究现状17-21
• 1.2.1 河口动力地貌演变研究现状17-20
• 1.2.2 分形理论在地貌学中的研究现状20-21
• 1.3 研究内容及关键问题21-23
• 第二章 近期长江河口来水来沙变化23-27
• 2.1 区域自然条件概况23
• 2.2 流域来水来沙概况23-25
• 2.3 潮位特征25-27
• 第三章 近期长江河口河道冲淤分布格局27-36
• 3.1 数据资料及研究方法27-28
• 3.2 长江河口含沙量分布格局及变化28
• 3.3 近期长江河口河道冲淤量及分布格局28-31
• 3.4 近期河道冲淤变化原因分析31-34
• 3.5 本章小结34-36
• 第四章 典型河道演变过程分析36-58
• 4.1 近期南支河道河势变化36-45
• 4.1.1 区域概况36-37
• 4.1.2 河道冲淤分布及变化37-38
• 4.1.3 南支典型河段形态演变分析38-45
• 4.1.3.1 白茆沙江心洲河道38-41
• 4.1.3.2 七丫口微弯河道41
• 4.1.3.3 南、北港分流口多汉河道41-45
• 4.2 近期河口拦门沙地形变化及分析45-51
• 4.3 近期河口口门外海域地形变化及分析51-56
• 4.3.1 口外海域典型纵剖面变化51-53
• 4.3.2 口外海域等深线变化53-56
• 4.4 本章小结56-58
• 第五章 河口典型沙群和河网分形特征分析58-73
• 5.1 涉水工程影响下的活动沙体等深面分形特征58-65
• 5.1.1 南、北港分流口及护滩工程简介58-59
• 5.1.2 分形方法及计算结果59-61
• 5.1.3 传统地貌分析方法结果61-63
• 5.1.4 分形值的影响因素分析63-65
• 5.2 长江河口整体河网(流路)分形特征65-71
• 5.2.1 河网(流路)的提取方法65-67
• 5.2.2 河网(流路)分形计算过程67-71
• 5.2.3 结果与分析71
• 5.3 本章小结71-73
• 第六章 长江河口自动调整机理初步探讨73-78
• 6.1 南支河道73-75
• 6.2 拦门沙区域75
• 6.3 河口口外海域75-76
• 6.4 本章小结76-78
• 第七章 结论与不足78-80
• 参考文献80-88
• 附录88-89
• 致谢89

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本文编号：309950