河流动力学2007-C6潮汐河口水沙特征for教学楼讲义

11.4.19(8周)二1第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变本章内容简介2潮汐河口的分段和分类潮汐河口区的水流特性潮汐河口区的泥沙运动特点潮汐河口区的河床演变6.0.1xe第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变㈠何为河口区？河流与受水水体(河流、湖泊、水库、海洋、沙漠)的结合地段。基本概念㈡河口的类型支流河口入湖河口入库河口入海河口：受潮汐作用的影响，又称潮汐河口。干旱三角洲6.0.36.0第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变㈢潮汐河口水沙运动和河床演变特征更为复杂⑴具有内陆河流的特征：如径流的水期变化；基本概念⑵具有海洋的某些特征：如涨落潮、风浪的影响等；⑶存在盐淡水混合及盐水入侵的问题：⑷既有内陆来沙，又有海域来沙：⑸动力因素具有多样性和多变性：⑹大河口受地球自转科氏力的影响：6.1.1.1xe第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变㈠何为口门？河口段多年平均中朝位水面坡降线与平均海平面交点所在的位置。6.1潮汐河口的分段和分类一、潮汐河口的分段口门6.1.1.2xe第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变6.1潮汐河口的分段和分类一、潮汐河口的分段㈡何为潮流界？涨潮流流速与径流流速相抵消，潮水停止倒灌之处。口门涨潮逐渐减弱的原因：河床阻力、径流阻碍。6.1.1.3xe第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变6.1潮汐河口的分段和分类一、潮汐河口的分段㈢何为潮区界？涨潮波消失、潮差为零之处。口门潮区界以上不受潮汐影响，纯属径流。分界并非固定，应是一个范围6.1.1.4xe第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变6.1潮汐河口的分段和分类一、潮汐河口的分段㈣何为感潮河段？口门至潮区界之间受潮汐影响的河段。口门感潮河段6.1.1.5一第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变6.1潮汐河口的分段和分类一、潮汐河口的分段㈣潮汐河口分段⑴河流近口段：潮区界～潮流界，有朝位涨落，但流向单一，地貌呈河流。⑵河流河口段：潮流界～口门,双向流,河床不稳,河道分汊展宽、出现沙岛沙坎。⑶口外海滨段：口门～三角洲前沿，地貌主要表现为水下三角洲。口门感潮河段河流近口段＋河流河口段＝河流近海段6.1.2.1xe第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变㈠按河口形态特征分类⑴三角洲河口：6.1潮汐河口的分段和分类二、潮汐河口的分类⑵三角港河口：•大陆突出到海洋中形成的淤积体。河流沙多，海洋潮汐弱，潮流和沿岸流不能带走泥沙而逐渐形成淤积体，在河流的冲积下形成扇形的分汊式河口。如长江、黄河、珠江、多瑙河、尼罗河、密西西比河等河口(圆弧状三角洲、鸟趾状三角洲)•海洋伸入大陆内部形成漏斗状河口。河流沙少，潮流和沿岸流可带走泥沙而形成的单一的、向口外逐渐扩宽增深的喇叭形河口。如钱塘江、英国泰晤士河口。6.1.2.2xe第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变㈡按河口区动力和来沙特征分类⑴强潮海相河口：6.1潮汐河口的分段和分类二、潮汐河口的分类⑵弱潮陆相河口：•潮流强，泥沙主要来源口外，平面外形呈喇叭形，强潮推进泥沙在口内形成沙坎，钱塘江为主要代表。⑶湖源海相河口：⑷陆海双相河口：•潮流弱，河流来沙丰富，易形成圆弧状三角洲，强径流推移泥沙在口门附近形成拦门沙，黄河为主要代表。•径流出海前经湖泊或河网调节，变幅小，潮差中等，河流来沙很少，泥沙主要来自口外，在口门附近形成拦门沙，黄浦江为主要代表。•河流和海域来沙均较丰富，径流与潮流动力相当，口门外形成拦门沙，口门内形成沙坎，长江是主要代表。6.1.2.36.1第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变㈢按潮汐强弱分类⑴强潮河口：6.1潮汐河口的分段和分类二、潮汐河口的分类⑵中潮河口：•潮差4m⑶弱潮河口：•潮差＝2~4m•潮差2m6.2.1.1xe第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变㈠河口区潮汐的基本特征⑴口门处水面呈周期性升降：简谐波描述6.2潮汐河口区的水流特性一、河口区的潮波和潮流LkghcLcLTTaakxta/2//22)cos(：波数＝：波速＝：波长：周期：波动角频率：潮差：振幅⑵潮波属浅水长波，周期长，波长长：波长波高⑶潮流属非恒定流⑷潮波向上逐渐变形：潮差衰减、曲线不对称、涨落潮历时不等……(图6-4)⑸进潮量决定潮流的强弱：潮差、径流量、槽蓄容积影响进潮量jta2aTjxa2aL6.2.1.2xe第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变㈡一维潮波的基本方程上式的假定条件：忽略摩阻力、引潮力、径流的影响；河口断面为B×h的矩形；振幅水深；潮流沿水深均匀分布6.2潮汐河口区的水流特性一、河口区的潮波和潮流)56(0)46(0xUhtxgtU连续方程：运动方程：22222222222222)56()46()56()46(xcxghttxhxUcxUghtUxgt6.2.1.3一第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变㈢前进波的流速前进波的产生条件：无限长、断面均匀，朝位满足简谐波。6.2潮汐河口区的水流特性一、河口区的潮波和潮流)56(0)46(0xUhtxgtU连续方程：运动方程：)cos(kxtahckxthacU)cos(hacUmax6.2.2.1xe第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变㈠盐淡水混合类型⑴高度成层型：6.2潮汐河口区的水流特性二、河口区盐淡水混合⑵弱混合型：⑶强混合型：•径流强、潮流弱，淡水表层入海，盐水底层上溯形成盐水楔，盐水与淡水分层流动的异重流。•分界面、静流面比较稳定，两层间掺混很弱(图6-9)。•潮流强于径流，上、下两层发生一定程度的掺混，水平和垂向均存在盐度梯度(图6-11)。•潮流强于径流很多，上、下两层发生强烈的掺混，水平存在盐度梯度，而垂向盐度几乎均有分布(图6-12)。盐淡水混合类型主要取决于？6.2.2.2ye第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变㈡盐淡水混合作用及盐水入侵⑴掺混临界流速U0：6.2潮汐河口区的水流特性二、河口区盐淡水混合•盐水楔分界面开始发生盐淡水掺混时,上层淡水的垂线平均流速.)()(3/13/10表示盐水参数下标bCgUbb⑵盐水楔密度流速Ud：相当于隔板隔开的盐水入侵淡水的异重流流速。)(表示盐淡平均值下标mghUmd⑶密度Froud数Fd：Ur？drdUUF⑷密度Renold数Rd：h？hURdd6.2.2.2xe第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变㈡盐淡水混合作用及盐水入侵⑸盐水入侵长度LA：6.2潮汐河口区的水流特性二、河口区盐淡水混合•寇利根研究得到：4/112/5148.0280156.0dddARRFhL•一般Rd107，则：4/12/506.1ddARFhL•密西西比河：82.02/5018.6ddARFhL•共识是：盐淡密度差越大、水深越大、河流速越小，入侵越远。6.2.2.36.2第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变㈢盐淡水混合对水沙运动的影响⑴垂线流速分布发生较大变化，并随涨落潮而变(图6-13)：6.2潮汐河口区的水流特性二、河口区盐淡水混合⑵滞流点是河口区泥沙严重淤积的部位：•滞流点：一个潮周期内涨潮上溯水量与落潮下泄水量相同的地方。6.3.1一第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变河口区泥沙来源有三类：⑴陆沙：6.3潮汐河口区泥沙运动特点一、河口区泥沙来源⑵河沙：⑶海沙：•内陆径流带来的泥沙；与土质、植被等有关，黄河的陆沙量大。•本河段水流冲刷河岸、河床而来的沙；•从口门外海洋涨潮而来的沙。6.3.2二第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变㈠泥沙的絮凝河口区多为细颗粒，淤泥及粘土占的比例较大，遇盐水发生絮凝6.3潮汐河口区泥沙运动特点二、泥沙絮凝\絮散\团聚絮凝使颗粒增大，淤积使三角洲迅速增长。㈡泥沙的絮散来自外海的泥沙已经絮凝，但进入淡水区后又有可能因紊动扩散作用而使絮团解体，即发生絮散现象。㈢泥沙的团聚某些海洋生物摄取食物时将泥沙吸入体内，排泄后因粘液的作用将单颗粒泥沙粘结在一起而成为大颗粒泥沙。细→粗，影响输沙特性6.3.3三第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变㈠沙波和推移质运动沙波仍是推移质运动的主要形式；6.3潮汐河口区泥沙运动特点三、河口近底泥沙运动目前，沙波和推移质运动均无可靠的理论计算方法。㈡浮泥和淤泥浮泥：㈢淤泥质河口冲淤周期性变化淤泥：淤泥质：通常将D0.03mm的泥沙称为～。淤泥质河口的冲淤具有周期性，主要取决于U*、U*c、U*d。浮泥：河口区细颗粒泥沙经絮凝沉落在床面，因本身松散且沉积时间短而不密实，具有显著的流动性，故称～。一般较细，如0.004mm淤泥：浮泥沉积时间较长而逐渐固结，失去流动特性而成为～。6.3.4四第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变泥沙运动存在滞后现象⑴沉降时差：6.3潮汐河口区泥沙运动特点四、河口区悬移质运动⑵冲刷时差：⑶泥沙运动滞后现象有何影响：⑴沉降时差：涨落潮交替的憩流阶段，流速减小直到为零，流速降到止动流速时泥沙开始沉降，但降到床面需要一定距离和时间，致使水流与泥沙运动之间出现时差，称为～。⑵冲刷时差：泥沙止动与起动流速存在差异，憩流阶段过后，水流上升到止动流速时泥沙仍处于静止，直到水流达到起动流速时泥沙才开始运动，致使水流与泥沙运动之间处在时差，称为～。•①难以预测淤积部位；•②破坏潮流含沙量与流速分布的单一关系。6.3.56.3第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变波浪不是指潮流，而是因风等形成的风浪6.3潮汐河口区泥沙运动特点五、波浪对泥沙的影响波浪的主要作用是掀沙，即波浪掀沙，潮流输沙。6.4.1一第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变主要有以下特点：⑴仍遵循水流与河床的自动调整作用原则。6.4潮汐河口区的河床演变一、河床演变的特点⑵因有径流与潮流以及风浪的共同作用，河床演变更为复杂。⑶主要影响因素为来水、来沙及边界条件，水流占主导。无河谷比降⑷河口形态对河床演变影响较大。三角洲、三角港、沙坎、拦门沙的进潮量不同⑸大河口受科氏力作用。6.4.2.1xe第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变㈠河口纵剖面形态河口纵剖面一般都有隆起部分(口门内叫沙坎，口门外或附近叫拦门沙)。6.4潮汐河口区的河床演变二、河口拦门沙口门6.4.2.2二第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变㈡拦门沙的形成条件影响因素：边界条件、来水条件、来沙条件。6.4潮汐河口区的河床演变二、河口拦门沙基本判别条件：取决于径流造床流量Q1与潮流造床流量Q2的对比：•通常三角港Q1/Q20.02，潮流相对较强，一般形成沙坎；•通常三角洲Q1/Q20.10，潮流相对较弱，一般形成拦门沙。6.4.3三第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变三角港河口通常具有以下四大特征：⑴平面成喇叭形，放宽率大，水深浅，常形成沙坎6.4潮汐河口区的河床演变三、三角港河口的演变特点⑵流域来水较少，潮差大，潮流急⑶流域来沙较少，泥沙主要来自口外⑷河槽不稳定，纵向冲淤幅度大，横向摆动频繁，呈游荡型。钱塘江河口平面图6.4.4c6第六章潮汐河口的水沙特点及河床演变三角洲河口通常具有以下四大特征：⑴放宽率不大，放宽较均匀6.4潮汐河口区的河床演变四、三角洲河口的演变特点⑵地形对潮波影响较小，潮波变形不很剧烈⑶流域来沙丰富，外海动力通常较弱⑷山水对河床演变常起主要作用。黄河河口长江河口习题要求掌握的内容ce1、何为河口区？河口一般有哪些类型？2、潮汐河口是如何分段的？3、潮汐河口是如何分类的？4、简述河口区潮汐的基本特征？5、盐淡水混合类型有哪些？主要取决于什么？6、盐水入侵长度随含盐度、水深、河水流速的变化趋势如何？7、潮汐河口泥沙来源主要有哪些？8、河口区为什么存在泥沙运动滞后现象？9、风浪对泥沙的主要作用是