长江口最大浑浊带再悬浮作用机制和悬沙浓度剖面研究

以长江口南北槽最大浑浊带水域为研究对象，采用沉积动力学与泥沙运动力学相结合的研究方法，利用高新技术的观测分析设备，通过对悬沙浓度剖面、悬沙级配剖面、流速剖面和絮凝体的高时空分辨率的现场观测，以及对大量悬沙、底质样品的室内粒度分析和室内水槽试验，研究最大浑浊带内悬沙级配的时空分布特征及变化机理；探讨研究区内不同类型底质的再悬浮作用过程、强度和机制，检验和改进再悬浮通量的计算模型；分析野外环境下悬沙浓度的垂向剖面分布特征，揭示不同粒级泥沙的垂向分布特点，构建再悬浮作用下的悬沙剖面分布模型；采用粒径分级的方法，分析不同粒级悬沙的浓度变化过程和输移机制。本项目成果对于深化长江口最大浑浊带的形成机制和泥沙运移规律、丰富沉积动力学和泥沙运动力学的研究内涵等具有重要理论意义。

在长江口最大浑浊带水域开展大量野外观测及室内样品分析，基于观测数据对悬沙剖面分布类型和机理、再悬浮作用特征、悬沙输运机制等进行深入研究，取得重要认识。在研究水域悬沙浓度的垂向分布形态多样，成因机理复杂，主要剖面类型有指数型、斜线型、垂线型、双层结构型和不规则型。密度分层、横向环流、底床可侵蚀泥沙数量、扩散和沉降作用、流向的垂向变化是影响悬沙剖面的主要因素。研究揭示，当悬沙扩散与沉降通量达到平衡时，悬沙剖面为指数型和斜线型分布，前者出现在悬沙粒径较粗、后者出现在悬沙粒径较细的条件下，二者皆属于Rouse剖面；垂线型剖面出现在垂向混合强烈但底床缺乏可侵蚀泥沙的条件下，由表层至底层悬沙浓度保持一致；强密度分层和横向环流都能导致双层结构型悬沙剖面的产生，底部为高浓度层，中上部为低浓度层；不规则型剖面出现在水流流向沿垂向变化剧烈的转流时段。随动力泥沙条件的改变，潮周期内悬沙剖面不断变化、调整，不同类型剖面的出现频率差异较大。.再悬浮是最大浑浊带的重要形成机制。受流速变化所影响，再悬浮具有大潮最强、中潮次之、小潮最弱的特点。悬沙粒径和悬沙浓度是再悬浮强度的直接体现。近底部悬沙级配与底质级配的对比揭示，小潮时二者差异显著，再悬浮微弱；大潮高流速时段二者非常接近，再悬浮强烈，底层悬沙由悬浮起来的底质泥沙所组成；中潮处于大小潮过度状态。再悬浮使大潮悬沙浓度明显高于中小潮，大潮悬沙粒径明显粗于中小潮，统计显示大潮浓度约为小潮的3-4倍，大潮最大中值粒径为32μm，小潮时仅为10μm。在最大浑浊带水域底质空间分布复杂，沉积物类型多样，底质中值粒径介于6~101μm，部分底质属于粘性泥沙。复杂的底质分布导致临界再悬浮流速和再悬浮系数空间变化明显，在一个潮周期里不同底质的再悬浮过程和强度存在差异。受底质的复杂空间分布所影响，瞬时流速与瞬时悬沙浓度和悬沙粒径不存在明显关系，涨落潮的再悬浮作用存在差异。.盐水楔、密度分层和横向环流是影响南北槽悬沙输运的重要因素。在小潮和部分中潮盐水楔发育，水体垂向混合弱，产生垂向输沙环流；在大潮和部分中潮水体垂向混合强，垂向输沙环流消失。盐水楔能改变涨落潮近底流速过程并产生强密度分层，影响潮周期净输沙的强度和方向。涨潮中后期北槽发育横向环流，它能加强主槽与浅滩的泥沙交换，影响槽滩输沙过程。北槽弯道河段泥沙淤积与重力环流、密度分层、北槽北侧落潮横向输沙等有关。