强潮环境下的再悬浮过程和悬沙浓度对海底边界层的影响

本项研究拟选取杭州湾作为主要研究区，采用海洋水动力学、沉积动力学现场观测的方法，研究强潮、高悬沙浓度环境下的再悬浮过程和悬沙浓度对海底边界层的影响。使用先进的观测仪器获取高分辨率、高精度的流速、悬沙浓度和悬沙粒径剖面数据，研究流速、悬沙潮周期变化；根据悬沙浓度、悬沙粒径与流速的响应，将再悬浮过程与平流作用分离，研究再悬浮通量在潮周期过程中的时空变化；反演计算再悬浮常数和底床切应力，进而计算海底边界层参数，探讨悬沙浓度对海底边界层的影响，对海底边界层流速剖面模型进行校验、修正和改进；计算悬沙输运通量和输运率，探讨沉积物输运机制。该项研究可为建立沉积物输运数学模型提供准确的海底边界层参数；为海岸防护、港口建设、深水航道治理、资源保护及开发利用等提供科学依据。

本项研究选取具有典型强潮、高悬沙浓度特征的长江口、杭州湾地区为主要研究区，对在研究区已经采集的大面积底质表层样品进行了实验分析和数据处理，得到了研究区底质沉积物分布特征。于2011年5月进行野外现场观测，选取长江口南槽口外及杭州湾口北部海域共4个站位，采用现代化高精度高分辨率的观测仪器进行船载全潮水文观测，获取高分辨率数据用于水、沙输运通量的精确计算，同时使用集成了现代化仪器的三脚架系统在2个站位上进行海底边界层观测，获取近底部边界层内的流速结构、底部切应力和悬沙浊度的精确信息。并在放置三脚架的2个站位进行柱状样采集。根据观测数据处理分析及样品实验室分析结果，得到如下主要研究进展：（1）研究区内底质表层沉积物共有5种类型，即砂、粉砂、砂质粉砂、粉砂质砂和粘土质粉砂。在长江口北支和北港口门外底质沉积物较粗，多为粉砂质砂和砂，在长江口北槽和南槽入海口处底质沉积物为砂质粉砂，在杭州湾口北部及长江口口门沙脊以东的大部分区域，沉积物以较细的粘土质粉砂为主，部分区域沉积物类型为粉砂。（2）杭州湾口北部海域与长江口南槽口门外沉积物粒度参数特征明显不同，前者沉积了更多的砂质组分，说明粗颗粒物质在该处沉降较多，而后者则主要堆积细颗粒物质。通过柱状样210Pb测试分析，前者的沉积速率（2.97cm/a）低于后者（5.21 cm/a）。（3）研究区近底层的悬沙浓度最高值发生在落急时刻，现场船载水文观测结果也表明在观测潮周期内该站位的落潮流速要大于涨潮流速。潮流作用是造成近底部悬沙浓度变化的主要原因。近底部水样悬沙粒度分析结果显示，水体中沉积物的砂组分含量在潮周期中变化较大，在落憩（低平潮）和涨急时期悬沙中的砂组分含量有明显的增加，属于明显的再悬浮现象，但落憩时期的砂组分含量增加应为异地的再悬浮沉积物经过平流输运到本地沉积，而涨急时刻的再悬浮则是含砂量较高的在本地沉积的沉积物被重新再悬浮进入水体。近底部浊度信息则显示，除再悬浮现象外，平流作用对于研究区沉积物输运也起到重要的作用。