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潮控型分汊河口分流过程探讨

陆佳玉 葛建忠 丁平兴

陆佳玉, 葛建忠, 丁平兴. 潮控型分汊河口分流过程探讨[J]. 华东师范大学学报(自然科学版), 2020, (3): 1-12. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.201941015
引用本文: 陆佳玉, 葛建忠, 丁平兴. 潮控型分汊河口分流过程探讨[J]. 华东师范大学学报(自然科学版), 2020, (3): 1-12. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.201941015
LU Jiayu, GE Jianzhong, DING Pingxing. A discussion on the diversion process of tide-dominated estuary bifurcation: The North Branch estuary of the Yangtze River[J]. Journal of East China Normal University (Natural Sciences), 2020, (3): 1-12. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.201941015
Citation: LU Jiayu, GE Jianzhong, DING Pingxing. A discussion on the diversion process of tide-dominated estuary bifurcation: The North Branch estuary of the Yangtze River[J]. Journal of East China Normal University (Natural Sciences), 2020, (3): 1-12. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.201941015

潮控型分汊河口分流过程探讨

doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.201941015
基金项目: 国家重点研发计划(2016YFA0600903); 中美大河三角洲侵蚀灾害与应对策略比较研究(2017YFE0107400); 国家自然科学基金(41776104)
详细信息
    通讯作者:

    丁平兴, 男, 教授, 博士生导师, 研究方向为物理海洋学. E-mail: pxding@sklec.ecnu.edu.cn

  • 中图分类号: P751

A discussion on the diversion process of tide-dominated estuary bifurcation: The North Branch estuary of the Yangtze River

  • 摘要: 长江北支口是典型的潮控型分汊河口, 其水动力及其汊道分流过程是影响潮控河口物质输运和地貌演变的主要因素. 本文基于2018年春季在北支口各汊道的坐底三脚架资料与断面走航资料, 计算各汊道的优势流. 结果发现: 大潮时, 北支三条港与顾圆沙南水道均呈现涨潮优势, 水流净向陆输运; 顾圆沙北水道则呈现落潮优势, 水流净输运方向指向口外. 同时, 结合FVCOM高分辨率数值模拟, 对北支口分流过程进行模拟. 结果表明, 由于顾圆沙南水道近海口断面面积远大于北水道, 且方位与涨潮时潮波传播方向一致, 大部分外海潮波经过顾圆沙南水道上溯, 涨潮量在南北水道空间上分配的差异性极大; 同时, 一部分经顾圆沙南水道上溯的潮波会越滩至北水道, 与上游径流汇合后, 共同经顾圆沙北水道下泄, 北水道的落潮量增加, 落潮量在空间上分配的差异性减小. 当大潮时, 顾圆沙北水道的涨落潮分流比为29.7%、47.2%; 小潮时, 顾圆沙北水道的涨落潮分流比为41.6%、43.1%. 北支口余流基本态势为南水道进、北水道出. 这些指标及分流特征可为河口的物质输运、地貌演变及各汊道的发育、维持和衰亡过程的预测提供关键的指示参数.
  • 图  1  北支观测站位及走航断面布设图.

    注: B1、B2和B3分别是北支三条港主汊、顾圆沙北水道和顾圆沙南水道中心的观测点; SEC1、SEC2和SEC3分别是北支三条港主汊、顾圆沙北水道和顾圆沙南水道断面

    Fig.  1  Observation stations and survey sections of the North Branch

    图  2  大潮断面流速矢量图

    注: (a)—(i)代表3个走航断面(三条港断面SEC1、顾圆沙北水道断面SEC2、顾圆沙南水道断面SEC3)表层、中层、底层的涨急与落急时刻的断面流速图; 蓝色箭头代表涨急时刻的断面流速, 黑色箭头代表落急时刻的断面流速

    Fig.  2  Velocity distribution of three sections during ebb tide in spring tide

    图  3  计算区域网格划分

    注: (a)图为长江口网格, 网格中蓝色线包含的区域即为嵌套区域, 蓝色方框包围的区域即为(b)图所示区域; (b)图为北支网格; (c)图为北支口局部放大网格

    Fig.  3  Model grids

    图  4  B2流速流向验证

    注: 红线代表模型计算流速流向, 黑点代表坐底三脚架观测系统实测流速流向

    Fig.  4  The results of model velocity and direction validation work

    图  5  流量验证

    注: (a)、(b)、(c)表示大潮时3个断面的流量验证; (c)、(d)、(f)表示小潮时3个断面的流量验证

    Fig.  5  The results of model flux validation work

    图  6  模型计算得到的顾圆沙南北断面流速、流向及分流比

    注: 左边(a)、(b)、(c)为大潮, 右边(c)、(d)、(f)为小潮; 阴影部分表示转流时刻, 实线代表顾圆沙北水道对应过程, 虚线代表顾圆沙南水道对应过程

    Fig.  6  Water level, sectional velocity, and flow diversion ratio of the cross sections beside Guyuansha

    图  7  顾圆沙附近表层流场分布图

    注: (a)为大潮落急流场, (b)为大潮涨急流场, (c)为小潮落急流场, (d)为小潮涨急流场

    Fig.  7  Surface flow field at the river mouth

    图  8  顾圆沙附近表层余流场分布图

    Fig.  8  Local surface residual flow field

    表  1  固定观测站位流速流向统计表

    Tab.  1  Velocity and direction of the fixed observation station

    涨潮最大流速/(m·s–1)涨潮平均流速/(m·s–1)涨潮时间/s落潮最大流速/(m·s–1)落潮平均流速/(m·s–1)落潮时间/s落/(涨 + 落)优势流
    B1大潮1.911.184.451.491.097.320.40
    小潮0.740.465.80.720.457.500.41~0.66不稳定
    B2大潮1.460.865.21.410.847.070.55
    小潮0.740.425.270.570.366.920.32~0.67不稳定
    B3大潮1.881.045.881.400.916.570.45
    小潮0.700.427.30.500.335.930.42
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    表  2  B1、B2和B3流速流向及SEC1、SEC2和SEC3流量误差分析

    Tab.  2  Error analysis of velocity, direction, and discharge

    站位 CC RMSE AE
    流速 B1 0.89 0.35 0.27
    B2 0.83 0.34 0.24
    B3 0.91 0.22 0.18
    流向 B1 0.97 44.87 20.30
    B2 0.95 47.72 27.10
    B3 0.97 38.78 19.81
    流量 SEC1 0.96 0.68 0.52
    SEC2 0.90 0.88 0.74
    SEC3 0.88 2.24 1.45
    注: 表中RMSE和AE的单位, 流速、流向和流量对应的分别为 m·s–1、° 和 ×103 m3·s–1
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    表  3  顾圆沙两断面分流比及涨落潮输水量统计

    Tab.  3  Diversion ratio and the volume of discharge for ebb and flood flow in Guyuansha’s two sections

    涨潮分流比/%落潮分流比/%涨潮输水量/(×108 m3)落潮输水量/(×108 m3)净输水量/(×108 m3)涨潮输水量/落潮输水量
    顾圆沙北断面大潮29.747.28.5015.82+7.320.54:1
    小潮41.643.15.135.64+0.510.91:1
    顾圆沙南断面大潮70.352.822.9014.55–8.351.57:1
    小潮58.456.98.447.26–1.241.16:1
    注: +代表流向外海, –代表流向口内
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-05-10
  • 网络出版日期:  2020-05-29
  • 刊出日期:  2020-05-01

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