长江河口典型近岸冲刷地貌形成过程及驱动因素

论文摘要

随着长江流域的开发和长江口国际航运中心的建设,人类活动对长江河口沉积地貌过程产生深刻的影响,使得部分邻近堤岸河床区域发生剧烈冲刷,形成近岸冲刷地貌。冲刷地貌是一种由于水流冲刷作用而产生的河床微地貌形态,常见的有冲刷坑、冲刷槽、水下侵蚀型岸坡等。近岸冲刷地貌的存在与发展是引起岸坡失稳的最主要原因之一。本文基于课题组多年长江口水下地貌测量数据,选取近期冲刷速率最快、扩张幅度最大的横沙通道北口近岸冲刷坑、南北港分流口新浏河沙洲头冲刷坑为研究对象。通过2017年8月与2015年5月分别对两处水域进行多波束测深系统、ADCP走航测量,并采集研究区域内河槽表层沉积物样品,结合多个年份大比例水下地形资料,分析横沙通道北口近岸冲刷坑、新浏河沙洲头冲刷坑微地貌特征、形成过程及区域内河槽演变特征,探讨长江口典型近岸冲刷地貌形成机制。主要获得以下认识:（1）长江口横沙通道近岸冲刷地貌平面形态呈“椭圆状”,长约430 m,宽约150 m,最深处距床面约38 m;冲刷坑整体呈双核心结构,南端冲刷深度深于北端,东西两侧坡度比南北两侧更陡。以-20 m等深线为冲刷坑的外围,自2005年后冲刷坑平均深度急剧淘深,最大冲刷12年冲深30 m左右,且不断向南扩张,包络面积持续增长。1984年-2017年期间,冲刷坑附近河床经历了冲-淤-冲的演变模式,整体净冲刷量3.45×107m3,平均冲深4.68 m。（2）横沙通道北口河槽表层沉积物以细砂质为主,较易被冲刷;长兴北沿促淤圈围工程与青草沙水库,使得横沙通道北口落潮流水动力发生改变,落潮流产生的横向环流是横沙通道东岸冲刷坑快速冲刷的主要原因;横沙通道两侧岸滩的开发利用以及深水航道建设、横沙东滩的围垦一定程度上加剧了横沙通道河床的整体冲刷,从而加速冲刷坑的发育。（3）南北港分流口新浏河沙洲头冲刷坑平面形态呈“半月形”,其冲刷坑弧长约1500 m,最宽处约为260 m,最大水深约36 m;以-20 m等深线作为冲刷坑的外围,发现2009年新浏河沙护滩工程修建之前,未出现-20 m等深线,之后-20m等深线出现,并快速扩张,整体沿堤岸向下游延伸,2011年面积仅5.91万m2,体积仅为118.81万m3,2018年面积与体积分别上升至39.07万m2、798.69万m3。新浏河沙自1979年出露以来,一直受落潮流作用而不断下移,2007年后下移趋势停止。可见近期新浏河沙护滩工程竣工后,新浏河沙下移停止,而沙洲洲头出现剧烈冲刷,形成冲刷坑。（4）新浏河沙护滩工程及潜堤的建设是引起新浏河沙洲头河床冲刷的主要原因。其次,扁担沙的淤高抑制南支主槽与新桥水道之间水量交换,下扁担沙的持续向东南淤积是加剧冲刷坑发育的重要驱动因素。（5）横沙通道北口冲刷坑四侧水下岸坡失稳风险均较大,特别是东侧近岸区域,未来进一步发展会威胁到横沙岛堤防安全。相对而言,新浏河沙洲头冲刷坑失稳风险较小,仅南侧存在失稳风险,但其上游南支扁担沙近期十分活跃,这使得该冲刷坑的发展趋势具有不确定性,是南北港分流口河势稳定的潜在威胁。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究意义
•   1.2 相关研究进展与现状
•     1.2.1 河口地貌演变研究
•     1.2.2 水下微地貌研究
•     1.2.3 近岸冲刷研究
•   1.3 研究目标、研究内容及技术路线
•     1.3.1 研究目标
•     1.3.2 研究内容
•     1.3.3 拟解决的科学问题
•     1.3.4 技术路线
• 第二章 研究区域概况
•   2.1 水文泥沙特征
•   2.2 长江河口涉水工程
•   2.3 重点研究区域
•   2.4 本章小结
• 第三章 研究方法
•   3.1 历史水下地形数据的收集与处理
•   3.2 底质样品的采集及处理分析
•   3.3 高分辨率地貌现场测量与数据处理
•   3.4 水动力数据的测量与处理分析
•   3.5 冲刷坑坡度提取与分级
•   3.6 本章小结
• 第四章 横沙通道近岸冲刷地貌的形成过程与驱动因素
•   4.1 冲刷坑几何特征与演变
•     4.1.1 冲刷坑几何特征
•     4.1.2 近期冲刷坑演变过程
•   4.2 水动力及河槽表层沉积物特征
•     4.2.1 水动力特征
•     4.2.2 河槽表层沉积物特征
•   4.3 冲刷坑附近河床演变特征
•     4.3.1 河床冲淤演变特征
•     4.3.2 典型断面变化特征
•   4.4 横沙通道河床平面形态变化
•   4.5 近期冲刷坑形成机制与影响因素
•     4.5.1 局部水动力的变化引起剧烈冲刷
•     4.5.2 其他河口工程的影响
•   4.6 本章小结
• 第五章 新浏河沙滩头近岸沿堤冲刷地貌的形成与驱动因素
•   5.1 沿堤冲刷地貌几何特征及其演变过程
•     5.1.1 冲刷地貌特征
•     5.1.2 近期冲刷地貌演变过程
•   5.2 水动力及底质特征
•     5.2.1 水动力特征
•     5.2.2 河槽底质特征
•   5.3 近期新浏河沙演变特征
•   5.4 附近河床演变特征
•     5.4.1 河床冲淤演变特征
•     5.4.2 典型断面变化特征
•   5.5 新浏河沙近岸冲刷地貌的形成机制
•     5.5.1 护滩工程引起的冲刷
•     5.5.2 南支扁担沙演变对冲刷地貌的影响
•   5.6 本章小结
• 第六章 近岸冲刷地貌风险分析
•   6.1 横沙通道近岸冲刷地貌的风险分析
•   6.2 新浏河沙洲头沿堤冲刷地貌风险分析
•   6.3 典型近岸冲刷地貌形成机制对比研究
•   6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
•   7.1 本文结论
•   7.2 不足与展望
• 参考文献
• 硕士期间参与科研项目情况
• 硕士期间发表学术论文情况
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 华凯

导师: 邓兵,程和琴

关键词: 长江河口,冲刷,地貌,人类工程活动,多波束测深系统

来源: 华东师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 自然地理学和测绘学,海洋学,地球物理学,水利水电工程

单位: 华东师范大学

基金: 国家自然基金委项目“长江河口最大浑浊带的动力沉积过程对大型工程的自适应机理研究”(51761135023),国家自然基金委项目“长江河口河槽沉积物捕集对河口大型工程的响应机制”(41476075),中国地质调查局南京地质调查中心项目“重大水利工程对长江中下游地质环境影响研究”(DD20160246)

分类号: TV148;P737.121

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