长江河口近期北槽悬沙纵向输运特征研究

发布时间：2017-10-06 07:33

  本文关键词：长江河口近期北槽悬沙纵向输运特征研究

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【摘要】：随着长江流域一批水利工程的投入运行和北槽深水航道工程的完工,长江河口的来水来沙条件及北槽水沙动力过程发生明显改变,在这种新的形势下研究长江河口近期北槽水沙输运特征、探讨如何维护深水航道的正常通航并使其稳定发展显得尤为重要,这需要诸多的研究工作来支撑。本文基于2013年10月28日至11月5日枯季期间在北槽上、中、下段河槽内进行同步定点观测所获得的水沙数据,通过水文统计分析、准调和分析及水沙输移机制分解等方法,对观测区域的水动力、盐淡水混合、悬沙浓度分布及水沙输运规律等进行了研究分析,并与2012年4月枯季期间北槽上、中段河槽内的水沙输移特征进行了对比分析,该研究对于深化北槽内的水沙输运机理具有一定的科学意义,同时可为北槽内深水航道的治理维护提供一定的科学依据。本文主要得出以下结论：观测期间,北槽河道内以半日分潮为主,其次为全日分潮,最后为浅水分潮；涨、落潮历时不等。涨潮流向为西北向,落潮流向为东南向；涨、落潮流存在不对称性,落潮流速基本要高于涨潮流速；大潮期间流速明显高于小潮期间,与中潮期间则差异不明显。在多数情况下,涨潮时段垂线流速最大值位于水体中层附近,而落潮期间的垂线流速则基本由表层至底层减小。在小潮期间,上、中段河槽内均出现上层水体净向海,下层水体净向陆的输水模式,而下段河槽在整个观测期内始终保持着上层向海输水、下层向陆输水的模式。涨潮时段水体盐度通常高于落潮时段；北槽河道在纵向上越接近口外盐度越高；大小潮期间的平均盐度差异并不明显。小潮期间出现较为明显的分层现象,中潮及大潮期间分层状态相近,基本为缓混合状态。盐淡水异重流的出现致使河道内流速的垂线分布形态不再保持无潮河段的分布规律,在涨潮阶段通常使水体中层出现最大流速,而在落潮阶段最大流速则出现在表层且有所加大,水流结构产生明显变化,有助于水体垂向环流的产生。北槽各段河道内悬沙浓度由小潮至大潮逐渐增大,落潮阶段的悬沙浓度通常略高或相近于涨潮阶段。观测期间北槽上段河道悬沙浓度的平均值为1.14 kg/m3,分别是中、下段河道的1.3和2.4倍,悬沙浓度具有明显的空间变化。悬沙浓度与流速总体呈现较好的关联,流速越强,悬沙浓度越高。北槽上段和中段在小潮期间,下段在小、中、大潮期间均出现上层净向海输沙,下层净向陆输沙的输移模式,重力环流影响明显,并在北槽水域存在明显的时间和空间变化。在上、中段河道的小潮期间、下段河道的小潮及中潮期间都出现下层向陆而上层向海的纵向余环流现象。各测点处的欧拉余流均指向海,斯托克斯余流向陆,单宽净输水均向海。悬沙的输运形式均以T1、T2、T4及T6项为主；各组合项中,平流输沙持续向海；潮泵输沙项在小潮期间向陆输沙,中潮及大潮期间则向海；垂向净环流输沙方向均向陆。小潮期间各测点处的垂向净环流项作用明显,叠加潮泵输沙项的向陆输沙作用,致使小潮期间的向海输沙强度很弱或者以向陆输沙为主；中潮及大潮期间,垂向净环流输沙项相对较弱,且平流输沙及潮泵输沙均向海,致使悬沙向海净输沙。通过与2012年4月水沙输移特征的对比发现,虽同为枯季期间,但两次观测结果表现出较大差异,4月期间没有明显的纵向余环流发育,余流由表层至底层均向海；单宽净输沙均向海,其中平流输沙项始终向海输沙并强于潮泵输沙(基本向陆)与垂向挣环流输沙项(持续向陆)。北槽内的水沙输移机制在不同时期内受到径流、潮流及盐淡水混合等多重因素的共同影响,存在着明显的时间变化特征,输水输沙的时间变化特点会对北槽内的冲淤过程产生重要影响。
【关键词】：潮流 河口环流 盐淡水混合 悬沙浓度 水沙输移机制 北槽
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U652.3;TV147
【目录】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-15
• 第1章 绪论15-25
• 1.1 研究意义15-16
• 1.2 国内外研究进展16-19
• 1.2.1 河口悬沙浓度时空变化研究16-17
• 1.2.2 对泥沙输运的研究17-18
• 1.2.3 对盐淡水混合的研究18
• 1.2.4 对河口环流的研究18-19
• 1.3 研究区域概况19-23
• 1.3.1 区域自然概况19-20
• 1.3.2 长江来水来沙20-22
• 1.3.3 海域概况22-23
• 1.3.4 北槽深水航道治理工程23
• 1.4 论文主要内容23-25
• 第2章 北槽水动力特征25-38
• 2.1 数据和方法25-27
• 2.1.1 资料来源及数据处理25-26
• 2.1.2 单宽净流量及优势流的计算26-27
• 2.1.3 准调和分析27
• 2.2 潮汐水位特征27-28
• 2.3 流速变化特征28-33
• 2.3.1 实测流向变化28-29
• 2.3.2 流速的时间变化29-30
• 2.3.3 流速的垂向变化30-33
• 2.4 单宽净流量及优势流33-36
• 2.4.1 纵向输水34-35
• 2.4.2 横向输水35-36
• 2.5 本章小结36-38
• 第3章 盐淡水混合变化特征38-50
• 3.1 数据和方法38-39
• 3.1.1 资料来源38
• 3.1.2 单宽输盐量及优势盐的计算38-39
• 3.2 盐度时空变化39-43
• 3.2.1 涨落潮变化39-40
• 3.2.2 大小潮变化40-41
• 3.2.3 垂向变化41-43
• 3.3 盐淡水异重流对流速的影响43-47
• 3.4 盐通量47-48
• 3.4.1 纵向输盐47-48
• 3.4.2 横向输盐48
• 3.5 本章小结48-50
• 第4章 悬沙浓度变化特征及悬沙通量50-64
• 4.1 数据和方法50-51
• 4.1.1 资料来源及数据处理50-51
• 4.1.2 单宽输沙量及优势沙的计算51
• 4.2 悬沙浓度的时空变化51-57
• 4.2.1 涨落潮变化51-52
• 4.2.2 大小潮变化52-54
• 4.2.3 垂向变化54-57
• 4.3 悬沙浓度与流速的关系57-59
• 4.4 悬沙通量59-62
• 4.4.1 纵向输沙59-61
• 4.4.2 横向输沙61-62
• 4.5 本章小结62-64
• 第5章 北槽水沙输移机制分析64-85
• 5.1 数据和方法64-67
• 5.1.1 资料来源64-65
• 5.1.2 余流的计算65
• 5.1.3 单宽机制分解的计算65-67
• 5.2 余流的垂向特征分析67-68
• 5.3 水体纵向输移机制68-69
• 5.4 悬沙纵向输移机制分析69-76
• 5.4.1 平流输沙70-71
• 5.4.2 潮泵输沙71
• 5.4.3 垂向净环流输沙71-76
• 5.5 近期北槽水沙输移的对比76-80
• 5.6 对北槽水沙输移的讨论80-83
• 5.7 本章小结83-85
• 第6章 总结与展望85-88
• 6.1 主要结论85-87
• 6.2 不足及展望87-88
• 参考文献88-94
• 附录94-95
• 致谢95

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本文编号：981526