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Morphological evolution of the channel-shoal system in the South Channel of the Changjiang Estuary during 1958–2018:Causes and future trends

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Journal of Geographical Sciences 2022年第11期32卷 2291-2310页

作者： luan hualong YAO Shiming QU Geng LEI Wentao River Research Department Changjiang River Scientific Research InstituteWuhan 430010China

The stability of estuarine channel-shoal systems is important for port utilization,navigation maintenance,habitat protection and ecosystem service functions.This paper uses the South Channel of the Changjiang(Yangtze River)Estuary as a typical example to investigate the channel-shoal adjustment mechanism and its future trend.The combined approaches of bathymetric data analysis and process-based modeling(Delft3D)are applied.Quantitative analysis of morphological changes indicates that the South Channel experienced remarkable channel-shoal adjustment during 1958–2018.Periodic evolution was identified,including shoal migration,incision and emergence under natural conditions before the mid-1980s.Since then,fluvial sediment decline and local human intervention have interrupted the periodic processes.After 1986,as river sediment discharge started to decline,the South Channel converted to net erosion,and both the mid-channel shoal at the bifurcation node and the tail of the Ruifeng Shoal showed significant scour.Process-based hydrodynamic simulations revealed that the northern rotation of the mainstream downstream of Wusong triggered the erosion of the Ruifeng Shoal,while unordered sand mining at the shoal tail in approximately 2002 enhanced shoal shrinkage.In addition,the self-adjustment of the transverse section shape resulted in abnormal accretion in 2002–2007.Afterward,the South Channel underwent overall erosion as sediment discharge decreased to a low level(<150 Mt/a).Five stages of channel-shoal pattern adjustment and accretion/erosion status during the past 60years were defined,i.e.,the accretion stage(1958–1965),remarkable channel-shoal adjustment stage(1978–1986),slow erosion stage(1986–1997),shoal scour and shrinkage stage(1997–2007)and overall channel-shoal erosion stage(2007–2018).Model prediction of the evolutionary trend indicates that overall erosion within the South Channel is most likely to continue in 2015–2050.Further adjustment of the South Channel under extremely low sediment discharge may threaten

关键词： channel-shoal pattern morphological evolution process-based modeling South Channel Changjiang Estuary

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水沙变化条件下不同边界弯曲河道演变特征研究

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人民长江 2024年第1期55卷 14-20页

作者：陈羿名渠庚郑承太胡呈维栾华龙长江科学院河流研究所湖北武汉430010 长江科学院水利部长江中下游河湖治理与防洪重点实验室湖北武汉430010 中国葛洲坝集团国际工程有限公司北京100000

弯曲河道具有迂回曲折的外形和蜿蜒蠕动的动态特征,其形成、发展和演变是受多种因素综合影响的复杂过程。为研究水沙变化条件下弯曲河流的河道演变特征,采用自然模型法在室内水槽中塑造出相对自然的弯曲河道,设置有、无护岸措施两种工... 详细信息

弯曲河道具有迂回曲折的外形和蜿蜒蠕动的动态特征,其形成、发展和演变是受多种因素综合影响的复杂过程。为研究水沙变化条件下弯曲河流的河道演变特征,采用自然模型法在室内水槽中塑造出相对自然的弯曲河道,设置有、无护岸措施两种工况进行模型试验。结果表明:在有护岸措施条件下,河道纵剖面上游段冲刷下切、下游段变化不大,河道整体比降呈减小趋势,河道深泓弯曲度减小,其演变响应特性对含沙量的变化更敏感;在无护岸措施条件下,河道滩槽演变调整作用较强,纵剖面呈整体式下切,且下游段纵剖面下切幅度较上游段大,河道深泓弯曲度逐渐增大,其演变响应特性对流量的变化更敏感。弯曲河道发生演变的实质是变化的水沙条件与河道形态调整之间相互适应的过程,演变的最终趋势是河道的形态结构与水沙条件达到相互协调的平衡状态。

关键词：弯曲河道水沙变化河道演变自然模型护岸措施

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Influence of asymmetric tidal mixing on sediment dynamics in a partially mixed estuary

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Acta Oceanologica Sinica 2023年第9期42卷 1-15页

作者： Zhongyong Yang Zhiming Liang Yufeng Ren Daobin Ji hualong luan Changwen Li Yujie Cui Andreas Lorke College of Hydraulic and Environmental Engineering China Three Gorges UniversityYichang 443002China Hubei Field Observation and Scientific Research Stations for Water Ecosystem in Three Gorges Reservoir China Three Gorges UniversityYichang 443002China Hubei Key Laboratory of Intelligent Yangtze and Hydroelectric Science China Yangtze Power Co.Ltd.Yichang 443000China River Research Department Changjiang River Scientific Research InstituteWuhan 430010China Institute for Environmental Sciences University of Koblenz-LandauLandau 76829Germany

To investigate the influence of asymmetric tidal mixing(ATM) on sediment dynamics in tidal estuaries, we developed a vertically one-dimensional idealized analytical model, in which the M_2 tidal flow, residual flow and suspended sediment concentration(SSC) are described. Model solutions are obtained in terms of tidallyaveraged, and tidally-varying components(M_2 and M_4) of both hydrodynamics and sediment dynamics. The effect of ATM was considered with a time-varying eddy viscosity and time-varying eddy diffusivity of SSC. For the first time, an analytical solution for SSC variation driven by varying diffusivity could be derived. The model was applied to York River Estuary, where higher(or lower) eddy diffusivity was observed during flood(or ebb) in a previous study. The model results agreed well with the observation in both hydrodynamics and sediment dynamics. The vertical sediment distribution under the influence of ATM was analyzed in terms of the phase lag of the M_2 component of SSC relative to tidal flow. The phase lag increases significantly in estuaries with typical ATM(higher diffusivity during flood and lower diffusivity during ebb) for the case of seaward-directed net bottom shear stress(e.g., strong river discharge). In contrary, the phase lag is reduced by ATM, if the tidally-averaged bottom shear stress is landward(e.g., strong horizontal density gradient). The dynamics of sediment transport was analyzed as a function of ATM phase lag to identify the time of highest sediment diffusivity, as well as a function of the residual flow, to evaluate the relative importance of seaward and landward residual flows. In estuaries with relative strong fresh water discharge or weak tidal forcing(in case of flood season or neap tide), the near bottom SSC could be higher during ebb than during flood, since the bottom shear stress is higher during ebb due to seaward residual flow. However, landward net sediment transport can be expected in these estuaries in case of a typical ATM, because higher diffusivity causes h

关键词： idealized model asymmetric sediment diffusivity vertical sediment phase lag sediment transport

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长江下游安庆河段演变规律与治理思路研究

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人民长江 2022年第4期53卷 8-13页

作者：仵宇凡姚仕明栾华龙渠庚长江科学院河流研究所湖北武汉430010 水利部江湖治理与防洪重点实验室湖北武汉430010

长江安庆河段是长江下游典型的多分汊河段,近年来受来水来沙变化影响,局部河势仍然处于变化调整之中,威胁防洪安全及河势稳定,影响沿岸社会经济发展。根据近70 a安庆河段实测资料,分析了安庆河段中间单一过渡段及下段江心洲汊道的主要... 详细信息

长江安庆河段是长江下游典型的多分汊河段,近年来受来水来沙变化影响,局部河势仍然处于变化调整之中,威胁防洪安全及河势稳定,影响沿岸社会经济发展。根据近70 a安庆河段实测资料,分析了安庆河段中间单一过渡段及下段江心洲汊道的主要演变特征,探讨了水沙变异条件下的河道演变机制及未来趋势,揭示了近年来影响安庆河段河势稳定的主要因素,并提出了河道综合治理思路。结果表明:安庆单一段槽尾总体下移,左岸侧河槽将略有刷深;江心洲右汊仍将维持淤积萎缩的态势,左汊仍为主汊,长期来看左右汊仍处于相互发展的态势。研究成果可为下阶段安庆河段多目标治理提供技术支撑。

关键词：河道演变滩槽联动河道治理安庆河段长江下游

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新形势下长江中下游干流河道治理思路探讨

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长江技术经济 2023年第1期7卷 35-42页

作者：丁兵姚仕明栾华龙长江水利委员会长江科学院武汉430010 水利部长江中下游河湖治理与防洪重点实验室武汉430010

长江中下游干流河道治理事关长江经济带的防洪安全和经济社会发展大局。在回顾长江中下游干流河道治理历程及思路转变的基础上,分析了干流河道治理存在的主要问题、面临的新形势与新需求,探讨了新形势下长江中下游干流河道治理的思路。... 详细信息

长江中下游干流河道治理事关长江经济带的防洪安全和经济社会发展大局。在回顾长江中下游干流河道治理历程及思路转变的基础上,分析了干流河道治理存在的主要问题、面临的新形势与新需求,探讨了新形势下长江中下游干流河道治理的思路。长江中下游干流河道治理核心在于治水,后续应在塑造优良河势的基础上,构建泄洪通道、黄金航道、经济廊道、生态通道、文化通道等五大战略通道。

关键词：河道治理治理历程治理需求长江中下游

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三角洲海岸土地利用侵蚀暴露度分析及其空间规划意义--以上海浦东新区为例

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华东师范大学学报（自然科学版） 2023年第3期 181-193页

作者：王晓婷栾华龙张卫国 LAM Nina Siu-Ngan 华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200241 长江水利委员会长江科学院武汉430010 路易斯安那州立大学海岸与环境学院环境科学系路易斯安那州巴吞鲁日70803美国

受全球变暖背景下的海平面上升及流域减沙的影响,全球三角洲海岸侵蚀灾害风险加大.评估三角洲地貌未来变化及其侵蚀脆弱性,并分析海岸土地利用的暴露度,对海岸带国土空间规划、防灾减灾和社会经济可持续发展具有重要意义.本研究以位于... 详细信息

受全球变暖背景下的海平面上升及流域减沙的影响,全球三角洲海岸侵蚀灾害风险加大.评估三角洲地貌未来变化及其侵蚀脆弱性,并分析海岸土地利用的暴露度,对海岸带国土空间规划、防灾减灾和社会经济可持续发展具有重要意义.本研究以位于长江三角洲海岸的上海浦东新区为例,以2016年河口地形、2019年海岸土地利用为基础,结合2035年河流来沙1.25亿t/a、海平面累计上升16.5 cm情景下的河口地貌模拟以及浦东新区2035年规划,评估了当前和2035年海岸侵蚀脆弱性及土地利用价值的暴露度,进而提出国土空间规划的建议.研究结果表明,近千年以来的地貌演变格局决定了海岸侵蚀脆弱性的基本空间格局,以土地利用暴露度与海岸侵蚀脆弱性等级为指标,两者具有高和极高等级的岸段目前长度为32.3 km,占浦东新区海岸长度的31.1%;随着未来流域减沙以及浦东新区的发展,2035年其长度增加至47.5 km,比例升高为45.8%.2035年,浦东机场及杭州湾北岸芦潮港区域侵蚀脆弱性等级增加,根据现有规划,这两个区域是航空枢纽和南汇新城建设的核心区域,其土地利用暴露度等级也将增加,在规划的实施过程中需要加强上述区域监测和侵蚀防护.本研究所提出的方法,可为其他海岸地区的侵蚀灾害暴露度评估和国土空间规划制定提供参考.

关键词：海岸侵蚀土地利用暴露度空间规划浦东新区长江三角洲

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长江口年代际冲淤演变趋势预测与应对策略

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应用海洋学学报 2022年第3期41卷 491-499页

作者：栾华龙丁平兴姚仕明渠庚柴朝晖雷文韬长江科学院河流研究所湖北武汉430010 水利部长江中下游河湖治理与防洪重点实验室湖北武汉430010 华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200062

受流域来水来沙条件变化及河口大型工程建设的综合影响,长江口呈现新的冲淤格局,为预测未来演变趋势,本研究基于前期研究中建立的长江口年代际冲淤演变预测模型(Delft3D),未来情景考虑不同来沙量条件和相对海平面上升速率。预测结果表明... 详细信息

受流域来水来沙条件变化及河口大型工程建设的综合影响,长江口呈现新的冲淤格局,为预测未来演变趋势,本研究基于前期研究中建立的长江口年代际冲淤演变预测模型(Delft3D),未来情景考虑不同来沙量条件和相对海平面上升速率。预测结果表明,到2035年长江口整体以冲刷为主,口内河段主槽和浅滩边缘冲刷较明显,仅高滩局部淤积;到2050年口内河段保持净冲刷状态,拦门沙地区在现状来沙量条件下略有淤积,但在极端低来沙量条件下转变为净冲刷状态,海平面上升对拦门沙地区冲刷具有一定抵消作用,但不会使冲淤状态产生本质改变。本研究分析认为,长江口局部区域未来冲淤趋势可能对河口综合治理与保护产生不利影响,针对新格局条件下的滩槽河势稳定、重要洲滩保护、重大工程安全评估、冲刷致灾研判以及海堤防护标准再评估等方面提出了对策建议,可为新时期长江口综合治理与可持续发展提供参考。

关键词：海洋地质学冲淤演变年代际数值模拟趋势预测应对策略长江口

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长江口河段近期冲淤演变过程及未来趋势预测

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工程科学与技术 2019年第2期51卷 21-27页

作者：栾华龙刘同宦丁平兴长江科学院河流研究所湖北武汉430010 港口航道泥沙工程交通行业重点实验室江苏南京210024 华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200062

随着三峡及其上游梯级水库的相继运行使用,长江中下游输沙量锐减,坝下游河道发生长时段、长距离的冲刷,并快速向河口地区发展。研究长江口近期冲淤演变过程及主控因子,并对未来演变趋势进行合理可靠的预测,是当前河口演变及治理研究的... 详细信息

随着三峡及其上游梯级水库的相继运行使用,长江中下游输沙量锐减,坝下游河道发生长时段、长距离的冲刷,并快速向河口地区发展。研究长江口近期冲淤演变过程及主控因子,并对未来演变趋势进行合理可靠的预测,是当前河口演变及治理研究的一大难题。利用GIS方法定量分析了长江口河段(徐六泾至横沙)1997年以来的冲淤演变特征,在此基础上使用经充分率定和验证后的长江口年代际冲淤演变数学模型(Delft3D),预测至2030年和2050年长江口河段冲淤演变趋势。根据实测冲淤过程定量分析可知,1997—2015年长江口河段局部河势发生显著调整,整体呈冲刷下切态势,冲刷强度随来沙量减少而增大;其中,2010—2015年年均净冲刷量达0.75亿m3,且冲刷主要分布于10 m以下的深槽,浅滩以淤积为主。数值模拟预测结果表明:现状来沙量(1.25亿t/a)条件下该河段2015—2030年保持强烈冲刷;2030—2050年冲刷有所减弱,但在极端低来沙量(1.00亿t/a)条件下维持强烈冲刷,且存在由"淤滩刷槽"转变为"刷滩刷槽"的趋势。在自然条件及人类活动的双重影响下,河口冲淤演变过程复杂多变,作者所给出的演变趋势预测结果可为长江口综合整治提供技术支撑。

关键词：冲淤演变河流来沙减少数值模拟演变趋势预测长江口

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长江口南北港水下地形演变数值模拟研究

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人民长江 2023年第S2期54卷 143-147,171页

作者：郭佳李昌文杨忠勇孙诗为栾华龙三峡大学水利与环境学院湖北宜昌443002 长江科学院河流研究所湖北武汉430010

南北港是长江口“三级分叉、四口入海”格局中的二级河道,也是连接南支河道和北槽深水航道的重要通航水路,对其冲淤演变特征及未来演变趋势开展数值研究具有重要意义。首先构建了包含整个长江口的水沙动力学数值模型,在实测资料验证下... 详细信息

南北港是长江口“三级分叉、四口入海”格局中的二级河道,也是连接南支河道和北槽深水航道的重要通航水路,对其冲淤演变特征及未来演变趋势开展数值研究具有重要意义。首先构建了包含整个长江口的水沙动力学数值模型,在实测资料验证下使用地貌加速因子对未来60 a间南北港区域的河道演变趋势进行了模拟分析,同时结合南北港2006~2016年间的实测水深数据开展对比分析。结果表明:①在新的来水来沙条件以及本地青草沙工程影响下,南北港水下地形经历了显著的冲淤演变过程,实测数据和数值模拟结果均显示出“滩淤槽冲”的基本演变格局,即河道冲淤深度与水深基本呈线性关系;②冲淤演变的转换水深约为-4~-6 m,未来60 a内深槽区域的最大冲刷深度可达-12 m;③基于河口泥沙的空间运动滞后效应,分析此种河口“滩淤槽冲”模式实际上是由岸滩和深槽之间水质点和泥沙颗粒输运的相位差所致。

关键词：长江口南北港冲淤演变滩淤槽冲空间滞后效应数值模拟

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长江口典型滩槽系统近期演变及河势控制对策探讨

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人民长江 2022年第1期53卷 7-12页

作者：栾华龙渠庚柴朝晖雷文韬林木松姚仕明长江科学院河流研究所湖北武汉430010 长江科学院水利部江湖治理与防洪重点实验室湖北武汉430010

近20 a来受长江入海泥沙锐减的影响,长江口滩槽系统发生相应冲淤调整,河势稳定面临新的挑战。选取长江口南支河段白茆沙和扁担沙滩槽系统为研究对象,分析了1997~2015年冲淤演变过程和主要特征。结果表明:白茆沙总体上冲刷萎缩,沙尾冲蚀... 详细信息

近20 a来受长江入海泥沙锐减的影响,长江口滩槽系统发生相应冲淤调整,河势稳定面临新的挑战。选取长江口南支河段白茆沙和扁担沙滩槽系统为研究对象,分析了1997~2015年冲淤演变过程和主要特征。结果表明:白茆沙总体上冲刷萎缩,沙尾冲蚀消失,固沙潜堤工程的实施使得冲刷态势得到控制,但南北水道分流格局呈单向发展,南水道冲刷南靠,威胁太仓港岸线稳定;扁担沙处于自然演变状态,沙体局部出现切滩,沙尾不断下移并挤压新桥通道,影响南支总体河势稳定。基于此,提出了稳定白茆沙汊道分流格局,遏制扁担沙切滩和稳定新桥通道的河势控制对策。

关键词：滩槽格局河槽冲刷切滩河势控制长江口

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