河口近岸浑浊水区底边界层动力精细结构的原位观测和分析

The tidal bottom boundary layer is a main area of tidal energy dissipation and sediment transport in estuaries and coastal areas, especially with high turbidity and vigorous tidal current. The dynamical structure of the bottom boundary layer is more complex in highly turbid water. The project object is to investigate the fine structure of tidal bottom boundary layer using in situ observation, data analysis and numerical model. Instrumented bottom tripods will be laid on the sea bed to obtain detailed in situ data on the hydrodynamic and sediment transport processes. Based on those field data, the relationship between tidal turbulence and suspended sediment concentration will be drawn considering different tides, runoffs and atmospheric conditions. The fine structure of suspended sediment concentration is estimated from OBS and ADCP backscatter information. The influence of suspended sediment, especial for high suspended sediment concentration, will be investigated. This project can deepen the researches on fine structure of bottom boundary layer and on the hydrodynamics and sediment transport in estuarine and coastal areas. It can provide the parameter values for the hydrodynamic and sediment transport models.

泥质河口近岸区域水体浑浊，潮流作用显著，潮流底边界层往往是潮流能量消耗和泥沙输运的最主要场所。清水区底边界层动力结构就十分复杂，而浑浊水区由于悬浮泥沙的出现则变得更为复杂。本项目拟采用现场观测、资料分析和数值模拟相结合的方法展开河口近岸浑浊水区底边界层水沙动力精细结构的观测和研究工作。充分利用其它相关在研项目，搭载开展定点锚系原位观测，并建立分析性数值模型，以期找出在不同潮动力、径流和气象等环境下底边界层中水体紊动特征和悬浮泥沙含量的变化规律，掌握借助光学后散射法和ADCP声学反演法准确获取高分辨率悬浮泥沙含量剖面的方法，阐明悬浮泥沙的存在对底边界层内水流结构的影响，揭示底边界层有高浓度悬浮泥沙情况下水流出现减阻现象的机理。本项目旨在深化水沙动力底边界层精细结构研究，丰富近岸水动力和泥沙动力学理论，可为提高河口近岸水沙模拟的准确度提供有益参考。

泥质河口近岸区域水体浑浊，潮流作用显著，潮流底边界层往往是潮流能量消耗和泥沙输运的最主要场所。清水区底边界层动力结构就十分复杂，而浑浊水区由于悬浮泥沙的出现则变得更为复杂。本项目拟采用现场观测、资料分析和数值模拟相结合的方法展开河口近岸浑浊水区底边界层水沙动力精细结构的观测和研究工作。四年来，我们收集了历史数据，并充分利用其它相关在研项目，搭载开展了一系列定点锚系原位观测，研究区域从南到北包括珠江口、东海、长江口及黄海。基于收集资料和现场观测得到的数据，并将三角架座底原位观测及动力分析技术很好地融入具体的研究任务中，开展了一系列研究工作。研究发现，珠江口丰水期最大浑浊带的形成机制复杂，潮动力、重力环流机制和底边界层动力控制的泥沙再悬浮效应对最大浑浊带的形成和发育影响显著。枯水季悬沙浓度增大，最大浑浊带加强，最大浑浊带核心区较洪水季向上游移动10km。珠江口伶仃洋人工采砂引起地形巨变，影响了河口区的盐水入侵的格局，增强了潮汐作用，进而影响了悬浮泥沙的输运和沉积的格局。浙江沿岸春季存在上升流，且上升流以带状分布在浙江近岸海域，风、台湾暖流和潮动力是影响浙江沿岸春季上升流的重要因子。在长江口深水航道中，悬浮泥沙输运受盐度分布和盐度梯度诱导的层化影响明显；河口重力环流在长江口深水航道的最大浑浊带形成过程中取着最为重要的作用；表面波破碎减弱泥沙捕陷，而底部的波流相互作用加强底部冲刷，提高最大浑浊带中的悬沙浓度，后者极大地影响深水航道中的悬浮泥沙输运。1935-1966年间胶州湾围垦引起M2-M4潮不对称性显著增大的原因主要是潮滩围垦造成的底摩擦变化，平流作用而在其次。项目取得了明显好于预期的、具有国际影响力的研究成果，分别发表在Scientific Reports、Journal of Geophysical Research、Estuarine, Coastal and Shelf Science和International Journal of Remote Sensing等国内外知名的主流期刊上。本项目深化了水沙动力底边界层精细结构研究，丰富了近岸水动力和泥沙动力学理论，为提高河口近岸水沙模拟的准确度提供了有益参考。