长江口南槽悬沙纵向和横向输运过程与机制研究

河口悬沙输运对于最大浑浊带形成发育、地貌演变、港口航道安全、水质以及生态系统健康至关重要。本文基于2017年洪季长江口南槽拦门沙海域4站位同步观测的沉积动力数据,采用Scully和Sommerfield改进的通量机制分解法来获取垂向各层平流通量和潮泵通量及累积动态变化,以确定平流和潮汐泵送对悬沙净通量的相对贡献,探讨纵向和横向的水沙输运时空格局和动力机制,弥补了传统通量机制分解法仅限计算时空平均值的缺陷。研究发现:(1)洪季长江口南槽拦门沙海域大潮期间存在横向余环流,小潮期间出现表层向海、底层向陆的纵向余环流;(2)平流和潮泵作用是影响净输运的关键因素,南槽拦门沙海域由平流作用主导、悬沙向海净输运,横向上向西南边滩输运,为南汇边滩围垦区向海淤长提供物源,且靠近主槽区域横向悬沙通量对沉积过程的贡献与纵向通量相当;(3)潮泵输运在河口滞流点和拦门沙海域均较显著,泵送的大小和方向与径潮流相互作用和底床物源有关,纵向上由大潮期间向陆泵送占优转为小潮期间的向海净输运占优。综上,南槽拦门沙海域近底层悬沙呈现由浅滩向主槽辐聚的格局,浅滩区域的近底层悬沙净输运受潮泵作用控制,且对整个水柱悬沙输运贡献显著,可能是拦门沙形成和最大浑浊带发育的重要机制。

枯季长江口南槽悬沙输运过程和机制研究

开展枯季河口悬沙输运机理研究对于揭示弱径流条件下的陆海相互作用、河口季节性冲淤和水沙关系等具有重要的科学意义。本文根据2018年12月18—25日长江口南槽3个站位连续13个潮周期的同步流速、流向和悬沙浓度等观测资料,运用通量机制分解法研究了各输沙项的特征、贡献和输运机理。结果表明,从小潮至大潮流速和悬沙浓度不断增加,由南槽上部至下部流速和悬沙浓度逐渐降低。观测期间平均流速与平均悬沙浓度存在明显的正线性关系,但受底质空间差异影响,悬沙浓度对流速的响应强度存在显著的空间变化。枯季期间南槽存在着中上部向陆净输沙、下部向海净输沙的空间输运格局。平流输沙和潮泵输沙是影响和控制净输沙的关键因素,二者的强度和贡献存在明显的潮周期变化和空间变化,垂向环流输沙的强度很弱,对净输沙贡献很小。南槽涨落潮输沙不对称现象明显,流速、悬沙浓度和历时都具有一定的涨落潮不对称性,这些不对称现象共同调节和控制着潮周期净输沙强度和方向的时空变化。