河口是陆海相互作用和人类生产生活高度密集的关键带,在全球变化环境下,其水沙动力及地貌演变过程受到人类活动的强势影响,包括流域水库群等引起的持续减沙、河口港口航道开发、围垦和生态治理等工程影响,导致河口动力-泥沙-地貌耦合系统的多重调整和适应过程,由此影响河口保护和开发利用,亟需研究河口动力地貌调整过程及作用机制。本研究聚焦长江河口这一大型高浊度河口系统,回答河口最大浑浊带的水沙动力地貌过程对人类驱动的响应机制问题,由此丰富动力-泥沙-地貌耦合系统的理论,为河口未来的可持续发展提供科技支撑。拟解决的关键科学问题是人类活动影响下河口水沙动力地貌响应特征及相互作用机制。主要研究内容包括:1)人类驱动的长江河口水沙动力及地貌响应和转型特征;2)认识泥沙对水动力和最大浑浊带发育的反馈机制及人类活动的重要作用。1.人类驱动的长江河口水沙动力及地貌响应和转型特征河口地貌响应对减沙具有缓冲能力,拦门沙淤蚀转变滞后于流域减沙约30年。河流减沙影响的河口地貌响应变化是研究热点,但对其中地貌响应的非线性、非瞬时特征认识还很欠缺。基于长江口 1953-2016年实测地形资料及近30年遥感影像,对比分析了横沙东滩和九段沙两个大型沙体年代际演变过程。发现两个沙体均维持淤涨态势至2010年,九段沙的淤涨速率高于横沙两倍以上,且九段沙呈现“长高不长大”,横沙呈现“长大不长高”的淤涨特征,两个沙体不同的淤涨速率和发育特征一方面受径流、潮流、风浪等动力差异和泥沙特性条件影响,另一方面植被引种工程和围垦工程分别对九段沙和横沙的淤涨起到了重要作用。2010-2016期间两个沙体出现冲刷态势,低潮滩的侵蚀与航道疏浚工程密切相关,高潮滩的侵蚀部分反映了对流域来沙级配的调整。长江口拦门沙对流域减沙的地貌响应存在明显时间滞后效应,且局部人类活动是引起侵蚀的重要原因。以横沙东滩、九段沙和北槽为整体,分析最大浑浊带冲淤变化,研究表明其在1997和2007年前后经历了从淤积向侵蚀的迅速转变,该转变主要由航道疏浚工程导致。2010年以后持续侵蚀,该侵蚀由流域减沙和航道工程共同导致。其中,航道疏浚的泥沙量对最大浑浊带2010年以后的侵蚀贡献了约50%。河口潮汐存在对地形、工程和悬沙浓度等变化的复杂响应关系,体现河口动力与地貌之间的耦合调整过程。潮汐是河口的主要驱动力之一,潮汐变化可以反映河口动力地貌的调整特征。基于长江口南支及以下河段1990年以来的潮汐数据认识到,1990-2010年徐六泾-杨林河段潮汐衰减减弱,水头差减小,2010-2020年期间潮汐衰减略有增强,水头差略有增大;1996-2011年间,南港（石洞口-横沙）的潮汐衰减先减弱后增强,北槽口外（牛皮礁-绿华）的潮汐衰减经历了增强-减弱-增强的变化,而最大浑浊带（横沙-牛皮礁）2010年以前潮汐衰减增强,之后有减弱的趋势。结合潮动力数值模型,发现流域减沙对南支潮汐演变的控制作用,主要包括南支侵蚀使得水深增大,主导了1990-2010年间的潮汐衰减减弱;南支含沙量减小幅度高达70%,其引起的床面阻力增大约60%,在1990-2010年间削弱了约75%由水深增大引起的潮汐衰减减弱,且对2010-2020年潮汐衰减增强起主导作用。阻力变化控制了最大浑浊带潮汐演变,主要包括1997-2010年间,航道工程建设期间导堤丁坝引起的形态阻力增大阻力约40%,导致期间潮汐衰减增强;2010年以后阻力有减小的趋势,这主要与浮泥形成引起的减阻效应有关,使得潮汐衰减减弱。但近两年（2019-2020）实测最大浑浊带含沙量有明显减小的趋势,这导致床面阻力增大,该作用与浮泥发育减阻作用相反,将共同影响近期潮汐演变。2.泥沙对水动力和最大浑浊带发育的反馈机制及人类活动的影响揭示了高含沙水体密度效应与最大浑浊带之间的互馈作用。河口高含沙水体中的泥沙会改变水体密度及其空间梯度,叠加盐度引起的密度梯度,导致更复杂的水动力结构特征,但以往对泥沙的密度梯度效应认识不足。为此基于三维水沙动力模型,研究表明含沙量密度梯度或盐度密度梯度均能抑制紊动、减小阻力,增大潮差,但单一含沙量密度梯度引起的斜压力较小,难以形成最大浑浊带。单一盐度密度梯度能产生较大的斜压力,形成表层向海、底层向陆的垂向环流,促进口内泥沙净输运,利于最大浑浊带的形成。含沙量和盐度密度梯度之间的相互作用下,产生较强的纵向及垂向含沙量密度梯度。纵向含沙量密度梯度使最大浑浊带近陆区域的斜压力增大,促进泥沙净输运向陆,使最大浑浊带近海区域的斜压力减小,促进泥沙净输运向海,抑制最大浑浊带的发育。垂向含沙量密度梯度一方面由于泥沙沉降增大底部含沙量,增大垂线含沙量密度梯度,另一方面促进垂向环流和盐度层化,增大潮差和盐度,促进盐水入侵,并增大盐度密度梯度的作用,进一步促进泥沙捕集,与水动力形成正反馈作用,促进最大浑浊带的发育。阐明了泥沙特性、潮汐不对称和床面泥沙交换对含沙量密度作用的影响。通过三维水沙动力概化模型,采用悬沙机制分解法,解析了口内泥沙净输运的主要控制机制。阐明泥沙粒径通过影响沉降速度影响最大浑浊带的位置,床面临界切应力主要影响最大浑浊带含沙量的量级。发现含沙量密度梯度通过改变河口环流和潮泵效应的相对大小,影响最大浑浊带。主要表现为含沙量密度梯度增强河口环流对口内泥沙净输运的贡献,促进最大浑浊带核心区向口内移动,当泥沙为细颗粒时,该作用涨憩时间占优较涨潮流速占优更为显著;其对潮泵效应的改变受潮汐不对称影响,并控制最大浑浊带的发育;当潮泵效应被削弱时,核心区含沙量量级减小,抑制最大浑浊带的发育,反之则促进最大浑浊带发育。床面交换引起的底部含沙量浓度升高,进一步增强含沙量密度梯度作用,使得河口环流强于潮泵效应,主导口内泥沙净输运。分析了人类活动和气候变化影响下,含沙水体密度效应对盐水入侵的重要作用。人类活动和气候变化改变流域水沙和海域潮汐特征,影响盐水入侵,其中泥沙起到了重要的桥梁作用。上述结果表明,含沙量密度梯度作用促进盐水入侵,本文进而考虑径潮流相互作用对含沙量密度梯度的影响,模型结果表明,洪季,垂向含沙量密度梯度起主导作用,其控制最大浑浊带含沙量量级;枯季,纵向含沙量密度梯度起主导作用,其控制最大浑浊带范围。针对最大浑浊带含沙量量级与盐水入侵的关系问题,发现泥沙密度效应影响加剧盐水入侵的强度:最大浑浊带底部含沙量约2 kg/m3时,盐水入侵基本不受泥沙密度影响,底部含沙量增大至高于20-30 kg/m3后,盐水入侵加剧明显,年取水天数可缩短数月。因此,人类活动和气候变化通过改变来水来沙条件调节最大浑浊带的发育,不同程度地影响盐水入侵;流域减沙70%使河口含沙量降低的同时,有缓解盐水入侵的作用。综上所述,人类驱动的长江河口潮汐、含沙量和地貌,对流域减沙具有空间分段响应的特征,且最大浑浊带含沙量和地貌响应表现出明显的时间滞后。通过数学模型深入研究了动力-泥沙-地貌的耦合作用机制,包括含沙量对水动力和最大浑浊带发育的反馈机制和影响条件,分析了不同人类活动,特别是流域减沙影响下最大浑浊带的发育对盐水入侵的作用,加深了对人类驱动的河口水沙动力及地貌演变规律和控制机制的认识,对河口可持续发展具有重要意义。本文模型研究简化了床沙供给、泥沙组分、风浪和沿岸流等因素,未来还需关注这些因素以及河口不同区域和整体的演变特征及差异性;加强观测,确定河口演变的短期波动和长期趋势。