黄河口滨海区涨落潮不对称与地貌动力机制

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河口三角洲位于海陆过渡地带,兼具自然与社会价值。泥沙是三角洲的物质基础,河口滨海区泥沙的输运和沉积规律研究是揭示三角洲发育的关键。黄河三角洲因黄河高入海泥沙通量的特性而成为变化最为迅速的三角洲之一,然而,近年来由于入海水沙减少,悬沙浓度降低,海岸带开发建设,三角洲近岸地貌演化出现新的态势,因此迫切需要重新认识泥沙输运和冲淤演变的动力机制。涨落潮不对称是河口滨海区流场的重要特征,是泥沙等物质余输运的重要动力机制,在地貌演化过程中扮演着重要的角色。对涨落潮不对称及其与地貌演变关系的研究具有重要的科学意义,有助于理解黄河口滨海区冲淤格局的形成与演化。本文基于大量实测水沙数据,运用表层沉积物粒径趋势分析、悬沙通量机制分解等方法分析水沙运动特征;建立Delft 3D水动力数值模型模拟黄河口滨海区流场,系统探讨了黄河口滨海区涨落潮流速不对称和涨落潮憩流历时不对称的时空分布、内在机制和影响因素;结合水沙输运特征和涨落潮不对称的空间分布,详尽阐释了黄河口滨海区的涨落潮不对称在地貌演变过程中所起的作用,并分析了2007-2015年地形变化引起潮流不对称的变化。主要结论如下:(1)2007-2015年,现行黄河口至莱州湾滨海区相间分布多个淤积和侵蚀中心;老清水沟沙嘴前缘的侵蚀泥沙是其南北两侧淤积区的重要泥沙来源;现行河口外的泥沙净输运方向和余流方向相反,在高径流量时主要受平流作用影响,低径流量时主要受潮周期内潮流变化影响,近岸潮泵输沙项量值大,方向和涨潮流方向一致,而远岸潮泵输沙项量值很小,方向和落潮流一致。(2)黄河口滨海区存在显著的潮流不对称现象,其中流速不对称在突出的沙嘴外为涨潮流优势,并呈舌状向南部莱州湾方向伸展,憩流历时不对称的涨潮流优势区主体位于老清8河口东北方向海域,近岸均以落潮流优势为主。深水区的潮流流速不对称性由K1/O1/M2主导,近岸由M2/M4主导,且受岬角地形影响,在近岸各分潮组合对潮流流速不对称的贡献均发生反转。莱州湾内各分潮组合均呈现在靠近湾口一侧有助于涨潮流主导,而在靠近湾顶一侧有利于落潮流主导的特征,且反转的位置一致。同一类型的分潮组合对潮流流速不对称的贡献在空间上的变化趋势大致相同。潮流不对称还具有明显的大小潮周期变化特征。M2/M4和K1/O1/M2对潮流流速不对称的贡献都具有半年长周期变化特征,同时M2/M4还具有明显的朔望月周期变化特征。(3)潮滩、径流和风场均会对涨落潮流速不对称和憩流历时不对称产生影响。潮滩有助于形成落潮流优势;径流对涨落潮流速不对称的影响比对涨落潮憩流历时不对称的影响更大,表层径流性余流起主要作用;不同区域的不对称性受风向的影响存在差异,其中西南风与南风有助于老清水沟南部浅水海域的落潮流优势,南风和东南风有助于孤东海域的落潮流优势。(4)黄河口滨海区的冲淤变化很大程度上受涨落潮不对称的空间分布所控制,黄河口近岸10 m水深以浅海域涨落潮优势流转换的区域成为泥沙显著淤积区。涨落潮流速不对称在老清水沟东南海域由涨潮流主导转为落潮流主导,使得大量向南输运的泥沙在莱州湾中部沉积。涨落潮憩流历时不对称的涨潮流优势和涨落潮流速不对称在沙嘴岬角间的局部落潮流优势是老清8河口与老清水沟河口之间泥沙淤积的重要原因。强北风作用增强和扩展涨潮流优势,是莱州湾西北部海域泥沙淤积和沉积物粗化的主要动力机制。强北风也是老清水沟以南长条形淤积区形成的原因,老清水沟沙嘴前缘侵蚀区被侵蚀泥沙是该淤积区沉积物的主要来源。(5)在涨落潮不对称影响冲淤的同时,地貌演变同样也会影响涨落潮不对称。2007-2015年,由于冲淤变化,老清水沟沙嘴前缘涨潮流优势区向西南方向扩展。M2/M4相互作用和余流及余流与分潮的相互作用的贡献减小使得侵蚀海域涨潮流优势减弱;M2/M4贡献减小和K1/O1/M2贡献增多使得淤积海域由落潮流主导转为涨潮流主导。
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