长江口北槽最大浑浊带泥沙过程.docx

长江口北槽最大浑浊带泥沙过程摘要：利用长江口北槽口内和口外大潮和小潮的流速、盐度和含沙量资料对北槽最大浑浊带水动力、泥沙过程及成因机制进行了分析和研究。此外还利用一维悬沙数学模型对北槽的悬沙过程进行了模拟。研究结果表明：在北槽口内最大浑浊带形成的主要动力过程是潮汐的不对称性和河口重力环流。在北槽口外最大浑浊带形成的主要动力过程则是河口底部泥沙的周期性再悬浮。在长江口北槽口内、口外最大浑浊带中细颗粒泥沙的再悬浮过程也存在着一定的周期性。此外由盐度、悬沙浓度层化引起的“层化抑制紊流”也是长江口北槽口内、口外最大浑浊带的成因机制之一。长江口北槽口内和口外水动力悬沙过程的差异性在一维数学模拟的结果中也得到了证实。关键词：长江口最大浑浊带潮汐不对称性重力环流再悬浮层化1引言河口“最大浑浊带”是河口细颗粒泥沙运动的主要沉积特性。它发生在河口口内盐度入侵较大的区域附近含沙量明显高于上游和下游地区而且在不同的水文条件下持续出现。自法国学者Glangeaud[1]在吉论特河口(LaGironde)首先发现并定义河口浑浊带(法文BouchonVaseux)后世界各国学者都对这一现象作了大量的深入的研究。影响浑浊带形成和发育的过程包括(详见综述时伟荣等[2])：(1)沉降和起动滞后效应(主要存在于潮汐不对称且潮差沿程变化的河口)；(2)絮凝作用(由于紊动碰撞和盐度引起的絮凝作用的相互作用)[3]；(3)高浓度悬浮体的悬浮作用(浮泥层在风浪和潮流作用下的大规模悬浮)[4]；(4)河口环流模式(混合型河口内存在的底层向陆、表层向海的余环流模式)[5]；(5)潮波变形引起的输沙作用(单纯的潮汐作用影响斯托克斯输移)[6]；(6)冲刷浑浊带(河口潮差的沿程变化受到断面束窄和低边界摩擦因素的作用)[7]。国外河口最大浑浊带的研究主要依赖于现场实验[8～13]。值得一提的是Geyer[14]用一个简单的数学模型说明了由于层化产生的紊流抑制大大加强了在河口最大浑浊带悬沙的捕集。他认为在中等和高度分层的河口中紊流扩散在盐水入侵的上游区域和盐水入侵的层化区域之间明显减小在上游区域中紊流不受盐度层化的影响而在盐水入侵的层化区域紊流受到盐度层化的影响减小。紊流扩散的减小导致了水流挟沙量的减小从而使泥沙被捕集在盐水入侵的陆缘。这种捕集过程发生在与河口辐聚同一地方但前者在捕集细颗粒方面比后者更有效许多倍。这为河口最大浑浊带成因提出了新机制。长江口是长江注入东海的入海口自徐六泾以下经过三次分汊共形成四个入海通道。崇明岛将长江口分为南支和北支；长兴岛和横沙岛又将南支分为南港和北港；南港又进一步被九段沙分为南槽和北槽(图1)。长江口水动力情况复杂径流、潮汐、科氏力、波浪及沿岸流作用都较强烈口外还受上升流影响[15]。根据大通水文站多年统计资料长江多年平均流量29500m3·s-1。长江口为中等潮差的河口根据中浚站多年统计资料多年平均潮差为2.66m。长江口实测最大年输沙量为6.78亿t最小年输沙量3.41亿t年平均输沙量大约有4.86亿t。每年由上游携带来的泥沙中有50%左右在长江口水下三角洲地区沉积下来成为形成长江口拦门沙的主要成份。(A:9310站位：B：9405、9410站位；详细经纬度见文中)图1长江口及观测站位分布图ChangjiangEstuaryandmonitoringstations9310站位地处北槽口内在02hr和18hr的涨急时刻出现了较大的流速(图2)。由于9310站位处于长江口口内其受到的径流对流影响较大这使得原本就较为复杂的水流分布问题变得更加复杂。在涨落潮周期内也存在着明显的历时不对称性。其中涨潮历时比落潮历时短很多原因是9310站位由于河口处于枯水期(10月份)因而在涨潮阶段的径流大量地涌入长江口增加了大潮的历时；而落潮阶段为了在长江口保留一定的水位以致减缓了落潮的历时。此外落潮流速明显大于涨潮流速(图2)。盐水楔出现在落急时段尤其在第二个落急时段盐水楔更加明显(图2)。而在其它时刻由于9310站位处于口内淡水占主主要部分所以含盐度较低。在每一个涨落潮周期内至少存在2次再悬浮过程(对应于2个高含沙区)并分别发生在落急附近(00hr～06hr93.10.31)和涨憩、落急附近(11hr～20hr93.10.31)(图2)。在再悬浮过程中由于底部含沙量较大加之部分由径流和上层水体中淤积下的泥沙使得水体含沙量出现了峰值且对应于流速相对较大的区域。从整个水深、时间变化过程(图2)可知悬沙浓度出现层化现象。图2流速、盐度、含沙量沿水深、时间变化过程(9310站位大潮)