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沿海地面沉降对风暴潮作用下洪水淹没影响的析因试验

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水利水运工程学报 2024年第3期 42-51页

作者：黄光玮郭成超蔡华阳田雨赵铜铁钢中山大学南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519000 中国水利水电科学研究院水资源研究所北京100038

地面沉降会加剧沿海地区潮灾风险。基于验证良好的MIKE 21水动力模型预测珠海市未来地面沉降和风暴潮影响下洪水淹没情况,引入并设计析因试验以量化地面沉降和风暴潮对洪水淹没的单独效应、主效应和交互效应。结果表明:珠海市地面沉降... 详细信息

地面沉降会加剧沿海地区潮灾风险。基于验证良好的MIKE 21水动力模型预测珠海市未来地面沉降和风暴潮影响下洪水淹没情况,引入并设计析因试验以量化地面沉降和风暴潮对洪水淹没的单独效应、主效应和交互效应。结果表明:珠海市地面沉降在平沙镇东北至白蕉镇西南呈条带状分布,对洪水淹没存在空间“放大效应”。地面沉降和风暴潮交互作用会加剧鸡啼门水道和泥湾门水道两侧洪水向内陆演进的趋势;与内陆相比,沿岸农田和水产养殖区的淹没对地面沉降更为敏感。交互作用时两个因素的单独效应均增强,二者对洪水淹没存在正向协同交互作用。未来100年地面沉降情景下,地面沉降主效应约为风暴潮主效应的1.11~29.49倍,这表明地面沉降在淹没效应中占主导地位,在预测未来风暴淹没时须考虑地面沉降的影响。

关键词：地面沉降风暴潮洪水淹没析因试验 MIKE 21

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1973-2020年洞庭湖水温演变特征

湖泊科学 2023年第1期35卷 326-337页

作者：潘惠敏蔡华阳王博芝张萍姚宇中山大学海洋工程与技术学院河口海岸研究所广州510275 长沙理工大学水利与环境工程学院长沙410114

表层水温是影响湖泊水生生态系统的关键因素,研究其对气候变化的响应过程及机制是评估湖泊生态环境可持续发展的重要切入点。本文针对水温的长期演变趋势问题,基于实测水文气象数据,采用Air2water数据驱动模型重构洞庭湖长序列水温资料... 详细信息

表层水温是影响湖泊水生生态系统的关键因素,研究其对气候变化的响应过程及机制是评估湖泊生态环境可持续发展的重要切入点。本文针对水温的长期演变趋势问题,基于实测水文气象数据,采用Air2water数据驱动模型重构洞庭湖长序列水温资料,研究湖泊表层水温在气象条件驱动下的演变特征,为湖泊生态环境监测、水安全保障和综合治理等提供理论依据。主要结论有:(1)尽管Air2water数据驱动模型以常微分方程的简化形式概化湖泊热力学过程,但可较准确地反演水温的变化趋势。根据长序列实测气温资料重构的19732020年洞庭湖日均水温序列具有较高的可信度。(2)19732020年,洞庭湖水温年内变化具有显著的上升期和下降期,且降温过程较升温快。在气候变暖背景下,年均水温呈现持续的波动性上升趋势,且1996年发生突变后上升趋势更为显著,其中城陵矶站和南咀站年均水温的上升率分别达到0.20和0.16℃/10 a。1996年洞庭湖流域的突变式增温主要是由冷季的显著增暖过程驱动。(3)采用广义单位线法建立水温气温之间的耦合关系,水温随气温上升的速率先增大至极大值后逐渐减缓。1996年水温发生突变后,水温随气温的变化速率略有减小,表明水温对气温响应的敏感性降低,水温气温的耦合关系有所削弱。

关键词：湖泊表层水温数据驱动模型广义单位线法气候变暖洞庭湖

珠江三角洲河网地形和径流条件变化对潮动力格局的影响

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水资源保护 2023年第3期39卷 213-221页

作者：钟子悦余明辉陈小齐蔡华阳武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室湖北武汉430072 中山大学海洋工程与技术学院广东广州510275

针对上游建库及航道疏浚等人类干预引发的河床不均匀下切与径流年内分配调整导致珠江三角洲河网内径流、潮汐、河口地形间相互作用随之变化的问题,基于连续小波变换方法,结合实测水文资料与河网一维水动力模型,对比分析了地形与径流变... 详细信息

针对上游建库及航道疏浚等人类干预引发的河床不均匀下切与径流年内分配调整导致珠江三角洲河网内径流、潮汐、河口地形间相互作用随之变化的问题,基于连续小波变换方法,结合实测水文资料与河网一维水动力模型,对比分析了地形与径流变化前后河网潮动力格局的调整,并将一维圣维南方程中的非线性摩擦项分解为径流成分、径潮作用成分、潮汐成分,量化了各成分对于潮动力格局调整的贡献。结果表明:地形与径流变化后,洪季各潮族动力均显著增强,枯季高频潮族动力衰减更迅速,枯季径流量增加对潮汐的调制作用在大部分河道抵消了地形下切造成的潮汐动力增强;河网上游非线性摩擦项中径潮作用成分对于潮动力格局调整的贡献增大,径潮非线性作用增强。

关键词：径潮作用连续小波变换一维水动力模型水安全珠江三角洲

河口回水动力的演变过程及其影响机制--以长江河口为例

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海洋学报 2022年第12期44卷 31-41页

作者：古俊豪蔡华阳杨昊李博中山大学海洋工程与技术学院河口海岸研究所广东广州510275 河口水利技术国家地方联合工程实验室广东广州510275 广东省海岸与岛礁工程技术研究中心广东广州510275 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519000

河口回水区长度的时空演变对防洪、供水、航运等水资源高效开发利用具有重要指导意义。本文在经典河流回水理论的基础上考虑潮汐动力的影响,聚焦潮汐动力引起的回水效应问题,基于一维水动力解析模型,重新定义河口回水区上游界限(回水界)... 详细信息

河口回水区长度的时空演变对防洪、供水、航运等水资源高效开发利用具有重要指导意义。本文在经典河流回水理论的基础上考虑潮汐动力的影响,聚焦潮汐动力引起的回水效应问题,基于一维水动力解析模型,重新定义河口回水区上游界限(回水界),并以长江河口为例,探讨河口回水动力演变过程及其影响机制。结果表明:回水界距天生港的距离(即回水区长度)与上游流量、外海边界振幅分别具有显著的负相关和正相关关系,且基本为线性关系;回水界对径潮动力的响应比潮区界更为敏感,能有效表征河口感潮河段径潮动力格局演变;长江河口回水界位置具有明显的季节性差异,其春季和秋季回水界位于芜湖附近(春季和秋季分别距天生港419 km和367 km),冬季回水界位于感潮河段以上区域,夏季潮汐动力引起的回水效应基本可忽略;长江河口潮流因子和径潮相互作用因子控制的余水位梯度的季节性变化,是长江河口回水界位置变动的主导因素。

关键词：回水长度解析模型潮汐动力余水位径潮相互作用

沿海地面沉降对风暴潮作用下洪水淹没影响的析因试验

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水利水运工程学报 2023年

作者：黄光玮郭成超蔡华阳田雨赵铜铁钢中山大学南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 中国水利水电科学研究院水资源研究所

地面沉降会加剧沿海地区潮灾风险。基于验证良好的MIKE 21水动力模型预测珠海市未来地面沉降和风暴潮影响下洪水淹没情况，引入并设计析因试验以量化地面沉降和风暴潮对洪水淹没的单独效应、主效应和交互效应。结果表明：珠海市地面沉... 详细信息

地面沉降会加剧沿海地区潮灾风险。基于验证良好的MIKE 21水动力模型预测珠海市未来地面沉降和风暴潮影响下洪水淹没情况，引入并设计析因试验以量化地面沉降和风暴潮对洪水淹没的单独效应、主效应和交互效应。结果表明：珠海市地面沉降在平沙镇东北至白蕉镇西南呈条带状分布，其对洪水淹没存在空间“放大效应”。地面沉降和风暴潮交互作用会加剧鸡啼门水道和泥湾门水道两侧洪水向内陆演进的趋势；与内陆相比，沿岸农田和水产养殖区的淹没对地面沉降更为敏感。交互作用时两个因素的单独效应均增强，二者对洪水淹没存在正向协同交互作用。未来100年地面沉降情景下，地面沉降主效应约为风暴潮主效应的1.11～29.49倍，表明地面沉降在淹没效应中占主导地位，在预测未来风暴淹没时须考虑地面沉降的影响。

关键词：地面沉降风暴潮洪水淹没析因试验 MIKE 21

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珠江河网典型横向汊道水面线演变及成因

浙江大学学报（工学版） 2022年第7期56卷 1375-1384页

作者：王博芝李博魏稳欧素英蔡华阳杨清书中山大学河口海岸研究所广东广州510275 河口水利技术国家地方联合工程实验室广东广州510275 广东省海岸与岛礁工程技术研究中心广东广州510275 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519000

以珠江河网中下游腹地的“四横两纵”横向汊道体系为研究靶区,采用余水位曲率、潮波衰减率公式及双累积曲线法,分析1960—2016年洪枯季的水面线演变过程及其与余水位曲率变化的对应关系,探究与之密切相关的人类活动影响机制.结果表明,1... 详细信息

以珠江河网中下游腹地的“四横两纵”横向汊道体系为研究靶区,采用余水位曲率、潮波衰减率公式及双累积曲线法,分析1960—2016年洪枯季的水面线演变过程及其与余水位曲率变化的对应关系,探究与之密切相关的人类活动影响机制.结果表明,1993年前人类活动以联围筑闸为主,此时水面线在中下游“南沙-容奇”洪季呈下凹型,枯季呈微上凸型(洪季曲率为正,均值为1.50×10^(−10) m^(−1),枯季曲率为−6.64×10^(−12) m^(−1)).在中上游“板沙尾-南华”洪枯季均为下凹型(曲率均为正,洪季均值为1.92×10^(−10) m^(−1),枯季为5.37×10^(−12) m^(−1)).1993年后,中下游河道受人为采砂和航道疏浚的影响,导致水位降低.围垦叠加海平面上升影响导致口门水位抬升,使得水面线在洪季的下凹程度增大(曲率为正,均值为3.98×10^(−10) m^(−1)),枯季由微凸变凹(曲率为正,均值为1.85×10^(−10) m^(−1)).中上游由于强烈的河道采沙和疏浚,导致中游来流量增大,另叠加桥梁建设对径潮流的阻滞作用,因而水面线在洪季和枯季均转为上凸型(曲率均为负,洪、枯季均值分别为−6.87×10^(−10)和−0.55×10^(−10) m^(−1)).

关键词：余水位坡度余水位曲率潮波衰减率水面线人类活动

珠江河网近期地形和径流条件变化对潮动力格局的影响

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水资源保护 2022年

作者：钟子悦余明辉陈小齐蔡华阳武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室中山大学海洋工程与技术学院河口海岸研究所

近期在上游建库及航道疏浚等人类干预下引发的河床不均匀下切与径流年内分配调整促使珠江三角洲河网内径、潮及河口地形间的相互作用随之变化。为探讨这种变化，基于连续小波变换方法，结合实测水文资料与河网一维水动力模型，对比分析...

近期在上游建库及航道疏浚等人类干预下引发的河床不均匀下切与径流年内分配调整促使珠江三角洲河网内径、潮及河口地形间的相互作用随之变化。为探讨这种变化，基于连续小波变换方法，结合实测水文资料与河网一维水动力模型，对比分析地形与径流变化前后对河网潮动力分布的调整，并将一维圣维南方程中的非线性摩擦项分解为径流成分、径潮作用成分、潮汐成分，进一步量化各成分对于潮动力分布调整的贡献。结果表明，变化后洪季各潮族动力均显著增强；枯季高频潮族衰减更迅速，枯季径流量增加对潮汐的调制作用在大部分河道抵消了地形下切造成的潮汐动力增强。变化后河网上游非线性摩擦项中径潮作用成分的贡献增大，径潮非线性作用增强。研究结果揭示了径流及地形变化条件下珠江三角洲河网内潮汐动力的演变过程，可为区域水库水资源调度提供理论依据。

关键词：

珠江磨刀门河口潮波振幅梯度与上下游动力边界的关系异变研究

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海洋与湖沼 2022年第3期53卷 513-527页

作者：李博杨昊欧素英蔡华阳刘锋杨清书中山大学海洋工程与技术学院河口海岸研究所广东广州510275 河口水利技术国家地方联合工程实验室广东广州510275 广东省海岸与岛礁工程技术研究中心广东广州510275 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519000

强人类活动目前已经成为河口演变的主要动力。阐明流量驱动下河控型河口潮波传播演变过程及机制,对河口治理及人类活动的影响评价具有重要指导意义。以珠江磨刀门河口为例,研究了径潮动力阶段性演变特征。采用流量驱动的R_TIDE数据驱动... 详细信息

强人类活动目前已经成为河口演变的主要动力。阐明流量驱动下河控型河口潮波传播演变过程及机制,对河口治理及人类活动的影响评价具有重要指导意义。以珠江磨刀门河口为例,研究了径潮动力阶段性演变特征。采用流量驱动的R_TIDE数据驱动模型探究了该区潮波振幅梯度和上下游动力边界(即上游流量和口门振幅)关系的变化规律。结果表明,在强人类活动影响下,各潮位站M_(2)分潮振幅明显上升(三灶站除外),且具有季节性差异和阶段性变化,灯笼山-马口河段的M_(2)分潮振幅沿程平均增大约0.07m,河段潮波振幅梯度平均增大约4.61×10^(-6)m^(-1)。研究潮波振幅梯度与上下游动力边界的阈值的关系表明,阈值效应主要出现在甘竹-马口河段。在强人类活动影响下,潮波振幅梯度阈值增大,相应的流量阈值增大,而振幅阈值基本不变。在达到振幅阈值之前,由于底床摩擦效应,大潮振幅衰减效应大于小潮,而在超过振幅阈值后,地形辐聚效应成为影响潮波振幅梯度变化的主要因素,大潮振幅衰减效应小于小潮。阈值的变化主要与流量、地形、摩擦等多因子耦合作用有关,当地形辐聚效应和底床摩擦效应达到平衡时,潮波振幅梯度与上下游动力边界之间则出现阈值效应。该现象的发现可为河口海岸防灾减灾和水资源管理等实际问题提供重要理论支撑。

关键词：河口径潮动力 R_TIDE数据驱动模型人类活动余水位梯度阈值效应

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珠江河网横向汊道水位演变特性及原因探究

海洋与湖沼 2023年第2期54卷 313-330页

作者：李博蔡华阳杨昊王博芝刘锋魏稳欧素英中山大学海洋工程与技术学院河口海岸研究所广东广州510275 河口水利技术国家地方联合工程实验室广东广州510275 广东省海岸与岛礁工程技术研究中心广东广州510275 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519000

珠江河网横向汊道体系是维持三角洲河网动力平衡的独特地貌结构,具有泄洪纳潮的重要功能,探讨该结构水位的阶段性演变及其影响因子辨识是河口动力学研究的重要科学问题。采用流量驱动的R_TIDE数据驱动模型,对研究区域内“容桂-凫洲水道... 详细信息

珠江河网横向汊道体系是维持三角洲河网动力平衡的独特地貌结构,具有泄洪纳潮的重要功能,探讨该结构水位的阶段性演变及其影响因子辨识是河口动力学研究的重要科学问题。采用流量驱动的R_TIDE数据驱动模型,对研究区域内“容桂-凫洲水道”和“潭洲-前航道”两个典型横向汊道体系共8个站点的日均水位序列进行分解,分离出由上游流量驱动引起的水位变化及地形和海平面共同驱动的水位变化。结果表明,经过水库的调蓄作用,在“容桂-凫洲水道”,流量驱动导致冬季日均水位抬升(平均为0.04m),其余三季日均水位下降;“潭洲-前航道”则由于北江流量增大导致流量驱动的日均水位均有不同程度的抬升(平均为0.17 m)。由于地形下切和海平面上升,地形和海平面共同驱动的日均水位变化普遍为负值(除南沙、黄埔站分别为0.11、0.07 m),“容桂-凫洲水道”中下部河段在秋季受海平面上升(秋季海平面高程最大)影响大于河床地形下切效应导致水位抬升,而其余站点主要受到疏浚、采砂等人类活动引起的地形下降影响,水位下降,且上游变化幅度明显大于下游;对径潮动力方差贡献率的分析结果表明,“容桂-凫洲水道”和“潭洲-前航道”夏季径流对水位的方差贡献率平均分别减小10%和15%,冬季则平均分别减小5%和3%,显示出强人类干预后总体呈现泄洪压力减小,纳潮能力增强的变化趋势。

关键词：流量水位梯度 RTIDE数据驱动模型流量驱动地形和海平面共同驱动