河口近口段地貌的减沙失衡效应及再平衡研究

Riverine sediment flux plays a profound role on estuarine and deltaic morphodynamic development and evolution. The morphodynamics in river-estuary transitional reaches, or tidal river zone, are insufficiently understood because of the exclusion from both fluvial and tidal estuary points of view. As such this proposal is devoted to examining tidal discharge dynamics, suspended and bed sediment transport dynamics and morphodynamics in the tidal river of the Changjiang system, i.e., the 500 km long reaches between Datong and Xuliujing. We aim to quantify the tidal discharges under river-tide interactions, the suspended and bed load transport rates and flux, and morphodynamic changes at varying time scales. It is achieved by theoretical analysis of tidal dynamics, field work in monitoring and quantifying tidal discharges by ADCP, suspended sediment concentration by ADCP, OBS, and water sampling, bed load transport rate from bed form change assisted by repeated multi-beam survey, and inferring morphodynamic evolution from bathymetric data. Moreover, a long-term morphodynamic model with coupled sediment transport and bed composition update is employed to examine tidal river morphodynamic equilibrium and its response to reduced sediment discharges, and its restoration processes and implications on sediment flux to outer seas. The findings in this work will deepen our understanding of tidal river dynamics and have broad implications on estuarine management and related engineering practices and restoration opportunity.

大型冲积性河口三角洲系统内的地形冲淤演变对河流入海泥沙通量有重要的改造作用，在流域来沙锐减和河口大型水利工程建设的背景下，河口将发生河床冲刷、床沙粗化、河床纵比降减小等地貌响应和调整，但关于河口不同河段的地貌调整的具体过程及其对入海泥沙的过滤或补给作用目前还缺少量化和机制认识。本项目以长江大通至徐六泾的河口近口段为研究对象，结合水沙与地形现场观测和地貌数值模拟技术手段，重点研究该河段的地貌均衡、失衡与再平衡过程。将首先给出近口段地貌均衡态及其判别指标；以此为参考，研究在减沙和工程影响下近口段地貌的多时间尺度响应特征，量化悬沙和底沙输移率，阐明悬沙沿程补充、床沙粗化和河床调整演变过程及限制因素，探讨近口段地貌再平衡过程对入海泥沙通量的影响。预期成果将丰富河口泥沙运动和演变规律的认识，同时为近口段的治理和保护提供科学依据。

河口近口段是陆海过渡的重要河段，近口段的动力地貌研究对认识流域变化及河口响应具有承上启下的意义。本研究聚焦长江近口段，研究流域水沙变化和人类活动影响下的近口段动力地貌基本特征及演变过程。基于长序列潮汐资料、洪枯季现场水沙观测、遥感图像和实测地形，以及动力地貌模拟等手段，研究1)揭示了近口段独特的径流潮汐动力相互作用特征，体现为径流强化近口段低频潮汐信号，导致大小潮平均水位和最低水位的反转，由此可能加剧近口段的复合洪水风险。2)揭示了从河流到进口段的水沙变化特征，量化了近70年流域水沙通量的时空变化特征，揭示了流域尺度的泥沙源汇转变格局，给出了近口段及其出口断面徐六泾节点的输沙量和泥沙物质组成变化。3)系统分析了近口段的动力地貌均衡态特征及年代际演变特征，认识到近口段岸线长度增加、平均宽度减少、水深增加、宽深比下降、平均曲率下降、江心洲面积增加、河道地形由淤积向冲刷转变的系列变化特征，识别了减沙和人类活动对近口段动力地貌演变的影响。最后认识到长江三角洲作为径潮动力共同控制、高浊度淤泥质、冲积型河口三角洲复合系统，一方面河口动力地貌自身存在一定的缓冲调整能力，通过河口系统内部的泥沙再分配，使得其冲淤变化响应河流减沙存在明显的时空滞后特征。而人类活动固化了河道边界条件，导致河口滩槽摆动减小，河势稳定性增加，可能降低河口自身动力地貌调整的能力，减弱河口抵御变化条件的韧性，从而增加极端情况下的灾害风险。这些研究认识对长江河口的防洪和长远治理保护规划具有指导意义。在本项目支持下，共参加各类学术会议11次，包括6次国际学术会议和5次国内学术研讨会；发表密切相关的研究工作论文12篇，含SCI检索论文7篇，发表在Earth-Science Reviews和Geophysical Research Letters等；培养硕士毕业生3名，支持博士后研究人员两名，分别得到上海市超级博士后资助计划和全国优秀博士后引进计划的资助，培养上海市青年科技启明星计划和浦江人才计划入选者各一名。