长江口北支演化的沉积动力学研究

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河口地区是河流动力与海洋动力相互交汇的区域,也是人类活动影响较为频繁的地区。长江口北支是长江河口的一级分汊,18世纪后逐渐走向衰亡。自1958年以后,其分流比不断下降,曾多次出现水、沙、盐的倒灌现象,加之沿岸区域的局部围垦,加剧了河势的变化。因此,分析和研究北支近期水、沙特性以及分流分沙比,对于北支河道演化趋势的预测和河口的综合整治都有着重要意义。   2007年9月在长江口北支和南支布设ADCP观测断面,并现场采集水样和进行CTD剖面观测。结果表明,大、小潮期间北支的水动力和悬沙浓度特征有显著的差异。小潮期间,涨潮流速小于落潮流速,涨潮流速最大为0.6m/s,落潮最大流速为1.4m/s。大潮期间,流速较小潮显著增加,且涨潮流占优,涨潮流速最大为2.4m/s,落潮流速最大为1.6m/s。悬沙浓度的峰值在小潮时为120mg/L,大潮时达20000mg/l,是小潮的160多倍。大、小潮期间,悬沙浓度的峰值均滞后于流速的峰值,小潮约滞后0.5-1h,大潮约滞后2h。水、沙输运在大小潮内亦有显著差异,小潮期间最大的水、沙输运率出现在落急时刻,大潮则出现在涨急时。大、小潮周期内,通过观测断面的净输水量分别为7.043×107m3和6.768×107m3,悬沙净输运量分别为4.352×107kg和1.839×107kg,均为向海方向输运。结合南支的同步观测数据和历史资料研究发现,北支的分流比不断减少,已由1958年的11.8%降低为目前的1.9%以下。可见,北支径流动力的减弱、流量减小,加之沉积物来源丰富,有利于沉积物在北支的堆积,不利于河道水深的维持。   2007年9月在北支采集表层底质样品,进行粒度和重矿分析。采用Gao-Collins粒径趋势分析模型,结果显示,北支上口的沉积物有向下游输运的趋势;大新港至河口处,沉积物大致呈由北支下段向中、上段输运的趋势;北支河口外的沉积物,存在着向河口内输运的趋势,河口处深槽的沉积物有向沙脊输运的趋势。由于北支的上口和下口处都有泥沙进入,因此造成北支发生淤积,这与近年来的地形测量结果相符,也解释了北支逐渐萎缩的根本原因。重矿物分析表明,长江口北支的沉积物主要源于长江;且其重矿物组合与长江口外海滨沉积物的重矿组合最为接近,是长江沉积物在河口地区多种动力条件下重新分配的结果。   对1958~1998年间3期历史海图进行数字化,获取海底地形数据。地形对比结果表明,北支总体上呈显著淤积的态势,北支1958~1978年年淤积速率为6.63cm/a,1978~1998年淤积速率为7.35cm/a。北支上段的青龙港附近和北支下游的崇明岛北侧是淤积最为严重的区域。   数学模型可用于北支演化的预测,本文在这方面做了一些初步尝试。根据已有数据,建立并率定了长江口区水动力模型。水位率定的结果总体较好,部分站点存在着偏差;流速偏差较大,模拟的相位比实测值有所提前。今后需要进一步的优化和改进,在模型中加入沉积物输运模块,预测未来北支的演化趋势,为北支整治提供参考依据。
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