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。 |
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长江口细颗粒泥沙过程的研究主要起因于: 1) 海洋科学陆海相互作用中长江河口动力学的基础理论研究;
2 长江口细颗粒泥沙特征
河口水体中含有大量细颗粒泥沙,即粒径小于0.004mm的粘土和一定比例的粉沙
3 长江口细颗粒泥沙过程
不少学者对长江口细颗粒泥沙输移做了定性研究[6~
4 长江口悬沙平面扩散、悬沙锋
遥感卫星资料被应用于长江口入海悬沙扩散问题研究, 进而定量分析了长江口不同季节的悬沙浓度、扩散方向、扩散范围
5 长江口最大浑浊带
自80年代,河口学家对长江口最大浑浊带细颗粒泥沙输移过程进行了深入的实验研究
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、
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[39,
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
长江口细颗粒泥沙絮凝机理的研究也得到了发展[5,
Han and Lu[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(絮凝沉降减速阶段) | (2) |
式中ω0为中值粒径泥沙颗粒沉降速度;
通过对长江口细颗粒泥沙静水絮凝沉速试验研究, 彭润泽等
F=ωf50/ω50=(df50/d50)2=1+b0cb1sb2Hb3d50b4 | (3) |
式中 F静水絮凝系数,等于ω
依据悬沙扩散理论,李炎等[55]、
8 长江口近底边界层细颗粒泥沙运动
在淤泥质河口近底边界层,强劲的潮流、波流能引起淤泥底床沉积物的侵蚀或再悬浮,产生悬沙浓度的垂直分层现象,反过来又影响潮流、波流。占水体
近年来,海洋水声学被成功应用于长江口近底边界层细颗粒泥沙输移的实验研究
8.1
在长江口深水航道北槽,利用“声学悬沙观测系统”观测到大潮典型的高时空分辨率细颗粒悬沙浓度声学垂向分布图和垂线分布曲线。研究结果表明
8.2
利用声学悬浮泥沙观测仪获得的长江口粘性悬沙浓度垂向分布图表明,近底高浓度悬沙层,以一个浓度约为
8.3
利用一个悬浮泥沙声学观测仪(ASSM),在大潮时
在长江口细颗粒泥沙输移过程现场实验研究中, 由于絮凝作用,细颗粒泥沙絮凝体大小发生变化,这将会如何影响悬沙浓度的声学估算精度呢
尽管在过去20多年中长江口细颗粒泥沙运动研究取得了很大的进展,但仍有深入研究的必要。这是因为长江口细颗粒泥沙运动本身是非常复杂的。河口悬沙以拉格朗日
9 长江口细颗粒泥沙运动的数学模拟
从90年代开始, 河口学家、海岸工程师和环境流体力学家对长江口细颗粒泥沙运动及冲淤变化进行了数学模拟研究,这些包括垂向一维悬沙数学模型、垂向二维悬沙数学模型、平面二维悬沙数学模型等等。
9.1
在实测资料分析的基础上,认为长江口地区瞬时含沙量的变化主要取决于泥沙沿垂线方向的扩散和沉降,徐建益等
9.2
利用一维水流、垂向二维泥沙数学模型,黄永健[67]进行了水流越槽的不平衡输沙计算,求出沿水流各断面垂向含沙量分布,从而推算出挖槽的回淤量。类似地,利用一个一维水流、垂向二维泥沙数学模型,李家春等
9.3
利用平面二维悬沙数学模型,赵棣华等[71]对长江口南支悬沙运动进行了模拟。在大范围平面二维水流和含沙量计算的基础上,将所关心的局部区域视为一个封闭的区域,通过分别计算其各条边界上的泥沙输移量,来预测该区域内泥沙冲淤分布及河床变形的趋势
9.4
选用长江口南槽逐月水下地形图、相应的大通站的流量和含沙量,中浚、横沙和高桥等站的潮位资料,应用数理统计理论和方法,朱惠芳、周纪芗
长江口受径流、潮流、沿岸流影响,是非定常的往复流动。同时,湍流对泥沙输运有重要影响。湍流边界层中的猝发现象与泥沙起动有关,层结现象又可抑制剪切产生的湍流脉动。在那里,由于淡水和盐水混合,又会导致絮凝、加速沉降等。因此,河口边界层中流动,泥沙与底床的相互作用是关键问题。因长江泥沙浓度较低,泥沙运动可视为被动标量,而且冲淤计算的时间尺度较长,所以流场、浓度、冲淤计算可依次进行。结果表明,流场分布与观测资料定量一致,浓度分布虽然定性一致,但在定量上尚有一些误差。河口泥沙研究必须建立在波流场、分层流、两相流、湍流研究成果的基础上
10 长江口入海航道疏浚、回淤和治理
沈焕庭等[76]探讨了长江河口入海航道治理研究。顾伟浩等
11 结论
本文对长江口细颗粒泥沙过程研究进行了回顾总结。在过去20年中
就作者的认识和兴趣, 今后应在以下几个方面加强进一步研究:大规模水利工程势必对长江口悬沙场等产生影响,究竟对长江口最大浑浊带的影响程度如何
致谢 作者要特别感谢众多文献中的作者,为本文提供了新思想、给予本文作者启发。本文作者承担一切可能的错误观点的责任。华东师范大学李九发教授、《泥沙研究》评审专家对此文提出了很好的修改意见。
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