第八章-潮汐河口的演变.

(2)涨落潮历时不对称
主要影响因素：水深、河流径流 水深：潮波波峰(高潮位)和波谷(低潮位)时刻水深相差大，波峰传播速 度要快于波谷，使得潮波前坡变陡、后坡变坦，涨潮流速大于落潮流 速→涨潮历时缩短，落潮历时延长
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径流：向海净流动，与潮波叠加，使得涨潮历时更加短
(3)潮差(潮波的波高)的变化
➢咸水界以下:盐水密度梯度使垂线流速分布发生变化 • 落潮流期间：密度梯度与水面坡降方向相反，减小落潮流速，因底部密度 梯度大，阻碍底流下泄，为保持流淡水的混合-(三)对水流泥沙的影响
➢咸水界以下:盐水密度梯度使垂线流速分布发生变化 • 转流期间：水面坡降很小，密度梯度控制底流流向上游，形成表层(向下)与 底层流向相反的交错流
④ 落潮落潮流：海水继续落潮，河 口水面下降使得水面坡降转向下 游，水流向下游流动
(1)波动类型的变化
主要影响因素：河口 平面形态、水深、浅 滩和河口端部反射
外海潮波
河口潮波
☆ 外海潮波：简单前进波，潮流速与潮位同相→高低潮位时潮流速度达到最大 值，在中潮位(平均水面)流速为零(憩流、转流)
☆ 河口潮波：取决于河口平面形态及水深变化，介于前进波和驻波之间，潮流 速与潮位不同相。前进潮波遇到浅滩、河岸、河口顶端会发生反射。若河宽 向上游迅速缩窄、水深急剧变大，反射强烈，河口潮波接近完全反射驻波， 潮流速与潮位相位差90°→ 高低潮位时潮流速度为零，在中潮位流速最大
㈢何为潮区界？
➢涨潮波消失、潮差为零之处。 ➢潮区界以上不受潮汐影响，纯属径流。
分界并非固定，应是一个范围
口门
xe
8.1潮汐河口的分段和分类
㈣何为感潮河段？
(一)潮6汐.1.河1.口4 的分段
➢口门至潮区界之间受潮汐影响的河段。
感潮河段
口门
xe
8.1潮汐河口的分段和分类 (一)潮汐河口的分段
迎流坡缓、背流坡陡(沙波)
8.3潮汐河口区的泥沙运动特点 (三)河口区悬移质运动
➢总体趋势：水流往复→悬移质往复搬运、时沉时扬 1.滞后效应：含沙量的变化滞后于流速一定相位
• 沉降时差：涨潮流或落潮流→憩流(转流)期间，当流速降低到止动流速以下 时，悬移质开始沉降，但在沉降到床面前会随水流前进一段距离
➢缓混合型： • 径流潮汐均较强，盐淡水发生掺混，水 平和垂直方向均存在含盐度梯度，淡水 主要从上层下泄，底部有盐水上溯，可 能出现交错流
➢强混合型： • 潮汐强径流弱，盐淡水充分混合，垂向 含盐量均匀，含盐度梯度主要表现于水 平方向，不出现盐水楔和交错流
8.2潮汐河口区的水流特性
二、河口区盐淡水的混合-(三)对水流泥沙的影响
3
gb12 C 7 0 .2D U U c U U c 2 -7 1 ,天 然 沙
• 流动总体向下游，但潮汐涨落→水位升降→流速增减→推移质间歇运动
➢潮流界←→河口
• 潮流径流相互作用→往复流→推移质往复运动→一般淤积在咸水界范围内， 但在大洪水时也会推移至口门外(根据沙丘淤积体的形态可判断该河口是受 涨潮流还是落潮流控制)
㈣潮汐河口分段 河流近6口.1段.1.＋5 河流河口段＝河流近海段
➢⑴河流近口段：潮区界～潮流界，有朝位涨落，但流向单一，地貌呈河流。 ➢⑵河流河口段：潮流界～口门,双向流,河床不稳,河道分汊展宽、出现沙岛沙坎。 ➢⑶口外海滨段：口门～三角洲前沿，地貌主要表现为水下三角洲。
感潮河段
口门
一
8.1潮汐河口的分段和分类
➢咸水界以上:流速垂向分布不受盐水密度梯度的影响，仍采用对数或指数分布 ➢咸水界以下:盐水密度梯度使垂线流速分布发生变化
• 涨潮流期间：密度梯度与水面坡降一致，增大涨潮流速，因底部密度梯度 大，底流速加大，最大流速出现在水面下某一深度处
8.2潮汐河口区的水流特性
二、河口区盐淡水的混合-(三)对水流泥沙的影响
➢河口段多年平均中潮位水面坡降线与平均海平面交点所在的位置。
口门
xe
8.1潮汐河口的分段和分类
㈡何为潮流界？ (一)潮6.汐1.河1.2口的分段
➢涨潮流流速与径流流速相抵消，潮水停止倒灌之处。 ➢涨潮逐渐减弱的原因：河床阻力、径流阻碍。
口门
xe
8.1潮汐河口的分段和分类
(一)潮6汐.1.河1.口3 的分段
第八章 潮汐河口的水流泥沙特点及河床演变
第一节 潮汐河口的分段和分类 第二节 潮汐河口区的水流特性 第三节 潮汐河口区的泥沙运动特点 第四节 潮汐河口区的河床演变
8.0 概述-基本概念
➢河口区：河流与受水水体(河流、湖泊、水库、海洋)的接合地段 支流入汇河口 入海河口 入湖河口 入库河口
➢入海河口(潮汐河口):水流流态多变、泥沙构成多样、河床演变复杂 ① 主要影响因素：径流(山水)、潮汐入侵、波浪、密度流(盐淡水)
8.2潮汐河口区的水流特性
(一)河口区的潮波及潮流
潮汐周期的四个阶段：潮位涨落+潮流方向 ① 涨潮落潮流：海水开始涨潮，但潮位上升尚未改变水面向下游倾斜和水 流向下游流动 ② 涨潮涨潮流：海水继续涨潮，河口水面壅高使得水面坡降转向上游，水 流向上游流动
③ 落潮涨潮流：海水开始落潮，河 口水面开始下降，但潮位下降尚 未改变水面坡降向上游倾斜和水 流向上游的流动
• 河口悬沙多含粘粒胶粒 细颗粒泥
• 含盐海水为电解质
沙絮凝
成为大颗粒 沉速加大 (但有上限)
团聚：淤泥经海洋生物(牡蛎、蛤)吸入体内 和排泄后将在表面附着生物粘液，使得细颗 粒泥沙粘结在一起，形成较大颗粒(团粒)， 这将增大沉速
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(六)考虑摩阻影响时无限长河道中潮波的衰减
8.2潮汐河口区的水流特性
二、河口区盐淡水的混合-(一)混合类型
➢ 海水含盐量约30‰，淡水含盐量约0.1‰：涨潮流会将海水带入口门内一 定距离→盐水入侵
➢ 咸水界：河口内水流含盐量因海潮的影响从口门向上游逐渐降低，当含盐 量小于2‰时，已不会影响农作物生长，2‰含盐浓度所及位置即~
➢射流对泥沙运动及河床演变的影响: • 平面射流:射流两侧的流速衰减较快，核心流流速衰减稍慢，泥沙沿主流两 侧沉积，形成鸟趾状或鸟嘴状三角洲 • 轴向射流：射流向水平和垂直方向扩散，流速衰减迅速，泥沙在口外附近 形成新月形沉积体，河流出路受阻，将在其上冲出新道，又形成另一个新 月形沉积体，发展下去成为圆弧状三角洲
(二)潮汐河口的分类
➢径流潮流相对强弱和来沙特征： ③ 湖源海相河口：黄浦江口 • 径流潮流均不强，经过上游胡泊或 河网调节，潮差中等，流域来水来 沙少，泥沙主要来自口门→拦门沙 ④ 陆海双相河口：长江口 • 径流潮流相当，陆域海域来沙丰富 →拦门沙、沙坎
8.1潮汐河口的分段和分类
(二)潮汐河口的分类
8.3潮汐河口区的泥沙运动特点
(一)河口区泥沙来源
➢流域来沙：径流挟沙 • 河岸冲刷 • 河床冲刷
➢海域来沙：潮流挟沙 • 当地海岸滩涂 • 径流挟沙在河口外落淤后，又被潮流带回到河口内
➢其他：城市垃圾、工业废渣、海洋生物残骸等
8.3潮汐河口区的泥沙运动特点
(二)河口区推移质运动
➢潮区界←→潮流界
➢ 盐淡水混合区：咸水界下游 ➢ 盐淡水混合指数(山潮水比): →盐淡水混合类型
一个潮周期内的河水径流量 涨潮期的进潮量
≥0.7 :
弱混合型(西江河口)
= 0.2~ 0.5: 缓混合型(长江口南港)
< 0.1:
强混合型(钱塘江口)
8.2潮汐河口区的水流特性
二、河口区盐淡水的混合-(一)混合类型
➢弱混合型：又称高度成层型、盐水楔型 • 径流强潮汐弱，盐淡水间存在明显分界 面，形成盐水楔异重流，上层淡水流向 下游，下层盐水潜入上游，交界面上的 剪切力与含盐度梯度平衡
其它影响潮波变形的因素： ① 盐水楔异重流加剧了潮汐不对称现象
② 柯氏力使潮差向潮波传播方向的右侧(北半球)递增
潮波变形在潮差相对于低潮水深较大的强潮河口更为显著。在某 些河口，河口涨潮初期潮位急剧上升，受水深沿程快速减小和逆 向径流影响，低潮传播速度慢，被后一个高潮赶上，潮波便形成 类似移动水跃的现象，波面前坡几乎直立，波前就象一个翻滚的 水墙向上游传播，这种现象称之为涌潮
三、河口区口门外的水流泥沙特征
➢口门外水流泥沙运动的主要影响因素: ① 流出水流的惯性力(提供动量) ② 河床底面的摩阻力(减小流速) ③ 流出水体与周围海水密度差引起 的浮力
➢口门射流类型： • 出口水深h0<<口门外水深h时:轴 向紊动射流(排出水流向水平和垂 直方向扩散) • 出口水深h0≈口门外水深h时:平 面紊动射流(排出水流向仅在水平 面内扩散)
① 河口断面向陆方向收缩→喇叭效应→能量汇聚→潮差沿程增大
格林定律 : Hx
H
0
(
h0 hx
)1
4
(
b0 bx
)1 2
② 浅滩及河口边界反射→驻波→潮差沿程增大→共振
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=
1 cos kl
③ 底摩阻→ 能量损失→潮差按指数规律沿程减小
H0excoskxt
2
Hi H0e x
上述三种因素的相对大小很难确定，相互之间的平衡非常复杂: ① 宽度和深度逐渐变化的河口：浅滩及河口边界反射小，潮 差主要受底摩阻影响，沿程减小(如长江口) ② 喇叭形河口：河口区中下游段，由于截面收缩和边界反射， 潮差沿程增加；河口上游端，水深减小，底摩阻影响显著， 潮差趋于减小(如钱塘江口)
• 冲刷时差：憩流(转流) →涨潮流或落潮流，流速上升到止动流速时，床面 泥沙不动，直到流速继续上升到起动流速，泥沙才进入运动状态
钱塘江河口七堡 站流速、含沙量 过程线
8.3潮汐河口区的泥沙运动特点
(三)河口区悬移质运动
➢总体趋势：水流往复→悬移质往复搬运、时沉时扬
2.絮凝现象：主要体现在D<0.03mm的细颗粒泥沙
8.2潮汐河口区的水流特性 二、河口区盐淡水的混合-(三)对水流泥沙的影响
➢ 滞流点：一个潮周期内，下泄流与上溯流河段间底部净流程(涨落潮流程的 代数和)为零的临界点，为底层泥沙易于淤积的区域 • 流程=流速过程线与时间轴包围的面积 • 位置：随山潮水比的变化而变，洪水大潮下移；枯水小潮上溯
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8.2潮汐河口区的水流特性
➢潮差高低： ①强潮河口: 潮差>4m ②中潮河口：潮差=2~4m ③弱潮河口：潮差<2m
8.2潮汐河口区的水流特性
影响因素
一、河口区的潮波及潮流
主要：
水深；河口的平面形态；底摩阻；浅滩和河口端部的反射或 全反射；河流径流
其它：
盐淡水混合：盐水楔异重流加剧了潮汐不对称现象
科氏力：使潮差向潮波传播方向的右侧(北半球)递增
8.1潮汐河口的分段和分类
(一)潮汐河口的分段
➢图6-1(分界点)：口外海滨 段→河口口门→潮流界→潮 区界
• 潮区界→口门：感潮河 段
• 潮区界以上：河水运动 不受潮汐影响
• 潮流界、潮区界的位置 随外海潮差大小、河流 径流量大小而变化
8.1潮汐河口的分段和分类
㈠何为口门？ (一)潮6.汐1.河1.1口的分段
滔天浊浪排空来,翻江倒海山为摧
8.2潮汐河口区的水流特性 (一)河口区的潮波及潮流
(二)一维潮波的基本方程-浅海自由潮波(浅水潮波)
(三)无限长均匀断面河道中的推进潮波-凯尔文波
海
岸
(四)一端封闭河道中运动的驻波型潮波-驻波和港湾共振
动
力
(五)断面渐变河道中的潮波运动-波能流守恒的格林定律
➢地貌学角度：
(二)潮汐河口的分类
①三角洲河口:
• 形态：河流泥沙在近海淤积形成的三 角形堆积体(扇形分汊式河口)
• 形成：径流含沙量大，潮流及沿岸流 较弱，不能将河流带来的泥沙带走
• 典型：黄河、长江、多瑙河、尼罗河
②三角港河口：
• 形态：潮水冲刷大陆内部形成的漏斗 形河口(喇叭口)
• 形成：径流含沙量小，潮流及沿岸流 较强，带走泥沙
• 典型：钱塘江河口、泰晤士河口
8.1潮汐河口的分段和分类
(二)潮汐河口的分类
➢径流潮流相对强弱和来沙特征： ①强潮海相河口:钱塘江口 • 泥沙主要来自口外海滨，强潮将口外泥沙 推进口内→沙坎 ②弱潮陆相河口：黄河口 • 河流流域来沙丰富，强径流挟沙至口门附 近落淤→拦门沙
8.1潮汐河口的分段和分类
8.2潮汐河口区的水流特性
三、河口区口门外的水流泥沙特征
➢口门外射流流速的演变: • 流出口门时:均匀分布，中部为核心流 • 过渡区：水流扩散，核心流缩小直至消失，流速降低 • 完全紊流区：水流继续扩散，流速沿程减小，在断面上呈高斯分布
高斯分布
8.2潮汐河口区的水流特性
三、河口区口门外的水流泥沙特征