长江口细颗粒泥沙耦合絮凝机制及其对底部边界层悬沙结构影响研究

河口海岸区域细颗粒泥沙絮凝过程对该区域泥沙输运、沉积和再悬浮具有重要影响。本项目以水沙丰沛、陆海相互作用活跃的高浊度长江口为典型研究区域，拟联用光学、声学等自动化监测技术，通过定点、走航和底部边界层三脚架观测模式，结合实验室化学和生物分析，研究原位条件下，代表性物理、化学和生物因子对长江口细颗粒泥沙絮凝过程的耦合作用机制，及絮凝过程对底部边界层悬沙结构的影响，建立复杂环境条件下细颗粒泥沙絮凝耦合动力学模型，定量表达动水环境下细颗粒泥沙絮凝体的动力学特征。通过开展本项目工作，不仅可深化河口海岸区域细颗粒泥沙运动特征、输运模式、耦合絮凝机制及其影响的研究，而且可为细颗粒泥沙吸附各类有机质、营养盐、重金属和放射性物质等的输运、沉积和再悬浮过程等研究提供科学参考。

河口海岸区域细颗粒泥沙絮凝过程对该区域泥沙输运、沉积和再悬浮具有重要影响。本项目以水沙丰沛、陆海相互作用活跃的高浊度长江口为典型研究区域，联用光学、声学等自动化监测技术，通过定点、走航和底部边界层三脚架观测模式，结合实验室化学和生物分析，研究了原位条件下，代表性物理、化学和生物因子对长江口细颗粒泥沙絮凝过程的耦合作用机制，及絮凝过程对底部边界层悬沙结构的影响，建立复杂环境条件下细颗粒泥沙絮凝耦合动力学模型，定量表达动水环境下细颗粒泥沙絮凝体的动力学特征。初步研究结果显示：（1）长江口表层絮凝体体积浓度主要受水流流速影响，再悬浮现象明显，体积浓度过程线滞后流速过程线，落潮期间滞后10～30 min，涨潮则滞后30～50 min。（2）絮凝体有效密度由粒径大小控制，粒径大，有效密度小，反之亦然，粒径和有效密度共同决定絮凝体静水沉速，有效密度和沉速与平均粒径之间均存在良好的幂指数关系。（3）小于一定流速时絮凝体平均粒径随流速增大而增大，大于一定流速时絮凝体平均粒径则随流速增大而减小，大、小潮表层絮凝体在50 cm/s的垂线平均流速时出现平均粒径与垂线平均流速关系的转折。（4）最大浑浊带区域存在剪切应力和絮凝体粒径的临界点，大于临界剪切应力，粒径随剪切应力增加而减小，反之增大。大潮和小潮的临界剪切应力分别为0.5 N/m2和0.1 N/m2。（5）絮凝过程改变细颗粒泥沙的水体反射光谱特征，导致SSC与光谱反射率的相关性低于投影表面积与光谱反射率的相关性。可选择常用卫星遥感可见光、近红外通道范围，且PSA与光谱反射率相关性较高的波段，建立PSA与单波段光谱反射率和多波段光谱反射率组合比值的拟合关系式（6）构建了光谱反射率与絮凝体沉速间的幂函数拟合关系式(r=0.8337，p＜0.001)，这为监测长江口大尺度区域絮凝体投影表面积和沉速的空间分布和动态变化提供了一种新的方法。通过开展本项目工作，不仅可深化河口海岸区域细颗粒泥沙运动特征、输运模式、耦合絮凝机制及其影响的研究，而且可为细颗粒泥沙吸附各类有机质、营养盐、重金属和放射性物质等的输运、沉积和再悬浮过程等研究提供科学参考。