黄河北归后江苏海岸带陆海相互作用过程研究

摘要

海岸带陆海相互作用(LOICZ，Land-oceanInteractionsintheCoastalZone)，在近几年中成为海岸带研究的热点以及全球变化中的研究前沿。自上个世纪90年代以来，各国相继开展了陆海相互作用(LOICZ)及其相关研究。江苏海岸带受季风气候控制，处于北亚热带向暖温带过渡的地带，兼受海洋性和大陆性气候双重影响，地貌沉积类型丰富。近一个半世纪以来废黄河三角洲海岸数十公里的岸线后退和上百公里尺度的辐射沙洲的逐渐形成，在国内乃至全世界都是十分罕见的。江苏海岸是区域内开展LOICZ研究的理想场所。 黄河北归前河口地区突出岸段的岸线在目前岸线以外20余km，且岸外有广阔的水下三角洲浅水区。经过一个半世纪的调整改造，水下三角洲已经被夷平，目前-15m等深线已内移至距岸约4km。由于废黄河三角洲及其水下三角洲被侵蚀的泥沙，在海流的携带下向南搬运堆积，加上长江口北上泥沙流在此带堆积，南部海岸继续淤涨，向海推进最远约20km。岸线和水下地形的剧烈改变对潮波传播的局部影响不容忽视。目前尚无实测资料对比和模拟研究证实这种变化的过程及其趋势。 近期对辐射沙洲区近岸水道、沙洲和岸滩稳定性研究发现，近半个世纪以来，辐射沙洲南翼的小庙洪、网仓洪、烂沙洋和黄沙洋等水道及其之间的沙洲普遍存在逐渐向南偏移的趋势。考虑到废黄河三角洲海岸作为辐射沙洲地区的主要泥沙源，同时，南黄海旋转潮波需经废黄河三角洲岸外向南传播进入辐射沙洲匿，构成辐聚辐散的潮流格局。黄河北归150年来废黄河三角洲海岸20余km的侵蚀后退以及侵蚀泥沙的逐渐减少对辐射沙洲区两大潮波系统强弱对比和区域泥沙供给条件的可能影响。可以推测废黄河三角洲海岸整体大范围后退对由北向南传播的旋转潮波阻碍作用有所减弱，从而使旋转潮波相对加强。两大潮波系统辐聚形成的辐射沙洲近期动态表现出主轴南移趋势与废黄河三角洲侵蚀后退后北部旋转潮波加强可能有成因上的联系。 另外，东中国海平均海平面在此期间数十厘米的上升也是值得考虑的因素。海平面上升引起的黄海潮波系统的变化，势必影响到辐射沙洲趋势性演变的宏观背景和江苏海岸的侵蚀，但是否是影响辐射沙洲趋势性演变的主要动力驱动因素，以及海平面上升与江苏海岸侵蚀的关系，其作用的强度有多大等都需要进一步的研究。 本项研究通过大量的实测资料和数值模拟的结果，分析了江苏海岸水动力和岸滩演变的特点；在恢复黄河北归以来，苏北黄河三角洲海岸不同发育阶段的岸线位置和水下地形的基础之上，通过所建立的潮波数学模型，研究了在苏北黄河三角洲不同演变阶段南黄海潮波系统的特征及其变化，分析了江苏海岸演变与潮波系统变化的对应关系和相互作用；分析了海平面上升对江苏海岸潮波系统的影响，探讨了控制辐射沙洲趋势性演变的主要驱动力。得出如下系列成果： (1)岸线和水下地形的变化导致江苏沿海分潮振幅的变化，大致以废黄河口为界，以北振幅减小以南振幅增大，其中以辐射沙洲内海的振幅变化最大；岸线的后退使得M2、S2分潮无潮点位置也不断向西南方向移动。 (2)海平面上升后分潮的振幅将随之而变大，但在部分区域，分潮振幅随着海平面上升而减小；无潮点相对于现有的无潮点位置均向东南方向偏移；海平面上升导致的潮差变化，大致以吕四为界，以北随着海平面上升，分潮的振幅不断增大，以南振幅减小，其中在废黄河口附近的增幅也相对较小；潮差增大幅度最大的地区刚好是岸滩侵蚀最快的地区，海平面上升与岸滩侵蚀存在很好的对应关系。 (3)随着江苏海岸线后退，废黄河口水下三角洲夷平，南黄海旋转潮波得到进一步的加强。水动力加强的区域逐渐向辐射沙洲偏移，也即水动力的主轴方向明显向南偏移了，而这种水动力的主轴向南偏移，就有可能是导致辐射沙洲整体南移的主导因素。 (4)随着海平面上升速率的加快，海平面上升引起的沿岸潮差、近岸流速的增大以及风暴潮的加剧，使得海平面上在海岸侵蚀作用中越来越大，江苏海岸岸滩侵蚀的将不断加剧。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1选题依据及研究意义

1.2研究进展与评述

1.3研究的途径与内容

1.3.1研究思路

1.3.2研究的内容

1.4论文主要创新点

第二章东中国海及局部潮波数值模拟

2.1引言

2.2潮波运动基本方程

2.2.1基本方程

2.2.2差分格式

2.3定解和边界条件

2.4网格嵌套

2.4.1网格嵌套意义、原理

2.4.2实现的步骤

2.4.3网格嵌套技术的应用

2.5模型结果验证

2.5.1大模型的验证

2.5.2局部模型的验证

2.6潮流场结果分析及比较

2.6.1半日潮

2.6.2全日潮

2.6.3无潮点

2.7本章小结

第三章江苏海岸带水动力及岸滩地貌演变特征

3.1引言

3.2研究区的基本情况

3.2.1地质条件

3.2.2海岸地貌

3.2.3海岸带气候条件

3.2.4波浪

3.2.5泥沙

3.2.6风暴潮

3.3现代江苏海岸水动力特征

3.3.1潮汐特征

3.3.2潮流特征

3.3.3余流特征

3.4江苏海岸岸滩地貌演变特征

3.4.1海州湾砂质海岸(绣针河口——兴庄河口)

3.4.2烧香河口——灌河口岸段(强烈侵蚀岸段)

3.4.3废黄河尖岸段

3.4.4射阳河口—斗龙河口(淤蚀过渡岸段)

3.4.5斗龙港—东灶港(淤涨段)

3.4.6东灶港—蒿枝港(侵蚀岸段)

3.4.7蒿枝港—长江口微淤段

3.4.8辐射沙洲地区

3.5本章小结

第四章黄河北归后江苏海岸淤蚀变迁对潮波系统的影响

4.1引言

4.2黄河北归后江苏海岸线的变迁

4.3黄河北归后江苏海岸外沙洲的演变

4.3.1废黄河水下三角洲的侵蚀过程

4.3.2江苏岸外沙洲的分布与近期演变

4.4岸线变迁和水下地形变化对黄海潮波系统的影响

4.4.1振幅的变化

4.4.2无潮点的变化

4.4.3潮汐性质的变化

4.4.4最大可能潮差变化

4.5本章小结

第五章海平面上升对江苏沿海潮波系统的影响

5.1引言

5.2过去100多年来的海平面上升

5.3未来东中国海的海平面变化

5.4海平面上升对江苏沿海潮波影响

5.4.1海平面上升后潮波振幅的变化

5.4.2海平面上升后潮波同位相线的偏转

5.4.3海平面上升后无潮点的偏移

5.4.4海平面上升对最大可能潮差的影响

5.5本章小结

第六章江苏海岸地貌对潮波系统变化的响应

6.1引言

6.2“水道—沙洲”系统的南移

6.2.1烂沙洋“水道—沙洲”系统动态演变特征

6.2.2辐射沙洲“水道-沙洲”系统南偏的动力机制分析

6.3海岸侵蚀对海平面上升的响应

6.3.1海平面上升因素在海岸侵蚀中的作用

6.3.2海平面上升导致海岸侵蚀的机理

6.4本章小结

第七章结论与展望

7.1主要成果及结论

7.2展望

参考文献

致谢

作者攻读博士学位期间发表的论文