【摘要】：長江河口潮汐運動源自西北太平洋,進(jìn)入河口區(qū)后與下泄的徑流產(chǎn)生相互作用,成為河口泥沙輸移、營養(yǎng)鹽運輸、灘地演變及生態(tài)循環(huán)等過程的基礎(chǔ)動力,同時也是河口涉水工程建設(shè)的基礎(chǔ)條件。自20世紀(jì)50年代,長江流域內(nèi)開始興建一系列水庫工程,60年代后以三峽水庫為首的水庫群調(diào)控下泄徑流量,同時導(dǎo)致泥沙在水庫內(nèi)淤積,隨徑流下泄的泥沙量驟減,下游發(fā)生大量沖刷。此外,航道工程、圍墾工程以及采砂等人類活動改變了潮汐傳播的邊界條件,與氣候變化、海平面上升疊加,導(dǎo)致河口潮汐特征值發(fā)生改變。研究河口潮汐動力變化特征及其趨勢對河口資源的開發(fā)利用和河口工程的維護(hù)治理具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。因此,本文基于長江河口近口段內(nèi)大通至南京河段以及河口段兩個研究區(qū)域共11個水文站2008-2016年間潮位資料,通過極值分析、調(diào)和分析和小波分析等方法,計算極值潮位、潮差、分潮振幅、潮汐特征系數(shù)等潮汐特征值及其變化周期,并與1965-2007年間的潮汐特征值進(jìn)行對比,總結(jié)、歸納近40年來長江河口潮汐動力變化特征;同時,利用大通站1965-2016年間徑流資料和1986-2016年間長江河口水下地形資料,分析徑流、地形和海平面等因素對潮汐特征值的影響,獲得如下主要結(jié)果。(1)極值潮位的時空變化特征。近40年來,近口段年最高潮位增大0.28-0.35m,下段增加幅度大于上段;年最低潮位增大0.19-0.56 m,下段增加幅度小于上段;潮位-流量相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.98,相同徑流條件下,河槽沖刷對潮汐上溯能力的增強(qiáng)使近口段最高潮位增大。河口段年最高潮位減小0.14-0.37 m,下段減小幅度小于上段;年最低潮位增大0.02-0.37 m,下段增大幅度大于上段;潮位-流量相關(guān)系數(shù)小于0.50,地形束窄使相近流量下的最低潮位增大。(2)潮差的時空變化特征。近40年來,近口段月均潮差增大5-24 cm,10-11月月均潮差增幅明顯,可達(dá)20 cm;月均潮差枯季大、洪季小,峰值出現(xiàn)在1-2月;相同徑流條件下,月均潮差平均增大10 cm;月均潮差上段增幅小于下段。河口段月均潮差總體增大0.12-0.28 m,局部減小0.26 m;月均潮差洪季大、枯季小,峰值出現(xiàn)在8-9月;月均潮差南港以上變幅較小,南港以下沿程增幅增大;年均潮差變化與河槽平面和斷面形態(tài)變化在時間上具有一致性,當(dāng)河槽刷深、河寬縮窄、斷面面積增大時,年均潮差增大;當(dāng)河槽淤積、斷面面積減小時,年均潮差減小。(3)分潮振幅的時空變化特征。近40年來,河口段半日分潮振幅增大,其中,M_2分潮振幅由96.10-119.00 cm增大至99.17-122.94 cm,增幅1-12%,S_2分潮振幅增大4-32%;全日分潮和淺水分潮振幅減小,其中,MS_4分潮振幅減小最顯著,減幅16-32%。但在此變化過程中,近10年來河口段M_2分潮振幅在南港以下發(fā)生減小,減小值為2.34-7.05 cm。而近口段半日分潮M_2、S_2和淺水分潮M_4、MS_4振幅呈增大趨勢,全日分潮K_1、O_1振幅呈減小趨勢。(4)潮汐特征系數(shù)的時空變化特征。近40年來,由于半日分潮、全日分潮和淺水分潮振幅的變化,三者間的比值隨之改變,即河口段日潮不等現(xiàn)象減弱,由地形引起的淺水變形減小,具體表現(xiàn)為:潮汐形態(tài)系數(shù)F在南港以上由0.39-0.42減小至0.36-0.37,南港以下由0.35減小至0.34;潮汐變形系數(shù)A值均減小,減小量在0.02以內(nèi)。而近10年來,河口段潮汐特征系數(shù)基本穩(wěn)定,F值為0.30-0.37,A值為0.10-0.20。潮汐傳播至近口段后,由于流域內(nèi)水庫工程和橋梁工程等建設(shè),近口段地形整體沖刷,可能導(dǎo)致日潮不等現(xiàn)象減弱,淺水變形增大。具體表現(xiàn)為:近口段上段洪、枯季F均大于0.50,呈減小趨勢;洪、枯季A大于0.10,呈增大趨勢;下段洪季F值大于0.50,呈減小趨勢,枯季F值由0.61減小至0.50以下;洪、枯季A值基本保持不變,分別為0.22和0.28。(5)潮汐特征值變化影響因素。徑流是近口段洪、枯季極值潮位、月均潮差、分潮振幅差異的主要影響因素,枯季月均潮差為洪季的3-5倍,枯季分潮振幅為洪季的2-3倍。但相同徑流條件下,地形改變可能是潮汐動力增強(qiáng)的主要影響因素。大通至南京河段1998-2013年間河槽最大刷深5-8 m,相同徑流條件下,月均潮差增大10 cm。同樣地,地形變化對河口段年均潮差的影響顯著,主要表現(xiàn)為當(dāng)河槽刷深、河寬縮窄、斷面面積增大時,年均潮差增大;南槽1978-2011年間河寬顯著縮窄,南匯邊灘面積減小91.8-95.5%,中浚站年均潮差增大0.15 m,月均潮差增大約0.12 m;河口段上海北港上段2008-2016年間河槽最大刷深5-15m,堡鎮(zhèn)站年均潮差增大0.25 m。此外,年均潮差小波分析結(jié)果顯示有18-19 a、12 a、7-8 a、4a等周期,其可能與月球赤緯角回歸周期(18.6 a)、太陽黑子活動周期(11 a)和厄爾尼諾周期(3-7 a)影響有關(guān)。而且,海平面上升導(dǎo)致外海潮波同潮時線發(fā)生逆時針偏轉(zhuǎn),傳入河口區(qū)的潮波向口內(nèi)深入,且北側(cè)較南側(cè)明顯。綜上所述,隨著流域工程對來水來沙的再分配、局部工程對河道地形的改變以及海平面上升對外海潮波系統(tǒng)的改變,長江河口潮汐動力總體增強(qiáng)。其中,三峽工程是近口段潮汐動力增強(qiáng)最重要的影響因素,其對洪、枯季徑流的再分配過程使洪季徑流量減小,從而導(dǎo)致潮汐動力相對增強(qiáng);而清水下泄導(dǎo)致的中下游河床整體沖刷是河口潮汐動力增強(qiáng)的主要因素,導(dǎo)致相同徑流條件下潮汐特征值增大。而河口段在圍墾工程、深水航道工程和青草沙水庫工程等影響下,河寬縮窄、河槽刷深、潮間帶面積減小,是河口段尤其是口門附近潮汐動力增強(qiáng)的主要因素。此外,在40年時間尺度上,海平面上升對潮波系統(tǒng)的改變也成為不可忽視的因素之一。當(dāng)增強(qiáng)的潮汐動力與極端水文條件相互疊加時(如特枯水情、特洪水情、風(fēng)暴潮等),將對河口航運安全與岸坡穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P731.23
【圖文】：

技術(shù)路線圖

著太陽凈輻射下降導(dǎo)致蒸發(fā)量下降和水庫修建、水土保持等引起蒸發(fā)量上升兩方面影響，在近 60 年內(nèi)長江入海徑流量減小 1%（張曉婭和楊世倫，2014）。受三峽蓄水影響，泄水期（1-3 月）月均流量增幅 20%以上，蓄水期（9-11 月）減少19%以上（張智偉等，2017）。此外，由于大通以下大量抽引水工程的建設(shè)，枯水期徑流量減少達(dá)到 1000 m3/s 以上，導(dǎo)致入海流量進(jìn)一步減少（張二鳳和陳西慶，2003）。隨著全球氣候變化，預(yù)測至 2099 年大通站 1-6 月徑流量增幅達(dá)到13.8%，而 7-12 月徑流量減幅-11%（鞠琴等，2011）。大通站輸沙量具有 16 a、7-8 a、3 a 左右的年際變化，與徑流量在長時間尺度上具有一致的變化周期（張瑞等，2008；Kuang et al.，2014）。根據(jù)泥沙公報報道，1985 年后徑流量相對穩(wěn)定，但輸沙量顯著下降（圖 2.1）。2001-2013 年較 1985-2000 年輸沙量下降的 83.1%是由水庫攔沙造成的，而水土保持工程貢獻(xiàn)了輸沙量下降的 18.0%（武旭同等，2018）。

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本文編號：2732474