长江口细颗粒泥沙过程.docx

长江口细颗粒泥沙过程摘要：本文对长江口细颗粒泥沙过程研究进行了总结并提出了今后重点研究方向：1）长江口细颗粒泥沙是非均匀沙其运动机理究竟如何？2）大规模水利工程究竟如何影响长江口最大浑浊带?3）在长江口细颗粒泥沙过程的数学模拟中如何考虑河口波、流相互作用(耦合)及其对近底细颗粒泥沙输移的影响?4）整个长江口水域瞬时、连续的水深、含沙量、地形变化资料的获取技术和方法的改进以提高长江口细颗粒泥沙过程数学模拟的精度。5）长江口悬沙以拉格朗日模式输运而过去大多悬沙观测调查是在欧拉模式中进行如何进行欧拉和拉格朗日模式对比研究?6）风暴潮、台风等对长江口细颗粒泥沙运动的影响。关键词：长江口最大浑浊带细颗粒泥沙1引言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)。根据大通水文站多年统计资料长江多年平均流量29500m3s-1。长江口外潮汐为正规半日潮口内为非正规半日浅海潮。长江口为中潮河口根据中浚站多年统计资料多年平均潮差为2.66m。长江口波浪主要为风浪以及风浪和涌浪的混合浪。长江口水域的沿岸流主要为苏北沿岸流。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4.66亿t[1]。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。图1长江口略图SketchmapofChangjiangRiverEstuary从以上研究可见长江口最大浑浊带细颗粒泥沙运动主要表现为：1)垂向交换、2）南北槽平面输移3）水平富集沉降。这几种运动方式分别发生于何种条件下呢?作者认为可能同时发生从已有的文献看这一问题有待进一步研究。6长江口浮泥特性河口学家对长江口浮泥也进行了现场实验观测研究[3940]。通过对提纯粘粒做X射线、电子显微镜、差热和脱水分析张志忠等[39]定性地鉴定出长江口浮泥的粘土矿物成份并探讨了浮泥的形成条件和分层沉淀现象。结果发现：①长江口南槽底质中粘土的矿物成分主要是伊利石；②长江口的浮泥可能主要是汛季上游带来大量粘土的细颗粒物质在长江口受咸水环境作用絮凝沉降所致；③长江口浮泥层是由浓度高、密度大、颗粒细的物质组成的分层的半流体的透镜体。长江口浮泥的特性：①长江口浮泥面容重1.04g/cm3底板容重1.25g/cm3；②组成浮泥的细颗粒泥沙中值粒径6.44～6.97;③组成浮泥泥沙的粘土矿物为伊利石-绿泥石高岭石蒙脱石组合；④自然状态下一般浮泥厚度为0.1～0.4m[40]。7长江口细颗粒泥沙絮凝机理和絮凝体沉降速率细颗粒泥沙絮凝是潮汐河口的普遍现象其机理具有多样性如：盐度、高含沙量条件下颗粒碰撞、有机物或生物作用引起的絮凝湍流强度变化产生的变化。长江口细颗粒泥沙絮凝主要侧重于盐度絮凝絮凝现象的产生必须同时具备两个条件：①絮凝体的电化学反应和颗粒之间的碰撞；②絮凝体所受剪切力小于其抗剪强度[4142]。实验表明产生絮凝的最小悬沙粒径是0.030mm当粒径处于0.01至0.03mm时絮凝作用是很微弱的。由于絮凝作用颗粒大小可以在0.001mm到0.1mm范围内迅速变化。长江口细颗粒泥沙絮凝机理的研究也得到了发展[541～54]。通过现场新鲜水样进行的显微摄影关许为等[46]测得长江口不同区域絮凝体分布、形状、结构和尺寸并分析了盐度分布和潮汐现象对泥沙絮凝现象的影响。絮凝体直径分布在0.01～0.5mm之间大部分出现在0.01～0.2mm范围内。絮凝团主要有条状、团状和蜂窝状三种形式。盐淡水交汇锋面附近、拦门沙河段临底区域为出现大量絮凝体的区域。低流速情况下特别是憩流期絮凝较为显著；而高流速情况下例如涨急与落急期絮散比较明显。根据长江口细颗粒泥沙絮凝沉降试验和长江口一年的实测阳离子浓度资料蒋国俊、张志忠[48]分析了阳离子浓度对细颗粒泥沙动力絮凝沉降的影响。结果发现：①长江口细颗粒泥沙动力絮凝存在最佳离子浓度；②在阳离子浓度相同的水体中高价离子比低价离子更能促进细颗粒泥沙的动力絮凝沉降；③长江口阳离子浓度的时空变化影响细颗粒泥沙絮凝沉降强度和沉积部位对拦门沙的发育及冲淤变化有重要影响。HanandLu[43]得出如下长江口细颗粒泥沙絮凝沉速的综合关系式ω/ω0=26.5(1/K·Cmf/C)-0.8(絮凝沉降加速阶段)(1)ω/ω0=26.5(1/K·Cmf/C)0.892(絮凝沉降