水坝改变潮汐，查尔斯顿河口风暴潮研究新发现

为防止沿海洪灾而修建的水坝可能会使情况恶化

一项新研究表明，修建水坝以防洪的常见做法实际上可能导致更严重的沿海洪灾。通过分析南卡罗来纳州查尔斯顿港一个多世纪以来的数据和测量结果，研究人员发现沿海水坝不一定能缓解洪灾。水坝可以增加或减少洪灾风险，这取决于洪水的持续时间和水流的摩擦力。

通过分析南卡罗来纳州查尔斯顿港一个多世纪以来的数据和测量结果，研究人员确定沿海水坝不一定能减轻洪水灾害。大坝可以增加或减少洪水风险，这取决于洪水泛滥的持续时间和水流产生的摩擦力。

“我们通常认为，随着进入内陆，风暴潮会变得越来越小，但盆地的形状实际上会导致它变得更大，”主要作者、阿拉斯加费尔班克斯大学渔业和海洋科学学院助理教授史蒂文·戴克斯特拉说。

河口通常呈漏斗状，向内陆延伸时变窄。建造一座水坝可以缩短河口，形成一道人工墙，反射向内​​陆移动的风暴潮。变窄的通道形状也会产生随浪涌持续时间而变化的微小反射。

以查尔斯顿港为例，研究人员利用计算机模型评估了不同地理区域内其他 23 个河口的洪水反应情况。其中包括筑坝河口系统和自然形成的河口系统，包括阿拉斯加的库克湾。

模型证实，盆地形状以及因水坝而缩短盆地的改变是决定风暴潮和潮汐如何向内陆移动的关键因素。在适当的振幅和持续时间下，筑坝环境中的波浪会增强而不是减弱。

研究还发现，远离沿海大坝的地区仍然可能直接受到人造基础设施的影响。在查尔斯顿地区，最高的风暴潮通常发生在内陆 50 英里以外的地方。

参考文献：Steven L. Dykstra, Stefan A. Talke, Alexander E. Yankovsky, Raymond Torres, Enrica Viparelli. Reflection of Storm Surge and Tides in Convergent Estuaries With Dams, the Case of Charleston, USA. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2024; 129 (9) DOI: 10.1029/2023JC020498

一、什么是潮汐？

潮汐，简单来说就是海平面周期性涨落的现象。我们常常能看到海边海水一会儿涨上来，一会儿退下去，这就是潮汐现象。

为什么会有潮汐？主要是因为月球和太阳的引力作用。地球、月球和太阳之间的相互作用力，导致地球上的海水发生周期性的涨落。就好比月球对地球上的海水有一种“拉扯”力，这种力会随着月球和地球相对位置的变化而改变，从而引起潮汐。

潮汐周期一般是半天左右，也就是12小时25分。这是因为月球绕地球转动一周大约需要29.5天，地球自转一周需要24小时，这两个周期共同作用就形成了我们看到的潮汐周期。

潮汐与风暴潮有什么区别呢？虽然潮汐和风暴潮都会引起海平面的变化，但它们是完全不同的两种现象。潮汐是一种正常的自然现象，是由天体引力引起的周期性变化，具有规律性。而风暴潮则是一种异常的自然现象，通常是由台风、温带气旋等强烈的天气系统引起的。风暴潮发生时，海平面会急剧上升，远远超过正常潮位，并伴有巨浪和强风，对沿海地区造成严重的破坏。

形象的说，潮汐是“按时上班”的“上班族”，每天准时来回。风暴潮是“不速之客”，来势汹汹，破坏力巨大。

影响潮汐的因素除了月球和太阳的引力，还有很多因素会影响潮汐，比如：海岸线形状，海岸线形状不同，潮汐的涨落幅度也会不同；海底地形， 海底地形的变化也会影响潮汐的传播。气象条件中 风向、风速、大气压等气象条件也会对潮汐产生影响。

潮汐是自然界一种奇妙的现象，它不仅影响着海洋生物的生存，也对人类的生产生活产生了深远的影响。

二、水坝对潮汐和风暴潮有什么影响？

水坝作为一种人工建筑，对河流和沿海地区的生态环境产生了深远的影响，其中对潮汐和风暴潮的影响尤为显著。

1、对潮汐的影响：

• 改变潮汐周期和幅度： 水坝的修建阻挡了河水的自由流动，改变了河口的潮汐周期和幅度。上游水域的潮汐现象可能减弱甚至消失，而下游水域的潮汐则可能加强。
• 影响潮汐波传播： 水坝会阻挡潮汐波的传播，导致潮汐波在水坝处发生反射，从而改变潮汐的相位和振幅。
• 改变河口沉积物分布： 水坝的修建会改变河流的输沙量，影响河口地区的沉积物分布，进而影响潮汐的传播。

2、对风暴潮的影响

• 放大风暴潮效应： 在某些情况下，水坝会放大风暴潮的影响。当风暴潮遇到水坝时，水位会迅速上升，如果排水不畅，很容易导致洪涝灾害。
• 改变风暴潮传播路径： 水坝的存在会改变风暴潮的传播路径，可能导致风暴潮向其他地区扩展，扩大受灾范围。
• 增加风暴潮的破坏力： 水坝的存在可能增加风暴潮的破坏力，因为水坝阻挡了水流，增加了水位的上升速度，从而加剧了风暴潮对沿海地区的冲击。

水坝对潮汐和风暴潮的影响是复杂的，具体影响程度取决于水坝的规模、位置、河流的特征以及风暴潮的强度等多种因素。在修建水坝时，必须充分考虑其对水文环境的影响，采取相应的措施减轻不利影响。

需要注意的是，不同类型的水坝影响不同， 闸门式水坝、溢流坝等不同类型的水坝对潮汐和风暴潮的影响也不尽相同。在修建水坝之前，必须进行详细的环境影响评估，以预测水坝可能带来的影响，并采取相应的措施进行缓解。对水坝的管理需要综合考虑生态、经济和社会等多方面的因素，制定科学合理的管理方案。

总而言之，水坝的修建虽然给人类带来了诸多益处，但也对自然环境产生了深远的影响。因此，在发展水利工程的同时，我们必须重视对生态环境的保护，以实现人与自然的和谐发展。

三、研究结果对河口地区的洪水管理有何启示？

基于Steven L. Dykstra等人在《Journal of Geophysical Research: Oceans》发表的关于查尔斯顿河口风暴潮和潮汐反射的研究，我们可以得出以下几点对河口地区洪水管理的启示。

1、考虑大坝的双重影响：研究表明，大坝对潮汐和风暴潮的传播有复杂的影响，既可能放大也可能减弱波幅。因此，在规划和建设大坝时，需要综合考虑其对洪水风险的潜在影响，特别是在风暴潮频发的地区。

2、加强监测和预警系统：由于大坝和河口几何形态的变化会影响潮汐和风暴潮的传播，建立和加强监测和预警系统显得尤为重要。实时监测水位和波动情况，及时发布预警信息，可以帮助相关部门和居民提前做好防范措施。

3、针对性更强的洪水管理方案：针对不同河口的特点，制定差异化的洪水管理方案。涉及水利、气象、海洋等多个部门，需要加强合作。

总的来说， 这项研究强调了在河口地区进行洪水管理时，需要综合考虑水坝、潮汐、风暴潮等多种因素，并采用更加科学、精准的方法进行风险评估和管理。只有这样，才能有效降低洪水灾害的损失。

四、思考

海平面上升将如何与水坝和潮汐相互作用，加剧或减轻洪水风险？更频繁、更强烈的风暴潮和极端降雨事件将如何影响河口地区的洪水风险？ 气候变化将如何改变河口的径流、蒸发等水文过程，进而影响潮汐和风暴潮？

水坝对河口沉积物输运的长期影响如何？沉积物的变化将如何影响河口的形态和水动力过程？水坝对河口生态系统的长期影响如何？生态系统的变化将如何反馈影响洪水风险？水坝老化将如何影响其对潮汐和风暴潮的调控作用？

如何将水动力模型、波浪模型、沉积物输运模型等耦合起来，更准确地模拟河口复杂的水动力过程？如何改进模型中的参数化方案，更好地描述小尺度过程对大尺度水动力过程的影响？如何量化模型输出的不确定性，提高模型预测的可靠性？

这些有趣的问题旨在激发你的思考，助你更深入地理解，希望能为你带来新的启示和帮助~~~

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