长江口南汇嘴海域表层悬浮泥沙分布和运动遥感分析

第31卷第5期 2010年10月 水道港 口 JournalofWaterwayandHarbor V01．31No．5 Oct．2010 长江口南汇嘴海域 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 层悬浮泥沙分布和运动遥感分析 左 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 华1一，李蓓-，杨华1 (1．交通部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室，天津300456； 2．大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，大连116024) 摘要：利用l_andsat．5／7卫星影像资料，建立了长江口南汇嘴水域表层悬沙遥感模式，结合实测含沙量 资料对南汇嘴海区表层水体悬沙分布及泥沙运动情况进行了分析，结果表明南汇嘴附近海域总体上含沙 量较高，在O．5—1．5kg／m，变化。高含沙量多出现在杭州湾口中部、南汇嘴浅滩，杭州北岸芦潮港附近含沙 量为0．5kg／ms左右。悬沙的浓度及范围随大、小潮和洪、枯季的不同而不同。悬沙的浓度及范围随潮差和 风速增大而增大，南汇嘴边滩含沙量一般洪季高于枯季，杭州湾水域水体含沙量一般是冬季高于夏季。长 江口与杭州湾之间存在着泥沙交换，长江口水沙以直接和间接2种方式进入杭州湾，而南汇嘴近岸水域 则是交换的主要通道。 关键词：悬沙；遥感分析；长江口；南汇嘴 中图分类号：TV142；TP79 文献标识码：A 文章编号：1005—8443(2010)05-0384--06 南汇嘴位于长江口与杭州湾的交接地带，该岸段分布着广阔的淤泥质潮滩，对上海的滩涂土地资源开 发、水产养殖及港口开发与建设起着十分重要的作用(图1)。为了开发这块宝贵的资源，许多研究者或单位 对南汇嘴发育的动力过程、剖面塑造机制、演变规律以及泥沙交换进行了探讨和分析[¨Jo分析这些问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 必 须全面掌握整个海域的悬沙分布情况，然 而常规的水文观测方法难以全面地了解其 空间分布和动态变化规律。卫星遥感影像 资料可以提供这方面的丰富信息，用卫星 数据定性乃至定量研究河口表层泥沙运动 规律已成为河口泥沙研究的一种新的有效 手段。近几十年来，许多学者[邮】利用遥感 图像或数据资料对长江河口的表层悬沙进 行了分析，但针对南汇嘴区域的表层水体 悬沙的遥感分析较少[15]。本文根据多幅 Landsat-5／7TM图像，通过定量研究，结合 实测资料分析了长江口南汇嘴区域的表层 水体悬浮泥沙时空分布及运动变化。 1研究区域海况 研究海区位于长江河口与杭州湾口交 汇区域，属于中等强度的潮汐区域，受地形 影响，潮波变形明显，为非正规半日潮。据 图l南汇嘴边滩形势及潮流流速玫瑰图 Fig．1RosemapoftidalcurrentvelocityintheNanhuizuitidalfiat 作者简介：左书华(1979一)，男，河北省邱县人，助理研究员，主要从事河口海岸动力地貌及数学模型研究。 Biography：ZUOShu-hua(1979一)，nude，assistantprofessor． 万方数据 Administrator 文本高亮工具 Administrator 文本高亮工具 2010年10月左书华，等长江口南汇嘴海域表层悬浮泥沙分布和运动遥感分析 385 统计，该海区的中浚、芦潮港潮位站平均潮差分别为2．67m、3．33m，最大潮差分别为4．62m、5．92m；落潮历 时大于涨潮历时。该海域潮流运动形式主要呈往复流运动，由南汇嘴分成两股涨潮水流(图1)，一股以270。 左右的传递方向进入杭州湾北岸(南汇南滩)，另一股以3050左右传递方向进入长江口南槽(南汇东滩)；大 潮时涨、落潮平均流速均在0．60。1．28m／s，最大垂线平均流速为1．23～2．13m／s，一般落潮流大于涨潮流[1剖。 根据长江口引水船站多年的波浪资料统计，波浪以风浪为主，约占80％，涌浪和混合浪分别占15％和5％，盛 行浪向与盛行风向颇为一致．冬季以NWN和NW向浪为主，频率为19％，春季以SE、SSE向浪为主，频率约 为20％，夏季以SSE向的风浪占多数，频率为24％，秋季以NNE和NE浪为主，频率为21％；各月份的平均 波高均在1．0m左右¨¨引。 2遥感数据资料及处理 美国陆地卫星Landsat．TM图象共有7个波段，地面分辨率可达30m。TM的所有可见光波段(TM2绿波 段O．52—0．60斗m、TM3红波段0．63．0．69“m及TM4近红外波段0．76一O．90斗m)，都可以反应水体水色或浊 度，可以监测不同浓度的表层悬浮泥沙分布情况。实验结果表明[8]，长江口遥感最佳波段的选择与含沙浓度 有关：低浓度含沙水体(<300ms／L)时最佳波段为TM2；中浓度含沙水体(300～l000mg／L)时最佳波段为 TM3；高浓度含沙水体(>l000mg／L)时最佳波段为TM4。根据长江口大量实测资料以及实验研究，大多数河 口海岸水体的悬沙含量S和遥感数据R大致为 对数相关【l引。 分析选取1996年、1998年、1999年、2002 年、2005年5张美国陆地卫星Landsat．5／7TM多 时相遥感图像，所选图像中潮流条件包括了涨潮 和落潮，图像分布范围基本覆盖了洪季与枯季以 及大、中、小潮(表1)。利用美国RSI公司遥感图像 分析软件ENVI对遥感影像进行大气校正、几何 校正，然后根据实测资料建立表层悬沙浓度与TM 图像2、3波段灰度值之间的经验关系式[】】m】 表l南汇嘴附近I．and姐t．5n卫星遥感图像日期、潮况及海况 Tab．1Dateof眦lliteimageandstatusofsynchwnictideintlle seaareaofNanhuizui 妊8．1l‘器_4．2308 式中：TM2、TM3分别为TM图像2．3波段的灰度值；S为表层含沙量，m#L。关系式的相关系数R在0．9以 上。运用此关系式分别对其他4个时段的卫片资料进行计算，其相对误差均小于20％，基本满足要求，可运 用此关系模式对南汇嘴水域表层水体悬沙浓度分布进行分析。 3结果与分析 ‘ 3．1悬沙的平面分布特征 从多幅遥感图像(图2～图6)来看，南汇嘴附近海域总体含沙量较高，在0．5～1．5kg／m3变化。高含沙量多 出现在杭州湾口中部、南汇嘴浅滩，杭州北岸芦潮港附近含沙量为0．5k∥m3左右。南汇嘴区域含沙量较高， 主要受南槽最大浑浊带的影响泥沙活动频繁，一直处于“悬浮一沉降一再悬浮”状态，且向南扩散影响到杭州 湾北岸区域。 从总体上看，2000年以前南汇嘴附近海域的水体含沙量普遍高于2000年以后。2000年以前表层含沙 量在0．8．1．5k咖3变化，部分区域达到1．5k咖，以上，2000年以后在O．5～1．0k咖3变化，这主要与南汇嘴 东部、南部围垦固滩工程的逐步实施以及浅滩泥沙掀动减少有关，加上近年来三峡工程的建设和长江上游 水土保持工作的开展，长江下泄泥沙量也有所减少。 3．2不同潮型悬沙分布变化情况 南汇嘴区域的悬沙变化受径流、潮流等影响，一般来说大潮、中潮含沙量大于小潮，主槽内含沙量落潮 万方数据 386 水道港 口 第3l卷第5期 图2南汇嘴水域表层悬沙分布图(1996-04．24) Fig．2Distributionofsurfacesuspendedsediment concentrafionintheseaareaofNanhuizui(1996-04—24) 图4南汇嘴水域表层悬沙分布图(1999-04-01) Fig．4Distributionofsurfacesuspendedsediment concentrationintheseaareaofNanhuizui(1999-04-01) 大于涨潮，浅滩区域含沙量涨潮大于落 潮，如水深较浅的L2、L3、l#等站点都是 涨潮含沙量高于落潮含沙量，其中实测涨 潮含沙量分别为1．076kg／m3、1．053k咖3、 2．704kg／m3，实测落潮含沙量分别为0．770 kg／m3,0．700kg／m3,2．329kg／m3，说明目前 南汇嘴浅滩仍为较高含沙量水体进滩，低 含沙量水体下滩，有部分泥沙在浅滩上落 淤沉积，同时浅滩区表现为涨潮优势输 沙，而邻近河槽呈落潮优势输沙(表2)， 在平面上显示出深水区出沙、浅水区进沙 的势态，有利于南汇嘴岸滩淤涨发育。 3．3洪、枯季的悬沙分布变化情况 实测资料和以往研究表明，洪季含沙 量明显高于枯季，遥感图片定量分析显 示，边滩表层洪季含沙量一般为o．5一1．0 图3南汇嘴水域表层悬沙分布图(1998．08-04) Fig．3Distributionofsurfacesuspendedsediment concentrationintheseaareaofNanhuizui(1998-08-04) 图5南汇嘴水域表层悬沙分布图(2002—0r7．30) Fig．5Distributionofsurfacesuspendedsediment concentrationintheseaareaofNanhuizui(2002-07．30) 表2南汇嘴附近水域洪季大潮实测舍沙量特征统计值(2003年) Tab．2Statisticsofsuspendedsedimentconcentrationintheseaareaof Nanhuizuiinfloodseason 万方数据 2010年10月左书华，等长江口南汇嘴海域表层悬浮泥沙分布和运动遥感分析 387 kg／m，，杭州湾北岸的站点略低，枯季一般为0．30-0．80kg／m3，洪枯季含沙量比值为3—5。杭州湾区域悬沙扩散 范围受长江径流影响，一般具有冬季大而夏季小的特性。由于夏季长江径流强盛，台湾暖流向北扩展，长江 冲淡水在口门附近顺着汊道方向流向东南，过122。30’E后转向东北或东，而向南扩散数量很少，造成长江口 与杭州湾的毗邻地带为低沙期，其水体含沙量约为1．0kg／m3；冬季长江径流减弱，潮流作用增强，风浪盛起， 长江口外泥沙随之被掀起，再加上东海沿岸流，泥沙主要向南扩散，造成长江口杭州湾交汇处冬季含沙量较 高[17]，其水体含沙量一般在2．0kg／m3左右，由卫星图片还可以看出，杭州湾湾口水域含沙量普遍高于长江 口口门含沙量，芦潮港也是高含沙量活动区(图2一图5)。 4讨1陀 4．1风浪、潮流对悬沙输移的影响 风浪和潮流等动力对岸滩沉积地貌的塑造起着重要的作用，一般而言，风浪、潮流通过对悬沙或底沙的 作用，产生泥沙输移而塑造地貌。南汇嘴潮滩的波浪以风浪为主，约占80％，涌浪和混合浪分别占15％和 5％。根据长江口引水船站多年的波浪资料统计(表2)，平均以E向浪为最多，频率为14％，ENE、ESE向浪次 之，频率分别为ll％、9．8％，平均波高在1．0m左右。一般大风引起的最大波高均在3．3m左右，台风期目测 最大波高达6．2m，大风浪对浅滩沉积物组成的改造影响较大，是造成滩地短期强烈冲淤的重要动力因素。 同时，在现场调查中注意到外海传人的涌浪对该岸滩泥沙运动和地形剖面塑造也有一定影响。 裹3长江口引水船站波浪要素统计[1t,--17] Tab．3StatisticsofwaveelementsintheYangtzeEstuary m 月份 l 2 3 4 5 6 7 8 9 平均波高 1．0 1．0 0．9 0．9 0．9 0．9 1．0 0．9 1．0 1．0 1．0 1．0 最大波高 3．3 3．1 3．0 2．9 3．0 3．2 6．2 4．1 3．3 3．3 3．3 3．1 径流和潮流是塑造长江口沉积地貌的主要动力因素，长江口的径流与潮流作用都非常强劲，长江年均 人海年径流总量9．00x10¨m3(1953—2004年资料)，由南槽人海的约占30％。南汇嘴近岸水域潮汐作用强于 长江河口区，多年平均潮差为3．21m，最大潮差5．06m，属中强潮作用海区，潮流性质为非正规浅海半日潮。 根据潮流运动形式(图1)，边滩北侧的南槽中水流往复 性强，并受下泄径流的叠加作用，落潮流显著大于涨潮 流，而且落潮流受柯氏力影响南偏，边滩受到冲刷，且有 部分泥沙上滩，边滩中部沙嘴前沿为顺时针方向的旋转 流；边滩南侧即为杭州湾口潮流，往复作用强。根据实测 潮流资料(表2)，该区域涨潮流历时通常小于落潮流历 时，沙嘴南侧涨潮流速大于落潮流速。在涨潮流作用下， 长江人海扩散泥沙回输上滩，边滩东南侧多为涨潮大于 落潮，有利于泥沙回输，对边滩的塑造有深刻影响。 4．2长江口与杭州湾泥沙的交换 以上分析和多幅卫星图片(图2～图6)表明，长江泥 沙在河口扩散人海后，在水流作用下向南输移，部分泥 沙在涨落潮流作用下与相邻的杭州湾进行交换，由图6 可清晰地看出，长江口强劲落潮流下泄来的泥沙南偏进 入杭州湾，受东海大桥的影响，在桥西侧形成一条泥沙 带，越靠近南汇嘴一侧含沙量越高。证明长江口与杭州 图6南汇嘴水域表层悬沙分布图(2005明一08) 湾确实存在水沙交换，主要是由于东海潮波传人长江口 Fig五Di咖buffonof训ac7．：u8rn掣8删眦m、 和杭州湾后，受到地形的影响，杭州湾北岸位于杭州湾 。伽centrati∞inthe∞a啪a硝N8nhu曲1(椰明瑚) 万方数据 Administrator 文本高亮工具 Administrator 文本高亮工具 Administrator 文本高亮工具 Administrator 文本高亮工具 388 水道港 口 第3l卷第5期 潮波前进方向的右岸，长江口南岸位于潮波传播方向的左岸，由于柯氏力的作用，两者的潮位、潮差产生差 异，导致南汇嘴两侧的水面比降，造成长江口与杭州湾泥沙交换的现象。总体而言，长江口与杭州湾之间存 在泥沙交换，杭州湾的泥沙主要来自长江口，也就是说长江口是杭州湾的泥沙源，杭州湾是长江口的泥沙 汇。长江口水沙以直接和间接2种方式进入杭州湾，直接方式是指南汇边滩泥沙直接沿岸输入和南槽悬沙 输移途径；间接方式是指通过长江口外余流输入，杭州湾也同时有少量水沙进入长江口，而南汇咀近岸水域 则是这种交换的主要通道。 参考文献： [1]李九发．长江河121南汇潮滩泥沙输移规律探讨[J]。海洋学报，1990，12(1)：75—82。 UJ F．ResearchonthesedimenttransportintheNanhuiTidalFlat，YangtzeEstuary[J]．AetaOceanologieaSiniea，1990，12(1几 75—82． [2]陈沈良．杭州湾口南汇咀近岸水域水沙特征与通量[J]．海洋科学，2004，28(3)：18—22． CHENSLHydrologiealandsedimentfeaturesandfluxesinNanhuinearshorewaters，HangzhouBay[J]．MarineSciences，2004，28 (3)：18—22． [3]陈沈良。谷国传，虞志英．长江口南汇东滩淤涨演变分析[J]．长江流域资源与环境，2005，ll(3)：239—244． cHENSL，GUGC，YUzY．MudirlatevolutionintheNanhuiEastFront，YangtzeEsraary[J]．ResourcesandEnvironmentintlle YangtzeBasin，2005，11(3)：239-244． [4]左书华，李蓓，杨华．南汇嘴边滩地形演变及其分析[J]．水道港口，2007(2)：108—112． ZUOSH，LIB，YANGH．TopographyevolutionandanalysisofNanhuinearshore[J]．JoumalofWaterwayandHarbor，2007(2)： 108-112． [5]左书华，时连强．南汇嘴潮滩沉积物粒度特征研究[J]．水道港口，2008(2)：88-93． ZUOSH．SHILQ．HydrodynamicexplanationandcharacteristicofsedimentgranularityofNanhuizuiforelandinChangjiang Estuary[J]．JournalofWaterwayandHarbor，2008(2)：88—93． 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andtheNanhuiShoal．Suspendedsedimentconcentrationisabout0．5kg／msintheLuchaogangharborseaarea． Suspendedsedimentconcentrationisconnectedwiththeseasonandthetide．Current，wave，andcoastwiseflow． controlthedistributionofsuspendedsediment．IntheNanhuizuitidalflatseasonalchangeofsuspendedsediment shows．thatsummerconcentrationishigherthanwinter，butintheHangzhouBayseasonalchangeofsuspended sedimentshowsthatwinterconcentrationishigherthansummer．Thereexistssedimentexchangebetweenthe YangtzeEstuaryandtheHangzhouBaywithdirectandindirectway．TheNanhuizuiwatersarethemainchannel oftheexchange． Keywords：suspendedsediment；remotesensinganalysis；theYangtzeEstuary；Nanhuizui 万方数据