长江口入海泥沙通量初步研究 - 中国水利 国际合作与科技网

横沙岛 鸡骨礁
说明
号海图系华东师范大学河口海岸研究所于 世纪
比例尺 万 万 万 万 万 万 万
万
说明 原图系英国海军测量 原图系英国海军测量 原图系英国海军测量
旧海军水道图 伪海军水道图 上海航道局资料 上海航道局
中华人民共和国交通部安监局
年代将不同比例尺海图统一转化而成的 万海图
表 长江口或口外大范围海图资料一览表
研究区域与研究资料
长江来水来沙进入河口以后 由于边界条件和动力条件的改变 会使泥沙发生淤积或引起河床冲 刷 泥沙冲淤的结果往往通过地形变化来反映 地形图是研究泥沙冲淤情况的原始资料 长江口地区 有丰富的水下地形资料 从开始用仪器测量出版海图至今已有 余年的历史 以前多用来分析局部地 形冲淤 由于缺乏有效手段 很少将整个河口作为对象进行系统的分析研究 未能给出定量的比较精确 的河口泥沙收支平衡模式 我们借助地理信息系统等现代化工具 将数字高程引入地貌分析 在获取泥 沙沉积量的基础上研究河口入海泥沙通量 本次研究主要目的在于弄清楚百余年来长江口及杭州湾泥 沙冲淤及收支情况 从而给出相应时间尺度下的泥沙入海通量 海图资料选择要考虑充分利用长江口 的历史测图 尽可能将时间跨度取得最大 因此 长江口各区域相应最早测绘的海图肯定被选择 其他海 图的选择 根据工作量适当和时间间距基本均匀分布的原则进行确定 同时兼顾考虑长江口地形演变重
长江河口典型断面的泥沙通量
要计算物质通量 必须先要确定断面位置 要计算入海泥沙通量 必须要先确定河海分界断面 然 而 这一界面显然不易确定 河海的连接有较长的过渡段 突变不明显 是渐变过程 因此从不同的角度 出发可以确定不同的断面作为入海断面 这是一个存在争论的问题 但是 从河流与海洋相互作用及地 貌形态上看 在长江口起码有这样几个断面是非常重要或者是值得注意的 大通 徐六泾 口门 从动力 学角度分析 它们也代表重要的意义 大通代表潮区界 徐六泾是盐水入侵界 口门是最大浑浊带盐淡水 混合最充分处同时又是拦门沙滩顶位置 还是涨落潮流优势转换带 若认为口门是长江与东海的界面 的话 那么从表 和图 可以知道 长江年平均入海泥沙通量约为 亿 约占大通断面年均泥沙通
要淤积在口外 来沙的 淤在南支口外的水下三角洲 淤积在北支口外的水下三角洲 淤积
在杭州湾及其近海 说明长江口泥沙出口门后主要是向东南方向输移 在潮流的作用下有相当部分泥
沙淤积在杭州湾 淤积量比以往估算的或想象的要大 其它的泥沙占 左右 主要沉积在浙闽沿海
近岸区域 极少量扩散至深海
图 长江口泥沙收支平衡模式示意图
⑹
南支 徐六泾至口门
⑵⑶⑷⑸
⑺
南支口外
本文计算
⑻
北支口外
本文计算
⑼
杭州湾及其近海
本文计算
⑽
塑造陆地及岸线
本文估算
⑾
大通至徐六泾河段
本文计算
⑿ 说明 负值表示冲刷
其它
按沙量平衡计算
依据表 得到长江口泥沙收支平衡及沉积情况如图 所示 从大通至徐六泾长达
仅有
约 的泥沙在此区间淤积 长江下游水沙基本与河道相适应 大部分泥沙属过境性质 只有较粗的床
长江口泥沙冲淤全貌
根据
年大通站实测泥沙资料统计 多年平均输沙量为
通过地形冲淤计算并
结合上文分析 可以得到长江口泥沙冲淤量明细情况见表
表 长江口泥沙冲淤量分布
序号 ⑴
区域 北支
计算资料
年均冲淤量 ?亿
占大通泥沙通量 比重?
备注 文献
⑵
南支上段
本文计算
⑶
南北港
本文计算
⑷
拦门沙
本文计算
⑸
南支口外近口门区
本文计算
收稿日期
基金项目 国家自然科学基金重点项目
国家自然科学基金项目
作者简介 吴华林
男 湖北人 副研究员 博士 主要从事河口海岸动力过程研究
大事件发生时期 具体海图资料情况见表
表 南支海图资料一览表
序号
年份
范围 吴淞 徐六泾 吴淞 徐六泾 吴淞 徐六泾 吴淞 徐六泾 吴淞 徐六泾 吴淞 徐六泾
说明
号海图系华东师范大学河口海岸研究所于
另一 个 核 心 计 划 全 球 海 洋 联 合 通 量 研 究
密切相关的研究课题 据
估算 由陆地进入海洋的物质约 是经河流搬运入海的 因此河流的入海物质通量在
陆地入海物质通量中占有重要的地位 大河河口及其陆架颗粒物质输移过程是揭示陆海相互作用和估
算河流入海物质通量的重要标志 因此研究陆海相互作用选择河口地区比选择一般海岸地区更具重要
换算关系 用
语言实现了对海图理论深度基准
面的人机交互式计算 验证表明 计算结果可靠 精度
大幅提高 基于 年实测潮位资料计算获得的调
和常数 研究了长江口 个验潮站 图 的深度基准
面 探讨了不同深度基准面之间的换算关系 如图
为冲淤量的精确计算打下了基础
图 长江口部分潮位站分布图
图 长江口各验潮站不同深度基准面比较
年月
泥沙研究
第期
长江口入海泥沙通量初步研究
吴华林 沈焕庭 严以新 王永红
上海河口海岸科学研究中心 交通部河口海岸交通行业重点实验室 上海 河海大学 海洋学院 江苏 南京
华东师范大学 河口海岸学国家重点实验室 上海 中国海洋大学 山东 青岛
摘要 将历史海图的基准面进行统一换算 采用 技术 实现了长江口及杭州湾
三维地形图 并可进行任何方向的剖面分析 计算研究区域的容积 从而得到冲淤量 图
海图数字化
基准面换算 生成数字高程模型
基准面关系研究
输出等深线或 三维表面图
冲淤量计算
长江口泥沙收支模式
入海泥沙通量
图 海图数据处理流程图
将表 所列地形图按图 流程实现地形数据数字化 分南支 包括南支上段 南北港 拦门沙 南支口外 北支口外及杭州湾四个区域计算泥沙冲淤
亩 而北支南岸即崇明北沿已围垦高滩地 万公
顷 张长清等
也研究了北支的这一趋势 他们在北支切割 个断面 计算理论深度 以下
河槽容积及淤积量 河槽容积
年减少了
水域面积共减少了
全河段累计淤
积量
亿 平均淤厚
平均年淤积厚度
? 若取泥沙的干容重为 ? 则平均年
淤积量为
亿 约占大通泥沙通量的
造陆泥沙
尽管长期以来长江口不断向海延伸 造陆规模巨大 但实际上用来塑造陆地和岸线只占长江来沙的
颗粒变细 因此悬沙总的趋势是粗颗粒逐渐淤积 根据泥沙组成和床沙质含量分析 文献 推断约有
左右的悬沙在大通至徐六泾河段落淤
图 泥沙级配曲线图
长江口北支冲淤
长江口北支是长江入海河道的一级汊道 位于崇明岛以北 西起江心沙 东至连兴港 全长
历史上北支进口以下曾是直达东海 向外敞开的喇叭形海湾 自 世纪至 世纪在喇叭形海湾中逐渐
世纪
比例尺 万 万 万 万 万 万
说明 原图系英国海军测量 原图系英国海军测量 旧中国海关海道测量资料
旧海军水道图 航保部长江下游航行图
上海航道局
年代将不同比例尺海图统一转化而成的 万海图
表 拦门沙海图资料一览表
序号
年份
范围
吴淞 鸡骨礁
吴淞 鸡骨礁
吴淞 鸡骨礁
吴淞 鸡骨礁
吴淞 牛皮礁
吴淞 牛皮礁
吴淞 鸡骨礁 浏河口 横沙岛
沙质会逐渐落淤 使悬沙粒径沿程逐渐减小 分析悬沙和床沙的沿程变化 可以估算泥沙的淤积情况
江阴悬沙与床沙颗粒组成差别较大 床沙中小于
的颗粒仅占 悬沙中大于
的颗粒仅
占 因此 悬沙基本属冲泻质性质 河口铜沙地区的悬沙组成与江阴基本相同也证实了这一点 图
大通站却有相当部分泥沙在床沙和悬沙中均存在 说明悬沙中床沙质明显存在 而下游河口区悬沙
域 极少量扩散至深海 通量与断面位置密切相关 考虑不同的时间尺度可分为年通量 月通量 日通量
等 若以口门作为河流与海洋的作用界面 那么长江入海年均泥沙通量为 亿 其他几个重要断
面通量分别为 大通
亿 徐六泾
亿 长江口与杭州湾界面
亿
参考文献
胡敦欣 我国海洋通量研究 地球科学进展
吴华林 沈焕庭 吴加学 长江口海图深度基准面换算关系研究 海洋工程 吴华林 沈焕庭 胡辉 等 支持下的长江口拦门沙泥沙冲淤定量计算 海洋学报 李九发 沈焕庭 徐海根 长江河口底沙运动规律 海洋与湖沼 黄胜 长江口演变特征 泥沙研究 邹德森 黄志良 长江口北支近期演变 泥沙研究 张长清 曹华 长江口北支河床演变趋势探析 人民长江
极小部分 在过去的
年以来 长江河口增加陆地面积
其中一大半位于北岸 而北岸沉积泥沙中有相当部分来自黄河 由苏北沿岸流向南输送至北岸 假定造
陆的泥沙平均淤积厚度为 估算得长江来沙造陆的沉积量约为 亿
若
取干容重为 ? 泥沙比较密实 那么用来造陆的泥沙平均每年在
亿 左右 假定在近
代长江泥沙用来造陆的规模基本不变 则造陆泥沙仅占大通泥沙通量的
作为长江口及杭州湾
冲淤分析及通量计算的基础 通过百年时间尺度的大范围冲淤分析 结合泥沙动力学 沉积学方法 建立了长
江口泥沙收支平衡模式 以此为基础 计算了长江河口若干重要界面的泥沙通量
关键词 长江口 泥沙冲淤 计算 通量
中图分类号
文献标识码
文章编号
引言
外力作用或边界条件变化对海洋物质通量的影响是
四项研究重点之一 也是与略早提出的
范围的数字地形模型分析 将数据文件输入
后 采用一定的内插方法将离散数据网格化
提供的内插方法达八种 用户可根据不同的情况选用不同的内插方法 经过多次试验 我们认
为采用
方法精度较高 与实际地形比较内插结果非常逼真 考虑基准面的差异 将水深统一订
正至理论深度基面 建立不同时期的长江口水下数字高程模型
从 库可以输ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ等深线图和
潮流占优势的涨潮槽 涨潮带进的泥沙不能全部带出 以致河床逐渐淤浅 淤积速率早期较慢 以后逐渐
加快 从
年 北支年平均淤积率为
但从
年平均淤积速率为
增加近一倍 等深线内水域面积从
年的 公顷
年缩小为 公顷 减少
故自本世纪以来 北支已明显趋向萎缩 由于北支涨潮主流北靠 引起北岸的崩塌和南岸的淤
涨
年至 年北支北岸共塌失
沙质部分由于动力减弱沉降下来 北支汊道淤积严重 平均每年淤积
亿 占大通泥沙通量的
平均每年淤厚为
从徐六泾至口门的南支汊道基本上保持稳定 略有冲刷 南支汊道为
长江口主泓通道 且由于北支萎缩 分流比逐渐减小 导致南支分流比逐渐增大 由于泄流的需要 南汊
河槽容积有扩大也是河床与水沙条件相适应的表现 是河道自动调整作用的体现 显然 长江口来沙主
长江口泥沙收支平衡模式
大通至徐六泾河道淤积
河流动力学悬移质理论一般将悬沙分为两部分 其中粒径较小的部分不参与造床 在床沙中含量极
微 始终随水流运动 称为冲泻质 另外部分粒径较粗 与床沙交换频繁 随动力条件的改变或成为悬沙
或成为床沙 称为床沙质 上游流域来沙进入下游后 因水面纵向坡降变小 流速趋缓 悬沙中较粗的床
淤涨出崇明岛后才将长江口分为南北两支 由于科氏力的长期作用 长江口自 年形成南北支的分
汊河势以来 落潮主流逐渐南移 至 世纪初长江口落潮主流进入南支 南北支河槽均作出相应的调
整 北支萎缩南支扩大
年北支径流量分配仅为
年以后测验表明涨潮流均大于落潮
流 至 年实测径流分流比仅占
随着径流量的减少 北支涨潮流量相应增加 逐渐转变为涨
序号
年份
范围 长江口与杭州湾 长江口与杭州湾 张
杭州湾 张 徐六泾 鸡骨礁 张
比例尺
万 万 万
说明 系英国海军测量 中国人民解放军航海保证部 中华人民共和国交通部安全监督局 中华人民共和国上海海上安全监督局
研究方法
基准面换算关系研究
为充分利用诸多历史海图资料 需要研究历史海
图采用的多种基准面与目前使用的理论深度基准面的
与
的重要研究内容之一 在研究河口区泥沙收支
平衡基础上计算入海泥沙通量是可行的方法之一 在对长江口南北支及近海百余年来泥沙冲淤量进行
定量计算的基础上 构建了长江口泥沙收支平衡模式 长江来沙 左右淤积在大通至徐六泾河道
左右淤积在北支 徐六泾至口门的南支汊道略有冲刷 约 淤积在口门以外的水下三角洲
淤积在杭州湾及其近海 左右泥沙用来塑造陆地和岸线 其它的泥沙 主要沉积在浙闽沿海近岸区
海图处理
采用美国环境系统研究所
简称
的地理信息系统产品
? 软件的 模块 结合手扶跟踪式
幅数字化仪 将海图水深点和边界线 岸
线 输入计算机 将 ? 数据文件转换成 文件 在
平台中打开检查和订正数字化结
果 再调用 ? 中 模块的
和
命令 形成基础数据文件 美国
软件
公司的
是一个功能比较完善而且所占空间较小的三维图形分析软件包 非常适合于处理一般
图 长江口主要界面年均泥沙通量
量的
说明过大通断面的泥沙约有 ? 输送入东海 淤积在长江现代水下三角洲和邻近的杭州湾及
浙闽沿海 剩余的 ? 在大通至口门之间沉积 主要淤在河道 北支和塑造陆地和岸线 大通 徐六泾
口门 长江口与杭州湾分界面等几个重要断面年平均泥沙通量见图
结论
入海泥沙通量是 两个核心计划
意义 其中 河流泥沙通量在不同的地球化学循环 如全球碳循环 中起重要作用 由于污染物与泥沙
有吸附效应 泥沙输移对污染物的迁移和循环也起重要作用 此外 入海泥沙通量直接对河口海岸地
区港口 航道 环境 围垦 渔业和水资源产生影响 因此 研究河口入海泥沙通量及河口泥沙运动规律
不仅是河口学和泥沙运动学发展的需要 同时也是沿海地区经济发展的需要