径流向海汇聚及其效应updated.ppt
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1、第七节径流向海汇聚及其效应第七节径流向海汇聚及其效应陆地表面的径流最后通过入海河流的尾闾段尾闾段不断向海洋汇集。这里受到河流(径流)与海洋(潮流、洋流)不同动力动力条件条件,化学性质化学性质以及热力特征热力特征等因素的综合影响,故入海河口具有独特的水文运动变化规律。一、入海河口的水文特征一、入海河口的水文特征入海河口入海河口是指河流与海洋相结合的地段,既是地表液态水的输出通道,也是海洋液态水的输入进口。、河口区段划分、河口区段划分河口区范围河口区范围:河流的动力是径流,海洋的动力是潮流、洋流等,河口可视为径流与潮流相互作用的区域:其上上界界为潮汐影响的上限潮区界潮区界;下界下界为径流在海洋中扩
2、散的末端水下三水下三角洲的前缘角洲的前缘。潮汐与潮流潮汐与潮流潮汐潮汐潮汐指海水水位在天体引潮力作用下形成的周期性涨落(升降)的现象。白天称潮潮,夜晚称汐汐,合称潮汐潮汐。在潮汐现象中,水位上升叫涨潮涨潮,水位下降叫落潮落潮;涨潮至最高水位为高潮高潮,落潮至最低水位为低潮低潮;潮流潮流 指海水在天体引潮力作用下所形成的周期性水平运动。随涨潮而产生的潮流叫涨潮流涨潮流,随落潮而产生的潮流叫落潮流落潮流。潮流分为回转流和往复流两种:回转流回转流:外海、开阔海区,受地转偏向力地转偏向力影响,在北半球作顺时针回转,流速约4 5kmhr;往复流往复流:海峡、河口等,受地形地形影响而成。其流速较大,可达
3、1822 kmhr 。据径流和潮流对比程度的差异,自上而下把河口区分为三个区段:()近口段()近口段 自潮区界至潮流界(涨潮流上溯的上界,也是涨潮流流速为零处)为近口段;在近口段内,由于受到潮水的顶托作用,水位虽然有周期性的升降,但流向始终是指向下游,径流占绝对优势,所以近口段的水文属性和河槽演变规律是河流基本一致。(2)自潮流界至口门为河口段河口段;河口段是径流与潮流作用势均力敌的区段,水流水流呈周期性的往复流往复流,水位水位也有周期性的涨落变化涨落变化。(3)自口门至水下三角洲前缘为口口外海滨段。外海滨段。口外海滨段径流因素的影响逐渐削弱直至消失,潮流、波浪等海洋因素则起主要作用,水文特性
4、以及演化规律与海洋相一致。由于径流有洪、枯水期的变化,潮流也有大小潮之分,它们相互作用可以出现很多组合形式,使潮区界和潮流界的位置发生变化潮区界和潮流界的位置发生变化。以长江口为例:枯水大潮时枯水大潮时,潮区界可达距河口616km的安徽大通,潮流界可到江苏镇江附近。但洪水期洪水期,潮区界下移到距河口400km的芜湖,而潮流界只能到达江阴以下。此外,不同河流所处的地理位置(引潮力引潮力不同;河流比降河流比降不同等因素)不同,潮流的强弱也有很大的差异。例如:长江潮波可上溯616 km,黄河仅1020km。2、河口区的水情、河口区的水情入海河口在潮区界以下均属受潮汐感应的河段,称为感潮河段感潮河段,
5、而感潮河段的水位、流速、流量等水文要素的变化,不仅与河流下泄的径流有关,也与自海洋上溯的潮流有关。1)河口区潮汐的涨落过程)河口区潮汐的涨落过程由于入海河口有潮汐的影响,水流呈往复周期运动,故其水位与流量、流速与比降的关系等,都不同于非感潮河段。在一个潮汐周期中,河口区潮汐涨落过程经历4个阶段。海洋潮波自外海进入河口之初,海水因比重较大,从河底插入,使水位雍高,径流比降减小,径流流速减小,但水流方向仍然指向海洋,称涨潮落涨潮落潮流潮流,此时断面上可能出现上下层方向相反的水流。随着潮流不断进入,水位继续上涨,以至潮流流速超过河水下泄的速度,水面出现逆比降逆比降,整个断面上的水流均指向上游,称为涨
6、潮涨涨潮涨潮流潮流。其间当出现潮流速潮流速与河流下泄速度河流下泄速度相互抵消的短暂时间时,断面流速断面流速为零,称为落落潮憩流潮憩流。当海洋水开始落潮,河口内的水位随之下降,水面逆比降逐渐变小,原涨潮的流速逐渐减小,但仍然大于下泄径流的速度,故流向依然指向上游,称为落潮涨潮流落潮涨潮流。河口水位继续下降,下泄径流流速增大,水面恢复正比降,流向也指向下游,称为落潮落潮流落潮落潮流。在流向转向的过程中,出现短暂的时间,断面流速为零,称为涨涨潮憩流潮憩流。注意问题:注意问题:从落潮转向涨潮,并非迅速在全断面上同时发生,而是从底部到表面,从岸边向中间逐渐完成的。原因:正常径流下泄速度影响;海水的比重大
7、产生的异重流楔入。在涨潮中的某些时刻,过水断面上可能出现方向相反的两层水流。涨潮过程中垂线流速分布沿程变化示意图涨潮过程中垂线流速分布沿程变化示意图2)潮流量的变化)潮流量的变化潮水河流的水流属于不稳定流,流量随时发生变化,而且流向也有顺逆的变化,水位与流量没有稳定的关系,一个潮流期(一般指两个落潮憩流之间的时段)的水位流量关系通常是不规则的环形曲线。3)河口潮波的变形)河口潮波的变形海洋潮波进入河口后,由于边界条件的变化和下泄径流的影响,潮波会发生变形。潮波变形潮波变形主要表现在潮差(潮波振幅),潮形、水位和流速相位关系的变化三个方面:潮差的变化潮差的变化:潮差变化原因:潮差变化原因:潮波在
8、向河口上溯过程中:一方面由于河床断面的收缩,产生能量集中集中和局部反射反射,产生的反射波反射波与原来的前进波前进波组成合成波合成波,加大潮差加大潮差;另一方面受到摩擦阻力摩擦阻力和径流的顶阻径流的顶阻,能量损耗,使得潮差变小潮差变小。潮差变化表现潮差变化表现:在断面突然变窄突然变窄的河口或海湾的近海段,潮波能量积聚比消耗的多,所以潮差具有从口门向内递增的趋势;但在上游,能量损耗加大,所以潮差又沿程逐渐减小。在断面逐渐收缩逐渐收缩的河口,潮差增大不太显著,出现最大潮差的部位通常在口门附近或口外海滨,进口门后潮差逐渐减小。潮差沿程递减的速度与下泄径流量成正比,故洪水期潮差沿程减小很快,枯水期则慢。
9、此外,潮波在传播过程中,受地转偏向力的作用,在北半球,使得潮差在垂直于传播方向上向右递增,即断面右侧的潮差大于左侧。潮波波形的变化潮波波形的变化:潮波是一种长波长波,它以C=(gH)1/2(g为重力加速度,H为水深)的波速波速向前传播;波峰水深明显大于波谷水深,因此波峰的传播速度大于波谷;潮波形状发生变形,前坡变陡,后坡趋平坦;潮差越大,水深越小(摩擦力越大),潮波变形越剧烈。在河形以及底坡的影响下,由于波峰逐渐赶上波谷,造成陡立的潮波前坡,并发生波峰破碎现象,称为涌潮涌潮。涌潮(怒潮)涌潮(怒潮)1涌潮(怒潮)涌潮(怒潮)2涌潮(怒潮)涌潮(怒潮)3风浪风浪1崩顶(波峰破碎)崩顶(波峰破碎)
10、风浪风浪2崩顶(波峰破碎)崩顶(波峰破碎)破浪带破浪带破浪带破浪带2 2三亚三亚破浪带破浪带破浪带破浪带3 3三亚三亚破浪带破浪带破浪带破浪带4 4夏威夷夏威夷破浪带破浪带破浪带破浪带5 5旧金山旧金山旧金山旧金山破浪带破浪带破浪带破浪带1 1波浪的机械侵蚀作用波浪的机械侵蚀作用1风暴潮风暴潮由台风、温带气旋、冷锋的强风作用和气压骤变等强烈的天气系统引起的海面异常升降现象,称风暴潮风暴增水气象海啸。水位与流速相位关系的变化水位与流速相位关系的变化:河口区的河宽和水深常常是沿河不断变化的,这就会对潮波的运动产生影响,当向前传播的潮波推进到河道断面突然变小的地方时,一部分波能将反射回去反射回去,另
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