第八章-潮汐河口的演变课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,PPT课件,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第八章 潮汐河口的水流泥沙特点及河床演变,第一节 潮汐河口的分段和分类,第二节 潮汐河口区的水流特性,第三节 潮汐河口区的泥沙运动特点,第四节 潮汐河口区的河床演变,1,PPT课件,第八章 潮汐河口的水流泥沙特点及河床演变第一节 潮汐河口的分,8.0,概述,-,基本概念,河口区：,河流与受水水体,(,河流、湖泊、水库、海洋,),的接合地段,入海河口,(,潮汐河口,):,水流流态多变、泥沙构成多样、河床演变复杂,主要影响因素：,径流,(,山水,),、潮汐入侵,、波浪、密度流,(,盐淡水,),支流入汇河口,入海河口,入湖河口,入库河口,2,PPT课件,8.0 概述-基本概念河口区：河流与受水水体(河流、湖泊、,8.1,潮汐河口的分段和分类,(,一,),潮汐河口的分段,图,6-1(,分界点,),：,口外海滨段河口口门潮流界潮区界,潮区界口门,：,感潮河段,潮区界以上：,河水运动不受潮汐影响,潮流界、潮区界的位置随外海潮差大小、河流径流量大小而变化,3,PPT课件,8.1潮汐河口的分段和分类(一)潮汐河口的分段图6-1(分界,6.1.1.1,xe,何为口门？,河口段多年平均中潮位水面坡降线与平均海平面交点所在的位置。,口门,8.1,潮汐河口的分段和分类,(,一,),潮汐河口的分段,4,PPT课件,6.1.1.1xe何为口门？河口段多年平均中潮位水面坡降线,6.1.1.2,xe,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。,8.1,潮汐河口的分段和分类,(,一,),潮汐河口的分段,5,PPT课件,6.1.1.2xe何为潮流界？涨潮流流速与径流流速相抵消，,6.1.1.3,xe,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,8.1,潮汐河口的分段和分类,(,一,),潮汐河口的分段,6,PPT课件,6.1.1.3xe何为潮区界？涨潮波消失、潮差为零之处。口,6.1.1.4,xe,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,8.1,潮汐河口的分段和分类,(,一,),潮汐河口的分段,7,PPT课件,6.1.1.4xe何为感潮河段？口门至潮区界之间受潮汐影响,6.1.1.5,一,潮汐河口分段,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。,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。,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,8.1,潮汐河口的分段和分类,(,一,),潮汐河口的分段,8,PPT课件,6.1.1.5一潮汐河口分段河流近口段：潮区界潮流界，,8.1,潮汐河口的分段和分类,(,二,),潮汐河口的分类,地貌学角度：,三角洲河口,:,形态：,河流泥沙在近海淤积形成的三角形堆积体,(,扇形分汊式河口,),形成：,径流含沙量大，潮流及沿岸流较弱，不能将河流带来的泥沙带走,典型：,黄河、长江、多瑙河、尼罗河,三角港河口：,形态：,潮水冲刷大陆内部形成的漏斗形河口,(,喇叭口,),形成：,径流含沙量小，潮流及沿岸流较强，带走泥沙,典型：,钱塘江河口、泰晤士河口,9,PPT课件,8.1潮汐河口的分段和分类(二)潮汐河口的分类地貌学角度：9,8.1,潮汐河口的分段和分类,(,二,),潮汐河口的分类,径流潮流相对强弱和来沙特征：,强潮海相河口,:,钱塘江口,泥沙主要来自口外海滨，强潮将口外泥沙推进口内沙坎,弱潮陆相河口,：黄河口,河流流域来沙丰富，强径流挟沙至口门附近落淤拦门沙,10,PPT课件,8.1潮汐河口的分段和分类(二)潮汐河口的分类径流潮流相对强,8.1,潮汐河口的分段和分类,(,二,),潮汐河口的分类,径流潮流相对强弱和来沙特征：,湖源海相河口,：黄浦江口,径流潮流均不强，经过上游胡泊或河网调节，潮差中等，流域来水来沙少，泥沙主要来自口门拦门沙,陆海双相河口,：长江口,径流潮流相当，陆域海域来沙丰富拦门沙、沙坎,11,PPT课件,8.1潮汐河口的分段和分类(二)潮汐河口的分类径流潮流相对强,8.1,潮汐河口的分段和分类,(,二,),潮汐河口的分类,潮差高低：,强潮河口,:,潮差,4m,中潮河口,：,潮差,=24m,弱潮河口,：,潮差,2m,12,PPT课件,8.1潮汐河口的分段和分类(二)潮汐河口的分类潮差高低：12,8.2,潮汐河口区的水流特性,一、河口区的潮波及潮流,影响因素,主要：,水深；河口的平面形态；底摩阻；浅滩和河口端部的反射或全反射；河流径流,其它：,盐淡水混合：,盐水楔异重流加剧了潮汐不对称现象,科氏力：,使潮差向潮波传播方向的右侧,(,北半球,),递增,13,PPT课件,8.2潮汐河口区的水流特性一、河口区的潮波及潮流 影响因素1,8.2,潮汐河口区的水流特性,(,一,),河口区的潮波及潮流,潮汐周期的四个阶段：,潮位涨落,+,潮流方向,涨潮落潮流：,海水开始涨潮，但潮位上升尚未改变水面向下游倾斜和水流向下游流动,涨潮涨潮流：,海水继续涨潮，河口水面壅高使得水面坡降转向上游，水流向上游流动,落潮涨潮流：,海水开始落潮，河口水面开始下降，但潮位下降尚未改变水面坡降向上游倾斜和水流向上游的流动,落潮落潮流：,海水继续落潮，河口水面下降使得水面坡降转向下游，水流向下游流动,14,PPT课件,8.2潮汐河口区的水流特性(一)河口区的潮波及潮流潮汐周期的,(1),波动类型的变化,主要影响因素：河口平面形态、水深、浅滩和河口端部反射,外海潮波：,简单前进波，潮流速与潮位同相高低潮位时潮流速度达到最大值，在中潮位,(,平均水面,),流速为零,(,憩流、转流,),河口潮波：,取决于河口平面形态及水深变化，介于前进波和驻波之间，潮流速与潮位不同相。前进潮波遇到浅滩、河岸、河口顶端会发生反射。若河宽向上游迅速缩窄、水深急剧变大，反射强烈，河口潮波接近完全反射驻波，潮流速与潮位相位差,90,高低潮位时潮流速度为零，在中潮位流速最大,外海潮波,河口潮波,15,PPT课件,(1)波动类型的变化主要影响因素：河口平面形态、水深、浅滩和,(2),涨落潮历时不对称,主要影响因素：水深、河流径流,水深：潮波波峰,(,高潮位,),和波谷,(,低潮位,),时刻水深相差大，波峰传播速度要快于波谷，使得潮波前坡变陡、后坡变坦，涨潮流速大于落潮流速涨潮历时缩短，落潮历时延长,径流：向海净流动，与潮波叠加，使得涨潮历时更加短,16,PPT课件,(2)涨落潮历时不对称主要影响因素：水深、河流径流16PPT,(3),潮差,(,潮波的波高,),的变化,河口断面向陆方向收缩喇叭效应能量汇聚潮差沿程增大,浅滩及河口边界反射驻波潮差沿程增大共振,底摩阻 能量损失潮差按指数规律沿程减小,17,PPT课件,(3)潮差(潮波的波高)的变化河口断面向陆方向收缩喇叭效应,上述三种因素的相对大小很难确定，相互之间的平衡非常复杂,:,宽度和深度逐渐变化的河口：浅滩及河口边界反射小，潮差主要受底摩阻影响，沿程减小,(,如长江口,),喇叭形河口：河口区中下游段，由于截面收缩和边界反射，潮差沿程增加；河口上游端，水深减小，底摩阻影响显著，潮差趋于减小,(,如钱塘江口,),其它影响潮波变形的因素：,盐水楔异重流加剧了潮汐不对称现象,柯氏力使潮差向潮波传播方向的右侧,(,北半球,),递增,18,PPT课件,上述三种因素的相对大小很难确定，相互之间的平衡非常复杂:其它,潮波变形在,潮差相对于低潮水深较大的强潮河口,更为显著。在某些河口，,河口涨潮初期潮位急剧上升,，受水深沿程快速减小和逆向径流影响，低潮传播速度慢，被后一个高潮赶上，潮波便形成类似移动水跃的现象，波面前坡几乎直立，波前就象一个翻滚的水墙向上游传播，这种现象称之为,涌潮,滔天浊浪排空来,翻江倒海山为摧,19,PPT课件,潮波变形在潮差相对于低潮水深较大的强潮河口更为显著。在某些河,8.2,潮汐河口区的水流特性,(,二,),一维潮波的基本方程,-,浅海自由潮波,(,浅水潮波,),(,三,),无限长均匀断面河道中的推进潮波,-,凯尔文波,(,四,),一端封闭河道中运动的驻波型潮波,-,驻波和港湾共振,(,五,),断面渐变河道中的潮波运动,-,波能流守恒的格林定律,(,六,),考虑摩阻影响时无限长河道中潮波的衰减,海岸动力学,(,一,),河口区的潮波及潮流,20,PPT课件,8.2潮汐河口区的水流特性(二)一维潮波的基本方程-浅海自由,8.2,潮汐河口区的水流特性,二、河口区盐淡水的混合,-(,一,),混合类型,海水含盐量约,30,，淡水含盐量约,0.1,：,涨潮流会将海水带入口门内一定距离盐水入侵,咸水界：,河口内水流含盐量因海潮的影响从口门向上游逐渐降低，当含盐量小于,2,时，已不会影响农作物生长，,2,含盐浓度所及位置即,盐淡水混合区：,咸水界下游,盐淡水混合指数,(,山潮水比,),: ,盐淡水混合类型,21,PPT课件,8.2潮汐河口区的水流特性二、河口区盐淡水的混合-(一)混合,8.2,潮汐河口区的水流特性,弱混合型：又称高度成层型、盐水楔型,径流强潮汐弱，盐淡水间存在明显分界面，形成盐水楔异重流，上层淡水流向下游，下层盐水潜入上游，交界面上的剪切力与含盐度梯度平衡,缓混合型：,径流潮汐均较强，盐淡水发生掺混，水平和垂直方向均存在含盐度梯度，淡水主要从上层下泄，底部有盐水上溯，可能出现交错流,强混合型：,潮汐强径流弱，盐淡水充分混合，垂向含盐量均匀，含盐度梯度主要表现于水平方向，不出现盐水楔和交错流,二、河口区盐淡水的混合,-(,一,),混合类型,22,PPT课件,8.2潮汐河口区的水流特性弱混合型：又称高度成层型、盐水楔型,8.2,潮汐河口区的水流特性,咸水界以上,:,流速垂向分布不受盐水密度梯度的影响，仍采用对数或指数分布,咸水界以下,:,盐水密度梯度使垂线流速分布发生变化,涨潮流期间：,密度梯度与水面坡降一致，增大涨潮流速，因底部密度梯度大，底流速加大，最大流速出现在水面下某一深度处,二、河口区盐淡水的混合,-(,三,),对水流泥沙的影响,23,PPT课件,8.2潮汐河口区的水流特性咸水界以上:流速垂向分布不受盐水密,8.2,潮汐河口区的水流特性,咸水界以下,:,盐水密度梯度使垂线流速分布发生变化,落潮流期间：,密度梯度与水面坡降方向相反，减小落潮流速，因底部密度梯度大，阻碍底流下泄，为保持流量平衡，表层流速加大,二、河口区盐淡水的混合,-(,三,),对水流泥沙的影响,24,PPT课件,8.2潮汐河口区的水流特性咸水界以下:盐水密度梯度使垂线流速,8.2,潮汐河口区的水流特性,咸水界以下,:,盐水密度梯度使垂线流速分布发生变化,转流期间：,水面坡降很小，密度梯度控制底流流向上游，形成表层,(,向下,),与底层流向相反的交错流,二、河口区盐淡水的混合,-(,三,),对水流泥沙的影响,25,PPT课件,8.2潮汐河口区的水流特性咸水界以下:盐水密度梯度使垂线流速,8.2,潮汐河口区的水流特性,滞流点：,一个潮周期内，下泄流与上溯流河段间底部净流程,(,涨落潮流程的代数和,),为零的临界点，为底层泥沙易于淤积的区域,流程,=,流速过程线与时间轴包围的面积,位置：,随山潮水比的变化而变，,洪水大潮下移；枯水小潮上溯,二、河口区盐淡水的混合,-(,三,),对水流泥沙的影响,26,PPT课件,8.2潮汐河口区的水流特性滞流点：一个潮周期内，下泄流与上溯,8.2,潮汐河口区的水流特性,口门外水流泥沙运动的主要影响因素,:,流出水流的惯性力,(,提供动量,),河床底面的摩阻力,(,减小流速,),流出水体与周围海水密度差引起的浮力,口门射流类型：,出口水深,h,0,口门外水深,h,时,:,轴向紊动射流,(,排出水流向水平和垂直方向扩散,),出口水深,h,0,口门外水深,h,时,:,平面紊动射流,(,排出水流向仅在水平面内扩散,),三、河口区口门外的水流泥沙特征,27,PPT课件,8.2潮汐河口区的水流特性口门外水流泥沙运动的主要影响因素:,8.2,潮汐河口区的水流特性,口门外射流流速的演变,:,流出口门时,:,均匀分布，中部为核心流,过渡区：,水流扩散，核心流缩小直至消失，流速降低,完全紊流区：,水流继续扩散，流速沿程减小，在断面上呈高斯分布,三、河口区口门外的水流泥沙特征,高斯分布,28,PPT课件,8.2潮汐河口区的水流特性口门外射流流速的演变:三、河口区口,8.2,潮汐河口区的水流特性,射流对泥沙运动及河床演变的影响,:,平面射流,:,射流两侧的流速衰减较快，核心流流速衰减稍慢，泥沙沿主流两侧沉积，形成,鸟趾状或鸟嘴状三角洲,轴向射流：,射流向水平和垂直方向扩散，流速衰减迅速，泥沙在口外附近形成新月形沉积体，河流出路受阻，将在其上冲出新道，又形成另一个新月形沉积体，发展下去成为,圆弧状三角洲,三、河口区口门外的水流泥沙特征,29,PPT课件,8.2潮汐河口区的水流特性射流对泥沙运动及河床演变的影响:三,8.3,潮汐河口区的泥沙运动特点,(,一,),河口区泥沙来源,流域来沙：,径流挟沙,河岸冲刷,河床冲刷,海域来沙：,潮流挟沙,当地海岸滩涂,径流挟沙在河口外落淤后，又被潮流带回到河口内,其他：,城市垃圾、工业废渣、海洋生物残骸等,30,PPT课件,8.3潮汐河口区的泥沙运动特点(一)河口区泥沙来源流域来沙：,8.3,潮汐河口区的泥沙运动特点,(,二,),河口区推移质运动,潮区界潮流界,流动总体向下游，但潮汐涨落,水位升降,流速增减,推移质间歇运动,潮流界河口,潮流径流相互作用,往复流,推移质往复运动,一般淤积在咸水界范围内，但在大洪水时也会推移至口门外,(,根据沙丘淤积体的形态可判断该河口是受涨潮流还是落潮流控制,),迎流坡缓、背流坡陡,(,沙波,),31,PPT课件,8.3潮汐河口区的泥沙运动特点(二)河口区推移质运动潮区界,8.3,潮汐河口区的泥沙运动特点,(,三,),河口区悬移质运动,总体趋势：,水流往复悬移质往复搬运、时沉时扬,滞后效应：,含沙量的变化滞后于流速一定相位,沉降时差：,涨潮流或落潮流憩流,(,转流,),期间，当流速降低到止动流速以下时，悬移质开始沉降，但在沉降到床面前会随水流前进一段距离,冲刷时差：,憩流,(,转流,) ,涨潮流或落潮流，流速上升到止动流速时，床面泥沙不动，直到流速继续上升到起动流速，泥沙才进入运动状态,钱塘江河口七堡站流速、含沙量过程线,32,PPT课件,8.3潮汐河口区的泥沙运动特点(三)河口区悬移质运动总体趋势,细颗粒泥沙絮凝,8.3,潮汐河口区的泥沙运动特点,(,三,),河口区悬移质运动,总体趋势：,水流往复悬移质往复搬运、时沉时扬,絮凝现象：,主要体现在,D0.03mm,的细颗粒泥沙,河口悬沙多含粘粒胶粒,含盐海水为电解质,成为大颗粒,沉速加大,(,但有上限,),团聚：,淤泥经海洋生物,(,牡蛎、蛤,),吸入体内和排泄后将在表面附着生物粘液，使得细颗粒泥沙粘结在一起，形成较大颗粒,(,团粒,),，这将增大沉速,33,PPT课件,细颗粒泥沙絮凝8.3潮汐河口区的泥沙运动特点(三)河口区悬移,8.3,潮汐河口区的泥沙运动特点,(,三,),河口区悬移质运动,总体趋势：,水流往复悬移质往复搬运、时沉时扬,滞流点附近泥沙集中淤积：,滞流点上游：,底部为净下泄流，向滞流点挟沙,滞流点下游：,底部为净上溯流，向滞流点挟沙,汛期径流量大，挟沙量大，洪季滞流点是河口淤积最严重的部位,高含沙量区,河口浅滩,(,拦门沙,),34,PPT课件,8.3潮汐河口区的泥沙运动特点(三)河口区悬移质运动总体趋势,8.3,潮汐河口区的泥沙运动特点,(,四,),河口区浮泥运动,定义：,河口地区的极细颗粒泥沙,(,中径,0.005mm),经絮凝沉落到床面上后，需经过很长时间才能排水固结得比较密实，在尚未密实之前,(,密度约,1.031.20t/m3),，具有明显的流动性，即浮泥,(,实质上为海底高浓度含沙水体,),淤泥,浮泥,排水固结密实程度,絮凝体,流变性质不同,35,PPT课件,8.3潮汐河口区的泥沙运动特点(四)河口区浮泥运动定义：河口,8.3,潮汐河口区的泥沙运动特点,(,四,),河口区浮泥运动,运动过程：,异重流：,浮泥为下异重流,(,航道港池的淤积,),浮泥流：,沙波状浮泥面形成浓度很大的、随水流向前运动的,浑水过渡层,，一方面浮泥层中的泥沙不断补充进入浑水过渡层，另一方面浑水过渡层不断向水流供给悬沙,悬移质：,底部紊动强度加大，沙波状浮泥面卷曲破碎，泥沙直接悬扬,底流速加快,36,PPT课件,8.3潮汐河口区的泥沙运动特点(四)河口区浮泥运动运动过程：,8.3,潮汐河口区的泥沙运动特点,(,五,),淤泥质河口一个潮周期内的冲淤变化,潮流瞬时摩阻流速,U,*,起动摩阻流速,U,*C,时：,底床冲刷,潮流瞬时摩阻流速,U,*,止动摩阻流速,U,*d,时：,悬沙落淤,U,*d,U,*, U,*C,时：,底床相对稳定,(,不冲不淤,),37,PPT课件,8.3潮汐河口区的泥沙运动特点(五)淤泥质河口一个潮周期内的,8.3,潮汐河口区的泥沙运动特点,(,六,),波浪对河口区泥沙运动的作用,波浪掀沙，潮流输沙,波流合成切应力,20m,水深处：,波高,4m,、周期,7s,的波浪与流速,2m/s,的潮流产生的切应力相当,38,PPT课件,8.3潮汐河口区的泥沙运动特点(六)波浪对河口区泥沙运动的作,8.4,潮汐河口区的河床演变,与无潮内陆河流类似,来水、来沙、边界条件,河床演变,39,PPT课件,8.4潮汐河口区的河床演变与无潮内陆河流类似来水、来沙、边界,8.4,潮汐河口区的河床演变,河口浅滩,-,沙坎,+,拦门沙,沙坎：,在口门外或口门附近淤积的泥沙堆积体,拦门沙：,深入河口段以内的泥沙堆积体,40,PPT课件,8.4潮汐河口区的河床演变河口浅滩-沙坎+拦门沙沙坎：在口门,钱塘江,三角港河口,41,PPT课件,钱塘江三角港河口41PPT课件,三角港河口,-,英国泰晤士河,返回,42,PPT课件,三角港河口-英国泰晤士河返回42PPT课件,三角洲河口,黄河河口,43,PPT课件,三角洲河口黄河河口43PPT课件,三角洲河口,长江河口,44,PPT课件,三角洲河口长江河口44PPT课件,三角洲河口,-,密西西比河河口,45,PPT课件,三角洲河口-密西西比河河口45PPT课件,返回,46,PPT课件,返回46PPT课件,