钱塘江河口沙坎演变及对人类活动的响应
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摘要
河口拦门沙处在河流入海的咽喉部位,是海陆动力相向作用的产物,也是水沙运动、河床变化最为剧烈的地带。河口区是人类社会经济更为发达的区域,因而历来倍受关注。因不同河口山潮水势力对比的不同,河口拦门沙以堆积部位在河口口门内或口门外而划分为沙坎和拦门沙。本文以钱塘江河口多年积累的实测资料为基础分析了钱塘江沙坎年内、年际的变化规律及其与各自然要素之间的相关关系,以期初步建立钱塘江河口河床自动调整体系及沙坎平衡态的概念。
钱塘江河口沙坎的组成物质是细颗粒泥沙,沙坎顶部在七堡～盐官之间,沙坎高程及位置的变化是河口河床自动调整体系中重要的一环,用以保持河口径、潮流的平衡。沙坎年内呈现明显的洪冲潮淤;年际间则丰冲枯淤,连续丰水年沙坎顶点位置偏靠上游,沙坎高程相对较低;连续枯水年沙坎位置下移,沙坎高程淤积抬升。文中以深泓沙坎和平均沙坎两个指标进行分析,经比较,平均取值随机性相对较小,更能突显深槽地形的趋势性和规律性。沙坎顶点部位则因河口段多个弯道深槽的存在,其位置的变化是不连续的,因而与径、潮流等动力因子之间的相关性较差。
本文研究了沙坎对钱塘江河口大规模人类活动的响应,新安江建库后,沙坎顶点刷低下移,变幅有所减小。河口治江围涂对沙坎的影响是冲刷下移,变幅增大。基于一维动床模型,模拟了不同径流条件下河口冲淤量的变化,进而建立了河口沙坎与径流和冲淤量之间的相关关系。钱塘江河口不同的水文周期对应于不同的沙坎平衡态。大规模的人类活动会破坏原有的平衡,并形成新的平衡。引入钱塘江河口断面山潮水系数M,分析径流～沙坎～潮汐关系,发现控制沙坎高程的主要动力是上游径流,潮流仅仅是维持河口沙坎平衡的一个因素,相对于径流而言明显处于次要地位。沙坎高程受径流影响发生改变,沙坎的变化造成低潮位随之发生改变,从而改变进潮量,影响河口的径潮流动力比。
Mouth bar is a production of runoff and tidal dynamics, it is located at the throat on the way from river to sea. The change of runoff and tidal dynamics and sediment is quite big in estuary area. At the same time, human society and economy are more developed in this area, thus estuary always has been concerned. Mouth bar located at inside or outside of the river mouth induced by the difference of the runoff/tide ratio of the estuary. This article analyzed the annual transformation and long term evolution of the Qiantang mouth bar based on long time data in the estuary, and built the relationship between natural factor and the mouth bar elevation, try to set up a self-adjustment system of the estuary riverbed and the balance of the mouth bar.
Qiantang mouth bar is mainly combined with fine-grained sand. The vertex of the mouth bar located from Qibao to Yanguan, The evolution of mouth bar was an important factor to keep the balance between runoff and tide in the self-adjustment system of the estuary riverbed. Qiantang mouth bar was eroded during flood season and deposited during dry season in a year, and was eroded during flood years and deposited during dry years in a long period. The vertex of the mouth bar was promoted to the downstream in continuous dry years, and back upstream in continuous flood years. The channl elevation and the average elevation of the mouth bar were compared. The result shows that the average elevation can better express the regularity of the riverbed evolution. The location of the mouth bar was discontinuous because of the the existing of several bend in the estuary, thus it won't have a good relationship with the runoff/tide dynamics.
The response of the mouth bar on human impact was studied. After the Building of the Xin'anjiang Reservoir, the mouth bar was eroded and the transformation decreased. After the reclaiming in the estuary, the mouth bar was eroded and the transformation increased. A 1D numerical model was built to analyze the quantitative relationship between the runoff, the erosion/deposition evolution and the mouth bar. Different hydrodynamics corresponding to certain balance of the mouth bar. Human activities will destroy the original balance, and form a new balance. M was defined as a coefficient of the runoff/tide ratio at the cross section in the estuary. The vertex elevation of the mouth bar was mainly controlled by the runoff according to the analysis of the relationship between runoff and tidal dynamics and the mouth bar. The tidal current is just a factor to keep the balance of the mouth bar. The elevation of the mouth bar changed with the runoff, and it caused the change of the low tide level, then the tidal prism changed, the runoff/tide ratio of the estuary changed at the end.
钱塘江河口沙坎的组成物质是细颗粒泥沙,沙坎顶部在七堡～盐官之间,沙坎高程及位置的变化是河口河床自动调整体系中重要的一环,用以保持河口径、潮流的平衡。沙坎年内呈现明显的洪冲潮淤;年际间则丰冲枯淤,连续丰水年沙坎顶点位置偏靠上游,沙坎高程相对较低;连续枯水年沙坎位置下移,沙坎高程淤积抬升。文中以深泓沙坎和平均沙坎两个指标进行分析,经比较,平均取值随机性相对较小,更能突显深槽地形的趋势性和规律性。沙坎顶点部位则因河口段多个弯道深槽的存在,其位置的变化是不连续的,因而与径、潮流等动力因子之间的相关性较差。
本文研究了沙坎对钱塘江河口大规模人类活动的响应,新安江建库后,沙坎顶点刷低下移,变幅有所减小。河口治江围涂对沙坎的影响是冲刷下移,变幅增大。基于一维动床模型,模拟了不同径流条件下河口冲淤量的变化,进而建立了河口沙坎与径流和冲淤量之间的相关关系。钱塘江河口不同的水文周期对应于不同的沙坎平衡态。大规模的人类活动会破坏原有的平衡,并形成新的平衡。引入钱塘江河口断面山潮水系数M,分析径流～沙坎～潮汐关系,发现控制沙坎高程的主要动力是上游径流,潮流仅仅是维持河口沙坎平衡的一个因素,相对于径流而言明显处于次要地位。沙坎高程受径流影响发生改变,沙坎的变化造成低潮位随之发生改变,从而改变进潮量,影响河口的径潮流动力比。
Mouth bar is a production of runoff and tidal dynamics, it is located at the throat on the way from river to sea. The change of runoff and tidal dynamics and sediment is quite big in estuary area. At the same time, human society and economy are more developed in this area, thus estuary always has been concerned. Mouth bar located at inside or outside of the river mouth induced by the difference of the runoff/tide ratio of the estuary. This article analyzed the annual transformation and long term evolution of the Qiantang mouth bar based on long time data in the estuary, and built the relationship between natural factor and the mouth bar elevation, try to set up a self-adjustment system of the estuary riverbed and the balance of the mouth bar.
Qiantang mouth bar is mainly combined with fine-grained sand. The vertex of the mouth bar located from Qibao to Yanguan, The evolution of mouth bar was an important factor to keep the balance between runoff and tide in the self-adjustment system of the estuary riverbed. Qiantang mouth bar was eroded during flood season and deposited during dry season in a year, and was eroded during flood years and deposited during dry years in a long period. The vertex of the mouth bar was promoted to the downstream in continuous dry years, and back upstream in continuous flood years. The channl elevation and the average elevation of the mouth bar were compared. The result shows that the average elevation can better express the regularity of the riverbed evolution. The location of the mouth bar was discontinuous because of the the existing of several bend in the estuary, thus it won't have a good relationship with the runoff/tide dynamics.
The response of the mouth bar on human impact was studied. After the Building of the Xin'anjiang Reservoir, the mouth bar was eroded and the transformation decreased. After the reclaiming in the estuary, the mouth bar was eroded and the transformation increased. A 1D numerical model was built to analyze the quantitative relationship between the runoff, the erosion/deposition evolution and the mouth bar. Different hydrodynamics corresponding to certain balance of the mouth bar. Human activities will destroy the original balance, and form a new balance. M was defined as a coefficient of the runoff/tide ratio at the cross section in the estuary. The vertex elevation of the mouth bar was mainly controlled by the runoff according to the analysis of the relationship between runoff and tidal dynamics and the mouth bar. The tidal current is just a factor to keep the balance of the mouth bar. The elevation of the mouth bar changed with the runoff, and it caused the change of the low tide level, then the tidal prism changed, the runoff/tide ratio of the estuary changed at the end.
引文
[1]钱宁、谢汉祥、周志德、李光炳,钱塘江河口沙坎的近代过程,《地理学报》第30卷第2期,1964.6
[2]窦希萍、罗肇森,潮汐河口治理研究,《中国水利》2007.1
[3]赵渭军、韩海骞,杭州湾综合规划专题研究之三——国内外河口治理规划概况,浙江省水利水电河口海岸研究设计院内部报告,2001年8月
[4]H.N.Fisk,E.McFarlan and Jr.,C.R.,Sedimentary Framework of the Modern Mississippi Delta,Journal of Sedimentary Research,Volume 24(1954)
[5]M.Hilden and D.Rapport,Four centuries of cumulative impacts on a Finnish river and its estuary:an ecosystem health-approach,Journal of Aquatic Ecosystem Stress and Recovery,Vol.2,No.4,Dec.1993,P261-275
[6]Daphne van der Wal,Kenneth Pye and Adrian Neal,Long-term morphological change in the ribble Estuary,northwest England,Marine Geology,189(2002),P249-266.
[7]N.V.Ruello,The influence of rainfall on the distribution and abundance of the school prawn Metapenaeus macleayi in the Hunter River region,Marine Biology,Vol.23,No.3,Dec.1973,P221-228
[8]陈文彪 王琳 邓家泉等,珠江口伶仃洋的治理研究,《水利学报》1999年第3期
[9]吴卫、徐建益,长江口整治工程对河口潮流的影响,《上海交通大学学报》第34卷第1期,P10-13,2000年1月:
[10]李远发 张俊华 马怀宝等,黄河河口局部实体模型设计,《人民黄河》28卷1期,2006年,P6-8
[11]熊绍隆,潘存鸿,曾剑,陈武,强潮河口治河围涂工程促淤方法探讨——以钱塘江河口尖山一期促淤围涂工程为例,《泥沙研究》,2002年第2期
[12]曾剑、韩海骞等,钱塘江河口尖山河段整治规划线的方案试验研究《东海海洋》,19卷1期,2001年,P52-60
[13]陈吉余、罗祖德、陈德昌等,钱塘江河口沙坎的形成及其历史演变,《地理学报》第30卷第2期,1964.6
[14]韩曾萃、余祈文、余炯等,《钱塘江河口尖山河段整治规划》,浙江省水利河口研究院研究报告,2003年
[15]韩曾萃、余炯、楼越平等,《钱塘江河口综合规划》浙江省水利河口研究院研究报告,2003年
[16]王敏、曹颖、吴修广等,《秦山核电厂扩建项目岸滩稳定性分析专题总报告》,浙江省水利河口研究院内部报告,2006年11月
[17]林秉南、黄菊卿等,钱塘江河口潮流输沙数学模型,泥沙研究,1984.3
[18]史英标、林炳尧、俆有成,钱塘江河口洪水特性及动床数值预报模型,《泥沙研究》2005年2月第1期,P7-13
[19]浙江省钱塘江管理局,钱塘江富春江电站至闸口标准江堤规划,1997年
[20]史英标、杨元平、曹颖等,庆春路过江隧道工程水域条件分析及河床最低冲刷高程研究,浙江省河口海岸研究所内部报告,2005.12
[21]余炯、曹颖、韩曾萃等,宁波——上海、南京进口原油管道工程杭州湾输油管道铺设可行性杭州湾水文河床专题研究,2001.8
[22]华东院富春江电厂首次安全定期检查设计复核专题报告之二《设计洪水及洪水调查复核报告》,1992.12
[23]韩曾萃等,钱塘江河口治理与开发,[M]水利水电出版社,2003年
[24]余炯、曹颖,钱塘江河口段长周期泥沙冲淤和河床变形,《海洋学研究》2006年24卷2期,P28-38
[25]史英标,钱塘江河口段一维非恒定泥沙数学模型研究,浙江省河口海岸研究所内部报告,1997.10
[26]韩曾萃、程杭平,钱塘江河口河床变形计算方法及其应用,全国泥沙数学模型研讨会论文集,P52。
[27]唐子文、陈甫源,钱塘江河口汛前调水冲沙方案初步研究,浙江省水利河口研究院内部报告,2009.6
[28]李浩麟,潮汐水流流速沿垂线分布和河床阻力研究,水利学报,1994.4
[29]张海燕著,河流演变工程学,科学出版社。
[30]韩其为、何明民,论非均匀悬移质二维不平衡方程及其边界条件,水利学报,1997.1
[31]窦国仁,潮汐水流中悬沙运动及冲淤计算,水利学报,1963.4
[32]张启舜,明渠水流泥沙扩散过程的研究与应用,泥沙研究(复刊号)P 37-51,1980.12
[33]钱宁、张仁、周志德,河床演变学,[M]科学出版社
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[35]杨国录,吴卫民等,SUSBED-1动床恒定非均匀流全沙模型,水利学报,1994.4
[36]韦直论,黄河下游河床变形长期予测数学模型初步研究,黄河水沙变化研究基金项目,1992年
[37]韩曾萃、程杭平,钱塘江河口考虑滩地的输沙方法,海洋工程,1984.3
[38]杨国录,河流数学模型,海洋出版社,1992年
[39]马振海,渭河下游华县～潼关河段水流泥沙数学模型,(硕士论文),1992.12
[40]史英标,潮汐河口平面二维悬沙输移及河床变形数值模拟,河口海岸工程,1997.1
[41]谢鉴衡、魏良琰,河流泥沙数学模型的回顾与展望,泥沙研究,1987.1
[42]程年生、朱立俊,床面泥沙交换在悬移质输沙计算中应用,全国第二届水力学学术讨论会议论文集,P 136-141,1993.12
[43]钱塘江河口治理的理论与实践,河口海岸工程,1996.4
[44]Zhao-Yin WANG and Bingnan LIN,SEDIMENTATION STUDIES IN CHINA-PRESENT AND FUTURE,29th CONGRESS OF THE INTERNATIONAL ASSOCIATION OF HYDRAULIC RESEARCH
[45]陈吉余,中国河口海岸研究回顾与展望,《华东师范大学学报(自然科学版)》,1996年第1期:
[46]韦直林、王运辉、付小平,河口拦门沙问题初探,《海河水利》2002年第1期,P33-34:
[47]张莉莉、李九发、沈焕庭,中国主要河口拦门沙的研究进展,海洋学研究第25卷第10期,2001年
[48]李春初,论河口体系及其自动调整作用——以华南河流为例,《地理学报》第52卷第4期,1997年7月
[49]余炯、曹颖,治江缩窄后钱塘江河口泥沙淤积和成因探讨,《泥沙研究》2006年1期,P17-24
[50]Li-Hua Feng and Yi-Xin Bao,Impact of human activity on the estuary of the Qiantang River and the reclamation of tidal flat and the river regulation,Environmental Geology,Vol.49,No.1,Nov.2005:
[51]LI Jiufa,SHEN Huanting,HE Qing,ZHANG Lili,Sediment Deposition and Resuspension in Mouth Bar Area of the Yangtze Estuary,2000 Vol.14 No.3,P.339-348:
[52]张志忠、阮文杰、蒋国俊,长江口动水絮凝沉降与拦门沙淤积的关系,《海洋与湖沼》,第26卷第6期,P632-638,1995年11月:
[53]吉祖稳、胡春宏,黄河口拦门沙演变分析,《泥沙研究》1995年第3期,1995年9月
[54]李泽刚,黄河口拦门沙的形成机制,《海洋学报》第15卷第1期,1993年1月:
[55]YANGZuosheng,ZHANGYong,LIUZhan,WEIHelong,HEShufeng,Temporal and spatial variations of the Huanghe River mouth bars,《Acta Oceanologica Sinica》2005,Vol.24,No.2,P43-56:
[56]王厚杰、杨作升、李海东,黄河口泥沙输运三维数值模拟Ⅱ——河口双导堤工程应用,《泥沙研究》2006年2期,P29-36:
[57]王小艳,渭河口拦门沙形成及消失条件,《南京水利科学研究院水利水运科学研究》1994年6月第1.2期
[58]潘定安、贺松林、沈焕庭,闽江口外通海航道及其外拦门沙形成机制探讨,《泥沙研究》1992年第3期,1992年9月:
[59]王文介,径流量和潮量减小对河口与河口湾型通道地形演变的影响——以神泉通道、乌坎通道为例,《南海研究与开发》1993年第2期,P22-25,1993年6月
[60]陆永军、李浩麟、董壮等,强潮河口围海工程对水动力环境的影响,《海洋工程》第20卷第4期,P17-25,2002年11月
[61]杨治家、林国军、吴龙生等,防城港拦门沙航道稳定因素的分析,《海洋与湖沼》,第20卷第3期,P244-251,1989年5月
[62]胡志远,清澜港围滩工程前后潮流场的数值模拟,《海洋通报》,第18卷第2期,P29-39,1999年4月
[63]Daphne van der Wal,Kenneth Pye,Adrian Neal,Long-term morphological change in the Ribble Estuary,northwest England,Marine Geology,189(2002),P249-266:
[64]熊绍隆、曾剑,潮汐河口分类指标与河床演变特征研究,《水利学报》,2008年第12期
[65]张建华、徐丛亮、高国勇,2002年黄河调水调沙试验河口形态变化,《泥沙研究》2004年5期,P68-71
[2]窦希萍、罗肇森,潮汐河口治理研究,《中国水利》2007.1
[3]赵渭军、韩海骞,杭州湾综合规划专题研究之三——国内外河口治理规划概况,浙江省水利水电河口海岸研究设计院内部报告,2001年8月
[4]H.N.Fisk,E.McFarlan and Jr.,C.R.,Sedimentary Framework of the Modern Mississippi Delta,Journal of Sedimentary Research,Volume 24(1954)
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[50]Li-Hua Feng and Yi-Xin Bao,Impact of human activity on the estuary of the Qiantang River and the reclamation of tidal flat and the river regulation,Environmental Geology,Vol.49,No.1,Nov.2005:
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[56]王厚杰、杨作升、李海东,黄河口泥沙输运三维数值模拟Ⅱ——河口双导堤工程应用,《泥沙研究》2006年2期,P29-36:
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[59]王文介,径流量和潮量减小对河口与河口湾型通道地形演变的影响——以神泉通道、乌坎通道为例,《南海研究与开发》1993年第2期,P22-25,1993年6月
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