水文学10第十章-河口

1、第十章 河口,什么是河口 河流的终段，是河流和受水体的结合地段。受水体可能是海洋、湖泊、水库和河流等，因而河口可分为入海河口、入湖河口、入库河口和支流河口等。 习惯上河流指的是入海河口，本章重点讨论该类河口。 入海河口是一个半封闭的海岸水体，与海洋自由沟通，海水在其中被陆域来水所冲淡。入海河口的许多特性影响着近海水域，且由于水体运动的连续性，测验方法和分析技术上的相似，往往把河口和其邻近海岸水体综合起来研究，因此它是海岸带的组成部分。,河口研究史 早在公元前 5世纪，古希腊已有许多有关河口的记载。18世纪末期，出现了关于三角洲的系统论述。20世纪30年代，R.J.拉塞尔的密西西比三角洲，是一本

2、重要的著作。50年代初期，.萨莫伊洛夫写出了世界上第一本综合性的有系统理论的河口专著河口。与此同时，H.M.施托梅尔和D.W.普里查德等在河口的盐水和淡水的混合、河口潮汐动力学等方面的研究，取得了显著的进展。1966年，A.T.伊彭主编的河口海岸动力学和G.H.劳夫主编的河口学，反映了60年代的河口研究水平。K.R.戴尔在1973年著的河口学物理导论和C.B.奥菲瑟在1976年著的河口及毗邻海域的物理海洋学，反映了70年代河口研究的水平。,中国的入海河口众多，类型复杂。古代有河口记载的文献，尤其是地方志，极其丰富。东汉的王充，早在公元 1世纪就已科学地解释过钱塘江涌潮的成因。在护岸防灾方面，中

3、国从开发海岸平原资源以来就已有工程措施，有文学记载的始于公元 3世纪。1950年以来，围绕河口的开发和治理，对长江、黄河、珠江、钱塘江等大河的河口，开展了较系统的观测、调查和研究，并进行了不同规模的治理。这不仅解决了河口治理中的一些实际问题，而且对河口的拦门沙、冲刷槽、分汊潮波变形和环流等一些理论问题的研究，也取得了进展。与此同时，研究手段也在不断改进，水工模型和数学模型已被广泛应用，遥感遥测等新技术也已开始应用于河口的研究。,第十章 河口,第一节 河口区的范围和分段 第二节 河口的类型 第三节 河口的水文特性 第四节 河口区的泥沙,第一节 河口区的范围和分段,一、河口区的范围 二、河口区的分

4、段,一、河口区的范围,（一）潮汐与潮流 潮汐现象是指海水在天体（主要是月球和太阳）引潮力作用下所产生的周期性运动，习惯上把海面垂直方向涨落称为潮汐，而海水在水平方向的流动称为潮流。,（二）河口区上界与下界 河口区既受河流径流影响，也受海水潮流的影响。一般地，将潮流的作用和影响小时处视为河口区上界，将径流的作用和影响消失处视为其下界。,（三）潮区界与淡水界 1.潮区界 涨潮波进入河口后，在其传播过程中，因受河水顶托及河床阻力的影响，能量逐渐损耗，涨潮时流速愈来愈慢，潮差越来越小。在涨潮流消失的地方（即潮水停止倒灌处），称为潮流界。在潮流界以上，河水受潮水顶托，潮波仍可影响一定距离，在潮差为零的地

5、方，称为潮区界。,潮区界和潮流界的位置，随径流和潮势力的消长而变动。如长江枯水期的潮区界，可达离口门640公里的安徽大通，但在洪水期只能达芜湖附近；潮流界在枯水期可达镇江，在洪水期只能到达江阴附近。潮区界离河口口门的远近，取决于潮差的大小，河流径流强弱、河底坡度及河口的几何形态等因素的不同组合。南美洲亚马孙河口的潮波，可上溯1400多公里；中国黄河口的潮波，只上溯2030公里。,2.淡水界 含盐度不小于2的海水可到达的上限为咸水界，河流淡水在河口的外扩散影响所达到的下限称为淡水界。 潮区界与淡水界之间的地段即为河口区的范围。,二、河口的分段,根据动力条件和地貌形态的差异，一般把河口分为河流近口

6、段、河口段和口外海滨段。河流近口段以河流特性为主，口外海滨以海洋特性为主，河口段的河流因素和海洋因素则强弱交替地相互作用，有独特的性质。,（一）河流近口段,位于河口区的上段。从潮区界至潮流界之间的区段。在这一段内，由于河水受潮汐的涨落影响，表现有一定潮差，河床内的水流表现是向海呈单一流向，在地貌上完全是河流形态。,（二）河流河口段,位于河口区的中段，从潮流界至口门之间的区段。在水文上这个区段具有双向水流，既有河川径流下泄，又有潮流上溯，水流受洪、枯水、大、小潮流的影响，变化复杂；在地貌上该区段河床不稳定、河道分汊、河面展宽，出现沙岛或沙洲。在三角洲型河口，其下界是河流三角洲的水上边缘。在喇叭形

7、河口，其下界是口门、即水上沙洲与水下沙坎的分界处。,（三）口外海滨段,位于河口区的下段。指从三角洲的水上边缘至水下三角洲前缘坡折处的这一区段。这里以海水作用为主，除潮流外还有波浪和沿岸流的影响，河流的影响至此已很微弱。在地貌上，为水下三角洲或浅滩、暗沙分布的地带。,第二节 河口的类型,一、动力成因：径流为主型河口、潮流为主型河口、波浪为主型河口 二、潮汐强弱：强潮河河口、弱潮河口河口 三、咸淡水混合程度：强混合型河口、缓混合型河口、弱混合型河口,四、地貌形态：三角洲河口、三角港河流 五、来水和来沙条件：河口湾型河口、三角洲型河口、过渡型河口 六、来水、来沙及地质地貌条件：强混合海相河口、缓混合

8、陆海双相河口、弱混合陆相河口,七、根据河口平面形态和水流情况 （一）河道型河口 单道河口 多汊河口 （二）海湾型河口 三角港河口 喇叭型河口,（一）河道型河口,1.单道河口p135,2.多汊河口,（二）海湾型河口,1.三角港河口 p136,2.喇叭型河口,第三节 河口的水文特性,河口区是河流与海洋两大水体相互交汇和过渡的地带。,一 、潮波的传播和变形,一、潮波的传播,二、潮波的变形,二、盐水楔异重流与咸淡水混合,一、盐水楔异重流 1. 异重流 两种或者两种以上比重相差不大、可以相混的流体，因比重的差异而发生的相对运动。即：如果一种流体沿着交界面的方向流动，在流动过程中不与其它流体发生全局性掺混

9、现象的流动。对水流而言,引起密度差异的主要因素有:含沙量、水温、溶解质含量。,2.盐水楔异重流 在河口处,河水密度小于海水,河水在随潮流进入河口区的盐水的上层运动并以扇状向海面散布，保持相当长的距离形成淡水舌，而海水则侵入河底沿河道上溯，形成成层程度不同的异重流，明显分层时即为盐水楔运动 .,另一中解释: 在潮汐河口的成淡水混合区，由于密度差异，水流呈明显分层现象：密度较小的淡水径流位于上层向下泄，密度较大的海水在下层，随涨潮力沿岸上溯，在咸淡水交界面产生剪切力，剪切力与水的坡降保持平衡，使咸水呈楔形侵入河口，即为盐水楔。,（二）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

10、下泄入海，而含盐分、密度较大的海水则随潮上溯，于是便发生盐水与淡水的混合和盐水的入侵问题。,1.咸、淡水混合的类型,咸淡水混合程度可用混合指数来表示。 混合指数是指涨潮期间内进入河口的淡水量与涨潮期间的潮流量的比值。 根据混合指数值的大小，河口咸淡水的混合类型可以分3种：,（1）弱混合型,混合指数大于0.7，即径流量比重大，淡水从上层流向海洋，而海水盐度及密度大，沿底层侵入，咸淡水分层清楚，故也称高度分层型。,由于河水具有粘性，在两层界面附近流动的水体中有切变现象，界面将被推向下游直至表面产生足以对抗这个力的坡度，使下层盐水呈楔形。 这种河口也称盐水楔河口。 盐水楔界面上下层水量交换很少，故上

11、下层盐度差可超过20（右图），而水平方向的盐度差却很小。,盐水楔的顶端附近是河口区淤积严重的地带： 一是主要由于咸淡水相遇，流速减弱，物质沉积所致； 二是同时盐淡水电解质不同的水体相遇，引起细粒物质絮凝也是原因之一。,楔形顶上下移动的大小，主要取决于径流与潮流量的变化，但其位移的范围一般很小。 美国密西西比河口西南水道，法国的隆河，我国珠江口的磨刀门水道即属此类型。,（2）缓混合型,混合指数在0.20.5之间，由于径流、潮流均较强，咸淡水间没有明显的界面，水平和垂直方向上均有密度梯度存在，底层咸水向上混合，上层淡水向下混合，表面淡水下泄，下层咸水上溯。 上层与底层盐度差为420 。,为了维持水

12、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的水流。 底部咸水上溯的头部，有一个流速零点，称滞流点。 这里是含沙量最大的地带，这里可以出现最大混浊带，河底泥沙沉积也多，容易产生浅滩。 我国的长江河口基本属于此类型。,（3）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，盐度垂向差异一般小于4，然而沿程盐度明显增加，即纵向上盐度梯度明显。 故这类河口也称垂直均匀混合型河口。,在河宽较大的或三角港河口，由于地转偏向力的作用，横断面两岸边保留着盐度差，在北半球，面向海洋，涨潮流偏于左侧，落潮流偏于右侧，河口的左侧盐度较高，

13、而右侧较低。 英国的泰晤士河口、我国的钱塘江河口均属此类。,混合类型的划分是以径流、潮流对比为指标的。 同一河口洪水期与枯水期，径流、潮流量对比关系不同，故河口混合属性也会转化。 如，长江口，洪水小潮汛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,在盐水入侵的范围内，因受密度梯度的影响，垂线流速分布与无潮河流有较大的差别。 在涨潮流期间，密度梯度与水面坡降一致，有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，密度梯度与水面坡度相反，有减小落潮流速的作用，因底部密度梯度大，故对底速起了阻碍作用， 水流主要从表面排

14、出，增大了表层流速。 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。,由于密度梯度的存在，使垂线流速的分布发生变化，从而导致河口区的水流情况发生变化。 在没有密度梯度影响的河口上段，因为径流要向下排泄，在涨潮与落潮的时期内，从表层到底层水流都是净的向下游流动。 在受密度梯度影响的河口下段，径流主要从表面排走，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。,底部水流以上溯流为主转变为到以下泄流为主的区域，其间定有个净水量为零的地点，即为“滞流点”。 滞流点的位置随洪、枯水和大、小潮的变化而变化。,第四节 河口区的泥沙,一、河口区泥沙的来源 二

15、、河口区泥沙的组成 三、河口区泥沙的动态 四、河口区的絮凝作用,一、河口区泥沙的来源 （一）河流径流挟带的下行泥沙 河水下泄时携带的大量泥沙，除了其中极细的悬沙在落潮时带出口外海滨外，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。 可见，从某种意义来说，河口区是河流搬运泥沙的最终归宿。,（二）海洋潮流挟带的上行泥沙 从海洋来的泥沙，一部分是近岸带浅滩受风浪掀起后，被涨潮流带入河口区的海域泥沙；一部分是邻近河流输出的泥沙，经沿岸流和涨潮流带入的，如，长江输出的一部分泥沙，可以绕过南汇嘴进入杭州湾。 从海域带入的泥沙往往大部分又被落潮流带回海洋。,（三）河口区局部运动的泥沙 有时也

16、会从河口区河床上攫取部分泥沙，数量不多，但对河口区内局部地区的冲淤却有着很大的作用。,总结： 河口区输沙的总趋势是输向海洋。 在局部河段的河床演变中，上述三方面来的泥沙都可能会参与。 各河口的来沙组成不同，主要取决于河口径流、潮流对比及流域来沙的多寡。,二、河口区泥沙的组成,因经径流的长距离搬运和海洋潮流的往复冲筛，河口区的泥沙较细，无论是悬沙，还是组成底床表面的颗粒，一般均为d0.05mm的粉砂和黏土;因受上溯的潮流的顶托,推移质往往仅能行进至潮流、界.,三、河口区泥沙的动态,（一）河口悬沙的运动 （二）含沙量的空间分布 （三）含沙量的时间变化,河口区是径流和潮流的消能地带，因此，河口区的河

17、床演变以堆积作用为主。 从大量的实测资料中发现，水流中悬浮的泥沙与河床表土的颗粒组成无显著差异，这说明组成河口的物质多为悬移质泥沙，同时也表明，河口泥沙的运动形式以悬移为主。,（一）河口悬沙的运动,（二）含沙量的空间分布,1.垂直方向上 含沙量的分布与咸淡水的混合类型有关。 一是强混合型河口较均匀； 二是弱混合型河口差别大。,2.水平方向上,在水平方向上，含沙量分布很不均匀。,附 河口最大浑浊带,潮汐河口普遍存在着悬沙浓度明显高于其上、下游的最大浑浊带。 它因受洪、枯季径流和潮汐周期变化的作用经常发生向海或向陆迁移，并对港口、航道的淤积产生深刻影响。 因此，近几十年来，国内外许多水文学、沉积学

18、家和海岸工程师们对最大浑浊带的水动力结构、悬沙浓度分布规律、悬沙输移机制以及悬沙絮凝沉降等方面进行了大量的调查和研究。,细沙为主的河口区，往往是“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，该区称为河口最大浑浊带。 如，长江口涨潮时，河口区上下段的含沙量一般为1-4千克/立方米，而最大浑浊带含沙量可高达40.1千克/立方米。,最大浑浊带的成因： 1.有足够的悬沙来源， 2.早期有的学者认为，主要是河口盐水楔前缘泥沙絮凝，及上下段絮散的结果。 3.近来一些学者认为，絮凝与絮散有一定的作用，但更主要的是由于该区特殊的水动力条件造成的，即该区由净的非潮汐的重力环

19、流形成和维持了高度浑浊的泥沙带。,最大浑浊带的浓度主要取决于： 1河流与海水中悬沙的来量； 2.河口环流的强度； 3.沉降速度也起一定的作用。 不同河流由于上述因素的差异，最大浑浊带的浓度也有很大差异；如，圣劳伦斯河仅为1040毫克/升；泰晤士河为300800毫克/升，而德梅拉河可达100010000毫克/升。,最大浑浊带的位置一般与盐度梯度区的上界相符，它也因洪、枯径流及大小潮汛的变化而具有周期性的位移。 在一个潮流周期中，盐水楔随潮位移的距离可达十几公里，甚至二十公里以上。 最大浑浊带除了有相应的进退外，突出表现为含沙浓度的消长变化，它在全潮周期中经历着二次成长、二次衰减的过程。,长江口最

20、大浑浊带的变化范围为2546公里之间，表层含沙浓度不高，仅0.10.7千克/立方米，底层往往高达810千克/立方米，其核心部分近底层含沙浓度特高，可出现0.21.2米厚的浮泥层运动，其含沙浓度甚至可达17400千克/立方米。 试验研究表明，河口区最主要的沉积带是在最大浑浊带的向海侧。,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，因而部分细粒泥沙不断地经历着悬浮、落淤，再悬浮的运动。因此，河口水流的挟沙能力有着一定的变化规律。,（三）含沙量的时间变化,也就是说， 在河口区，河口含沙量随时间的变化主要取决于河流径流量的变化以及潮流的周期性涨落。 河流径流量主要影响含沙量的

21、年际变化和年内变化； 潮流的周期性涨落则使含沙量发生半月潮汐周期和半日潮汐周期的变化。,河口区的潮流界以下，径流作用逐渐减弱，潮流作用逐渐增强。 自潮流界至口门附近，含沙量的沿程变化是： 季节变化逐渐不明显，大小潮和涨落潮引起的含沙量变化越趋明显。,河口水流在一个潮流周期中经历涨急，涨憩、落急，落憩等阶段，相应的含沙量过程线在一个潮流周期中也有两起两落。 两个含沙量高峰分别出现在涨急落急后约1小时；两次最小含沙量出现在转流之后。 含沙量的变化滞后于流速的变化，原因： 河口区系细粒泥沙，其沉速小，而水流速度和方向的变化异常迅速，含沙量要适应水流的这种变化，需要一个过程。,河口的输沙能力主要取决于水动力条件，但因动力条件复杂，含沙量又受絮凝、风浪等作用的影响，故精确计算河口区输沙能力是困难的。 在实际工作中