長江口最大渾濁帶再懸浮作用機制和懸沙濃度剖面研究

《長江口最大渾濁帶再懸浮作用機制和懸沙濃度剖面研究》是依託華東師範大學，由李占海擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：長江口最大渾濁帶再懸浮作用機制和懸沙濃度剖面研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李占海
• 依託單位：華東師範大學

項目摘要

以長江口南北槽最大渾濁帶水域為研究對象，採用沉積動力學與泥沙運動力學相結合的研究方法，利用高新技術的觀測分析設備，通過對懸沙濃度剖面、懸沙級配剖面、流速剖面和絮凝體的高時空解析度的現場觀測，以及對大量懸沙、底質樣品的室內粒度分析和室內水槽試驗，研究最大渾濁帶內懸沙級配的時空分布特徵及變化機理；探討研究區內不同類型底質的再懸浮作用過程、強度和機制，檢驗和改進再懸浮通量的計算模型；分析野外環境下懸沙濃度的垂向剖面分布特徵，揭示不同粒級泥沙的垂向分布特點，構建再懸浮作用下的懸沙剖面分布模型；採用粒徑分級的方法，分析不同粒級懸沙的濃度變化過程和輸移機制。本項目成果對於深化長江口最大渾濁帶的形成機制和泥沙運移規律、豐富沉積動力學和泥沙運動力學的研究內涵等具有重要理論意義。

結題摘要

在長江口最大渾濁帶水域開展大量野外觀測及室內樣品分析，基於觀測數據對懸沙剖面分布類型和機理、再懸浮作用特徵、懸沙輸運機制等進行深入研究，取得重要認識。在研究水域懸沙濃度的垂向分布形態多樣，成因機理複雜，主要剖面類型有指數型、斜線型、垂線型、雙層結構型和不規則型。密度分層、橫向環流、底床可侵蝕泥沙數量、擴散和沉降作用、流向的垂向變化是影響懸沙剖面的主要因素。研究揭示，當懸沙擴散與沉降通量達到平衡時，懸沙剖面為指數型和斜線型分布，前者出現在懸沙粒徑較粗、後者出現在懸沙粒徑較細的條件下，二者皆屬於Rouse剖面；垂線型剖面出現在垂向混合強烈但底床缺乏可侵蝕泥沙的條件下，由表層至底層懸沙濃度保持一致；強密度分層和橫向環流都能導致雙層結構型懸沙剖面的產生，底部為高濃度層，中上部為低濃度層；不規則型剖面出現在水流流向沿垂向變化劇烈的轉流時段。隨動力泥沙條件的改變，潮周期內懸沙剖面不斷變化、調整，不同類型剖面的出現頻率差異較大。 再懸浮是最大渾濁帶的重要形成機制。受流速變化所影響，再懸浮具有大潮最強、中潮次之、小潮最弱的特點。懸沙粒徑和懸沙濃度是再懸浮強度的直接體現。近底部懸沙級配與底質級配的對比揭示，小潮時二者差異顯著，再懸浮微弱；大潮高流速時段二者非常接近，再懸浮強烈，底層懸沙由懸浮起來的底質泥沙所組成；中潮處於大小潮過度狀態。再懸浮使大潮懸沙濃度明顯高於中小潮，大潮懸沙粒徑明顯粗於中小潮，統計顯示大潮濃度約為小潮的3-4倍，大潮最大中值粒徑為32μm，小潮時僅為10μm。在最大渾濁帶水域底質空間分布複雜，沉積物類型多樣，底質中值粒徑介於6~101μm，部分底質屬於粘性泥沙。複雜的底質分布導致臨界再懸浮流速和再懸浮係數空間變化明顯，在一個潮周期里不同底質的再懸浮過程和強度存在差異。受底質的複雜空間分布所影響，瞬時流速與瞬時懸沙濃度和懸沙粒徑不存在明顯關係，漲落潮的再懸浮作用存在差異。 鹽水楔、密度分層和橫向環流是影響南北槽懸沙輸運的重要因素。在小潮和部分中潮鹽水楔發育，水體垂向混合弱，產生垂向輸沙環流；在大潮和部分中潮水體垂向混合強，垂向輸沙環流消失。鹽水楔能改變漲落潮近底流速過程並產生強密度分層，影響潮周期淨輸沙的強度和方向。漲潮中後期北槽發育橫向環流，它能加強主槽與淺灘的泥沙交換，影響槽灘輸沙過程。北槽彎道河段泥沙淤積與重力環流、密度分層、北槽北側落潮橫向輸沙等有關。