长江口细颗粒泥沙过程.doc

1 长江口细颗粒泥沙过程摘要: 本文对长江口细颗粒泥沙过程研究进行了总结, 并提出了今后重点研究方向: 1 )长江口细颗粒泥沙是非均匀沙,其运动机理究竟如何? 2 )大规模水利工程究竟如何影响长江口最大浑浊带?3 )在长江口细颗粒泥沙过程的数学模拟中, 如何考虑河口波、流相互作用( 耦合) 及其对近底细颗粒泥沙输移的影响?4) 整个长江口水域瞬时、连续的水深、含沙量、地形变化资料的获取技术和方法的改进, 以提高长江口细颗粒泥沙过程数学模拟的精度。5) 长江口悬沙以拉格朗日模式输运, 而过去大多悬沙观测调查是在欧拉模式中进行, 如何进行欧拉和拉格朗日模式对比研究?6) 风暴潮、台风等对长江口细颗粒泥沙运动的影响。关键词:长江口最大浑浊带细颗粒泥沙 2 1 引言长江口是长江注入东海的入海口,自徐六泾以下经过三次分汊, 共形成四个入海通道。崇明岛将长江口分为南支和北支; 长兴岛和横沙岛又将南支分为南港和北港; 南港又进一步被九段沙分为南槽和北槽(图 1)。根据大通水文站多年统计资料, 长江多年平均流量 29500m3s-1 。长江口外潮汐为正规半日潮, 口内为非正规半日浅海潮。长江口为中潮河口, 根据中浚站多年统计资料,多年平均潮差为 。长江口波浪主要为风浪以及风浪和涌浪的混合浪。长江口水域的沿岸流主要为苏北沿岸流。长江口实测最大年输沙量为 亿 t, 最小年输沙量 亿t, 年平均输沙量大约有 亿 t[1] 。每年由上游携带来的泥沙中有 50% 左右在长江口水下三角洲地区沉积下来,成为形成长江口拦门沙的主要成份。 3 图1 长江口略图 Sketch map of Changjiang River Estuary 长江口细颗粒泥沙过程的研究主要起因于: 1) 海洋科学陆海相互作用中长江河口动力学的基础理论研究; 2) 长江口深水航道的维持( 整治、疏浚); 3) 长江河口水环境、污染物的处理的日益恶化。长江口细颗粒泥沙过程主要研究径流、潮流、波浪、科氏力及沿岸流与细颗粒泥沙、淤泥质底床相互作用。长江口细颗粒泥沙过程研究可以揭示长江口淤泥底床侵蚀、堆积过程的机制[2] 和长江河口演变规律[3] ,深入理解长江口细颗粒泥沙过程, 是海岸带陆海相互作用( LOICZ )的重要基础研究内容, 具有重要的科学理论意义。而且对港口航道回淤有重要影响的浮泥形成运动机制、时空分布规律得到进一步认识, 并从而得到工程措施所 4 需的科学依据, 特别对上海市的长江口深水航道建设有重要现实意义。长江口细颗粒泥沙过程研究成果大量来自海洋学家(河口海岸学、物理海洋学) 、土木水利工程师( 海岸工程师) 、流体力学家(环境流体力学)的文献、著作。本文的目的: 1) 是力图把这些文献(以正式发表的文献为准, 不包括研究报告) 汇集起来, 对长江口细颗粒泥沙过程的研究进行总结; 2) 究竟我们对长江口细颗粒泥沙过程了解多少? 3) 究竟长江口细颗粒泥沙过程还有哪些问题值得研究? 2 长江口细颗粒泥沙特征河口水体中含有大量细颗粒泥沙, 即粒径小于 m 的粘土和一定比例的粉沙( 粒径在 ~ 之间)。细颗粒悬沙一般并不是以单颗粒的形式存在, 往往同附近其它大量的悬沙颗粒结合在一起, 并形成一定的结构, 这种相邻颗粒在一定条件下结合成集合体的作用被称为“絮凝作用”, 通过絮凝作用结合而成的这种结构体称为“絮凝体”。长江口悬沙或底沙,粒径均以 的颗粒为主,在悬沙中占 90% 以上, 底沙中占 75%[4] 。长江口河床质主要由粉沙和粘土所组成, 是一种粘性细颗粒非均匀沙, 的颗粒占 88% , 其中 的粘土约占 13%[2] 。长江口细颗粒悬 5 沙粒径 ~ 以下各粒级占 % [5] 。 3 长江口细颗粒泥沙过程不少学者对长江口细颗粒泥沙输移做了定性研究[6~ 9]。 Milliman et al.[10 ~ 12] 就长江口悬沙通量进行了半定量研究, 北槽似乎是悬沙进入海洋的主要通道[10] 。长江口门附近的悬沙浓度和净输沙量在时间上有明显的涨落潮、大小潮和洪枯季变化。北港是长江输水输沙的主要通道, 122 ° 30’ E-123 °E 是悬沙向东扩散的一条重要界线,入海泥沙主要向东偏南方向扩散鍄[13] 。借助于环行水槽的实验装置, 沈承烈、阮文杰[2] 对长江口天然河床质的冲淤特性和机理进行了初步研究。在动水淤积过程中, 长江口悬移质与床沙有着粗细颗粒泥沙交换, 而在冲刷过程中无[2] 。长江口细颗粒泥沙过程与环流有关[6, 14~ 16] 。基于现场水文泥沙调查资料,潘定安[17] 就长江口南港的水文泥