杭州湾口门中部水沙输运机制初探——以岱衢洋为例

根据2012年9月在杭州湾口门中部外侧海域岱衢洋主槽内获得的包括大、中、小潮的垂向流速和悬浮泥沙观测资料,利用机制分解方法计算了岱衢洋的水沙输移通量等特征,分析并讨论了各个输沙项对总输沙量的贡献,解释了杭州湾水沙进出外海的输运机制。研究结果表明:研究区域单宽涨潮量大潮为小潮的2.3倍,单宽落潮量大潮为小潮的1.6倍。从小潮到大潮的余流和单宽净输水量由向海变为向陆;单宽涨潮输沙量大潮为小潮的4.5倍,单宽落潮输沙量大潮为小潮的2.7倍。单宽输沙量表现为小潮和中潮向海,大潮向陆的特点,大潮单宽净输沙量约为小潮和中潮的2倍;在各输沙项中,平流输沙主要来自水体净输移(拉格朗日余流决定)对悬沙输移的贡献,平流输沙方向小潮向海,中潮和大潮向陆,其中大潮和小潮时平流输沙在各项中贡献率最大;潮泵输沙小潮和中潮向海,大潮输沙向陆,中潮时潮泵输沙贡献率在各项中贡献率最大;垂向净环流输沙方向均向陆,大中小潮悬沙含量的垂向的差异是导致小潮垂向净环流输沙量大,大潮输沙量小的主要原因;杭州湾中部通过岱衢洋通道与外海泥沙交换的主要形式是大进大出、反复搬运,而在一个完整的半月周期内外海泥沙净进杭州湾的量相对较小。     

杭州湾枯季水沙若干特征分析

根据2014年1月及2017年2月杭州湾大、小潮水沙资料,计算了流速、含沙量、单宽潮量、单宽输沙量,进而分析了潮周期断面净潮量、净输沙量和区域冲淤分布。研究发现杭州湾涨、落潮平均流速比值整体较20世纪八九十年代增大,绝大部分区域大于1.0,涨潮流相对增强,澉浦南岸和金山北岸尤为显著。含沙量平面上分布澉浦、杭州湾南岸两个高值区(大潮大于3 kg/m³,小潮大于1.3 kg/m³)以及北岸湾口至乍浦之间的低值区(大潮小于2 kg/m³,小潮小于0.9 kg/m³),随潮汛变化显著,最大含沙量浓度通常滞后于急流时刻。各测站涨、落潮量和输沙量呈现“大涨大落”和“大进大出”的特征,造成杭州湾短时间尺度内的“大冲大淤”。大潮两涨两落金山与乍浦、乍浦与澉浦之间区域净输沙量可达几千万吨,净冲淤则在几百万吨。     

径流、潮流和风浪共同作用下近岸悬沙浓度变化的周期性探讨——以杭州湾和长江口交汇处的南汇嘴为例

根据2002年5月至2005年10月在杭州湾北岸和长江口口门交汇处一固定观测点表层每日取样的悬沙浓度资料和同期的潮差、潮位、风向风速以及长江大通水文站的水沙资料,利用Spss、MatLab分析软件,采用小波分析和相关性分析方法,探讨了悬沙浓度变化的周期性及其影响机制.研究结果表明:1)悬沙浓度具有显著的大、小潮和季节性变化,变化周期分别为14.7 d和368 d,平均而言,大潮为小潮的2.96倍,冬季为夏季的2倍;2)平均大、小潮半月周期中日悬沙浓度与同日潮差之间的相关系数为0.86,与前1日潮差之间的相关系数为0.99,与前2日潮差之间的相关系数为0.93,反映潮差变化对悬沙浓度的影响有1~2 d的滞后效应;3)月均悬沙浓度与长江大通站的月均流量呈显著负相关,尤其与流量滞后19 d的相关性最好.研究区日悬沙浓度变化主要为大、小潮和季节性周期变化,前者受潮动力引起的泥沙沉降-再悬浮控制,后者受径流冲淡作用、海平面高度、潮差、风况的季节性变化控制.     

南黄海苏北近岸西洋水道水沙输运机制分析

基于2008年3月份在南黄海辐射沙脊群西洋水道内5个站位大潮期间的观测数据(包括流速与悬沙质量浓度的垂向剖面),利用机制分解法计算了西洋水道内的水与悬沙通量。结果表明,水体在多数时段内均处于分层向混合过渡的状态,中下层水体的理查德森数(R_i)与瞬时悬沙输运量中的平均流输沙项及流速的潮周期变化相关项之间存在显著的负相关关系,表明水体的层化效应和混合程度对悬沙输运有重要影响。西洋水道内悬沙净输运率为10^-1～10⁰kg/(m·s)量级,并以欧拉余流向岸输运为主,该结果揭示了苏北近岸潮滩在陆源物质供应减少背景下向海快速淤长的重要物质基础和水动力作用机制。     

琼州海峡潮流沉积物通量初步研究

琼州海峡是连接南海和北部湾的重要海洋物质输运通道,本文通过对潮流和悬沙含量实测资料以及海底１ｍ处流速和海底沉积物粒度等资料数据的处理,计算和分析首次估算获得了通过琼州上塘港－新海湾断面的年平均净悬沙输沙通量为２．０＊１０＾１０ｋｇ（向西）,年净底质输沙通量为２．９＊１０＾９ｋｇ（向西）。研究发现悬沙输运主要发生在海峡中部深槽,中部输沙向西,近岸两侧向东,而底质输沙则主要发生在南北两岸,中部深槽较弱     

长江入河口区水沙通量变化规律

根据大通站１９５０－１９８５年的水、沙实测资料,运用统计分析方法研究长江入河口区水、沙通量的季节性变化、年际变化以及水、沙通量之间的关系。结果表明,长江入河口区的水沙通量有明显的季节性变化,其中沙通量的变化更为显著;丰水年很少连续出现,枯水年有７５％以连续两年的形式出现;多沙年的出现形式有１年出现一次的,也有２－３年出现的,少沙年基本上以连续２－３年的形式出现;水沙通量间的相关性较差,其中细颗粒泥     

石浦港下湾门水道的水沙运移特征

根据2003年9月5～10日的实测水文泥沙测验资料,对石浦港的主航道——下湾门水道各测站的潮流和悬沙特征进行分析研究。结果表明,研究海域潮流流况主要受地形影响,悬沙运移涨潮大于落潮,泥沙进入石浦港内。对下湾门水道的水沙运移特征进行分析,有助于了解石浦港内水沙运移和冲淤状况。     

近岸海域水沙界面通量与水流挟沙力研究

近岸海域的波浪、潮流及海流等动力因素具有周期性和时间、空间尺度差异大的特点,在综合考虑各动力因子的联合作用时具有较大的难度。本文根据平动动能叠加原理给出了一种近岸动力因子的表达形式,并提出了海洋波动有效速度的概念,结合水沙界面处泥沙通量的切应力与挟沙力关系,得到了水流挟沙力的新的计算公式。指出了水流挟沙力与水流临界速度有关,并且该水流临界速度随水深的增大及相对糙率的减小而增大。采用近岸实测数据和模拟结果,对本文的近岸水流挟沙力公式进行了验证,结果表明该公式的计算值与实测值吻合较好,可以适用于近岸海域。     

杭州湾北部潮流深槽区细颗粒物质输运与再悬浮过程

于2005年5月大潮期间在杭州湾北部潮流深槽区的4个站位进行潮周期观测,获得了流速、悬沙等数据,并对其进行了分析,计算了水沙通量和再悬浮通量。分析结果表明,该深槽区涨潮流速大于落潮流速,涨潮历时小于落潮历时,潮差自湾口向湾内方向增大;悬沙的组分以粉砂为主,分选较差,偏态以负偏为主,这些特征与底质一致;深槽中部和东部的悬沙沿岸线向湾内方向输运;深槽西部和东部外侧的悬沙输运方向与余流方向一致,分别向湾内和南部输运;除转流和流速加速初期外,垂线流速分布符合Kûrmûn-Prandtl模型,摩阻流速与垂线平均流速变化趋势一致。计算得到的表观粗糙长度在涨落潮时段的水流加速或减速阶段都呈增大趋势,且数值较大,这难以把它简单地归结为床面形态的作用,表观粗糙长度的变化趋势可能是高悬沙浓度和浓度成层性共同作用的结果,但对这一假说的验证还有待于进一步的现场观测和机制分析。计算所得的再悬浮发生的周期性与实测悬沙浓度的周期性相符,而且最大悬沙浓度的出现滞后于最大再悬浮通量,说明再悬浮作用对水层中悬沙浓度的变化具有重要影响。     

江苏近岸海域悬沙浓度的时空分布特征

2006—2007 年间的四个季节在江苏近岸海域69 个站位采集水样, 获取悬沙浓度。通过对TM遥感数据反演, 获取该海域四季大面悬沙浓度, 并与调查的实测悬沙浓度进行对比。结果显示, 大面调查的非同步数据基本可正确反映大区域悬沙浓度的季节与空间分布趋势。悬沙浓度等值线由高至低、由陆向海分布, 底层浓度约为表层的2—3 倍; 废黄河口和长江口外海域为悬沙浓度高值区, 而海州湾为低值分布区, 东南部陆架区受台湾暖流影响出现低值中心。冬季整个海域悬沙浓度均较高, 其次为春季, 夏季最低; 废黄河口海域的高值中心在不同季节分布位置有所移动。海底沉积物的再悬浮是苏北近岸悬沙最主要的来源, 河流输沙量的季节变化是影响长江口海域悬沙浓度变化的关键因子。相关分析结果表明, 潮流为影响悬沙浓度分布的主要控制因子; 季风、风暴潮和风浪虽对悬沙的分布具有一定的影响, 但冬季的低温环境是形成该季节整个海域悬沙浓度显著偏高的重要因素。     

胶州湾海域潮流动力特征及其与含沙量的关系

根据2009年胶州湾海域的悬沙、流速、流向的实测资料,应用短期资料的潮流准调和分析方法,对连续海流资料进行了分析,并结合悬沙资料,对含沙量与潮流之间动力关系进行了探讨。研究结果表明:该海域潮流属于正规半日潮流性质,半日分潮流的东分量大于北分量,潮流以带有旋转性质的往复流为主,涨潮流流向偏西,落潮流流向偏东。胶州湾内含沙量分布特征与海底沉积物粒径特征基本一致。含沙量在涨落潮的交替和流速的更迭作用下出现明显的周期性变化,含沙量的峰值基本与海域半日潮流特点相对应,几乎每1个流速峰值对应1个含沙量的峰值,含沙量的峰值一般出现在流速峰值之后。胶州湾口处流速和单宽输沙量都为最大,涨潮单宽输沙量大于落潮单宽输沙量,输沙方向为偏西向。     

渤海湾泥质区南部悬浮体夏季输运过程与机制

为了解渤海湾泥质区南部近岸及毗邻海域夏季悬浮体输运格局,分别在湾内、湾口、湾口外和黄河口外NE向剖面处设置站位,进行25 h海流、温盐连续观测及悬浮体浓度（SSC）测定。结果显示,高温淡水以羽状流的方式自近岸向渤海中部传输,高浊度悬浮体多出现在涨急和落急的流速较高时期,较高的SSC值多出现在距底5 m水深范围,其中湾内和湾口两站的底层SSC值最高,分别可达约130 和80 mg/L,黄河口外NE向剖面20 m以深海域SSC值最小,均低于40 mg/L。单宽输沙率具有潮周期性特点：湾内A1站涨潮和涨平期以向湾内近岸输沙为主,落潮和落平期以向湾外输沙为主,潮平均单宽输沙率为7.8 g·m−1·s−1,方向为280°;湾口A2站涨落潮流输沙方向相反,整体以SE向朝湾外近岸输沙为主,潮平均单宽输沙率为7.2 g·m−1·s−1,方向为328°。湾外A3站涨潮和涨平时期输沙方向基本相反,大小相当,落潮和落平时期输沙方向以偏E和偏NE向为主,潮平均单宽输沙率为4.7 g·m−1·s−1,方向为77°。黄河口SE向的两个站位涨潮时输沙偏SE向,涨平时输沙偏NW向,落潮时输沙偏NW向,落平时输沙偏N向和偏NE向,两站的潮平均单宽输沙率方向以偏N向为主,A4站的潮平均单宽输沙率为5.2 g·m−1·s−1,方向为94°,A5站潮平均单宽输沙率为7.7 g·m−1·s−1,方向为102°。潮平均单宽输沙率以拉格朗日输沙贡献最显著,在湾口泥质区南部和东南部水深15～25 m的海域,垂向净环流的影响较大,有抵消一部分拉格朗日输沙率的作用,且对潮平均单宽输沙率的影响比湾内和25 m以深海域的大,其他分量数量级较小,对潮平均单宽输沙率贡献较小。水体以混合为主,水体层化程度加强对各站位悬浮体输运均有一定的抑制作用。     

小清河口海域泥沙运动特征

根据莱州湾内小清河口海域的悬沙和底床的粒径、含沙量及潮流的观测资料,探讨了该海域的悬沙运动特征。研究结果表明,含沙量总体趋势为由岸向海逐渐增大,并呈现出北高南低的分布特点,其中河口东北海域为含沙量高值区。近岸悬沙主要受底质沉积物的影响,而离岸较远海域悬沙可能主要是源于相邻浅水区海域悬浮颗粒在流场作用下从外海运移而来。河口北部海域表底层含沙量基本一致;而南部海域底层含沙量远大于表层。大潮含沙量远大于小潮含沙量,含沙量存在随潮流增大而增大的总趋势。小清河口泥沙主要来源于黄河口再悬浮泥沙的输运及近岸浅滩局部搬运。     

潮流作用下洋山港水域悬沙和底沙的交换

通过对泥沙起动流速、淤积流速和不淤流速的计算,划定了悬沙和底沙交换的各个时段,提出了冲刷悬沙浓度、淤积悬沙浓度和不淤悬沙浓度的概念及其计算方法;继而导出了潮流作用下悬沙和底沙在交换层面上单位面积的日交换量计算式,并用于洋山港水域的冲淤计算。结果表明:自然状况下洋山港水域北部年淤积量为37.5 kg/m2,淤高了1.77 cm/a,属微淤;中部年冲刷量为10.0 kg/m2左右,刷深不超过0.52 cm/a,可认为冲淤平衡;南部年冲刷量为55.5 kg/m2,刷深了2.60 cm/a,属微冲。这一结果与该水域海床的自然冲淤状况相吻合。     

废黄河口海域潮流动力与悬沙输运特征

根据2006年废黄河口海域的悬沙、流速、流向的观测资料,应用短期资料的潮流准调和分析方法,对连续海流资料进行了分析,并结合悬沙资料,对悬沙质量浓度与潮流之间的动力关系进行了探讨。研究结果表明:该海域潮流属于正规半日潮流,潮流以往复流为主,离岸越远,旋转性越强;涨潮流流向以SSE为主,落潮流流向以NNW为主。悬沙质量浓度呈现近岸悬沙质量浓度高,向海逐渐降低的分布形态;悬沙质量浓度的垂直变化,从表层到底层由小到大,近岸悬沙质量浓度垂向梯度较大。悬沙质量浓度出现明显的周期性变化,悬沙质量浓度的峰值基本与海域半日潮流特点相对应,悬沙质量浓度的峰值一般出现在流速峰值之后。海域的悬沙在潮流作用下主要向南输运,与涨落潮的方向基本一致,涨潮单宽输沙量均大于落潮单宽输沙量。     

乐清湾近期海岸演变研究

乐清湾是一个与东海相通的半封闭型强潮海湾。通过对1934,1968和1992年的海图对比研究表明:近期乐清湾各等深线所围水域面积持续减小。后一阶段,围垦使岸线推进速度加快,滩涂面积由前一阶段的不断增加转变为不断减小。1934到1968年,西南部最大潮滩华岐潮滩岸线和零米线平均外推速率分别为4.88m/a和13.24m/a;1968到1992年平均淤进速率分别为6.17m/a和8.08m/a。实地采样分析表明:表层水样平均悬沙浓度为0.1043kg/m3,从湾顶向湾口呈不断增加的趋势。悬沙浓度虽较低,但湾内处于低能动力沉积环境,有利于细颗粒沉积物落淤,这是湾内地貌演变的要因。长江入海南移和陆架区再悬浮的细颗粒物质是乐清湾主要的泥沙来源。泥沙自然淤积和人类活动影响是近期乐清湾大部分岸线处于淤进状态的原因。漩门二期工程前后乐清湾的纳潮量减小了5.73%,落潮流相对携沙能力降低为工程前的79%。而根据实测落潮平均流速计算得围垦后落潮流的相对携沙能力减弱为原来的54%。而从1934年到漩门二期围垦工程后,纳潮量减小了22.57%。开辟盐田和围垦造陆工程等人类活动,对海岸演变的影响显著。     

渤海湾连片开发对湾内水沙通量的影响研究

渤海湾内海岸的连续开发导致岸线 、海床发生较大变化, 同时影响着湾内的水沙通量。根据不同时期的遥感影像、 实测地形和水文泥沙资料, 统计分析了渤海湾岸线 、面积和海床冲淤变化, 构建了渤海潮流泥沙数学模型, 模拟了 1984 年、 2006 年和 2015 年三个时期的水沙分布, 探究了海岸连续开发对水沙分布和通量引起的累积效应。结果表明： 渤海湾岸线和 海湾面积变化主要发生于 2005 年后, 与 1984 年相比, 2020 年的岸线长度增长超过 185%,海湾面积减少近 19%;曹妃甸港 区南侧海域冲刷基本在 2 m 等深线以内, 而近岸和港池水域基本呈现淤积状态, 淤积幅度在 2 m 以内; 海湾的连续开发利用 使得湾内分潮波振幅增大 、传播速度减缓, 近岸海域的余流变化较为明显,南部较北部海域更甚;西北湾顶 0.2 kg/m3 悬沙 分布区域不断缩小, 西南近岸 0. 15 kg/m3 悬沙分布区域向中部海域推进; 悬沙通量变化与潮流通量并不完全一致, 呈外海增 加、近岸整体降低的变化特征, 湾内向外海输移泥沙的能力减弱。