1996年黄河尾闾改道以来水下三角洲的演变_班丽

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( 2) 通 过 对 1996 ̄2004 年 水 深 资 料 研 究 表 明 , 黄 河 口 水 下 三角洲的演变特点与河口区水流动力条件 相适应: 1996 年改道 初期, 径流作用占优, 泥沙在口门两侧基本呈对称分布, 随着三 角洲向海延伸, 海洋动力输沙的作用显现, 对这种分布进行改 造, 波生近岸流形成的南向输沙使河嘴向南偏转; 破波带附近 动力作用最复杂, 地下变化也最为剧烈。
第28卷 第 4期 2008年8月
水文 JOURNAL OF C水HIN文A HYDROLOGY
Vol.28 No.4 Aug.第, 22080卷8
1996 年黄河尾闾改道以来水下三角洲的演变
班 丽, 刘 展
( 中国石油大学( 华东) 地球资源与信息学院, 山东 东营 257061)
摘 要: 根据 1996 ̄2004 年黄河三角洲滨海断面的实测水深资料, 总结清水沟流路自清 8 汊改道以来, 现 行 黄 河 口 水 下 三
角洲平面和剖面演变特点。结果表明: 水下三角洲的地形演变与河口区的水流动力相适应, 三角洲的演变是一个动态反馈
过程。在新的入海水沙通量变化形势下, 应当运用系统的观点, 从“动力- 泥沙- 地形”系统的角度研究三角洲演变的机理模
型, 为黄河大型水库联合调水调沙和河口治理提供技术支持。
关键词: 黄河口; 水下三角洲演变; 入海水沙通量; 黄河调水调沙
表 2 各纵向剖面水深变化趋势分析
纵向剖面位置 1996 年 LS20700000 2004 年 LS20705000
公式 y=- 0.0568x2+0.8361x- 4.798 y=- 0.0478x2+0.6379x- 4.9751
这种平面演变特征与河口水流动力输沙特征是相适应的: 由于水面展宽, 涨落潮流流速与径流流速的不一致等原因, 径流 流速在口门处迅速减小, 泥沙大量落淤, 同时, 波生近岸流将泥 沙向南输运, 因此, 2m 线向海推进的同时向南淤进, 其变化与 径流来沙量的变化步调一致; 破波带的水流动力最为复杂, 不仅 有径流来沙, 还有波浪掀沙, 因此, 5m 线的变化最为复杂, 波生 近岸流的作用使南侧淤进比北侧淤进快; 破波带以外的泥沙主 要来自波浪掀沙, 潮流是主要的输沙动力, 相对 稳 定 , 因 此 10 m 线向海以及沿岸方向推进都较为均匀。 3.2 剖面演变特征 3.2.1 横向演变特征
中图分类号: P333.4
文献标识码: A
文章编号: 1000- 0852(2008)04- 0082- 04
1 前言
黄河三角洲地区是我国重要的产油区, 三角洲的发展演变 对地区经济、生态和社会稳定有重大影响, 因此历来备受关注[1]。 黄河入海水沙通量是影响三角洲演变的重要因素。在以往的研 究中通常忽略海洋动力的影响, 仅关注径流入海水沙通量对黄 河 三 角 洲 整 体 面 积 以 及 海 岸 演 变 的 影 响 [2-5]。 近 年 来 由 于 黄 河 中、上游截流和用水 量 的 增 加 , 黄 河 下 游 断 流 频 繁 且 严 重 , 径 流 量及输沙量明显降低[6]。20 世纪 70 年代, 利津站每年断流不超 过 20 d; 80 年代, 断 流 不 超 过 32 d; 进 入 90 年 代 , 特 别 是 1995 年以后, 断流趋势明显加重, 断流天数明显增多, 最严重的是 1997 年断流天 数达 226 d; 2000 年以来 , 虽 然 在 人 为 强 力 控 制 下断流天数很少, 但总流量也不大。泥沙入海量明显下降, 河口 区淤进变慢, 海洋动力在三角洲演变中的作用不容忽视。2002 年以来进行的黄河大型水库联合调水调沙对黄河下游河道和河 口尾闾减淤起到一定作用[7], 然而, 大量泥沙输往河口, 势必造成 河口水下三角洲的淤积。水下三角洲作为整个三角洲的前沿, 其 发展变化影响到整个三角洲的演变。因此, 新形势下黄河入海水 沙通量的变化应引起以下两方面的重视: 一是海洋动力在黄河 口演变中的作用; 二是水下三角洲的演变。
本文根据黄河三角洲滨海固定断面的实测资料, 总结现行 黄河口水下三角洲的演变 特点, 从“动力- 泥 沙- 地 形 ”系 统 的 角 度, 对其演变进行分析, 认识各种动力在塑造三角洲地形地貌中 的作用, 为建立三角洲演变的动力机理模型提供基础。
2 研究资料和方法介绍
图 1 是 黄 河 三 角 洲 滨 海 测 深 的 36 条 固 定 断 面 ( Constant
R2 0.9294 0.973 0.9262 0.9204 0.8905
3.2.2 纵向演变特征 纵向剖面的水深变化可以反映地形的沿岸变化。分析水下
三角洲历年的纵向剖面水深图( 图 7) 可以看出, 离口门越近, 水 深变化越明显, 离岸一定距离的剖面历年水深基本保持不变, 说 明径流来沙和海洋动力输沙在此达到动态平衡, 由此可以在一 定程度上反映径流来 沙向海的输运范围。1996 年出汊后, 径流 在原河口北侧入海, 口门附近所在的剖面在原来北侧斜坡上出 现一个以现行口门为中心的泥沙堆积体, 比较各剖面的历年变 化, 行河初期, 剖面较陡, 之后新口门剖面的高点南移, 与老口门 之间的连接变缓( 图 7a 和 b) 。10 m 水深以外的剖面则在原来基 础上均匀变浅( 图 7c 和 d) 。对水深图进行趋势分析, 行河初期, 纵向剖面以河口为中心呈对称分布, 随着水下三角洲向海推进, R2 值减小( 表 2) 。
本文在总结黄河口水下三角洲地形演变特点的基础上, 从 动力输沙的角度对地形的变化进行机理分析。
3 研究结果
3.1 平面演变特征 根据现行黄河口三角洲水深等值线变化图分析其平面演变
特征。考虑到径流和海洋动力在河口区的作用特点, 分别对 2 m 等深线、5 m 等深线、10 m 等深线的变化进行研究, 如图 4。清 8 出汊前, 等深线与海岸线方向基本一致且比较顺直。行河以后, 等深线出现向海弯曲。其中 2 m 等深线向海淤进最显著, 向海淤 进的同时向南推进, 口门北侧基本保持不 变 ; 10 m 线 淤 进 最 慢 , 在原有基础上基本保持平行推进; 5m 线的淤进介于两者之间, 但南侧推进明显大于北侧。比较各等深线历年向海推进的最大 距离( 图 5) , 进行趋势分析的结果表明, 10 m 等深线的变化比较 均匀, 最接近线性变化; 2m 等深线的变化受径流来沙量的影响 最大; 5m 等深线的变化规律最不明显。
表 1 各断面水深变化趋势分析
断面位置
公式
CS 22
y = 25.4e- 0.0163x
CS 20
y = 20.829e- 0.0134x
CS 24
y = 26.229e- 0.0122x
CS 22
y = 28.8e- 0.0182x
CS 22
y = 23.3e- 0.0212x
(说明: 公式中以- 20 m 为水深 h 的起点。)
这种分布与泥沙的横向输运密切相关: 波浪破碎掀起大量 泥沙, 在潮流作用下泥沙向外扩散。离口门较远的断面, 径流来 沙少, 堆积在破波带以内的泥沙量少, 潮流作用下较易达到输沙 平衡; 口门附近径流来沙量大, 来沙大于水流动力的输沙能力, 浅水处泥沙堆积, 造成断面形态偏离平衡。
源自文库
年份
1996
2002 2004
地形的这种沿岸分布是水流沿岸输沙导致的: 行河初期, 岸 线平直, 径流来沙在口门两侧对称堆积, 随着水下三角洲向海延 伸, 破波形成南向沿岸流输沙, 打破这种对称分布, 老口门的泥 沙也向南输运, 于是新老口门之间连接变缓。
4 结论
( 1) 河口水下三角洲作为整个三角洲的前缘, 其发展变化对 整个三角洲演变起主要作用。从“水流动力- 泥沙- 地形”系统的 角度看, 水流动力 引 起 泥 沙 沉 降 、悬 浮 和 输 运 , 输 沙 不 平 衡 导 致 地形演变, 地形的变化又反过来影响水流动力, 水下三角洲的演 变是一个动态的反馈过程。应该从动力输沙机理对其发展变化 进行研究。
水深变化是水流动力综合作用的结果, 通过对水深变化的 研究, 可以掌握动力作用下的泥沙输移分布规律, 在此基础上实 现对水下三角洲地形的预测。考虑径流和海洋动力的历年变化 , 海洋动力是相对稳定的, 而径流动力变化较大。海洋动力主要考 虑潮流和波浪。黄河三角洲沿岸潮流为往复流, 波浪情况如图 2, 强浪主要形成向南沿岸输沙。径流的变化由利津站水文资料 反映。图 3 是 1996 ̄2004 年 利 津 站 来 水 来 沙 量 , 总 体 水 沙 量 偏 枯, 2002 年调水调沙以来入海水沙量增加。因 此, 以 1996 改道 前后和 2002 年为代表年份进行研究。
Section) , 通 常 每 年 汛 期 后 施 测 一 次 , 取 得 水 深 数 据 。 黄 河 自 1976 年 行 水 清 水 沟 流 路 , 至 1996 年 在 清 8 汊 改 道 , 行 河 至 今 。 本文以现行 黄 河 口 水 下 三 角 洲 为 研 究 对 象 , 根 据 1996 ̄2004 年 利津站的水文资料和滨海水深数据进行研究。
横向断面的水深变化可以反映河口地形向海方向的变化。 由各横向断面的水深变化 图( 图 6) 可 以 看 出 : 口 门 两 侧 的 CS20
图 4 水深等值线变化图
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水文
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和 CS24 历年水深基本不变, 说 明 径 流 来 沙 和 海 洋 动 力 输 沙 在 此达到动态平衡, 由此可以在一定程度上反映径流来沙沿岸的 输运范围。口门所在断面 CS22 在改道初期迅速向海淤进, 之后 逐 渐 变 慢 , 1999 年 ̄2002 年 的 断 面 形 态 基 本 保 持 不 变 , 2002 年 调 水 调 沙 以 来 又 出 现 明 显 向 海 推 进 , 10 m 水 深 以 外 变 化 缓 慢 。 对水深图进行趋势分析的结果表明: 在输沙平衡的断面, 水深向 海呈指数递减, 口门北侧 R2 值大于南侧。靠近口门, R2 值减小。 在 口 门 所 在 的 断 面 , 行 河 初 期 R2 值 较 大 , 随 着 径 流 来 沙 在 口 门 的堆积, R2 值减小, 尤其 2002 年以后, R2 值减小明显( 表 1) 。由 此可见, 输沙平衡的断面形态满足指数分布; 径流来沙和水流输 沙不平衡的断面将偏离这种分布规律, 口门所在断面由于径流 来沙堆积, 偏离最大。
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班丽等: 1996 年黄河尾闾改道以来水下三角洲的演变
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其困难的, 采取平均和统计的方法比较可行。因此, 本文在研究 区域内选取具有代表性的位置研究其水深变化。就某一年份, 利 用水深数据在平面内形成 等 值 线 图 , 即 y=y( x, H0) , 历 年 等 值 线 的变化可以反映平面地形的变化; 就某一断面, 利用水深数据可 形成横向剖面( Crosswise Section) 水深图, 即 H=H( x, t0) , 历年剖 面水深图可以反映该断面向海的淤蚀变化; 就某一纵向剖面, 利 用 水 深 数 据 形 成 纵 向 剖 面 (Longitudinal Section) 水 深 图 , 即 H=H( y, t0) , 比较历年图形可以反映水下三角洲沿岸的地形变化。
收稿日期: 2007- 07- 19 基金项目: 国家自然科学基金项目( 2002CB412404) 资助 作者简介: 班丽( 1976- ) , 女, 山东淄博人, 博士生, 研究方向为河口演变模型; 刘展( 1957- ) , 男, 四川内江人, 教授, 博导, 研究方向为地理信息系统
( GIS) 。
以水深表示河口水下三角洲的地形, 水深变化是水下三角 洲演变的直观体现, 反映河口水下三角洲的演变。水深是时空 变量, 即 H=H( x, y, t) 。从“动力- 泥沙- 地形”系统角度来看, 径流 来沙在河口水流动力作 用 下 , 发 生 沉 降 、悬 浮 、启 动 、输 移 , 大 量 泥 沙 输 运 的 结 果 就 表 现 为 地 形 的 变 化 。就 研 究 三 角 洲 演 变 而 言 , 通常以年为时间尺度, 从微观水沙运动方程对其进行研究是极
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