收藏本站
《华东师范大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

河口河槽演变对人类活动的响应

吴帅虎  
【摘要】:河槽冲淤演变和河槽微地貌一直都是流域地貌学和海岸工程等领域众多学者关注的热点问题。随着世界人口的急剧增长,人们对土地和水资源的需求愈发强烈,因此以有效地、可持续地方式管理大的河流和河口以及预测水流的流动、泥沙输运和河槽与岸滩的稳定性变得至关重要。研究河槽冲淤演变和河槽微地貌对探究流场水动力和泥沙输运条件的变化具有重要意义。近年来人类活动对河流和河口区域的干扰逐渐增强,已经显著影响了河口河槽冲淤演变过程和微地貌分布特征。众所周知,自20世纪50年代以来,长江流域已经建设了超过50000座大坝,其中2003年开始蓄水的三峡大坝及其它涉水工程的建设导致流域到达河口的来沙量显著减少,而深水航道治理、青草沙水库和促淤圈围等河口大型工程的实施会影响河口河槽的地形边界条件和局部区域的水动力,促使长江河口河槽冲淤演变和微地貌特征处于不断地调整和适应中。在过去的100年间,美国密西西比河流域也建设了超过50000座大坝,已经减少了超过50%的来沙量,尤其是"Old River Control Structure(ORCS)"工程的实施,显著影响了密西西比河口的水动力条件,导致密西西比河口的微地貌特征作出了相应的响应。本文利用2012年至2015年在长江河口和2012年在密西西比河口实施河槽地貌测量时获得的多波束测深数据和浅地层剖面记录,结合河槽表层沉积物取样分析和海图资料,分析和比较近期长江河口和密西西比河口的河槽冲淤演变和微地貌特征,探讨河口河槽冲淤演变过程和微地貌的形态变化对人类活动的响应。该文的主要研究结果如下:(1)在人类活动的强烈干扰下,潮汐河口分汊河槽及其水下三角洲产生不同程度的冲刷,沉积物变粗,随着分汊河槽的冲刷态势向下游延伸,河口拦门沙向下游移动,来沙量锐减引起口外水下三角洲向上游蚀退,导致河口拦门沙向上游移动,故在两者的综合作用下,河口拦门沙长度逐渐缩短。(2)在三峡蓄水等流域大型工程的影响下,近年来流域到达河口的来沙量显著锐减,导致南支河段和南北港的中上段以及南槽口外水下三角洲受到冲刷,而青草沙水库工程的修建束窄了北港上段的河槽宽度,导致北港中上段发生了较大程度的河槽侵蚀且侵蚀态势向下游延伸,引起拦门沙河段上段也发生了一定程度的河槽侵蚀。2002-2007年期间,南支河段泥沙净冲刷量为2.3亿m3,平均每年冲刷达0.46亿m3,在2002-2013年期间,南港河段泥沙净冲刷量为1.36亿m3,平均每年冲刷0.12亿m3,北港河段泥沙净冲刷量为6.54亿m3,平均每年冲刷0.65亿m3。在深水航道治理工程、青草沙水库和促淤圈围等工程的共同影响下,2002年至2013年期间横沙通道河槽持续受到冲刷,泥沙净冲刷量为0.86亿m3,平均每年冲刷0.08亿m3,冲刷的泥沙对圆圆沙航槽和北槽深水航道的泥沙回淤具有一定的贡献。由于深水航道治理工程的影响,南槽河段中上段受到强烈的冲刷,而显著的河槽淤积发生在南槽下段,在2002-2013年期间,南槽(上段至口外段)泥沙净淤积量为0.68亿m3,平均每年淤积0.062亿m3。长江河口南港河段、北港中上段和南槽中上段发生的河槽侵蚀和北槽的航道疏浚均导致河槽加深,加剧了近年来长江河口盐水入侵的强度。(3)近期长江河口河槽表层沉积物类型主要可分为粘土质粉砂、粉砂、砂质粉砂、粉砂质砂和细砂。以粘土质粉砂为主,占到采集的所有沉积物(169)的30%,主要分布在长江河口最大浑浊带区域,包括北槽的(14%)、南槽中下段的(5%)和北港拦门沙河段的(8%)。细砂(20%)主要分布在长江河口的中上段(南北港中上段)、横沙通道和河口最大浑浊带局部区域的主槽。河口最大浑浊带局部区域河槽表层沉积物出现粗化特征与人类活动的强烈干扰有关,其中北港最大浑浊带沉积物的粗化与青草沙水库工程导致北港拦门沙河段上段受到一定程度的冲刷有关,而深水航道治理工程的实施改变了南北槽的落潮分流比和泥沙输运模式,有关与南北槽最大浑浊带河槽表层沉积物的粗化。(4)近年来长江河口河槽床面上除了发育平床、冲沟、冲刷痕和沙波等常见微地貌形态外,还存在着凹坑和疏浚痕等人类活动引起的微地貌形态。冲沟主要分布在北港,冲刷痕主要发育在横沙通道,而凹坑和疏浚痕主要集中在北槽深水航道。(5)沙波主要分布在南北港河段的中上段和横沙通道,其尺度(波高和波长)在北港中上段较大,南港中上段次之,横沙通道较小,且各河段发育的沙波的几何特性差异性较小。观测到的长江河口的沙波(1575)可以分为巨型沙波、大型沙波、中型沙波和小型沙波四个类型,以大型沙波为主,占到51.5%,波长在2.89~127.89 m,波高在0.12~3.12 m,沙波指数(波高/波长)在0.003~0.136之间,波长和波高之间存在显著的正相关性。(6)密西西比河口的沙波(3258)可以分为巨型沙波、大型沙波、中型沙波和小型沙波四个类型,以大型沙波为主,占到70.3%。弯曲河段的沙波尺度和河槽糙率要大于顺直河段,表明湍流运动对沙波的发育有较大影响。在顺直河段的横断面,沙波尺度随水深增加而增加,在弯曲河段的横断面,沙波尺度随水深增加而减小。密西西比河口研究区域上游河段的沙波尺度和河槽糙率显著大于下游河段,主要是由于ORCS工程的实施导致大量泥沙在上游河段的沉积和河槽比降的不同。沙波几何性在上游河段和下游河段有着显著的差异,而在顺直河段和弯曲河段差异性较小。沙波的波高和波长存在一个明显的正相关关系。(7)统计分析显示长江河口和密西西比河口的沙波尺度、沙波指数和对称性具有显著的差异性(p0.0001)。长江河口的沙波尺度显著大于密西西比河口的沙波尺度,而河槽糙率的差异性较小。由于人类活动的影响,长江河口南北港的沙波尺度将逐渐增大,而在回水效应的影响下,密西西比河口近口段下游区域的沙波尺度也将逐渐增大。
【关键词】:河槽演变 微地貌 人类活动 长江河口 密西西比河口
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P931.1
【目录】:
  • 摘要7-10
  • ABSTRACT10-23
  • 第一章 绪论23-36
  • 1.1 选题的依据和研究意义23-26
  • 1.2 国内外研究进展26-32
  • 1.2.1 河口河槽地貌演变研究26-28
  • 1.2.2 微地貌特征研究28-32
  • 1.3 研究目标、研究内容和技术路线32-36
  • 1.3.1 研究目标32
  • 1.3.2 研究内容32-35
  • 1.3.3 技术路线35-36
  • 第二章 研究区域概况和研究方法36-48
  • 2.1 研究区域地理概况36-41
  • 2.1.1 长江河口地理概况36-39
  • 2.1.2 密西西比河口地理概况39-41
  • 2.2 资料来源与研究方法41-48
  • 2.2.1 长江河口资料来源与研究方法41-46
  • 2.2.2 密西西比河口资料来源46-47
  • 2.2.3 沙波特征参数的计算和统计分析47-48
  • 第三章 近期长江河口河槽冲淤演变过程48-77
  • 3.1 三峡工程实施之前的长江河口河槽冲淤演变过程48-58
  • 3.1.1 冲淤量的变化49-52
  • 3.1.2 横断面的变化52-57
  • 3.1.3 纵断面的变化57-58
  • 3.2 三峡工程影响下的长江河口河槽冲淤演变过程58-76
  • 3.2.1 冲淤量的变化58-64
  • 3.2.2 横断面的变化64-74
  • 3.2.3 纵断面的变化74-76
  • 3.3 小结76-77
  • 第四章 长江河口河槽表层沉积物分布及变化特征77-85
  • 4.1 河槽表层沉积物的类型和分布特征77-82
  • 4.1.1 河槽表层沉积物的类型77
  • 4.1.2 河槽表层沉积物的空间分布特征77-82
  • 4.2 河槽表层沉积物中值粒径变化特征82-83
  • 4.3 小结83-85
  • 第五章 长江河口微地貌分布与特征85-94
  • 5.1 微地貌类型及其几何特征85-88
  • 5.1.1 常见微地貌形态85-88
  • 5.1.2 人为微地貌形态88
  • 5.2 微地貌空间分布特征88-92
  • 5.2.1 南港微地貌分布特征89-90
  • 5.2.2 圆圆沙航槽微地貌分布特征90
  • 5.2.3 北槽深水航道微地貌分布特征90
  • 5.2.4 北港微地貌分布特征90-91
  • 5.2.5 横沙通道微地貌分布特征91-92
  • 5.2.6 南槽微地貌分布特征92
  • 5.3 河槽糙率和剪应力92-93
  • 5.4 小结93-94
  • 第六章 长江河口河槽演变的影响因素分析94-107
  • 6.1 河口河槽冲淤演变的影响因素94-99
  • 6.2 河槽冲淤演变和盐水入侵的关系99-101
  • 6.3 河口河槽表层沉积物分布和变化的影响因素101-103
  • 6.4 河口河槽微地貌形成和分布的影响因素103-105
  • 6.5 小结105-107
  • 第七章 密西西比河口微地貌分布特征107-120
  • 7.1 沙波形态特征107-108
  • 7.2 研究区域上游和下游沙波特征的比较108-110
  • 7.3 顺直河段和弯曲河段沙波特征的比较110-112
  • 7.4 河槽糙率112-114
  • 7.5 河槽比降和剪应力114
  • 7.6 密西西比河口沙波发育的影响因素114-118
  • 7.7 小结118-120
  • 第八章 长江河口与密西西比河口微地貌特征的对比120-128
  • 8.1 沙波特征的对比120-123
  • 8.2 河槽糙率和剪应力的对比123-124
  • 8.3 沙波特征差异的影响因素124-127
  • 8.4 小结127-128
  • 第九章 结论、创新与不足128-133
  • 9.1 主要结论128-130
  • 9.2 主要创新130-131
  • 9.3 主要不足131-133
  • 参考文献133-149
  • 攻读博士学位期间撰写的科研论文149-151
  • 攻读博士学位期间参与的科研项目151-152
  • 致谢152-153

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄进;沙波推移率公式的改进和验证及其应用[J];地理学报;1989年02期
2 王伟伟;范奉鑫;李成钢;阎军;;海南岛西南海底沙波活动及底床冲淤变化[J];海洋地质与第四纪地质;2007年04期
3 李泽文;阎军;栾振东;王小红;;海南岛西南海底沙波形态和活动性的空间差异分析[J];海洋地质动态;2010年07期
4 钟亮;许光祥;曾锋;;沙波阻力分形表征的定床试验研究[J];应用基础与工程科学学报;2013年01期
5 边淑华;夏东兴;陈义兰;赵月霞;;胶州湾口海底沙波的类型、特征及发育影响因素[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2006年02期
6 曹立华;徐继尚;李广雪;史经昊;;海南岛西部岸外沙波的高分辨率形态特征[J];海洋地质与第四纪地质;2006年04期
7 乐培九;李献忠;;沙波阻力问题的研究[J];水道港口;1989年01期
8 程和琴,王宝灿;波、流联合作用下的近岸海底沙波稳定性研究进展[J];地球科学进展;1996年04期
9 黄必亮,杨家本;简单巨系统自组织的一个范例——沙波自组织现象的研究[J];系统工程理论与实践;1997年07期
10 程和琴,时钟,Kostaschuk Ray,董礼先;长江口南支-南港沙波的稳定域[J];海洋与湖沼;2004年03期
中国重要会议论文全文数据库 前4条
1 林缅;李勇;邹舒觅;;不同尺度海底沙波运移动力学模型研究[A];第二十一届全国水动力学研讨会暨第八届全国水动力学学术会议暨两岸船舶与海洋工程水动力学研讨会文集[C];2008年
2 林缅;;探讨沙波运移关键参数-相位[A];第十七届全国水动力学研讨会暨第六届全国水动力学学术会议文集[C];2003年
3 曹立华;徐继尚;李广雪;史经昊;;海南岛东方岸外沙波的高分辨率形态特征[A];第九届全国河口海岸学术研讨会论文(摘要)集[C];2006年
4 林缅;邹舒觅;刘玉君;;南海北部海域沙波预测[A];2006年度海洋工程学术会议论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 范建峰;做一个最好的自我[N];金昌日报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 徐敏;模型沙波相似性初步研究[D];武汉大学;2016年
2 吴帅虎;河口河槽演变对人类活动的响应[D];华东师范大学;2017年
3 鲍晶晶;台湾浅滩沙波动力特征研究[D];中国地质大学;2014年
4 王伟伟;典型海域海底底床稳定性研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高昂;沙波面水沙运动特性及沙波演化规律试验研究[D];华北水利水电大学;2016年
2 周川;南海北部陆架外缘海底沙波分布规律及活动机理研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2013年
3 张彬;南海北部海域海底沙波演化特征[D];天津大学;2007年
4 吕海青;扬子浅滩沙波底形活动性研究[D];中国海洋大学;2006年
5 李近元;海南东方岸外海底沙波运移及浅地层结构分析研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2010年
6 胡日军;南海北部外陆架区海底沙波动态分析[D];中国海洋大学;2006年
7 俞康定;崇明东滩大型沙波特征及其成因探讨[D];华东师范大学;2007年
8 王哲;长江中下游(武汉—河口)底床沙波型态及其动力机制[D];华东师范大学;2007年
9 董志华;台风对东方岸外沙波沙脊和海底地貌的影响[D];中国海洋大学;2004年
10 周其坤;南海北部海底沙波演化特征的数值研究[D];国家海洋局第一海洋研究所;2014年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026