第八章 潮汐河口的演變

1、第八章 潮汐河口的水流泥沙特點(diǎn)及河床演變u 第一節(jié) 潮汐河口的分段和分類(lèi)u 第二節(jié) 潮汐河口區(qū)的水流特性u(píng) 第三節(jié) 潮汐河口區(qū)的泥沙運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)u 第四節(jié) 潮汐河口區(qū)的河床演變8.0 概述-基本概念河口區(qū)：河流與受水水體(河流、湖泊、水庫(kù)、海洋)的接合地段入海河口(潮汐河口):水流流態(tài)多變、泥沙構(gòu)成多樣、河床演變復(fù)雜 主要影響因素：徑流(山水)、潮汐入侵、波浪、密度流(鹽淡水)支流入?yún)R河口入海河口入湖河口入庫(kù)河口8.1潮汐河口的分段和分類(lèi)u(一)潮汐河口的分段圖6-1(分界點(diǎn))：口外海濱段河口口門(mén)潮流界潮區(qū)界 潮區(qū)界口門(mén)：感潮河段 潮區(qū)界以上：河水運(yùn)動(dòng)不受潮汐影響 潮流界、潮區(qū)界的位置隨外海潮差大

2、小、河流徑流量大小而變化6.1.1.1u何為口門(mén)？何為口門(mén)？河口段多年平均中潮位水面坡降線與平均海平面交點(diǎn)所在的位置。河口段多年平均中潮位水面坡降線與平均海平面交點(diǎn)所在的位置?？陂T(mén)口門(mén)8.1潮汐河口的分段和分類(lèi)u(一)潮汐河口的分段6.1.1.2u何為潮流界？何為潮流界？漲潮流流速與徑流流速相抵消，潮水停止倒灌之處。漲潮流流速與徑流流速相抵消，潮水停止倒灌之處?？陂T(mén)口門(mén)漲潮逐漸減弱的原因：河床阻力、徑流阻礙。漲潮逐漸減弱的原因：河床阻力、徑流阻礙。8.1潮汐河口的分段和分類(lèi)u(一)潮汐河口的分段6.1.1.3u何為潮區(qū)界？何為潮區(qū)界？漲潮波消失、潮差為零之處。漲潮波消失、潮差為零之處。口門(mén)口門(mén)

3、潮區(qū)界以上不受潮汐影響，純屬?gòu)搅?。潮區(qū)界以上不受潮汐影響，純屬?gòu)搅?。分界并非固定，?yīng)是一個(gè)范圍分界并非固定，應(yīng)是一個(gè)范圍8.1潮汐河口的分段和分類(lèi)u(一)潮汐河口的分段6.1.1.4u何為感潮河段？何為感潮河段？口門(mén)至潮區(qū)界之間受潮汐影響的河段?？陂T(mén)至潮區(qū)界之間受潮汐影響的河段。口門(mén)口門(mén)感潮河段感潮河段8.1潮汐河口的分段和分類(lèi)u(一)潮汐河口的分段6.1.1.5u潮汐河口分段潮汐河口分段河流近口段：河流近口段：潮區(qū)界潮流界，有朝位漲落，但流向單一，地貌呈河流。潮區(qū)界潮流界，有朝位漲落，但流向單一，地貌呈河流。河流河口段：河流河口段：潮流界口門(mén)潮流界口門(mén),雙向流雙向流,河床不穩(wěn)河床不穩(wěn),河道分

4、汊展寬、出現(xiàn)沙島沙坎。河道分汊展寬、出現(xiàn)沙島沙坎?？谕夂I段：口外海濱段：口門(mén)三角洲前沿，地貌主要表現(xiàn)為水下三角洲?？陂T(mén)三角洲前沿，地貌主要表現(xiàn)為水下三角洲?？陂T(mén)口門(mén)感潮河段感潮河段河流近口段河流河口段河流近海段河流近口段河流河口段河流近海段8.1潮汐河口的分段和分類(lèi)u(一)潮汐河口的分段8.1潮汐河口的分段和分類(lèi)u(二)潮汐河口的分類(lèi)地貌學(xué)角度：三角洲河口: 形態(tài)：河流泥沙在近海淤積形成的三角形堆積體(扇形分汊式河口) 形成：徑流含沙量大，潮流及沿岸流較弱，不能將河流帶來(lái)的泥沙帶走 典型：黃河、長(zhǎng)江、多瑙河、尼羅河三角港河口： 形態(tài)：潮水沖刷大陸內(nèi)部形成的漏斗形河口(喇叭口) 形成：徑流含沙

5、量小，潮流及沿岸流較強(qiáng)，帶走泥沙 典型：錢(qián)塘江河口、泰晤士河口8.1潮汐河口的分段和分類(lèi)u(二)潮汐河口的分類(lèi)徑流潮流相對(duì)強(qiáng)弱和來(lái)沙特征：強(qiáng)潮海相河口:錢(qián)塘江口 泥沙主要來(lái)自口外海濱，強(qiáng)潮將口外泥沙推進(jìn)口內(nèi)沙坎弱潮陸相河口：黃河口 河流流域來(lái)沙豐富，強(qiáng)徑流挾沙至口門(mén)附近落淤攔門(mén)沙8.1潮汐河口的分段和分類(lèi)u(二)潮汐河口的分類(lèi)徑流潮流相對(duì)強(qiáng)弱和來(lái)沙特征： 湖源海相河口：黃浦江口 徑流潮流均不強(qiáng)，經(jīng)過(guò)上游胡泊或河網(wǎng)調(diào)節(jié)，潮差中等，流域來(lái)水來(lái)沙少，泥沙主要來(lái)自口門(mén)攔門(mén)沙 陸海雙相河口：長(zhǎng)江口 徑流潮流相當(dāng)，陸域海域來(lái)沙豐富攔門(mén)沙、沙坎8.1潮汐河口的分段和分類(lèi)u(二)潮汐河口的分類(lèi)潮差高低：強(qiáng)潮河

6、口: 潮差4m中潮河口：潮差=24m弱潮河口：潮差2m8.2潮汐河口區(qū)的水流特性u(píng)一、河口區(qū)的潮波及潮流 影響因素主要：水深；河口的平面形態(tài)；底摩阻；淺灘和河口端部的反射或全反射；河流徑流其它：鹽淡水混合：鹽水楔異重流加劇了潮汐不對(duì)稱(chēng)現(xiàn)象科氏力：使潮差向潮波傳播方向的右側(cè)(北半球)遞增8.2潮汐河口區(qū)的水流特性u(píng)(一)河口區(qū)的潮波及潮流潮汐周期的四個(gè)階段：潮位漲落+潮流方向 漲潮落潮流：海水開(kāi)始漲潮，但潮位上升尚未改變水面向下游傾斜和水流向下游流動(dòng) 漲潮漲潮流：海水繼續(xù)漲潮，河口水面壅高使得水面坡降轉(zhuǎn)向上游，水流向上游流動(dòng) 落潮漲潮流：海水開(kāi)始落潮，河口水面開(kāi)始下降，但潮位下降尚未改變水面坡降

7、向上游傾斜和水流向上游的流動(dòng) 落潮落潮流：海水繼續(xù)落潮，河口水面下降使得水面坡降轉(zhuǎn)向下游，水流向下游流動(dòng)(1)(1)波動(dòng)類(lèi)型的變化波動(dòng)類(lèi)型的變化主要影響因素：河口主要影響因素：河口平面形態(tài)、水深、淺平面形態(tài)、水深、淺灘和河口端部反射灘和河口端部反射外海潮波：外海潮波：簡(jiǎn)單前進(jìn)波，潮流速與潮位同相高低潮位時(shí)潮流速度達(dá)到最大值，在中潮位(平均水面)流速為零(憩流、轉(zhuǎn)流)河口潮波：河口潮波：取決于河口平面形態(tài)及水深變化，介于前進(jìn)波和駐波之間，潮流速與潮位不同相。前進(jìn)潮波遇到淺灘、河岸、河口頂端會(huì)發(fā)生反射。若河寬向上游迅速縮窄、水深急劇變大，反射強(qiáng)烈，河口潮波接近完全反射駐波，潮流速與潮位相位差90

8、高低潮位時(shí)潮流速度為零，在中潮位流速最大外海潮波河口潮波(2)(2)漲落潮歷時(shí)不對(duì)稱(chēng)漲落潮歷時(shí)不對(duì)稱(chēng)主要影響因素：水深、河流徑流主要影響因素：水深、河流徑流 水深：潮波波峰水深：潮波波峰( (高潮位高潮位) )和波谷和波谷( (低潮位低潮位) )時(shí)刻水深相差大，波峰傳播速時(shí)刻水深相差大，波峰傳播速度要快于波谷，使得潮波前坡變陡、后坡變坦，漲潮流速大于落潮流度要快于波谷，使得潮波前坡變陡、后坡變坦，漲潮流速大于落潮流速速漲潮歷時(shí)縮短，落潮歷時(shí)延長(zhǎng)漲潮歷時(shí)縮短，落潮歷時(shí)延長(zhǎng) 徑流：向海凈流動(dòng)，與潮波疊加，使得漲潮歷時(shí)更加短徑流：向海凈流動(dòng)，與潮波疊加，使得漲潮歷時(shí)更加短ghc(3)(3)潮差潮差(

9、 (潮波的波高潮波的波高) )的變化的變化 河口斷面向陸方向收縮河口斷面向陸方向收縮喇叭效應(yīng)喇叭效應(yīng)能量匯聚能量匯聚潮差沿程增大潮差沿程增大 淺灘及河口邊界反射淺灘及河口邊界反射駐波駐波潮差沿程增大潮差沿程增大共振共振 底摩阻底摩阻 能量損失能量損失潮差按指數(shù)規(guī)律沿程減小潮差按指數(shù)規(guī)律沿程減小 01=coslkl0cos2xHktex1 41 2000:()()xxxhbHHhb格林定律0 xiHH e上述三種因素的相對(duì)大小很難確定，相互之間的平衡非常復(fù)雜:寬度和深度逐漸變化的河口：淺灘及河口邊界反射小，潮差主要受底摩阻影響，沿程減小(如長(zhǎng)江口) 喇叭形河口：河口區(qū)中下游段，由于截面收縮和邊界

10、反射，潮差沿程增加；河口上游端，水深減小，底摩阻影響顯著，潮差趨于減小(如錢(qián)塘江口)其它影響潮波變形的因素： 鹽水楔異重流加劇了潮汐不對(duì)稱(chēng)現(xiàn)象柯氏力使潮差向潮波傳播方向的右側(cè)(北半球)遞增潮波變形在潮差相對(duì)于低潮水深較大的強(qiáng)潮河口更為顯著。在某些河口，河口漲潮初期潮位急劇上升，受水深沿程快速減小和逆向徑流影響，低潮傳播速度慢，被后一個(gè)高潮趕上，潮波便形成類(lèi)似移動(dòng)水躍的現(xiàn)象，波面前坡幾乎直立，波前就象一個(gè)翻滾的水墻向上游傳播，這種現(xiàn)象稱(chēng)之為涌潮 滔天濁浪排空來(lái),翻江倒海山為摧8.2潮汐河口區(qū)的水流特性u(píng) (二)一維潮波的基本方程-淺海自由潮波(淺水潮波)u (三)無(wú)限長(zhǎng)均勻斷面河道中的推進(jìn)潮波-

11、凱爾文波u (四)一端封閉河道中運(yùn)動(dòng)的駐波型潮波-駐波和港灣共振u (五)斷面漸變河道中的潮波運(yùn)動(dòng)-波能流守恒的格林定律u (六)考慮摩阻影響時(shí)無(wú)限長(zhǎng)河道中潮波的衰減海岸動(dòng)力學(xué)u(一)河口區(qū)的潮波及潮流8.2潮汐河口區(qū)的水流特性u(píng)二、河口區(qū)鹽淡水的混合-(一)混合類(lèi)型 海水含鹽量約30，淡水含鹽量約0.1：漲潮流會(huì)將海水帶入口門(mén)內(nèi)一定距離鹽水入侵 咸水界：河口內(nèi)水流含鹽量因海潮的影響從口門(mén)向上游逐漸降低，當(dāng)含鹽量小于2時(shí)，已不會(huì)影響農(nóng)作物生長(zhǎng)，2含鹽濃度所及位置即 鹽淡水混合區(qū)：咸水界下游 鹽淡水混合指數(shù)(山潮水比): 鹽淡水混合類(lèi)型一 個(gè) 潮 周 期 內(nèi) 的 河 水 徑 流 量漲 潮 期 的

12、 進(jìn) 潮 量 0 .7 : 弱 混 合 型= 0 .2 0 .5 : 緩 混 合 型 0 .1 : 強(qiáng) 混 合 型(西 江 河 口 )(長(zhǎng) 江 口 南 港 )(錢(qián) 塘 江 口 )8.2潮汐河口區(qū)的水流特性弱混合型：又稱(chēng)高度成層型、鹽水楔型 徑流強(qiáng)潮汐弱，鹽淡水間存在明顯分界面，形成鹽水楔異重流，上層淡水流向下游，下層鹽水潛入上游，交界面上的剪切力與含鹽度梯度平衡緩混合型： 徑流潮汐均較強(qiáng)，鹽淡水發(fā)生摻混，水平和垂直方向均存在含鹽度梯度，淡水主要從上層下泄，底部有鹽水上溯，可能出現(xiàn)交錯(cuò)流強(qiáng)混合型： 潮汐強(qiáng)徑流弱，鹽淡水充分混合，垂向含鹽量均勻，含鹽度梯度主要表現(xiàn)于水平方向，不出現(xiàn)鹽水楔和交錯(cuò)流u

13、二、河口區(qū)鹽淡水的混合-(一)混合類(lèi)型8.2潮汐河口區(qū)的水流特性咸水界以上:流速垂向分布不受鹽水密度梯度的影響，仍采用對(duì)數(shù)或指數(shù)分布咸水界以下:鹽水密度梯度使垂線流速分布發(fā)生變化 漲潮流期間：密度梯度與水面坡降一致，增大漲潮流速，因底部密度梯度大，底流速加大，最大流速出現(xiàn)在水面下某一深度處u二、河口區(qū)鹽淡水的混合-(三)對(duì)水流泥沙的影響8.2潮汐河口區(qū)的水流特性咸水界以下:鹽水密度梯度使垂線流速分布發(fā)生變化 落潮流期間：密度梯度與水面坡降方向相反，減小落潮流速，因底部密度梯度大，阻礙底流下泄，為保持流量平衡，表層流速加大u二、河口區(qū)鹽淡水的混合-(三)對(duì)水流泥沙的影響8.2潮汐河口區(qū)的水流特性

14、咸水界以下:鹽水密度梯度使垂線流速分布發(fā)生變化 轉(zhuǎn)流期間：水面坡降很小，密度梯度控制底流流向上游，形成表層(向下)與底層流向相反的交錯(cuò)流u二、河口區(qū)鹽淡水的混合-(三)對(duì)水流泥沙的影響8.2潮汐河口區(qū)的水流特性 滯流點(diǎn)：一個(gè)潮周期內(nèi)，下泄流與上溯流河段間底部?jī)袅鞒?漲落潮流程的代數(shù)和)為零的臨界點(diǎn)，為底層泥沙易于淤積的區(qū)域 流程=流速過(guò)程線與時(shí)間軸包圍的面積 位置：隨山潮水比的變化而變，洪水大潮下移；枯水小潮上溯u二、河口區(qū)鹽淡水的混合-(三)對(duì)水流泥沙的影響8.2潮汐河口區(qū)的水流特性口門(mén)外水流泥沙運(yùn)動(dòng)的主要影響因素:流出水流的慣性力(提供動(dòng)量)河床底面的摩阻力(減小流速)流出水體與周?chē)Ｋ?/p>

15、度差引起的浮力口門(mén)射流類(lèi)型：出口水深h0口門(mén)外水深h時(shí):軸向紊動(dòng)射流(排出水流向水平和垂直方向擴(kuò)散)出口水深h0口門(mén)外水深h時(shí):平面紊動(dòng)射流(排出水流向僅在水平面內(nèi)擴(kuò)散)u三、河口區(qū)口門(mén)外的水流泥沙特征8.2潮汐河口區(qū)的水流特性口門(mén)外射流流速的演變: 流出口門(mén)時(shí):均勻分布，中部為核心流 過(guò)渡區(qū)：水流擴(kuò)散，核心流縮小直至消失，流速降低 完全紊流區(qū)：水流繼續(xù)擴(kuò)散，流速沿程減小，在斷面上呈高斯分布u三、河口區(qū)口門(mén)外的水流泥沙特征高斯分布8.2潮汐河口區(qū)的水流特性射流對(duì)泥沙運(yùn)動(dòng)及河床演變的影響: 平面射流:射流兩側(cè)的流速衰減較快，核心流流速衰減稍慢，泥沙沿主流兩側(cè)沉積，形成鳥(niǎo)趾狀或鳥(niǎo)嘴狀三角洲 軸向射

16、流：射流向水平和垂直方向擴(kuò)散，流速衰減迅速，泥沙在口外附近形成新月形沉積體，河流出路受阻，將在其上沖出新道，又形成另一個(gè)新月形沉積體，發(fā)展下去成為圓弧狀三角洲u三、河口區(qū)口門(mén)外的水流泥沙特征8.3潮汐河口區(qū)的泥沙運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)u(一)河口區(qū)泥沙來(lái)源流域來(lái)沙：徑流挾沙 河岸沖刷 河床沖刷海域來(lái)沙：潮流挾沙 當(dāng)?shù)睾０稙┩?徑流挾沙在河口外落淤后，又被潮流帶回到河口內(nèi)其他：城市垃圾、工業(yè)廢渣、海洋生物殘骸等8.3潮汐河口區(qū)的泥沙運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)u(二)河口區(qū)推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)潮區(qū)界潮流界 流動(dòng)總體向下游，但潮汐漲落水位升降流速增減推移質(zhì)間歇運(yùn)動(dòng)潮流界河口 潮流徑流相互作用往復(fù)流推移質(zhì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)一般淤積在咸水界范圍內(nèi)，但在大

17、洪水時(shí)也會(huì)推移至口門(mén)外(根據(jù)沙丘淤積體的形態(tài)可判斷該河口是受漲潮流還是落潮流控制)30127.2ccbUUUUgDC2-71,天然沙迎流坡緩、背流坡陡(沙波)8.3潮汐河口區(qū)的泥沙運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)u(三)河口區(qū)懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)總體趨勢(shì)：水流往復(fù)懸移質(zhì)往復(fù)搬運(yùn)、時(shí)沉?xí)r揚(yáng)滯后效應(yīng)：含沙量的變化滯后于流速一定相位 沉降時(shí)差：漲潮流或落潮流憩流(轉(zhuǎn)流)期間，當(dāng)流速降低到止動(dòng)流速以下時(shí)，懸移質(zhì)開(kāi)始沉降，但在沉降到床面前會(huì)隨水流前進(jìn)一段距離 沖刷時(shí)差：憩流(轉(zhuǎn)流) 漲潮流或落潮流，流速上升到止動(dòng)流速時(shí)，床面泥沙不動(dòng)，直到流速繼續(xù)上升到起動(dòng)流速，泥沙才進(jìn)入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)錢(qián)塘江河口七堡站流速、含沙量過(guò)程線細(xì)顆粒泥沙絮凝8.3潮汐

18、河口區(qū)的泥沙運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)u(三)河口區(qū)懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)總體趨勢(shì)：水流往復(fù)懸移質(zhì)往復(fù)搬運(yùn)、時(shí)沉?xí)r揚(yáng)絮凝現(xiàn)象：主要體現(xiàn)在D0.03mm的細(xì)顆粒泥沙 河口懸沙多含粘粒膠粒 含鹽海水為電解質(zhì)成為大顆粒沉 速 加 大(但有上限)團(tuán)聚：淤泥經(jīng)海洋生物(牡蠣、蛤)吸入體內(nèi)和排泄后將在表面附著生物粘液，使得細(xì)顆粒泥沙粘結(jié)在一起，形成較大顆粒(團(tuán)粒)，這將增大沉速8.3潮汐河口區(qū)的泥沙運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)u(三)河口區(qū)懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)總體趨勢(shì)：水流往復(fù)懸移質(zhì)往復(fù)搬運(yùn)、時(shí)沉?xí)r揚(yáng)滯流點(diǎn)附近泥沙集中淤積： 滯流點(diǎn)上游：底部為凈下泄流，向滯流點(diǎn)挾沙 滯流點(diǎn)下游：底部為凈上溯流，向滯流點(diǎn)挾沙 汛期徑流量大，挾沙量大，洪季滯流點(diǎn)是河口淤積最嚴(yán)重的部位高含沙量區(qū)河口淺灘 ( 攔門(mén)沙)8.3潮汐河口區(qū)的泥沙運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)u(四)河口區(qū)浮泥運(yùn)動(dòng) 定義：河口地區(qū)的極細(xì)顆粒泥沙(中徑0.005mm)經(jīng)絮凝沉落到床面上后，需經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間才能排水固結(jié)得比較密實(shí)，在尚未密實(shí)之前(密度約1.031.20t/m3)，具有明顯的流動(dòng)性，即浮泥(實(shí)質(zhì)上為海底高濃度含沙水體)淤泥浮泥排水固結(jié)密實(shí)程度絮凝體流變性質(zhì)不同8.3潮汐河口區(qū)的泥沙運(yùn)動(dòng)特