径流向海汇聚及其效应updated.ppt

第七节径流向海汇聚及其效应第七节径流向海汇聚及其效应陆地表面的径流最后通过入海河流的尾闾段尾闾段不断向海洋汇集。这里受到河流（径流）与海洋（潮流、洋流）不同动力动力条件条件，化学性质化学性质以及热力特征热力特征等因素的综合影响，故入海河口具有独特的水文运动变化规律。一、入海河口的水文特征一、入海河口的水文特征入海河口入海河口是指河流与海洋相结合的地段，既是地表液态水的输出通道，也是海洋液态水的输入进口。、河口区段划分、河口区段划分河口区范围河口区范围：河流的动力是径流，海洋的动力是潮流、洋流等，河口可视为径流与潮流相互作用的区域：其上上界界为潮汐影响的上限潮区界潮区界；下界下界为径流在海洋中扩散的末端水下三水下三角洲的前缘角洲的前缘。潮汐与潮流潮汐与潮流潮汐潮汐潮汐指海水水位在天体引潮力作用下形成的周期性涨落（升降）的现象。白天称潮潮，夜晚称汐汐，合称潮汐潮汐。在潮汐现象中，水位上升叫涨潮涨潮，水位下降叫落潮落潮；涨潮至最高水位为高潮高潮，落潮至最低水位为低潮低潮；潮流潮流 指海水在天体引潮力作用下所形成的周期性水平运动。随涨潮而产生的潮流叫涨潮流涨潮流，随落潮而产生的潮流叫落潮流落潮流。潮流分为回转流和往复流两种：回转流回转流：外海、开阔海区，受地转偏向力地转偏向力影响，在北半球作顺时针回转，流速约4 5kmhr；往复流往复流：海峡、河口等，受地形地形影响而成。其流速较大，可达 1822 kmhr 。据径流和潮流对比程度的差异，自上而下把河口区分为三个区段：（）近口段（）近口段 自潮区界至潮流界（涨潮流上溯的上界，也是涨潮流流速为零处）为近口段；在近口段内，由于受到潮水的顶托作用，水位虽然有周期性的升降，但流向始终是指向下游，径流占绝对优势，所以近口段的水文属性和河槽演变规律是河流基本一致。（2）自潮流界至口门为河口段河口段；河口段是径流与潮流作用势均力敌的区段，水流水流呈周期性的往复流往复流，水位水位也有周期性的涨落变化涨落变化。（3）自口门至水下三角洲前缘为口口外海滨段。外海滨段。口外海滨段径流因素的影响逐渐削弱直至消失，潮流、波浪等海洋因素则起主要作用，水文特性以及演化规律与海洋相一致。由于径流有洪、枯水期的变化，潮流也有大小潮之分，它们相互作用可以出现很多组合形式，使潮区界和潮流界的位置发生变化潮区界和潮流界的位置发生变化。以长江口为例：枯水大潮时枯水大潮时，潮区界可达距河口616km的安徽大通，潮流界可到江苏镇江附近。但洪水期洪水期，潮区界下移到距河口400km的芜湖，而潮流界只能到达江阴以下。此外，不同河流所处的地理位置（引潮力引潮力不同；河流比降河流比降不同等因素）不同，潮流的强弱也有很大的差异。例如：长江潮波可上溯616 km，黄河仅1020km。2、河口区的水情、河口区的水情入海河口在潮区界以下均属受潮汐感应的河段，称为感潮河段感潮河段，而感潮河段的水位、流速、流量等水文要素的变化，不仅与河流下泄的径流有关，也与自海洋上溯的潮流有关。1）河口区潮汐的涨落过程）河口区潮汐的涨落过程由于入海河口有潮汐的影响，水流呈往复周期运动，故其水位与流量、流速与比降的关系等，都不同于非感潮河段。在一个潮汐周期中，河口区潮汐涨落过程经历4个阶段。海洋潮波自外海进入河口之初，海水因比重较大，从河底插入，使水位雍高，径流比降减小，径流流速减小，但水流方向仍然指向海洋，称涨潮落涨潮落潮流潮流，此时断面上可能出现上下层方向相反的水流。随着潮流不断进入，水位继续上涨，以至潮流流速超过河水下泄的速度，水面出现逆比降逆比降，整个断面上的水流均指向上游，称为涨潮涨涨潮涨潮流潮流。其间当出现潮流速潮流速与河流下泄速度河流下泄速度相互抵消的短暂时间时，断面流速断面流速为零，称为落落潮憩流潮憩流。当海洋水开始落潮，河口内的水位随之下降，水面逆比降逐渐变小，原涨潮的流速逐渐减小，但仍然大于下泄径流的速度，故流向依然指向上游，称为落潮涨潮流落潮涨潮流。河口水位继续下降，下泄径流流速增大，水面恢复正比降，流向也指向下游，称为落潮落潮流落潮落潮流。在流向转向的过程中，出现短暂的时间，断面流速为零，称为涨涨潮憩流潮憩流。注意问题：注意问题：从落潮转向涨潮，并非迅速在全断面上同时发生，而是从底部到表面，从岸边向中间逐渐完成的。原因：正常径流下泄速度影响；海水的比重大产生的异重流楔入。在涨潮中的某些时刻，过水断面上可能出现方向相反的两层水流。涨潮过程中垂线流速分布沿程变化示意图涨潮过程中垂线流速分布沿程变化示意图2）潮流量的变化）潮流量的变化潮水河流的水流属于不稳定流，流量随时发生变化，而且流向也有顺逆的变化，水位与流量没有稳定的关系，一个潮流期（一般指两个落潮憩流之间的时段）的水位流量关系通常是不规则的环形曲线。3）河口潮波的变形）河口潮波的变形海洋潮波进入河口后，由于边界条件的变化和下泄径流的影响，潮波会发生变形。潮波变形潮波变形主要表现在潮差（潮波振幅），潮形、水位和流速相位关系的变化三个方面：潮差的变化潮差的变化：潮差变化原因：潮差变化原因：潮波在向河口上溯过程中：一方面由于河床断面的收缩，产生能量集中集中和局部反射反射，产生的反射波反射波与原来的前进波前进波组成合成波合成波，加大潮差加大潮差；另一方面受到摩擦阻力摩擦阻力和径流的顶阻径流的顶阻，能量损耗，使得潮差变小潮差变小。潮差变化表现潮差变化表现：在断面突然变窄突然变窄的河口或海湾的近海段，潮波能量积聚比消耗的多，所以潮差具有从口门向内递增的趋势；但在上游，能量损耗加大，所以潮差又沿程逐渐减小。在断面逐渐收缩逐渐收缩的河口，潮差增大不太显著，出现最大潮差的部位通常在口门附近或口外海滨，进口门后潮差逐渐减小。潮差沿程递减的速度与下泄径流量成正比，故洪水期潮差沿程减小很快，枯水期则慢。此外，潮波在传播过程中，受地转偏向力的作用，在北半球，使得潮差在垂直于传播方向上向右递增，即断面右侧的潮差大于左侧。潮波波形的变化潮波波形的变化：潮波是一种长波长波，它以C=（gH）1/2（g为重力加速度，H为水深）的波速波速向前传播；波峰水深明显大于波谷水深，因此波峰的传播速度大于波谷；潮波形状发生变形，前坡变陡，后坡趋平坦；潮差越大，水深越小（摩擦力越大），潮波变形越剧烈。在河形以及底坡的影响下，由于波峰逐渐赶上波谷，造成陡立的潮波前坡，并发生波峰破碎现象，称为涌潮涌潮。涌潮（怒潮）涌潮（怒潮）1涌潮（怒潮）涌潮（怒潮）2涌潮（怒潮）涌潮（怒潮）3风浪风浪1崩顶（波峰破碎）崩顶（波峰破碎）风浪风浪2崩顶（波峰破碎）崩顶（波峰破碎）破浪带破浪带破浪带破浪带2 2三亚三亚破浪带破浪带破浪带破浪带3 3三亚三亚破浪带破浪带破浪带破浪带4 4夏威夷夏威夷破浪带破浪带破浪带破浪带5 5旧金山旧金山旧金山旧金山破浪带破浪带破浪带破浪带1 1波浪的机械侵蚀作用波浪的机械侵蚀作用1风暴潮风暴潮由台风、温带气旋、冷锋的强风作用和气压骤变等强烈的天气系统引起的海面异常升降现象，称风暴潮风暴增水气象海啸。水位与流速相位关系的变化水位与流速相位关系的变化：河口区的河宽和水深常常是沿河不断变化的，这就会对潮波的运动产生影响，当向前传播的潮波推进到河道断面突然变小的地方时，一部分波能将反射回去反射回去，另一部分波能继续前进继续前进。若河口建设了闸门，河道就完全闭合，这时潮波将完全反射回去，在闸门前原来前进波变成了驻波驻波，波高增加一倍。涌潮（怒潮）涌潮（怒潮）1驻波驻波与前进波前进波有很大的差异，前前进波潮位与潮流的相位进波潮位与潮流的相位基本是一基本是一致的致的，即涨（落）潮时最大流速出现在最高（低）潮位附近，憩流时出现在中潮位附近；而驻波潮位与潮流过程线的相位驻波潮位与潮流过程线的相位差差1/41/4周期周期，即在最高（最低）潮位时出现憩流，在中潮位时出现最大涨（落）潮流。1/4周期周期3、河口的盐淡水混合、河口的盐淡水混合入海河口是盐水与淡水交汇的地方，从上游来的淡水径流下泄入海，而海水则随潮上溯，出现盐水与淡水混合盐水与淡水混合现象。由于咸淡水的盐度、密度和含沙量的不同，混合之后会影响河口区水流的动力状况和沉积情况。1）咸淡水混合的类型）咸淡水混合的类型咸淡水混合程度可用混合指数混合指数来表示。混合指数混合指数是指涨潮期间涨潮期间内进入河口的淡水量淡水量与涨潮期间的潮流量潮流量的比值。根据混合指数的大小，河口咸淡水的混合类型可以分为弱混合型弱混合型、缓混合型缓混合型与强混合型强混合型。弱混合型弱混合型：混合指数大于0.7，即径流量比重较大，淡水从上层流向海洋，而海水盐度和密度大，所以沿底层侵入，呈楔形楔形；咸淡水分层清楚，也称为高度分层型高度分层型。由于盐水楔上下层的水量交换很少，所以垂直方向垂直方向上盐度差比较大，可以超过20，而水平方向水平方向的盐度差很小。楔形顶楔形顶可上下移动，移动量取决于径流和潮流量的变化。盐水楔的顶端附近盐水楔的顶端附近是河口区淤积严重地带，因为：海水与淡水相遇，流速减弱流速减弱，物质沉积沉积；咸淡水电解质不同的水体相遇，可引起细粒物质絮凝絮凝。缓混合型缓混合型：混合指数在0.20.5之间，由于径流、潮流均比较强，咸淡水间没有明显的界面，水平水平和垂直垂直方向上均有密度梯度存在；表面淡水下泄，下层咸水上溯。由于水流的连续性，下层向陆流的水必须经过上层回到海洋，导致了从下向上的垂直方向上的水流从下向上的垂直方向上的水流。底部咸水上溯的头部，有一个流速零点流速零点，称滞流点滞流点。这里是含沙量最大的地带，可以出现最大浑浊带最大浑浊带。河底泥沙沉积也多，容易产生浅滩浅滩。强混合型强混合型：混合指数小于0.1，潮汐作用占主导地位。咸淡水之间强烈混合，断面上的等盐度线近于垂直，盐度垂向垂向差异一般小于4，然而沿程盐度有明显增加，即纵向纵向上盐度梯度明显。在河宽较大的三角港河口，由于地转偏向力的作用地转偏向力的作用，横断面两岸保留了盐度差：在北半球，面向海洋，涨潮流偏向于左侧，落潮流偏于右侧，河口的左侧盐度较高，而右侧较低。注意：注意：混合类型的划分混合类型的划分是以径流、潮流对比为指标，同一河口洪水期与枯水期，径流与潮流量对比关系不同，故河口混合属性也会发生变化。如长江口，洪水小潮时期属于高度分层型，而平时则属于缓混合型。2）咸淡水混合对河口水流的影响）咸淡水混合对河口水流的影响在盐水入侵的范围内，因为受密度梯度密度梯度的影响，流速分布流速分布与无潮河流有很大的差别：涨潮期间涨潮期间，密度梯度与水面坡降一致一致，有加大潮流流速加大潮流流速的作用。但因底部密度梯度大而加大了底部流速，最大流速出现在底部某一深度。落潮流期间落潮流期间，密度梯度与水面坡度相反相反，有减小落潮流速减小落潮流速的作用，因底部密度梯度大，故对底流速起了阻碍作用，水流主要从表面排出，增大了表面流速。转流期间转流期间，水面坡降很小，密度梯度起控制作用，形成了表层与底层流向相反的交错流。在没有密度梯度影响的河口上段河口上段，因为径流要向下排泄，在涨潮与落潮时期内，从表层到底层水流都是净的向下净的向下流动流动。在受密度梯度影响的河口下段河口下段，径流主要从表面表面排走。底部水流底部水流在密度梯度的影响下，总水量涨潮大于落潮，故产生了净的向上流。净的向上流。底部水流以上溯流为主转变到以下泄流为主的区域上溯流为主转变到以下泄流为主的区域，其间有个净水量为零的地点，该点即为“滞流点滞流点”。滞流点的位置随洪、枯水和大小潮的变化而变化。4、河口的泥沙运动、河口的泥沙运动1）河口区泥沙的来源）河口区泥沙的来源河口区的泥沙主要来自河流上游河流上游和外海外海两方面。在河水下泄时在河水下泄时，河水携带大量泥沙，除了其中极其细小的悬沙悬沙在落潮时带出海滨外，大部分淤积在河口区附近，形成心滩、边滩、拦门沙等各种堆积地形。从外海来的泥沙从外海来的泥沙，一部分是近岸带浅滩近岸带浅滩受风浪掀起后，被涨潮流带入河口区的海域，一部分是邻近河流输出的河流输出的泥沙泥沙，经沿岸流和涨潮流带入的。河口区输沙的总趋势是输向海洋。各河口的来沙组成组成不同，主要取决于河口径流、潮流对比以及流域来沙的多寡。2）河口泥沙的絮凝）河口泥沙的絮凝进入河口区的泥沙一般颗粒较小，通常在0.005mm以下。这些泥沙很难在重力作用下沉降（50%泥沙沉降速度小于10-4cm/s；水流紊动向上分速达10-3cm/s）。海水是含有电解质的液体，即海水中含有正负离子。部分表面带有负电荷的泥沙胶粒具有吸附作用胶粒具有吸附作用，致使胶体颗粒相互聚合变大。当紊动垂直分速小于聚合体沉降速度时，泥沙下沉。这种物理化学现象称为絮凝作用絮凝作用。泥沙的絮凝是河口泥沙的独特现象。主要影响因素是含沙浓度与含盐度：含沙浓度越大，泥沙颗粒越细，絮凝作用越强烈。水流的扰动，促使泥沙颗粒相互碰撞，也加剧絮凝。3）河口泥沙的悬移）河口泥沙的悬移入海河口的各河段中，径流与潮流作用的强弱不同，而且涨落潮不断地转换着，因而部分细颗粒泥沙不断地经历着悬浮悬浮、落淤、再悬浮落淤、再悬浮的运动。因此，河口水流的挟沙能力挟沙能力有着一定的变化规律。径流的年际变化和年内变化，使得河口区的含沙量也具有年年内内和年际变化年际变化的性质。潮流则使得含沙量具有半月半月和半半日日等周期变化。河口的输沙能力主要取决于水动力条件。因为潮汐河口的流量是往复流，因此，河段的净输沙量河段的净输沙量应等于涨、落潮时该河段总输进量和输出量的差值输进量和输出量的差值。由于河口段是径流和潮流的消能地带消能地带，因此，河口段的河床演变以堆积作用堆积作用为主。4）河口最大浑浊带）河口最大浑浊带细沙为主的河口区，往往出现“两头清，中间浑”，即具有一个含沙浓度经常明显地高于上游河水和下游海水的高含沙量区，称为河口最大浑浊带最大浑浊带。最大浑浊带的成因：该区特殊的水动力条件，即该区有净的非潮汐的环流（风海流、环流（风海流、密度流、回流、涡流等）密度流、回流、涡流等），它形成和维持了高度浑浊的泥沙带；河口盐水楔前缘泥沙絮凝（吸附）絮凝（吸附）作用。浑浊带的浓度主要取决于河流和海水的悬沙来量悬沙来量；其次是河口环流的强度河口环流的强度；此外，沉降速度（泥沙粒径）沉降速度（泥沙粒径）也起一定的作用。最大浑浊带的位置一般与盐度梯度区盐度梯度区的上界相符，它也因为洪、枯径流以及大小潮汐的变化而具有周期性的位移。二、径流向海汇集效应二、径流向海汇集效应1、径流补给对近岸海区的冲淡效应、径流补给对近岸海区的冲淡效应地表大量的淡水径流汇入海洋起到冲淡海水的作用，即对边缘海起着冲淡作用冲淡作用。北太平洋各纬度盐度分布大体在33-35范围内变动。我国沿海，由于每年有1.9万亿立方米的淡水径流入海，表层海水的盐度一般只有24-31，而且随着季节在变化。大河河口、海湾地区则盐度更低，如我国的杭州湾北部近岸水域，其涨潮平均盐度通常为10-16。2、泥沙向海输入，陆地不断延伸、泥沙向海输入，陆地不断延伸由于陆地表面受到流水侵蚀，河流携带大量陆地固体物质输送入海。从河流带来的大量的泥沙物质在入海河口沉积，形成河口三角洲或三角港，如果河流不改道，随着时间的推移，陆地将向海的方向延伸，使得陆地的面积扩大。3、陆地元素不断向大海迁移、陆地元素不断向大海迁移河水的理化性质、补给来源、环境条件、人类活动等影响河水的化学组成，河水中不同的化学成分每年都以离子的形式向海迁移，日积月累，陆地上的化学元素将不断的向海迁移。