理论教育 角洲滩槽骤变的规律分析

角洲滩槽骤变的规律分析

时间:2023-06-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:每场台风对长江口拦门沙河段滩槽变化的影响往往是有很大差异的,这主要是因为每场台风对拦门沙河段的波浪影响情况是不同的。台风对长江口拦门沙河段波浪的影响情况与其强度、路径、移动速度、持续时间以及水深变化等因素密切相关。台风一旦满足上述3个条件,必将引起长江口拦门沙河段的滩槽骤变。此次台风至少是2016年以来对长江口拦门沙河段滩槽变化冲击最大的台风。山竹台风引起的牛

角洲滩槽骤变的规律分析

每场台风长江口拦门沙河段滩槽变化的影响往往是有很大差异的,这主要是因为每场台风对拦门沙河段的波浪影响情况是不同的。

台风对长江口拦门沙河段波浪的影响情况与其强度、路径、移动速度、持续时间以及水深变化等因素密切相关。文献[3]基于对2010—2014年期间的相关波浪、航道回淤量数据与台风的关系统计,结合必要的理论分析,将相关海域进行了初步的划分,得到了理论作用区域和强作用区域,见图9。

图9 台风影响区域划分示意图

理论作用区域是指台风在该区域内引起的波浪,只要其传播方向是朝着长江口的,能量也是足够多的,均是可以传播到长江口拦门沙区域的。对于理论作用区域以外的波浪,其中有些可能通过绕射、折射等进入长江口拦门沙区域,但其总的数量、特别是总波能相比理论作用区域要少得多,可以忽略不计。强作用区域是指台风在该区域内引起的并能往长江口方向传播的波浪容易对拦门沙河段的波浪及滩槽变化产生显著的影响,该区域具有以下3个特征:

(1)波浪入射角度小。波浪入射角是指向长江口拦门沙河段传播的波浪方向与长江口拦门沙垂线(根据口外等深线走向及波浪对河床作用效果等综合确定,与正北方向夹角在67.5°左右,即ENE向附近,见图9)之间的夹角。在入射波浪单宽能量相同的条件下,波浪入射角越小则进入拦门沙河段的总波能越多,影响范围也越大;波浪入射角越大则进入拦门沙河段的总波能越少,影响范围也越小。

图10是一个概化的河口受不同入射角度的波浪作用示意图,图中左边是入射角为零,即正向入射的情况,右边是入射角不为零,即斜向入射的情况,入射角为α。假设入射波浪的单宽能量相同,河口宽度为B,在正向入射条件下,口外宽度B1(B1=B)范围内的波浪均可进入河口以内,且其作用区域最大;而在斜向入射条件下,口外仅有宽度B2范围内的波浪可以进入河口以内,且其影响范围变小,其中B2与B的关系如下:

可见,在入射波浪的单宽能量相同时,斜向入射条件下能够进入河口的总能量为正向入射条件的cosα(×100%)。

图10 波浪入射角变化影响示意图

(2)海面宽阔且水深深。台风对长江口拦门沙河段的河床产生影响主要是通过其吹起的波浪来实现的,波浪能量越大其影响也越大。水深和吹程是形成高能波浪所必需的两个重要条件,没有足够的水深和吹程是形成不了高能波浪的。图9中划分的强作用区域水深普遍较深,多在数十米至数百米之间,海域非常宽阔,台风作用下容易形成高能波浪。

(3)传播距离近且畅通。当台风在强作用区域吹起朝长江口拦门沙河段传播的波浪时,这些波浪在传播过程中基本无障碍物影响,而且传播距离较其他理论作用区域要近得多,从而确保了台风吹起的波浪尽可能多地进入长江口拦门沙河段。

强作用区域是基于上述三个特征以及对台风实际影响情况的统计分析综合考虑而划定的区域,该区域内波浪往长江口拦门沙河段传播的最大距离约为1 000 km,最大入射角约为45°。

什么样的台风能够引起长江口拦门沙河段滩槽骤变呢?应具备以下3个条件。

(1)穿越强作用区域。根据2010—2014年相关资料统计,所有引起长江口拦门沙河段滩槽骤变的台风,其风暴中心均是穿越强作用区域的(图11)。风暴中心穿越强作用区域是台风能够引起长江口拦门沙河段滩槽骤变的一个基本条件。如果风暴中心没有穿越强作用区域,即使强度再大也难以引起长江口拦门沙河段的滩槽骤变。

图11 近年对拦门沙河段滩槽变化产生显著影响台风

(2)强度大。能够引起长江口拦门沙河段滩槽骤变的台风还有一个共同的特征,那就是在其穿越强作用区域时能保持较高的强度。保持一个较高的台风强度,是产生较强波浪的一个基本条件。

(3)走得慢。在前面两个条件都满足的情况下,台风穿越强作用区域时,走得越慢引起的长江口拦门沙河段滩槽骤变就越剧烈,这是因为走得慢的台风不仅容易引起更强的波浪,而且强浪对拦门沙河段持续作用的时间也更长。

台风一旦满足上述3个条件,必将引起长江口拦门沙河段的滩槽骤变。下面将结合最近两年新的实践进一步证实上述认识的科学性。(www.daowen.com)

(1)奥鹿台风。2017年7月下旬发生的奥鹿台风(图12)由于距离长江口太远,在它发生的时候,很少有人关注它对北槽航道的影响。但按照上述认识,这种台风引起的长周期波浪会大量传播至长江口拦门沙河段,加之入射角度小,作用时间较长,容易引起较大影响。此次台风引起的牛皮礁平台站波浪变化情况见图13,可见有大量长周期波传入至长江口拦门沙河段。以北槽航道水深变化为例,此次台风过后,北槽航道内浅点及近底高含沙水体迅速增多,月维护土方量970万m3,为年内最高。

图12 奥鹿台风路径图(温州台风网)

图13 奥鹿台风引起的牛皮礁平台站波浪变化

(2)苏力台风。2018年8月下旬发生的苏力台风(图14)很好地符合上述3个条件,即穿越强作用区域、强度大(穿越强作用区域时维持在13~15级)和走得慢(在强作用区域时间超过48 h,约21日11时—23日14时)。此次台风引起的牛皮礁平台站波浪变化情况见图15。此次台风至少是2016年以来对长江口拦门沙河段滩槽变化冲击最大的台风。以北槽航道为例,主要变化如下:

图14 苏力台风路径图(温州台风网)

图15 苏力台风引起的牛皮礁平台站波浪变化

①航道淤积非常严重,当月水深考核未通过。由于台风过后没有及时全面测量航道水深,无法确知真实情况,但可以从多天以后的水深数据略窥一斑,9月1日测量结果显示,北槽航道口外段大范围几乎淤平(图16,低频水深)。

②台风过后,北槽航道内出现大量近底高含水体(图17,1 033~1 224 kg/m3,8月25日),最厚处超过3.0 m。除北槽航道外,此次台风还引起了上游延伸段航道出现难得一见的水深不足情况(图18),可见此次台风影响之深远。

图16 苏力台风后北槽航道口外段(Ⅲ-F)水深情况(低频水深,9月1日)

图17 北槽航道近底高含沙水体厚度沿程分布

图18 长江口拦门沙河段位置示意图

(3)山竹台风。2018年9月中旬发生的山竹台风(图19)距离长江口非常遥远,可以通过这一台风的影响情况来分析图9中理论作用区域外边界的合理性。山竹台风引起的牛皮礁平台站波浪变化情况见图20。

可见,虽然距离长江口非常遥远,但山竹台风引起的长周期波浪还是能够传播至长江口拦门沙河段,不可否认的是波高衰减非常明显。由于此次波浪往长江口拦门沙河段的入射角比较大,难以深入长江口拦门沙河段,影响有限。相比而言,奥鹿台风引起的长周期波浪往长江口拦门沙河段的入射角小得多,可以深入长江口拦门沙河段,影响相对要大得多。

图19 山竹台风路径图(温州台风网)

图20 山竹台风引起的牛皮礁平台站波浪变化

综合以上分析可以清晰发现,西北太平洋上的台风浪是长江口拦门沙河段波浪组成的一个重要来源。此外还需注意的是,在应用图9分析具体问题时,需要注意琉球群岛的阻挡作用。

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