河口盐跃层的泥沙捕集效应及动力学机制

The haloclines of a river plume in estuaries is a stratified shear layer, which can controll vertical mixing intensity, and is the important factor impacting estuarine momentom exchange,energy banlance and mass transport. Sediment trapping of haloclines of a river plume is a new and interestig dynamic phenomenon, which will be systematically studied. Based on micro-structure investigation and linear theory of shear instability,the project will systematically explore the dynamic structures and variability in time and space of sediment trapping by haloclines. Turbulent kinetic energy balance and dynamic stability in turbulence mixing processes will be examined in noise reduction of high-frequency microstructure data,estimation of tubulence characteristic parameters to identify the underlying mechanism, which involve tide straining and turbulence mixing.The work will provide a new theoretical mechanism for formation of estuarine turbidity maximum(ETM) and long-distance sediment transport.

盐跃层是河口水体层化形成的一种常见的分层剪切层，它控制着垂向湍流混合的强度，是影响河口动量交换、能量平衡与物质输运的重要因子，因此开展盐跃层的湍流混合研究一直是近岸浅海和河口地区关注的关键科学问题，可以丰富河口动力学理论。本项目拟采用现场微结构观测和理论分析，对一个新的河口动力现象- - 河流羽状流发育条件下的盐跃层捕沙效应开展系统研究工作，分别从现场数据采集、高频资料的污染控制、特征参数的估算及剪切不稳定的线性理论分析入手，从平均流尺度上阐述流与沙的动力结构及时空变化，从湍流混合小尺度上探讨剪切分层流的能量平衡关系与动力学不稳定性，从而揭示潮汐应变与湍流混合驱动下的盐跃层悬沙捕集机制，为河口最大混浊带的形成及长距离泥沙搬运提供新的解释机制。

珠江河口洪季调查了超临界（弗洛德数大于1）条件下发育的湍流混合与泥沙羽。设计盐跃层观测系统（HOL）和座底三角架观测系统协同观测跃层及底边界层的湍流混合动力结构，湍流微结构则通过船载剖面方式进行。调查发现，河口拦门沙内缘发育超临界分层流，经拦门沙激发水力内跃，羽状流向外扩展过程，转换为次临界流，羽状流内部发育强烈的湍流混合，其驱动机制是水力内跃。水力内跃是由分层流与河口拦门沙相互作用产生的。羽状流内强烈湍流混合是维持高浓度泥沙悬浮和远距离输运的重要机制，它可以形成跨陆架的泥沙羽输运。同时，盐度层化抑制了底边界层湍流的发育，这样变出现了一个分离式的入海泥沙扩散模式（即表底高浓度，中层低浓度）。因此，由水力内跃激发的强湍流混合及其导致的泥沙羽是洪季河流泥沙向海扩散的重要形式，它的长距离搬运对水下三角洲和远端沉积体的形成都有重要的意义。