長江河口水沙輸運時間研究

《長江河口水沙輸運時間研究》是依託華東師範大學，由何青擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：長江河口水沙輸運時間研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：何青
• 依託單位：華東師範大學

項目摘要

河口海岸水沙運動研究領域中，一個全新的理論和方法組成因子為基礎的年齡和滯留時間理論開始被認識和套用。課題組在長期研究長江河口水沙運動規律的基礎上，將運用這一方法，開展長江河口水沙輸運時間研究。通過對水齡和沙齡的研究，不僅可以回答水沙輸運時間的空間分布，更重要的是，通過研究水齡和沙齡的構成及其在極端氣候條件下的改變，給出水齡和沙齡的變化過程與動力機制的關係；深入探究河口泥沙再懸浮時間和河口灘槽水沙交換時間等科學問題；在河口水沙運動量化與動力機制關係的認識方面取得科學進展。通過研究水沙輸運時間，開拓新的水沙研究視角，重新審視河口泥沙起動、沉降、再懸浮和灘槽交換等關鍵過程。為河口土地資源、水資源和航運資源的保障提供科學支撐。

結題摘要

長江河口以高水流能量和高含沙濃度著稱，其水沙運動規律的研究在世界範圍內都是難題和挑戰。河口動力場非常複雜，很難從流場的本身直接研究物質輸運及其環境功能。因此有必要引入與動力場相關且能夠反映其物理本質的輔助物理變數，如滯留時間、年齡和更新時間等。 本基金研究利用水齡理論的新方法，藉助環境水動力學模型和實測數據驗證，重點定量討論了徑流和潮汐作用對河口水流輸運時間的影響。主要研究成果包括：（1）定量給出了長江河口區水流輸運時間的時空格局和影響因子。發現在大通水文站多年平均徑流量條件下，水流從徐六涇輸出至河口口門 (122.5°)大約需要歷時24天；在南、北港分流口以上的河段，水流輸運時間即水齡為8天，輸運時間主要由徑流控制；自南北港分流口向下至河口攔門沙灘頂水域，水流輸運時間由徑流和潮汐共同控制，水齡為16天，說明河口最大渾濁帶區域的水流輸運速度較上下游為慢，從水齡的變化再次證明了最大渾濁帶的水動力特徵與河口上下游段的不同；長江河口水流輸運時間在垂向上存在明顯的層化特徵，表底層水團輸運時間相差的最大值可達6天。研究表明，長江河口的潮汐作用是影響河口水流輸運時間的關鍵要素，河口巨大的進潮量增強了河口水體的交換能力並減小水流輸運時間，從而將顯著影響隨水體運動的物質輸運格局。（2）定量給出了長江口及其鄰近水域的水團輸運交換時間、季節性變化及影響機制。發現長江口和杭州灣的淡水交換受南槽水道形成的次生鋒強度所控制，水團輸運時間的大小存在季節性變化，水體在夏季交換弱秋季交換強；從徐六涇節點到杭州灣北岸金山水域的水團輸運時間約需30-60天，水團到杭州灣南岸的輸運時間長達100-140天，其大小主要受控於潮汐強度；歐拉輸運是水團輸運的控制機制，潮汐導致的垂向混合和交換較弱；長江口與江蘇沿岸的水體交換雖然存在但是強度較弱；夏秋季河口有部分沖淡水向北部輸運；從徐六涇節點到江蘇沿岸的輸運時間約需60-120天，其輸運時間的大小受控於潮汐不對稱和斯托克斯漂移。長江河口的水團輸運時間有明顯的洪枯季差異，夏季平均輸運時間為10-40天，枯季為120-160天；杭州灣洪枯季的水團輸運天數亦有數倍之差異。水流輸運時間的研究，不僅可以成功套用於河口水動力環境的量化研究，而且為泥沙輸運及污染物輸送等環境變化研究提供動力學基礎。