长江口特大洪水浑浊带悬沙粒度分布特征

2020年长江流域发生了历史第二大洪水,大通站洪峰流量达到84 500 m3/s。本文基于2020年7月长江口特大洪水期间最大浑浊带多站位的水沙观测数据,重点分析了悬沙粒度组分的时空分布特征,并与常态水文条件下的粒度数据进行对比。结果表明：（1）最大浑浊带悬沙垂向平均中值粒径为10.4μm,变化范围为6～27μm,以黏性细颗粒泥沙为主;其中核心区南槽、北槽及北港的中值粒径分别为8.4μm、7.6μm和8.5μm,过渡区分别为7.2μm、16.4μm和14.5μm。（2）悬沙中值粒径垂向分布受不同组分影响,核心区底层中值粒径为8.8～9.6μm;底层黏土含量在28%～31%之间,粉砂含量在61%～64%之间,中值粒径主要受黏土及粉砂组分影响;过渡区北港和北槽垂向平均砂组分高达19%,南槽砂组分平均仅占5%,中值粒径主要受砂组分影响。（3）对比2013年洪季浑浊带数据,2020年粒径整体增大5.4μm,核心区黏土含量相较2013年减少12.7%,砂增加6.3%;过渡区北槽与北港平均粒径增大10μm。     

长江口浑浊带的形成机理与特点

泥沙积聚再悬浮是长江口浑浊地带形成的主要机理.促使泥沙积聚有径流潮流相互作用和盐淡水交汇混合两种机制,前者形成潮汐浑浊带,后者形成盐水浑浊带长江口浑浊带是具有两种不同机制的盐潮复合浑浊带.长江口浑浊带在不同时间、不同地点表现出不同的特点.     

长江口南槽最大浑浊带短周期悬沙浓度变化

2003年2月17～24日,在长江口南槽最大浑浊带地区进行了大、小潮水文泥沙定点连续观测.用OBS-5观测水深、盐度和浊度,用直读式海流计(SLC9-2)观测不同水层流速,同时获取了不同潮时不同水层悬沙水样.通过对水深、盐度、浊度、悬沙浓度和流速等数据进行大、小潮周期对比与分析.得出如下主要结果:(1)盐度和水流流速变化范围分别为13.5～22.3和0.30～2.13 m/s;(2)表层与底层悬沙浓度变化范围分别为180～222 mg/L和1 019～1 300 mg/L;(3)一个潮周期内,可出现4次悬沙浓度峰值;(4)通常情况下,悬沙浓度值涨潮大于落潮,大潮大于小潮,但强风或风暴潮会改变大、小潮的悬沙浓度变化格局.研究表明,研究区悬沙浓度变化具有一定的周期性和规律性,但也存在一些不确定性.长江口南槽最大浑浊带的发育主要是由于"潮泵效应"和盐水异重流引起的对床底侵蚀和泥沙再悬浮造成的.另外,动水絮凝和滩槽之间泥沙交换,也对最大浑浊带的形成与发育有重要影响.     

1982和2012年枯季长江口最大浑浊带悬浮泥沙和盐度垂向剖面特征对比

2012年1月在长江口北港、北槽和南槽水域纵断面开展枯季多船准同步观测,将获得的大小潮悬浮泥沙和盐度数据与1982年12月同水域调查结果进行对比分析。结果表明：2012年长江口最大浑浊带枯季悬沙浓度比1982年减小了约50%;北港、北槽、南槽相近测点的大潮垂向平均悬沙浓度相较于1982年分别减小了43%、60%和40%,2012年长江口表层平均悬沙浓度与1982年相比减少了约53%。北港断面浑浊带核心与1982年浑浊带核心位置相近;北槽浑浊带核心向内迁移;南槽浑浊带核心位置向外迁移。2012年与1982年枯季遥感反演的长江口同水域表层悬浮泥沙浓度也明显降低。在30年来入海泥沙持续减少背景下,长江口3条入海主汊的最大浑浊带特征依旧显著,径流与潮流的此消彼长、径流的季节分配不同以及口内汊道分流分沙比的变化影响了长江口最大浑浊带核心的移动,浑浊带悬沙浓度最高的地段也是盐度梯度最高的地区。     

长江口南槽最大浑浊带潮周期内悬沙变化规律及其影响因素

最大浑浊带水体悬沙时空变化过程是河口沉积动力学研究的核心内容之一。利用2013年6月16—24日在长江口南槽最大浑浊带自小潮至大潮连续9天的逐时定点水文及悬沙观测资料,分析南槽最大浑浊带悬沙垂向变化特征及影响机制,由此加深对长江口最大浑浊带形成及变化的理解。主要结果包括：(1) 南槽最大浑浊带悬沙平均粒径为3.52～18.84 μm。从小潮到大潮、从表层水体到底层水体,悬沙粒径逐渐增大,水体含沙量逐渐增大,含沙量为0.12～2.29 g/L。(2)水体流速呈现自下而上、自小潮到大潮逐渐增大的态势,与悬沙粒径的关联度较好;而水体盐度呈现自上而下、自小潮到大潮逐渐增大的态势,与悬沙含量的关联度较好。(3)南槽最大浑浊带水体悬沙垂向变化涵括两种控制机制：涨落潮作用引起的底沙再悬浮控制水体悬沙约7 h的周期性变化;涨潮流挟带的口外泥沙絮凝形成的絮团在涨潮流和重力作用的影响下引起水体悬沙出现约14 h的周期性变化特征。     

长江口最大浑浊带及邻近水域营养盐的分布特征

根据2003年11月~2004年8月4个航次的调查数据,探讨了长江口最大浑浊带及邻近水域营养盐的分布特征。结果表明,营养盐浓度一般随盐度的增加而减小,不同营养盐表现出不同的平面分布和季节变化特点。最大浑浊带所处地理位置、水动力状况、高悬浮体含量以及生物活动等决定了营养盐分布不同于整个调查水域。与整个调查水域相比,最大浑浊带营养盐浓度更高;无机N的硝化作用进行得更为充分;高的DIN/PO4-P和SiO3-Si/PO4-P比(远高于Redfield比),相对低的SiO3-Si/DIN比等。透明度是最大混浊带浮游植物生长的主要限制因素。营养盐在河口的转移除了海水稀释作用外,还有部分的生物转移以及受悬浮体-沉积物系统的影响,特别是PO4-P。在最大浑浊带,富营养化现象更为严重。     

2020年特大洪水作用下长江口南槽水沙输移特征

径流是影响河口水沙输运的关键动力之一。以长江口为例,历史最大洪水为1954年的92 600m³/s,但以往洪枯季水沙观测期间的大通流量多数小于60000m³/s,对于特大流量情况下的河口水沙输移特征还缺少观测资料和相关研究报道。2020年长江发生了流域性大洪水,大通洪峰流量高达84500m³/s。为认识特大流量情况下的河口水沙输移格局特征,文章基于2020年7月78 300 m³/s流量期间南槽中下段大小潮水沙盐定点观测资料,分析认识到大洪水期间南槽下段水体垂向混合良好,层化发生位置向海外移,表明大流量抑制了盐水入侵。对比分析历史不同流量情况下的南槽区域水沙资料,表明在特大径流作用下,南槽中下段区域盐度和悬沙浓度整体减小,相比在9 900 m³/s （2014年）、17 637 m³/s （2003年2月）和41 450 m³/s （2013）流量下,南槽下段大潮平均盐度分别减小75%、82%和82%,小潮分别减小80%、89%和91...     

2020年特大洪水作用下长江口南槽水沙输移特征

径流是影响河口水沙输运的关键动力之一。以长江口为例,历史最大洪水为1954年的92 600m³/s,但以往洪枯季水沙观测期间的大通流量多数小于60000m³/s,对于特大流量情况下的河口水沙输移特征还缺少观测资料和相关研究报道。2020年长江发生了流域性大洪水,大通洪峰流量高达84500m³/s。为认识特大流量情况下的河口水沙输移格局特征,文章基于2020年7月78 300 m³/s流量期间南槽中下段大小潮水沙盐定点观测资料,分析认识到大洪水期间南槽下段水体垂向混合良好,层化发生位置向海外移,表明大流量抑制了盐水入侵。对比分析历史不同流量情况下的南槽区域水沙资料,表明在特大径流作用下,南槽中下段区域盐度和悬沙浓度整体减小,相比在9 900 m³/s （2014年）、17 637 m³/s （2003年2月）和41 450 m³/s （2013）流量下,南槽下段大潮平均盐度分别减小75%、82%和82%,小潮分别减小80%、89%和91...     

长江口最大浑浊带潮周期内悬浮物中的重金属

In order to discuss the content distributions and fluxes of heavy metals in suspended matters during a tidal cycle in the turbidity maximum around the Changjiang(Yangtze) Estuary,the contents of heavy metals(Zn,Pb,Cd,Co and Ni) have been analyzed.During a tidal cycle,the average contents of heavy metals are in the order of ZnNiPbCo àCd.The average contents in ebb tide are generally higher than that in flood tide.However,at the inshore Sta.11,influenced by the contamination from the nearby waste treatment plant,the average contents of Zn and Ni in flood tide are higher than those in ebb tide and at the offshore Sta.10,the content of Cd in flood tide higher than that in ebb tide due to marine-derived materials.The five heavy metals,mainly terrigenous,are transported towards east-northeast,and settle down with suspended matters in the area between Sta.11 and Sta.10.Influenced by marine-derived materials,the flux value of Cd does not alter significantly with obviously changing in flux direction towards northwest.The source of heavy metals,the salinity of water and the concentration of suspended matters are the main factors controlling the content distributions of heavy metals during a tidal cycle.There is a positive correlation between the contents of heavy metals(Zn,Pb,Co and Ni) and the salinity of water,while the opposite correlation between the contents and the concentrations of suspended matters.Because of marine-derived materials,the content of Cd is not correlated with the concentration of suspended matters and the salinity of water.     

近年来长江口南港河道泥沙特性变化研究

基于长江口南港多年实测水文泥沙资料,结合泥沙颗粒电镜观测数据,分析近年来尤其是三峡大坝蓄水拦沙后南港河道泥沙特性的变化。结果表明,三峡大坝蓄水拦沙后南港含沙量呈现一定的时间和空间变化规律。总体上,南港上游河道含沙量在三峡大坝蓄水拦沙后的前几年变化不大,从2009年开始显著减少。而南港下游河道含沙量的响应变化并不明显。泥沙再悬浮作用对南港含沙量的贡献较大且相对大坝蓄水拦沙前有所增强。近年来南港上游河道底沙运动活跃,悬沙和底沙的交换作用强烈。同时,近年来南港上游河道水体背景含沙量变小,泥沙颗粒沉速变大,即泥沙粒径变粗,细颗粒泥沙组分变少;而南港下游河道水体背景含沙量、泥沙颗粒组分的变化均不明显。总之,南港河道泥沙特性变化正处于对流域来沙锐减和陆海动力相互作用的调整过程中。     

珠江口洪季最大浑浊带的大小潮变化与机制分析*

基于ROMS三维模型, 模拟了珠江口洪季最大浑浊带的轴、侧向分布和大、小潮变化。模拟结果表明, 珠江口伶仃洋最大浑浊带的轴向位置在22.3°—22.45°N之间, 并随着潮流变化而周期性上下游迁移。控制最大浑浊带形成的主要因素是余流作用下的底层泥沙辐聚, 决定最大浑浊带位置的主要因素是水平对流输沙, 泥沙来源主要是上游浅滩沉积物的再悬浮。小潮期间堆积在浅滩的细颗粒沉积物在大潮期间被悬浮, 搬运到下游的滞流点位置, 在中滩南部和西滩外缘落淤。“潮泵”作用在大潮期间将泥沙向下游输运, 在小潮期间向上游输运; 垂向剪切作用则有利于悬浮泥沙的陆向输运; 二者共同作用产生泥沙辐聚, 形成最大浑浊带。大、小潮期间余流结构差异不大, 主要由密度差和潮汐混合不对称共同导致, 其中前者贡献更大。     

Characteristics and generation mechanism of turbidity maximum in the Changjiang Estuary

INTRODUCTIONItiswellknownthattheregenerallyexistsahigherconcentrationsedimentzoneinrivermouththanthatinthe'upperandlowerones,whichiscalledturbiditymaximum(TM).ButnomoreintensiveresearchonthisphenomenonhadbeenconductedforalongtimesinceitwasfoundinFrenchGirondeEstuaryin1938.Itwasnotuntilthe1950swhenitattractedresearchersallovertheworldandwasregardedasacommonphenomenoninanestuary.Itplayedanimportantroleinestuarinesedimentationandenvironment.Sincethe1960s,lotsofstudiesonTMintheChangjiangE…     

基于解析解的长江口南港悬沙侧向捕集特征分析

为探讨长江口南港的水动力结构及悬沙侧向输运特征,本文从解析解的角度构建了潮汐河口水沙输运数学模型,并将其应用到长江口南港某横断面上。南港水动力主控于半日潮流,余流主要由陆相径流及本地非线性对流项驱动,悬沙分布上北侧副槽远大于南侧主槽,水沙分布的计算结果与实测结果在结构上基本一致。通过输沙函数进一步分析表明,潮流输沙和余流输沙是南港侧向输沙函数的两个主要部分。南港中强劲径流削弱了涨潮流,增强了落潮流,使得向河槽南侧的涨潮流输沙小于向河槽北侧的落潮流输沙,潮流输沙指向河槽北侧。径流驱动的南港侧向余流在涨潮流方向上为一逆时针环流结构,余流输沙指向河槽北侧。扩散输沙指向南侧主槽,因其总是指向悬沙浓度梯度的负方向。在各输沙因子的综合作用下,南港中大量悬沙捕集于河槽北侧,使得河槽北部底层潮平均含沙量值达到最大值。     

椒江河口洪季最大浑浊带核部的悬沙分选机制

以实测悬沙粒径、流速、含沙量资料为基础,通过悬沙不同粒级组分、中值粒径以及粒度参数的统计,分析椒江河口最大浑浊带核部悬沙粒径分布变化特性。研究表明,悬沙粒径分选主要受物质来源、潮流动力作用下底部部分物质再悬浮和絮凝沉降3个因素的影响。其中第二个因素起主导作用,大潮期比小潮期显著,第三个因素的作用主要发生在涨落憩前后低流速期,并在表层较近底层的水体明显。     

长江口北支悬沙浓度及输移的时空变化

本文基于4次洪枯季同步水文观测资料,着重分析了长江口北支悬沙浓度的潮周期变化、垂向分布、纵向分布和悬沙输移及其时空差异。研究结果显示,悬沙浓度的潮周期变化过程在大中潮期以M型(双峰型)为主,下段主槽内在大潮期多出现V型,上段在枯季可出现涨潮单峰型;小潮期可出现无峰、单峰或双峰型。涨、落潮悬沙浓度峰值及均值,在枯季多涨潮大于落潮,洪季中小潮特别是小潮期易出现落潮大于涨潮;下段主槽内在大潮期易出现落潮大于涨潮。悬沙浓度的垂向分布及其变化特点,在大中潮期与悬沙的潮周期变化型式有关,其中M型存在显著的洪枯季差异。纵向上,最高悬沙浓度在枯季出现于中段灵甸港至三和港之间及附近河段,洪季则在下段三条港附近。潮周期悬沙净输移,枯季大多向陆特别是大中潮期,洪季中上段大多向海,下段大潮期多向陆、中小潮易出现向海;下段主槽内在大潮期易出现向海。     

长江口北槽抛泥流速和悬沙浓度时空分布观测

河口泥沙运动有其独特的规律,需要采用高分辨率的观测手段进行系统的现场观测,以此发现河口流速和泥沙分布结构,进而探讨其形成机制,应用声学多普勒流速剖面仪和声学悬浮泥沙观测系统,通过定点和走航式观测长江河口不同潮型和流态下流速和悬浮泥沙浓度时空分布发现:(1)不同潮型出现高浓度“事件”的次数和成因存在差异,中潮型出现高浓度“事件”的可能性最大;(2)抛泥泥沙浓度垂向分布至少有3种结构类型,即上小下大的“L”型、指数型和上大下小的“漂浮”型;(3)受抛泥泥沙输移的影响,断面流场形成低流速区,它们的强度随落潮流的扩散逐渐减弱;(4)不同潮型的落潮流表现出不同的输移行为,大、小潮型落潮流偏北,中潮型落潮流偏南;(5)在落潮流和颗粒重力共同作用下抛泥泥沙同时存在输移扩散和沉降过程,小潮型抛泥泥沙主要就近扩散和沉降,中潮和大潮型抛泥泥沙输移扩散范围较远。     

长江口入海水沙通量变化及其影响分析

基于大通站1960—2020年长系列的径流量和输沙量资料,研究了长江口入海水、沙通量的季节变化、年际变化和趋势性,并讨论了其影响因素。研究结果显示：多年长江口入海平均径流量为8 906亿m3,各年的平均径流量值围绕着多年平均值上下摆动,没有明显的变化趋势;入海径流量的季节性变化明显,每年的5—10月的径流量占全年的70.3%;多年平均年输沙量为3.35亿t,输沙量过程总体呈现减小的趋势;长江口入海水沙通量变化受中上游的水土保持和水库建设等因素影响明显,其中三峡水库蓄水后,大通站输沙量与之前相比减少了62.8%;受长江流域来沙锐减的影响,长江口河势也发生了明显变化,出现了河口含沙量明显减小、河口总体上由淤积环境向冲刷环境转化、长江口水下三角洲前缘大面积冲刷河口拦门沙及水下三角洲泥沙补给出现“源汇转化”的结构性变化等现象。