长江口洪枯季水沙动力场特征分析

摘要

长江河口的动力条件非常复杂，且有明显的洪枯季差异，加上各种工程建设等人类活动的干预，不利于人们清楚地认识长江口的水沙输移特征，掌握泥沙淤积的动力机制。本文以天津大学河流泥沙实验室自主研发的二维水沙数学模型为工具，首先从概化河口的角度出发，模拟分析了五种河口淤积机制；而后建立长江口二维水动力数学模型，对长江口的水动力特性进行研究；最后基于遥感图像分析了长江口泥沙的时空分布和动力特征。具体的研究内容和结论如下： 1、总结并提出五种河口淤积的水动力机制：1）河段展宽淤积机制，指河流断面变宽，流速减缓引发的泥沙落淤；2）潮径顶托淤积机制，指上溯潮流和下泄径流顶托时，出现滞流区，进而产生泥沙淤积；3）河势不顺淤积机制，指水动力轴线与主流线之间，或者涨、落潮主流路之间的夹角偏大，水流流动受阻，而造成泥沙淤积；4）局部环流淤积机制，指悬沙在坝田局部环流作用下落淤；5）异重流潜入淤积机制，指近底层高含沙水流以异重流的形式潜入航槽形成回淤。 2、在参考河口普遍形态规律及水沙运动特征的基础上，建立了概化河口二维水沙数学模型，并对应上述几种河口淤积机制，对概化河口的水动力过程、泥沙运动和冲淤状况进行模拟，模拟结果很好地解释几种河口淤积机制的成因。 3、建立了长江口积深二维数学模型，利用2012年长江口洪季实测潮位、流速资料对所建立的数学模型进行合理性验证，验证结果表明，本文所建立的数学模型能够较好地反映长江口的水动力变化规律。 4、从河段展宽、潮径顶托、河势不顺、局部环流、异重流潜入五种河口淤积机制出发，结合长江口数值模拟结果，对该水域的不同区域，特别是北槽深水航道的淤积原因进行分析，得出长江口不同区域引起淤积的可能水动力机制。 5、长江口水动力特征有明显的洪枯季差异，并随大小潮、涨落潮不断变化。其上段受径流影响明显，下段受潮汐影响明显，且洪水作用是引起长江口河床演变剧烈的重要原因。 6、运用遥感资料进行表层悬沙输移分析，研究长江口地区泥沙的时空分布和动力特征，获取悬沙浓度的定量信息。分析表明长江口表层悬沙浓度由近岸向外海逐渐增大，且受潮汐状况和径流影响较大。

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