河口为河流终点,即河流注入海洋、湖泊或其他河流的地方。未流入湖泊的
内流河称为
无尾河,可以没有河口。河口处断面扩大,水流速度骤减常有大量泥沙沉积而形成
三角形沙洲,称为
三角洲。
研究历史
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》,是一本重要的著作。50年代初期,И。В.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。
类型
现代河口是在
冰后期海侵的基础上发展而成的,不过几千年的历史。在第四纪最后一次
冰期,海面下降了130米左右,河流因基面降低而深深切蚀了河床,后因气候转暖,封锢在陆地上的冰川融化,水归海洋,使海面回升,在距今六七千年前,已达到海面高度,造成许多河谷末端被海水淹没,在
水动力的作用下,泥沙搬运沉积,就逐渐发展而成现代河口。
根据成因的不同,可把河口分为下列几种类型:
溺谷型河口
海侵淹没的河谷末端,海水直拍崖岸。由于河流较小,或流域
来沙不多,虽在湾头或局部地段有泥沙堆积,但溺谷状态仍然保留。
位于低海岸的溺谷型河口,因其外有沙坝的屏障,故河口水体通过
泻湖通道和外海联系、有些研究者特称之为沙坝型河口,如美国
东海岸的庞立科湾。
溺谷型河口的下段,往往呈漏斗状,称为漏斗状河口或三角港。而对那些下段呈漏斗状和成形河流相接的,又称为
河口湾,如中国的
钱塘江河口和
杭州湾。
漏斗状海湾受地形影响,
潮差较大,成为
强潮河口。其湾底地形常有潮流脊发育。
三角洲河口 流域来沙丰富的河口,泥沙沉积于
河口区,不仅改变其冰后期海侵所形成的溺谷形态,且有三角洲发育。一般而言,三角洲发育于
弱潮河口和某些
中潮河口以及河流挟带的泥沙不易为
沿岸流带走的地区。J.M.科勒曼和L.D.赖特根据河流带来的泥沙条件、潮差大小、波能强弱和沿岸流的情况,将河口三角洲分为6种类型:
第1类。波能低,潮差小,沿岸流弱,滨外坡度小,挟带
细颗粒沉积物,普遍有和海岸垂直的指状沙洲,如现代的
密西西比河三角洲。
第2类。波能低,潮差大,沿岸流弱,
海盆窄,
指状沙坝向滨外延伸,形成狭长的潮流脊沙坝,如
奥得河三角洲。
第3类。波能中等,潮差大,沿岸流弱,海盆浅而稳定,水道沙体垂直于岸线,横向和沿岸沙坝相连,如
伯德金河三角洲。
第4类。波能中等,滨外坡度小,沉积物少,在水道和
拦门沙外有沿岸沙坝,如阿巴拉契柯拉三角洲。
第5类。波能高而持久,沿岸流弱,滨外坡度大,分布着大片的沿岸沙体,向陆地倾斜,如
圣弗朗西斯科河三角洲。
第6类。波能高,沿岸流强,滨外坡度大,有和海岸并行的多列狭长沿岸沙坝,水道中沙体减少。
中国的
黄河三角洲河口和
长江三角洲河口,分别属于第1类和第3类。
水流
分汊是河口常见的现象,有单汊、多汊和分汊再会合 3种型式。三角洲汊河一般都较浅,在汊道的口门附近,常有沙体堆积,称为拦门沙(见
河口拦门沙)。
峡江型河口在
冰川作用过的地区,
河槽受冰川挖掘刻蚀,
谷坡陡峻,海侵后形成峡江,其河口的特点在于口门附近有深约几十米的岩坎,坎内水深可达数百米,向着内陆可延伸几百公里。这种河口常见于
高纬度地带,如
挪威的
松恩峡湾和
苏格兰的埃蒂夫湾。
河口的分类,按不同的标准还有多种方法。例如:根据盐度分布和水流特性,可分为高度
成层河口、
部分混合河口和均匀混合河口;根据潮汐的大小,可分为强潮河口、中潮河口、弱潮河口和无潮河口等。
径流入海过程 径流下泄入海的
扩散过程,在惯性、摩擦和浮力的支配下,分别呈现3种不同的基本形式。
① 在径流强劲、泄流和周围水体
密度差较小、
海洋水较深的情况下,径流入海的过程主要由惯性所支配。由于流速较大,入海径流的横向扩展较小,从口门向海存在一个高流速区,其宽度和深度向海逐渐减小,其长度随着径流的大小而变化。在高流速区之外,径流以完全湍流的形式向前推进,并向两侧散开,水流速度不断减小直至消失,挟带的粗
颗粒物质在高流速区的侧翼沉积,而形成新月形沙洲。
② 在径流较强、
泄流和周围水体的密度差很小和海洋较浅的情况下,径流入海过程主要由摩擦所支配,伴有平面
湍流扩散,故横向扩展迅速。水流在向外推进过程中,流速迅速减小,使泥沙淤积而形成浅滩。它反过来增加了底摩擦,进一步使水流减速和扩散,更促成浅滩的发育,以至形成
心滩,其两侧因水流集中而逐步形成汊道。
③ 在径流强度中等、泄流和周围水体密度差较大及海洋较深的情况下,径流入海过程由浮力所支配。径流飘浮在盐水之上,扩散成为羽状流。从口门向海在4~6倍于河宽的距离内,淡水扩展成相当均匀的薄层,其横向扩展介于上述两种形式之间。在扩展过程中,淡水厚度向海逐渐变薄,保持着
断面流量不变,故流速在向海开始扩展的范围内近乎不变。淡水出口门一定距离后,盐水和淡水发生强烈的掺混,使流速迅减,较粗的颗粒就沉积下来。在径流继续向外海扩展的过程中,流速更趋缓慢,水流中挟带的较细颗粒也逐渐沉积下来。另外,在浮力的作用下,淡水层的水面超出周围的海面。因此,淡水层中水体的表层向两侧散开,底部海水向中间辐聚,在横断面上形成一对次生环流。
应该指出,径流入海的水流扩散过程本来已经十分复杂,在潮汐、波浪、沿岸流、河口地形和演变等因素的影响作用下,其过程更加复杂。
河口潮汐及其作用河口在海洋
潮波的作用下,出现河口
潮汐现象。潮波在河口传播的过程中,发生变形,潮差递减,涨潮历时缩短,
落潮历时加长。
涨潮流上溯所达到的界限,称为
潮流界。潮波影响所及的界限称为
潮区界。
在径流随时间的变化
曲线图中,流速曲线的落潮线段和
横坐标所成的面积,与落潮线段及
涨潮线段共同和横坐标所成的面积之比,称为优势值。此值大于50%处的径流,称为落潮
优势流;小于50%者,则为涨潮优势流。潮流界以下的河段,水流因潮流往复变化而变化。在河口区内,由于径流的加入,
落潮流速通常大于涨潮流速,故一般反映为落潮优势流,而且愈接近潮流界,它的优势值愈大。正因为如此,在河口区的
动力因素中,落潮流常是主导因素,对河道的演变起
控制作用。尤其在洪水季节,径流很强,落潮流的作用更为显著。但是,在某些强潮河口,即使在以涨潮流为
控制因素的河段中,仍然存在着以落潮流作用为主的部分。
河口河槽之中,常可见到涨落潮流的路径不一致的现象。落潮流轴线所经的
槽线,称为落潮槽;涨潮流轴线所经的槽线,称为涨潮槽。这两条潮流轴线之间的缓流地区,泥沙易于淤积,常常导致河口心滩的堆积,使河槽断面形态表现为复式河槽,这也是河口分汊的一个重要原因。有些河口,有时涨落潮流在河槽中的流路基本一致,或者偏离不大,河槽断面形态表现为单一的河槽,称为中性槽。
河口河槽的动力条件常常变化,如径流有枯水洪水的变化,潮汐有大潮
小潮之分,因此水流变化非常复杂。河槽演变是以动力变化为依据的,水流条件的改变必然导致河槽逐渐变形;而河槽形态的变化,也必然引起水流结构的迅速改变。如果组成河槽的物质非常疏松,抗冲性能较差,它的河槽就很不稳定,
冲淤变化相当强烈。而大多数河口河槽的边界,正是由近代冲积的疏松物质所组成,因此冲淤变化一般都较显著,甚至出现大淤大冲的现象。相对而言,中性槽由于涨落潮的流路比较接近,河槽演变比较稳定。
盐水和淡水的混合 河水和海水在河口地区相遇,由于密度的差异,径流、潮汐和地形的作用,盐水和淡水发生混合,其方式主要有掺混和湍流扩散两种。淡水在盐水之上流动时,如果两层之间的
切变速度大到一定程度,密度界面产生波动,甚至于
波峰破碎,使一些盐水混入淡水之中,则称这种混合方式为掺混,它只向上层输送水分和盐分,其强度随两水层之间的
速度差的增加而增加。在
潮汐河口,水体随潮汐而振荡,蕴藏着巨大的能量。这些能量主要消耗在
河口水流为克服河床摩擦所做的功上,从而产生湍流,使盐水和淡水混合,则称这种混合方式为湍流扩散。它既能把盐水带入上层,又能把淡水带入下层,两层之间的水分
交换量相等,而盐量自下层向上层输送。当河口基本上分层但有湍流的时候,混合既有掺混又有湍流扩散。盐水和淡水的界面附近,由于
摩擦阻力和掺混的作用,部分盐水被上层淡水挟带入海,为了补偿进入上层的水量,下层盐水出现上溯流,使河口内部形成环流。它是入海河口特有的水流结构,对河口的
泥沙运动有着重要的意义。
河口的盐水和淡水的混合,一般分成高度成层、部分混合、均匀混合等类型(见
河口的混合和环流类型)。
峡江水深,其河口有岩坎存在,潮汐振动在任何情况下只影响于它的上层,振动所产生的湍流非常微弱。因此,峡江河口被视为一种具有无限深的高度成层河口。
对于河口盐水和淡水混合的分类,有着多种分类图表。如D.V.汉森和M.小拉特雷以表层和底层的盐度差为
纵坐标,平均表层流速和淡水流速之比为横坐标,在图解内把河口分为均匀混合、部分混合、
盐水楔、峡江和无混合五种类型。
河流输出物和河口沉积百川汇入大海,除输出水之外,还有固体和其他化学
物质随径流下泄入海。固体物质在河口附近沉积,或被带到更远的地方沉积下来。
河流搬运的固体物质,其粒度较粗的沿河床滚动或跳跃下移,少数被湍流带入水中,呈悬移状态,但流速降低时,就沉积下来。固体搬运量常用悬沙来计算,而底沙实测资料甚少,有人用全部搬运量的1/10来估算底沙的搬运量。
细颗粒泥沙呈悬移状随水流入河口,和海水接触后,其性质发生变化。盐水和淡水的交会、可以改变粘土的某些
化学成分,同时颗粒表面所带的电荷也发生变化。它们相互吸引而发生
絮凝。在
氯度为 3‰时,
絮凝作用迅速增强,在氯度为7~8‰时,泥沙浓度超过300ppm时,絮凝作用最强。絮凝使颗粒加大,沉速因此增加。如絮粒大于30微米时,其
有效密度约为11千克/米2。若物质被带到低盐水中,絮粒则被
湍流分离。在泥沙浓度很高的情况下,悬沙可抑止湍流作用,物质沉降成为泥层,其浓度可高达3×105ppm以上,在某些航道中呈现
浮泥层。
在河口水体中,
悬浮物质絮凝而沉降,进入底层高盐水中,而底层水体是上溯运动的,故悬浮物质被带到盐水楔顶或滞流点(部分混合河口底层净流速的零点)处沉积下来;同时,上游河床物质在下移过程中,也在这里减速而停滞。因此,盐水楔顶或滞流点附近,就成为河口泥沙发生强烈淤积的地带。
在部分混合的河口,常有最大混浊带出现。此处泥沙浓度比它的上下游都高。位于盐水入侵的上段,恰好在细颗粒泥沙沉积的河段处,常和广阔的淤泥滩相连接。它的位置随径流的大小而变化,随
潮汐涨落而迁移。最大混浊带的形成和
河口环流有关,悬沙被下泄流带至河口,当它沉降到下层时,和盐水中的物质相结合,并上溯于楔顶,
混合作用把部分泥沙带回上层,再向海输送。这种循环促使这一地区的泥沙浓度提高,并使泥沙有效地分选,把颗粒较小因而
沉速较低的泥沙,带到邻近海岸甚至
大陆架上沉积下来。另外,细颗粒物质受
海洋生物的作用而聚集成团,也促使
河口泥沙的沉积。
由于
地理环境不同,各条河流输出物的化学搬运量的差异很大。一般而言,湿润区域的化学物质径流和固体物质径流的比值较大,干燥区域较小。就世界河流总体而言,化学物质径流Td和固体物质径流Ts有如下的经验关系
Td=6.2T0.37s
河口的研究,关系到很多社会经济问题。河流输出物对河口的填充,使三角洲不断推进和扩展。五六千年来,
长江口建造了3万多
平方公里的三角洲,黄河三角洲造陆速度为每年23.5平方公里。肥沃的土壤,丰富的水资源,使三角洲成为重要的农业基地。天然三角洲的湿地需要疏干,需要防范洪水大潮的侵袭。农业所需的
灌溉用水,都直接受到河口动力因素和泥沙运动因素的影响。河流带来丰富的
营养物质,经过河口,汇注海洋,使河口的近海水域,常为重要的渔场,如长江口外的
舟山渔场、
吕四渔场等。河口不稳定的动力因素,盐度和温度的变化,都直接影响
鱼类的
回游路线和
产卵场位置的变化。同时,镶嵌的盐水也影响着
生物群落的分布(见
河口生态)。河口蕴藏着丰富的
潮汐能源,又便于内地和外海的交通,故普遍在河口建港。正因为如此,世界上80%的大城市都分布在河口区。然而河口的动力因素和泥沙运动复杂,而且普遍存在拦门沙,必须整治和疏浚,以维护航道的水深,这也是水运事业中的关键问题。特别是船舶向大吨位方向发展,此问题就显得更加突出。此外,在河口区的城市建设中,有关供水、排污和环境保护等问题,日益受到关注。