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長江中下游河槽物理過程(精) 版權信息
- ISBN：9787030682413
- 條形碼：9787030682413 ; 978-7-03-068241-3
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
長江中下游河槽物理過程(精) 內容簡介
本書以長江流域這一縮微版地球系統為對象，構建并采用由多波束測深系統、側掃聲吶、淺地層剖面儀、雙頻多普勒聲學剖面儀、實時動態差分測量儀、三維激光掃描儀構成的多模態傳感器系統開展現場測量，結合歷史資料、陸地衛星TM及天宮二號光學遙感影像和數值模型，從相對海平面這品質域系統格局性的侵蝕基準面開始，系統分析潮汐、潮流與徑流、推移質運動、河床阻力與微地貌、河勢演變、優選渾濁帶等河槽基本物理過程及其對河槽邊坡穩定性和橋墩沖刷的影響，闡述強烈人類活動與氣候變化和海平面上升的疊加作用下該系統動力、沉積、地貌系統狀態特征。
長江中下游河槽物理過程(精) 目錄
目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究長江中下游河槽物理過程在生產實踐中的重要意義 1
1.2 地貌概況 1
1.3 徑流輸沙概況 3
1.4 流域與河口工程簡介 5
1.5 本書編寫的構思和布局 7
1.6 河槽物理過程的研究現狀 8
1.6.1 流域侵蝕基準面 8
1.6.2 潮區界 9
1.6.3 潮動力 11
1.6.4 河口河槽懸沙運動與觀測 13
1.6.5 河口河槽水動力信息的定量采集與分析 14
1.6.6 推移質運動觀測與研究 19
1.6.7 河床阻力 21
1.6.8 河口河槽沖淤演變與微地貌對人類活動的自適應行為 28
1.6.9 長江中下游干流河槽河勢演變 33
1.6.10 江湖匯流河段河槽演變分析 39
1.6.11 河槽邊坡穩定性分析 40
1.6.12 感潮河段橋墩沖刷研究 45
第2章 長江河口三角洲系統海平面上升 50
2.1 海平面上升 50
2.2 上海沿岸海平面上升原因 51
2.3 理論海平面上升 52
2.4 城市地面沉降 53
2.5 局域海平面上升 54
2.6 局域海平面下降 56
2.7 海平面上升預測值 57
2.8 地區深度基準抬升 57
第3章 河口潮區界 59
3.1 研究方法 59
3.1.1 水文數據收集與預處理 59
3.1.2 水位頻譜分析 60
3.2 近年潮區界變化范圍 61
3.2.1 極端流量 61
3.2.2 潮區界上界 61
3.2.3 潮區界下界 62
3.2.4 潮區界變動特征 63
3.2.5 流量、潮差與潮區界關系 66
3.2.6 影響潮區界變化的影響因素 68
3.2.7 潮區界變動的影響因素 70
第4章 長江河口潮動力變化 73
4.1 研究區域和分析技術路線 74
4.1.1 長江大通至南京河段 74
4.1.2 長江河口段 74
4.2 研究方法 75
4.2.1 水文數據的收集與預處理 75
4.2.2 水下地形數據收集與處理 77
4.2.3 水文年分級 77
4.2.4 水位序列分析方法 78
4.2.5 潮汐特征系數計算 80
4.3 長江河口潮汐動力變化特征 80
4.3.1 近口段(大通至南京河段)潮汐動力變化特征 80
4.3.2 河口段潮汐動力變化特征 86
4.4 長江河口潮汐動力特征影響因素 97
4.4.1 近口段(大通至南京河段)潮汐動力特征對徑流變化的響應 97
4.4.2 河口段潮汐動力特征對地形變化的響應 109
4.4.3 河口潮汐動力特征對氣候變化及海平面上升的響應 116
4.5 結語 118
第5章 長江河口段典型河槽懸移質變化 121
5.1 資料與方法 121
5.1.1 歷史資料收集 121
5.1.2 現場測量 124
5.1.3 水樣采集及懸沙濃度分析 125
5.1.4 調和分析 126
5.1.5 數據同化處理 126
5.1.6 優勢流、優勢沙計算 126
5.2 潮汐變化特征 127
5.2.1 北港上段潮汐變化特征 127
5.2.2 北槽中上段潮汐變化特征 128
5.2.3 南匯南灘水域潮汐變化特征 130
5.3 潮流變化特征 131
5.3.1 北港上段潮流變化特征 131
5.3.2 北槽中段潮流變化特征 131
5.3.3 南匯南灘水域潮流變化特征 132
5.4 懸沙濃度變化特征 133
5.4.1 北港上段懸沙濃度變化特征 133
5.4.2 北槽中段懸沙濃度變化特征 133
5.4.3 南匯南灘水域懸沙濃度變化特征 134
5.5 河口河槽懸移質輸運機制 135
5.5.1 研究方法 136
5.5.2 潮流特性 137
5.5.3 泥沙動力特性 140
5.5.4 水體縱向輸運機制 142
5.6 重大工程對長江口典型河槽水沙特征的影響 146
第6章 基于光學遙感的河口*大渾濁帶水動力信息分析 148
6.1 資料來源 148
6.1.1 TM/ETM數據 148
6.1.2 潮位數據 149
6.1.3 方法概述 150
6.2 遙感影像預處理和流態信息增強 152
6.2.1 遙感影像預處理 152
6.2.2 流態信息增強 153
6.2.3 表層懸沙濃度反演 154
6.3 基于遙感TM/ETM影像紋理特征的流態信息定量化 156
6.3.1 紋理分析方法 156
6.3.2 流態信息定量化 158
6.3.3 流態信息定量化結果的驗證 163
6.3.4 流態信息遙感解譯方法的時序特征 166
6.4 長江口及鄰近水域流態特征分析 169
6.4.1 南槽、北槽水域的流態特征 170
6.4.2 南匯嘴水域的流態特征 173
6.4.3 東海大橋水域的流態特征 174
6.5 基于光學遙感的河口*大渾濁帶水動力信息分析有效性 176
第7章 長江中下游河槽推移質運動觀測與研究 178
7.1 長江河口非均勻細顆粒泥沙起動流速的估算 178
7.1.1 數據的采集 178
7.1.2 均勻細顆粒泥沙起動流速公式推導 179
7.1.3 長江口南槽非均勻細顆粒泥沙起動流速 180
7.1.4 基于原位觀測的長江河口非均勻細顆粒泥沙起動流速估算有效性 181
7.2 長江河口非均勻細顆粒泥沙揚動流速 181
7.2.1 數據采集 182
7.2.2 數據分析 183
7.2.3 底沙揚動流速公式 183
7.2.4 揚動流速公式檢驗 184
7.2.5 基于原位觀測的長江河口非均勻細顆粒泥沙揚動流速估算有效性 184
7.3 基于ADCP的長江口推移質運動 185
7.3.1 基于ADCP的長江口北港推移質運動遙測技術研究 185
7.3.2 基于ADCP的長江口推移質運動特性 192
7.3.3 基于ADCP測量的長江口推移質運動速度研究 201
7.4 1998年長江全流域特大洪水期河口區床面泥沙運動特征 206
7.4.1 研究區概況 207
7.4.2 方法 208
7.4.3 床沙組成 208
7.4.4 床面形態特征 209
7.4.5 水面以下1m處流速變化特征 211
7.4.6 床沙再懸浮和底形運動 212
7.4.7 沙波移動速率的精度 213
7.4.8 長江流域特大洪水期間河口河槽床面泥沙主要運動的觀測與特征 214
7.5 長江口沙波運動高分辨率探測研究 214
7.5.1 研究區域和研究方法 214
7.5.2 水下微地貌運動特征 215
7.5.3 大河口區細顆粒底沙大尺度底形輸移模式 218
7.5.4 沙波空間尺度變化影響因素 220
7.5.5 沙波運動速率的精度 220
7.6 近期長江河口沙波發育規律研究 220
7.6.1 現場觀測和數據處理 221
7.6.2 近口段至河口段沙波統計特征及沙波發育的主要影響因素 224
7.6.3 2013年河口段沙波輸移規律和發育影響因素 229
7.7 長江口南支-南港沙波的穩定域 235
7.7.1 研究方法 236
7.7.2 長江口沙波相圖參數 238
7.8 利用沙波運動估算長江口南港推移質輸沙率 241
7.8.1 研究方法 241
7.8.2 推移質輸沙率 244
7.9 水下沙波分布區安全航行水深的計算方法 246
7.9.1 航道底床順平情況下安全航行水深的計算(海港總平面設計規范) 246
7.9.2 粉砂質與淤泥質底質水域安全航行水深的確定 248
7.9.3 沙波分布區對安全航行水深的計算探討 249
7.10 長江口沙波分布區底沙再懸浮對重金屬遷移的影響 250
7.10.1 研究方法 251
7.10.2 潮周期內表層流速流向變化 252
7.10.3 潮周期內含沙量的變化 252
7.10.4 底沙再懸浮對重金屬遷移的影響 252
第8章 長江下游河床阻力變化特征 257
8.1 研究方法與數據來源 258
8.1.1 粒度采樣、分析 258
8.1.2 水力坡降計算 258
8.1.3 水深、流速測量及摩阻流速計算 259
8.1.4 沙粒阻力計算 260
8.1.5 床面形態的現場測量與數據處理及沙波阻力的計算 260
8.1.6 水下地形數據的收集與處理 262
8.2 基于多參數的床面形態判別方法 262
8.2.1 床面形態測量和分類及分界參數的判別標準 263
8.2.2 床面形態分界線、分界面確定方法 263
8.2.3 九江-長江口段水流及泥沙參數統計 264
8.2.4 床面形態分界函數 265
8.3 近15年長江下游河床阻力變化特征及影響因素 269
8.3.1 河床阻力分布變化特征 269
8.3.2 河床阻力與寬深比的關系 270
8.3.3 河床阻力與粒度的關系 271
8.3.4 河床阻力與流速的關系 274
8.4 基于河床阻力的南京河段洪水流量預測 276
8.4.1 Delft3D模型建模 276
8.4.2 模型的率定及驗證 277
8.4.3 南京河段洪水數值模擬 277
第9章 長江河口段河槽沖淤和微地貌演變對人類活動的響應 282
9.1 資料來源與研究方法 282
9.1.1 水深、流量和輸沙量數據收集 282
9.1.2 河槽地貌及其演變測量 283
9.1.3 數據分析 284
9.1.4 沙波特征的確定和統計分析 285
9.1.5 長江河口大型工程 286
9.2 近期長江河口段河槽演變規律 286
9.2.1 三峽工程實施之前的長江河口河槽演變過程 286
9.2.2 三峽工程影響下的長江河口段河槽演變特征 294
9.3 長江河口段河槽表層沉積物分布及變化特征 309
9.3.1 河槽表層沉積物的類型和分布特征 309
9.3.2 河槽表層沉積物中值粒徑變化特征 312
9.4 長江河口段河槽微地貌分布與特征 314
9.4.1 微地貌類型及其幾何特征 314
9.4.2 微地貌空間分布特征 316
9.5 長江河口段河槽演變的影響因素分析 318
9.5.1 流域來水來沙變化 318
9.5.2 河口工程的影響 319
9.5.3 河槽演變對鹽水入侵的影響 322
9.5.4 沉積物分布和變化的影響因素 323
9.5.5 長江河口微地貌形成和分布的影響因素 324
9.6 河口段河槽沖淤、沉積和微地貌對人類活動的響應特征 325
第10章 長江河口典型河槽河勢演變 327
10.1 長江潮區界變動河段河床演變特征 327
10.1.1 平面形態變化 327
10.1.2 河槽斷面形態變化 334
10.1.3 沖淤特征分析 346
10
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究長江中下游河槽物理過程在生產實踐中的重要意義 1
1.2 地貌概況 1
1.3 徑流輸沙概況 3
1.4 流域與河口工程簡介 5
1.5 本書編寫的構思和布局 7
1.6 河槽物理過程的研究現狀 8
1.6.1 流域侵蝕基準面 8
1.6.2 潮區界 9
1.6.3 潮動力 11
1.6.4 河口河槽懸沙運動與觀測 13
1.6.5 河口河槽水動力信息的定量采集與分析 14
1.6.6 推移質運動觀測與研究 19
1.6.7 河床阻力 21
1.6.8 河口河槽沖淤演變與微地貌對人類活動的自適應行為 28
1.6.9 長江中下游干流河槽河勢演變 33
1.6.10 江湖匯流河段河槽演變分析 39
1.6.11 河槽邊坡穩定性分析 40
1.6.12 感潮河段橋墩沖刷研究 45
第2章 長江河口三角洲系統海平面上升 50
2.1 海平面上升 50
2.2 上海沿岸海平面上升原因 51
2.3 理論海平面上升 52
2.4 城市地面沉降 53
2.5 局域海平面上升 54
2.6 局域海平面下降 56
2.7 海平面上升預測值 57
2.8 地區深度基準抬升 57
第3章 河口潮區界 59
3.1 研究方法 59
3.1.1 水文數據收集與預處理 59
3.1.2 水位頻譜分析 60
3.2 近年潮區界變化范圍 61
3.2.1 極端流量 61
3.2.2 潮區界上界 61
3.2.3 潮區界下界 62
3.2.4 潮區界變動特征 63
3.2.5 流量、潮差與潮區界關系 66
3.2.6 影響潮區界變化的影響因素 68
3.2.7 潮區界變動的影響因素 70
第4章 長江河口潮動力變化 73
4.1 研究區域和分析技術路線 74
4.1.1 長江大通至南京河段 74
4.1.2 長江河口段 74
4.2 研究方法 75
4.2.1 水文數據的收集與預處理 75
4.2.2 水下地形數據收集與處理 77
4.2.3 水文年分級 77
4.2.4 水位序列分析方法 78
4.2.5 潮汐特征系數計算 80
4.3 長江河口潮汐動力變化特征 80
4.3.1 近口段(大通至南京河段)潮汐動力變化特征 80
4.3.2 河口段潮汐動力變化特征 86
4.4 長江河口潮汐動力特征影響因素 97
4.4.1 近口段(大通至南京河段)潮汐動力特征對徑流變化的響應 97
4.4.2 河口段潮汐動力特征對地形變化的響應 109
4.4.3 河口潮汐動力特征對氣候變化及海平面上升的響應 116
4.5 結語 118
第5章 長江河口段典型河槽懸移質變化 121
5.1 資料與方法 121
5.1.1 歷史資料收集 121
5.1.2 現場測量 124
5.1.3 水樣采集及懸沙濃度分析 125
5.1.4 調和分析 126
5.1.5 數據同化處理 126
5.1.6 優勢流、優勢沙計算 126
5.2 潮汐變化特征 127
5.2.1 北港上段潮汐變化特征 127
5.2.2 北槽中上段潮汐變化特征 128
5.2.3 南匯南灘水域潮汐變化特征 130
5.3 潮流變化特征 131
5.3.1 北港上段潮流變化特征 131
5.3.2 北槽中段潮流變化特征 131
5.3.3 南匯南灘水域潮流變化特征 132
5.4 懸沙濃度變化特征 133
5.4.1 北港上段懸沙濃度變化特征 133
5.4.2 北槽中段懸沙濃度變化特征 133
5.4.3 南匯南灘水域懸沙濃度變化特征 134
5.5 河口河槽懸移質輸運機制 135
5.5.1 研究方法 136
5.5.2 潮流特性 137
5.5.3 泥沙動力特性 140
5.5.4 水體縱向輸運機制 142
5.6 重大工程對長江口典型河槽水沙特征的影響 146
第6章 基于光學遙感的河口*大渾濁帶水動力信息分析 148
6.1 資料來源 148
6.1.1 TM/ETM數據 148
6.1.2 潮位數據 149
6.1.3 方法概述 150
6.2 遙感影像預處理和流態信息增強 152
6.2.1 遙感影像預處理 152
6.2.2 流態信息增強 153
6.2.3 表層懸沙濃度反演 154
6.3 基于遙感TM/ETM影像紋理特征的流態信息定量化 156
6.3.1 紋理分析方法 156
6.3.2 流態信息定量化 158
6.3.3 流態信息定量化結果的驗證 163
6.3.4 流態信息遙感解譯方法的時序特征 166
6.4 長江口及鄰近水域流態特征分析 169
6.4.1 南槽、北槽水域的流態特征 170
6.4.2 南匯嘴水域的流態特征 173
6.4.3 東海大橋水域的流態特征 174
6.5 基于光學遙感的河口*大渾濁帶水動力信息分析有效性 176
第7章 長江中下游河槽推移質運動觀測與研究 178
7.1 長江河口非均勻細顆粒泥沙起動流速的估算 178
7.1.1 數據的采集 178
7.1.2 均勻細顆粒泥沙起動流速公式推導 179
7.1.3 長江口南槽非均勻細顆粒泥沙起動流速 180
7.1.4 基于原位觀測的長江河口非均勻細顆粒泥沙起動流速估算有效性 181
7.2 長江河口非均勻細顆粒泥沙揚動流速 181
7.2.1 數據采集 182
7.2.2 數據分析 183
7.2.3 底沙揚動流速公式 183
7.2.4 揚動流速公式檢驗 184
7.2.5 基于原位觀測的長江河口非均勻細顆粒泥沙揚動流速估算有效性 184
7.3 基于ADCP的長江口推移質運動 185
7.3.1 基于ADCP的長江口北港推移質運動遙測技術研究 185
7.3.2 基于ADCP的長江口推移質運動特性 192
7.3.3 基于ADCP測量的長江口推移質運動速度研究 201
7.4 1998年長江全流域特大洪水期河口區床面泥沙運動特征 206
7.4.1 研究區概況 207
7.4.2 方法 208
7.4.3 床沙組成 208
7.4.4 床面形態特征 209
7.4.5 水面以下1m處流速變化特征 211
7.4.6 床沙再懸浮和底形運動 212
7.4.7 沙波移動速率的精度 213
7.4.8 長江流域特大洪水期間河口河槽床面泥沙主要運動的觀測與特征 214
7.5 長江口沙波運動高分辨率探測研究 214
7.5.1 研究區域和研究方法 214
7.5.2 水下微地貌運動特征 215
7.5.3 大河口區細顆粒底沙大尺度底形輸移模式 218
7.5.4 沙波空間尺度變化影響因素 220
7.5.5 沙波運動速率的精度 220
7.6 近期長江河口沙波發育規律研究 220
7.6.1 現場觀測和數據處理 221
7.6.2 近口段至河口段沙波統計特征及沙波發育的主要影響因素 224
7.6.3 2013年河口段沙波輸移規律和發育影響因素 229
7.7 長江口南支-南港沙波的穩定域 235
7.7.1 研究方法 236
7.7.2 長江口沙波相圖參數 238
7.8 利用沙波運動估算長江口南港推移質輸沙率 241
7.8.1 研究方法 241
7.8.2 推移質輸沙率 244
7.9 水下沙波分布區安全航行水深的計算方法 246
7.9.1 航道底床順平情況下安全航行水深的計算(海港總平面設計規范) 246
7.9.2 粉砂質與淤泥質底質水域安全航行水深的確定 248
7.9.3 沙波分布區對安全航行水深的計算探討 249
7.10 長江口沙波分布區底沙再懸浮對重金屬遷移的影響 250
7.10.1 研究方法 251
7.10.2 潮周期內表層流速流向變化 252
7.10.3 潮周期內含沙量的變化 252
7.10.4 底沙再懸浮對重金屬遷移的影響 252
第8章 長江下游河床阻力變化特征 257
8.1 研究方法與數據來源 258
8.1.1 粒度采樣、分析 258
8.1.2 水力坡降計算 258
8.1.3 水深、流速測量及摩阻流速計算 259
8.1.4 沙粒阻力計算 260
8.1.5 床面形態的現場測量與數據處理及沙波阻力的計算 260
8.1.6 水下地形數據的收集與處理 262
8.2 基于多參數的床面形態判別方法 262
8.2.1 床面形態測量和分類及分界參數的判別標準 263
8.2.2 床面形態分界線、分界面確定方法 263
8.2.3 九江-長江口段水流及泥沙參數統計 264
8.2.4 床面形態分界函數 265
8.3 近15年長江下游河床阻力變化特征及影響因素 269
8.3.1 河床阻力分布變化特征 269
8.3.2 河床阻力與寬深比的關系 270
8.3.3 河床阻力與粒度的關系 271
8.3.4 河床阻力與流速的關系 274
8.4 基于河床阻力的南京河段洪水流量預測 276
8.4.1 Delft3D模型建模 276
8.4.2 模型的率定及驗證 277
8.4.3 南京河段洪水數值模擬 277
第9章 長江河口段河槽沖淤和微地貌演變對人類活動的響應 282
9.1 資料來源與研究方法 282
9.1.1 水深、流量和輸沙量數據收集 282
9.1.2 河槽地貌及其演變測量 283
9.1.3 數據分析 284
9.1.4 沙波特征的確定和統計分析 285
9.1.5 長江河口大型工程 286
9.2 近期長江河口段河槽演變規律 286
9.2.1 三峽工程實施之前的長江河口河槽演變過程 286
9.2.2 三峽工程影響下的長江河口段河槽演變特征 294
9.3 長江河口段河槽表層沉積物分布及變化特征 309
9.3.1 河槽表層沉積物的類型和分布特征 309
9.3.2 河槽表層沉積物中值粒徑變化特征 312
9.4 長江河口段河槽微地貌分布與特征 314
9.4.1 微地貌類型及其幾何特征 314
9.4.2 微地貌空間分布特征 316
9.5 長江河口段河槽演變的影響因素分析 318
9.5.1 流域來水來沙變化 318
9.5.2 河口工程的影響 319
9.5.3 河槽演變對鹽水入侵的影響 322
9.5.4 沉積物分布和變化的影響因素 323
9.5.5 長江河口微地貌形成和分布的影響因素 324
9.6 河口段河槽沖淤、沉積和微地貌對人類活動的響應特征 325
第10章 長江河口典型河槽河勢演變 327
10.1 長江潮區界變動河段河床演變特征 327
10.1.1 平面形態變化 327
10.1.2 河槽斷面形態變化 334
10.1.3 沖淤特征分析 346
10
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長江中下游河槽物理過程(精) 節選
第1章 緒 論 1.1 研究長江中下游河槽物理過程在生產實踐中的重要意義 長江發源于青藏高原唐古拉山脈各拉丹冬峰西南側，橫貫中國東西11個省份(青海、西藏、四川、云南、重慶、湖北、湖南、江西、安徽、江蘇、上海)，于上海注入東海，干流全長6397km，總落差約5400m(楊達源， 2006)，流域面積達180萬km2，是我國**大河，在世界大河中列居第三，其長度僅次于尼羅河和亞馬孫河。 長江中下游地區包括湖南、湖北、江西、安徽、浙江、江蘇和上海六省一市，面積達88.58萬km2，占全國總面積的9.23%，2010年第六次全國人口普查七省市人口總數3.83億，占我國總人口的28.59%，2013年區域GDP總量達到20.05萬億元，占全國的35.81%，是我國人口分布密集、經濟發達地區。長江中下游河流密布，河流兩岸自古以來為人類繁衍生息之地，河流對人類活動的影響深遠。河流有水利的一面，也有水害的一面，如何變水害為水利，是人類和大自然做斗爭的主要內容之一。因此，自20世紀50年代以來，長江干流及其支流建造了超過50000座大壩和水庫(Yang et al.， 2011)，與此同時，中下游地區有一系列攔蓄引調水利工程和水土保持工程、大規模采砂、過江大橋、灘涂圍墾、灘涂和江心沙水庫、深水航道及其上延工程、碼頭與港口擴建工程。這些工程建設，在有效治理水災和經濟發展、資源保障的同時，也改變了河流天然的水沙過程、邊界條件和相對平衡，引起了河床的再造床過程和下游河道的沖刷和灘地的坍塌。即使是一些局部性的引水、裁彎和橋渡工程，也會引起當地河道的而改變。對于這些改變，過去錢寧等(1987)在其《河床演變學》中提到，如果事先不能做出預測、預報、預警和及時采取措施，不但會帶來新的困難，甚至還會使工程失效。因此，這是目前國家戰略之一的長江大保護和長江經濟帶建設亟須開展長江中下游河槽物理過程這一基礎科學研究工作。 1.2 地 貌 概 況 根據河流地形、地質條件和氣候差異等因素，以湖北宜昌、江西湖口為分界點將長江分為上游、中游和下游。其中，長江源頭至宜昌為長江上游，長約4500km，流域面積約100萬km2。在上游距宜昌約43km處，建有三峽大壩。宜昌至湖口為長江中游，長約955km，流域面積約68萬km2。其中，從湖北省枝城到湖南省城陵磯長約420km的河段稱為荊江，以藕池口為界又分為上荊江(枝城-藕池口)與下荊江(藕池口-城陵磯)，河道蜿蜒曲折。湖口以下為長江下游，長約930km，流域面積約12萬km2(董耀華和汪秀麗， 2017)。 長江支流水系發達，集水面積超過1000km2的支流有437條；集水面積超過1.0萬km2的支流有22條(余文疇， 2005)；超過80萬km2的支流有8條，分別為雅礱江、岷江、嘉陵江、烏江、沅江、湘江、漢江和贛江。長江流域的湖泊面積約1.5萬km2，約為全國湖泊面積的五分之一，擁有我國*大的通江淡水湖泊——鄱陽湖。流域內湖泊星羅棋布，往往呈群出現，形成廣闊低洼的湖區，其中，我國五大淡水湖泊中有四個分布在長江流域(周興志和趙建功， 2004)。 宜昌市以下河段為長江中下游，全長約1750km(圖1-1)。整體上，宜昌至枝城河段為峽谷河段向平原河段過渡區，沿江兩岸有多級階地發育；城陵磯至鄱陽湖湖口兩岸多山磯、節點；湖口以下為廣闊的河流沖積平原，河流南岸有多處節點控制；大通以下受到東海潮汐影響，屬于感潮河段(濮培民， 1994; 石盛玉等， 2017)。而且，長江中下游位于揚子準地臺，受新構造運動的影響，以沉降作用為主；南北兩岸的大地構造單元也不同，右岸相對抬升，左岸下沉。大通至河口河段由于淮揚地盾與江南古陸的構造運動的原因，流域內發生了強烈褶皺或斷裂運動，形成了一系列斷裂的破碎帶(屈貴賢， 2014)。 圖1-1 長江中下游干流示意圖 長江入海河口三角洲地區是長江經濟帶發展的重心和我國人口*密集的區域之一，河口河槽及三角洲演變對我國經濟發展、航運事業以及港口安全至關重要。1970年以前，長江水下三角洲體系的面積約2萬km2(Milliman et al.， 2008; Yang et al.， 2015)，然而，在過去的幾十年里，長江干流及其支流建造的超過5萬座大壩和水庫，已致長江中下游至河口三角洲地貌體系發生了不同程度的自適應調整現象(張曉鶴， 2016; Lai et al.， 2017; Luo et al.， 2017)；三峽大壩下游河槽劇烈沖刷(Chen et al.， 2007; Xia et al.， 2016；Zheng et al.， 2018a， 2018b; Shi et al.， 2018)、河口三角洲區域性侵蝕后退(Luo et al.， 2017)、通江湖泊特征水位與面積顯著變化(Zhou et al.， 2016)等。與此同時，長江河口大量工程建設與相對海平面上升疊加導致潮區界變動段上移(石盛玉等， 2017；2018)，長江河口區潮位上升，動力條件也將發生變化，河口河槽沖刷加劇等一系列問題對長江中下游河槽演變的影響不容忽視(程和琴等， 2015; 程和琴和陳吉余， 2016; Cheng and Chen， 2017; Cheng et al.， 2018)。 因此，長江中下游河槽沖淤與微地貌演變如何自適應流域與河口人類活動的強干擾亟須進一步探討，對預測長江河口三角洲演變、河流兩岸城市防洪安全以及岸線資源的開發與利用具有重要的現實和科學意義。 1.3 徑流輸沙概況 長江水量豐富，入海口年均徑流量達9156億m3(根據1950～2003年水利部發布的“中國河流泥沙公報”計算)，約占全國河流徑流總量的36%，在世界上僅次于亞馬孫河和剛果河。長江流域年均降水量1067mm，但降水年內分配很不均勻，每年冬季(12月至翌年2月)降水量*少，從春季開始(3～5月)降水量逐月增加，到夏季(6～8月)長江中下游月降水量可超過200mm，秋季(9～11月)再逐漸回落，其中長江下游連續*大4個月降水量可占全年總量的50%～60%(長江水利委員會水文局，2010)。 長江流域多年平均降水量達1100mm，但時空分布不均(余文疇， 2005)。如四川盆地四周山地和高原高程為1500～3000m，形成了冬、夏季節氣溫變化小的封閉式氣候；而金沙江流域由于西北高(高程3000～4000m)、東南低的地貌特征(高程僅約2000m)，形成了局部的立體氣候，干濕氣候特征明顯，年降水量為600～1000mm，每年5～10月進入濕潤季節，降水量為500～900mm；11月至翌年4月進入干季，降水量不足100mm (周興志和趙建功， 2004)。 長江徑流主要由降水補給(戴明龍和張明波，2013)，徑流的地區分布與降水分布基本一致(長江水利委員會水文局，2010)，總體特征是南岸大于北岸，下游大于上游(水利部長江水利委員會，1992)。統計資料顯示(圖1-2)，漢口水文站多年平均徑流量(1954～2015年)為7040億m3，多年平均輸沙量為3.37億t。近十年(2006～2015年)漢口站平均年輸沙量僅為0.90億t；大通水文站1951～2002年以來，多年平均輸沙量約4.27億t，近十年來大通平均年輸沙量迅速減少至1.40億t，僅為以前輸沙量的1/3。 圖1-2 1953～2013年漢口水文站和大通水文站年徑流量和年輸沙量 (a)漢口站；(b)大通站 位于安徽池州的大通水文站是長江干流入海前*后一個具有長期觀測資料的水文站，始建于1922年，距口門約624km，由于其下游河段匯入流量僅占3%～5%，可以較好地代表長江流域的徑流情況，常被用作長江河口徑流量的控制站。自運行以來，實測*大流量為9.26萬m3/s(1954年)，實測多年平均流量為2.93萬m3/s，*大年平均流量為4.13萬m3/s(1954年)，*小年平均流量為2.2萬m3/s(1972年)，*高月平均流量為8.42萬m3/s(1954年8月)，*低月平均流量為6730m3/s(1963年2月)(惲才興，2004)。年徑流總量為9240億m3，為珠江的2.6倍，黃河的17.5倍(陳吉余等，1988)。徑流量隨季節變化明顯，洪季出現在5～10月，占全年徑流總量的71.7%，主要集中于7月；枯季在11月至翌年4月，占全年徑流量的28.3%，其中以2月*小。大通站實測*大年平均輸沙量約為6.78億t(1964年)，*小年平均輸沙量為0.848億t(2006年)，實測多年(1956～2009)平均輸沙量約為3.88億t(Jiang et al.， 2012)。輸沙量也有明顯的季節變化，在年內的分配比水量更集中，洪季6個月的輸沙量約占全年輸沙量的87%，以7月*高，約占全年的21%，枯季6個月的輸沙量僅占全年的13%，以2月*小，輸沙量不足全年的0.7%，月平均*大與*小輸沙量之比為35.6(陳吉余等，1988)。據估計每年約有40%的懸沙沉積在長江河口(Zhu et al.， 2015)。 大通水文站近60年來水沙觀測資料如圖1-2(b)所示，1950～2011年年平均徑流量為8944億m3，1953～2011年年平均輸沙量為3.63億t(余雯等，2015)，1951～2010年年平均懸沙濃度為0.437kg/m3(中華人民共和國水利部，2006)。其中，*大年徑流量(1998年)為12500億m3，*小年輸沙量(2011年)為0.718億t。20世紀90年代以前，徑流量與輸沙量的變化趨勢基本相同，90年代以后，徑流量繼續保持相對穩定，但輸沙量逐漸減少，年均減少0.08億t。尤其在2003年三峽水庫的建成運行，一部分泥沙被攔截，輸沙量迅速減少，直到近十年才小幅回升并逐漸穩定在1.3億t左右(水利部長江水利委員會，2000，2011，2012，2013，2014)。 長江中下游河道泥沙主要來自宜昌以上，前人研究表明，河床表層沉積物從上游向下游逐漸細化，如宜昌-枝城河段河床表沉積中值粒徑約0.23mm，至長江口南槽口外則為12.10μm(李茂田， 2005; 劉紅等， 2007)。 長江河口的河槽表層沉積物主要由細砂、粉砂和黏土組成(Liu et al.， 2010)。長江河口位于副熱帶季風氣候區，風向季節性變化較為明顯，SE-ESE為其常風向，NW-NNW為其強風向，夏季盛行偏南風，冬季盛行偏北風，春季偏北氣流逐漸減弱，偏南氣流逐漸增強，東南風盛行在4月份，秋季情況正好相反，偏北氣流逐漸增強，偏南氣流逐漸減弱，偏北風盛行在10月份(Yang et al.， 2015)。河槽表層沉積物的中值粒徑(D50)和D90分別是0.178和0.218mm(Wu et al.， 2016)。河槽近底層(1m左右)的流速為0.63m/s(鄭樹偉等，2016；Zheng et al.， 2016)。 1.4 流域與河口工程簡介 長江中下游至長江三角洲是我國經濟較發達的地區，治理與開發長江對我國經濟發展具有重要的戰略意義。水利部長江水利委員會于1990年通過的《長江流域綜合利用規劃簡要報告》(1990年修訂)制定了長江流域綜合利用與規劃的主要任務。其內容包括水資源開發與利用、防洪、水力發電、灌溉、航運、長江中下游干流河道整治、南水北調、長江沿岸城市發展規劃布局意見、城市供水等。其中，在長江水系航道規劃中提出了長江中下游通過疏浚與整治工程，穩定河勢，固定岸線等形成水系航道網的要求。近年來，長江中下游流域進行也實施了航道渠化、岸灘整治、疏浚等工程(表1-1)。 一般而言，河槽作為河流地貌單位，其演變對氣候變化和人類活動具有一定的自適應調整能力，這一過程主要通過泥沙的起動、搬運和堆積實現，在河槽地貌上表現為河槽沖刷、動態平衡和淤積現象(Lamberth et a
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