黄河口海洋动力输沙能力分析

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1、黄河口海洋动力输沙能力分析张世奇(中国水利水电科学研究院,北京100044)摘要:采用数学模型和资料分析的方法对清水沟时期黄河入海泥沙的输移扩散规律进行了分析研究。通过数模计算得出:随着河口三角洲的演变,河口海洋动力输沙能力也相应变化,河口沙嘴突出岸线的程度越大,海洋输沙能力越大,输入外海的泥沙越多;对于特定的岸边界,海洋输沙能力的变化取决于入海水沙搭配关系,在入海沙量相同条件下,来沙系数越小,输送至外海沙量越多,反之亦然。通过实测资料分析指出:黄河口海洋输沙十分复杂,涉及岸边界、各种持续和偶发的动力等诸多因素。实测的冲淤分布往往是诸多因素综合作用的结果,很难分离出

2、某种因素单独所起的作用。实测数据显示,河口泥沙冲淤分布与来水来沙条件相关性不强。但总的看来,黄河改道清水沟以来,1977-2000年间,来沙量偏少,输入外海泥沙的比例比其它流路时期偏大,排沙比达54%,平均每年输入外海泥沙的绝对量为2183亿t。但具体到各个年份,不论是排沙比还是绝对量,年际间差异都很大,每年输入外海的沙量并不局限在2～3亿t。关键词:黄河口;清水沟;海洋动力输沙;排沙比中图分类号:TV148文献标识码:A文章编号:04682155X(2007)01200082091前言黄河以多沙闻名于世,大量泥沙被输送至河口地区,泥沙的归宿是人们历来所关注的问题。

3、进入河口地区的泥沙不外乎有三个归宿:淤在尾闾河道,淤在河口附近滨海区域及输往外海。随着河口三角洲的演变及黄河水沙条件的变异1～4,河口泥沙三个归宿相对比例是否相应变化?特别是输入外海泥沙的比例和绝对量是如何变化的,这是人们在治理黄河口和规划三角洲地区经济、环境发展必须面对的问题。本文通过数学模型计算和实测资料分析,探讨了入海水沙变化及河口演变引起的黄河口海洋动力的变化,海洋输沙能力的变化规律,为新时期黄河口治理,为黄河三角洲地区经济持续发展,为创造良性的生态环境提供依据。海洋动力将泥沙输入外海的能力通常用两个指标判定,即排入外海泥沙量占河口来沙总量的比例(简称排沙比

4、)以及排入外海泥沙的绝对量。本文主要从这两方面入手来分析黄河口海洋动力输沙能力。2海洋动力输沙211海洋动力基本特征海洋动力一般指潮汐、海流和海浪,渤海的海流以潮流为主。目前由于观测资料较少,在此只概述收稿日期:2006205215基金项目:国家自然科学基金重点项目,编号:50339050作者简介:张世奇(1945-),男,河北威县人,中国水利水电科学研究院,教授级高工,主要从事泥沙运动力学、河口海岸动力学方面的研究。8潮汐、潮流和波浪的基本特征。(1)潮汐黄河注入渤海。渤海属内海,固有振动很小,观测到的潮汐主要是大洋潮汐的胁迫振动。渤海由辽东湾、渤海湾和莱洲湾三个

5、海湾组成。渤海太阴半日分潮M2占绝对优势,M2分潮可大体反映出该区潮汐的主要特征。黄河口位于渤海湾与莱洲湾之间。在两湾口交界处,即渤海湾口南边有M2分潮“无潮点”。以此,黄河三角洲沿岸潮差分布是以神仙沟沟口外的“无潮点”区最低,向两海湾逐渐增高呈“马鞍型”。黄河三角洲沿岸潮汐类型,除神仙沟口外局部海区为不正规全日潮外,其余海域为不规则半日潮。日潮不等现象比较明显,而且渤海湾沿岸与莱洲湾沿岸涨潮时差6个小时,对半日潮来说,恰好是渤海湾涨潮,莱洲湾落潮,此起彼伏。清水沟口位于莱洲湾西岸中部,潮差111～115m,在黄河三角洲沿岸属中等潮差。由于河道比降较大,潮区界较短,

6、一般不足20km。潮流界更短,枯水期约6km,洪水期潮流界几乎为零。(2)潮流黄河三角洲M2分潮沿岸潮流为半日潮流,周期性变化,周期为12小时。潮流速以M2分潮“无潮点”区为最强,最大流速大于112mΠs5,其分布形势恰与潮差分布相反,向两海湾里潮流速逐渐减小。潮流椭圆短长轴之比小于011,属平行于海岸的往复式流。渤海区潮流比较强,尤其是黄河三角洲沿岸海区。尽管潮流是周期性的,但由于潮流在该海区属于最大,所以是本区泥沙搬运的主要动力。(3)余流在大海中实际观测的流动总称海流。从海流中去掉周期性的天文潮海流,剩余下的非周期性流动,称之为余流。黄河余流很复杂,由于产生的

7、主导因素不同,主要有风生余流,分布范围广;还有潮汐余流,在海口强潮流区占主导地位;还有径流余流,主要发生在河口区,尤其是洪水时期以及环流、斜压流等。渤海余流一般都很小,通常流速在012mΠs以下5-7。由于余流是非周期性的,它能沿着一定方向把泥沙作长距离输送。黄河入海泥沙颗粒大部分都沿程淤积在三角洲顶部和前坡上部,而一部分较细颗粒泥沙,可以通过余流逐渐输移到较远海区,因此余流在河口治理中,具有重要的现实意义。(4)波浪5黄河口附近海区的波浪,据五号桩沿岸水域观测资料,主要是风浪,波浪的大小随风速大小而变化。强浪向为NE向,次浪向为NNW向,常浪向为S向(来向)。