陳 斌, 周良勇, 劉 健, 王 凱

(1. 國(guó)土資源部 海洋油氣資源與環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266071; 2. 海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266071; 3. 青島海洋地質(zhì)研究所, 山東 青島 266071; 4. 中國(guó)科學(xué)院 海洋研究所,山東 青島 266071)

廢黃河口海域潮流動(dòng)力與懸沙輸運(yùn)特征

陳 斌1,2,3, 周良勇1,3, 劉 健1,3, 王 凱4

(1. 國(guó)土資源部 海洋油氣資源與環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266071; 2. 海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266071; 3. 青島海洋地質(zhì)研究所, 山東 青島 266071; 4. 中國(guó)科學(xué)院 海洋研究所,山東 青島 266071)

根據(jù)2006年廢黃河口海域的懸沙、流速、流向的觀測(cè)資料, 應(yīng)用短期資料的潮流準(zhǔn)調(diào)和分析方法, 對(duì)連續(xù)海流資料進(jìn)行了分析, 并結(jié)合懸沙資料, 對(duì)懸沙質(zhì)量濃度與潮流之間的動(dòng)力關(guān)系進(jìn)行了探討。研究結(jié)果表明： 該海域潮流屬于正規(guī)半日潮流, 潮流以往復(fù)流為主, 離岸越遠(yuǎn), 旋轉(zhuǎn)性越強(qiáng); 漲潮流流向以SSE為主, 落潮流流向以 NNW為主。懸沙質(zhì)量濃度呈現(xiàn)近岸懸沙質(zhì)量濃度高, 向海逐漸降低的分布形態(tài); 懸沙質(zhì)量濃度的垂直變化, 從表層到底層由小到大, 近岸懸沙質(zhì)量濃度垂向梯度較大。懸沙質(zhì)量濃度出現(xiàn)明顯的周期性變化, 懸沙質(zhì)量濃度的峰值基本與海域半日潮流特點(diǎn)相對(duì)應(yīng), 懸沙質(zhì)量濃度的峰值一般出現(xiàn)在流速峰值之后。海域的懸沙在潮流作用下主要向南輸運(yùn), 與漲落潮的方向基本一致, 漲潮單寬輸沙量均大于落潮單寬輸沙量。

廢黃河口; 潮流; 懸沙質(zhì)量濃度; 單寬輸沙量

蘇北近岸海域長(zhǎng)期處于波浪、潮流、徑流等海洋動(dòng)力因素共同作用下, 而這些海洋動(dòng)力因素都有各自不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律, 相互之間又存在非常復(fù)雜的非線性相互作用。波浪不僅影響泥沙運(yùn)動(dòng), 對(duì)底部泥沙作用力及水流挾沙能力也都有影響[1-2]。潮波運(yùn)動(dòng)和波流共同作用下的底部剪切應(yīng)力對(duì)近岸泥沙的懸浮、輸運(yùn)、沉積及海床的演變都起著非常重要的作用; 反過來, 這些變化又影響著水體的運(yùn)動(dòng)。因此,研究影響懸沙輸運(yùn)的控制因素, 充分揭示其運(yùn)動(dòng)規(guī)律, 不僅可以了解河口及海岸的演變規(guī)律, 而且對(duì)保護(hù)海岸環(huán)境, 控制并治理海洋污染有著深刻而重要的意義。

廢黃河三角洲是黃河在1128年奪淮入海, 歷時(shí)7個(gè)多世紀(jì), 巨量泥沙下泄在江蘇北部而形成。1855年黃河改道注入渤海后, 廢黃河三角洲進(jìn)入了一個(gè)在海洋動(dòng)力作用下全面侵蝕改造的過程[3], 廢黃河口水下三角洲前緣斜坡帶在潮流強(qiáng)烈的側(cè)向侵蝕作用下也帶來大量泥沙, 大量的泥沙被沖刷到水體中,在浪、潮、流的作用下進(jìn)行輸運(yùn)[4], 由此形成大面積的典型混濁水域。巨量的泥沙在黃、東海陸架上的輸運(yùn)、沉積和重新分配關(guān)系到陸架地質(zhì)體的發(fā)育演化和陸架邊緣物質(zhì)交換與平衡。蘇北輻射沙脊位于廢黃河口至長(zhǎng)江口北側(cè), 其形成和發(fā)育與長(zhǎng)江、黃河兩大河流關(guān)系密切, 大多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為輻射沙脊的物質(zhì)部分來源于廢黃河三角洲侵蝕來沙[5-8], 現(xiàn)代沉積物受到廢黃河口和長(zhǎng)江的補(bǔ)給[9-10]。由此可見廢黃河口三角洲海域有著非常重要的研究意義, 而對(duì)這一海區(qū)及其周邊海域的觀測(cè)和研究工作一直不斷。虞志英等[11]通過對(duì)廢黃河海域水文、泥沙資料的調(diào)查分析,認(rèn)為在－5～－15 m水動(dòng)力作用以強(qiáng)勁的潮流沖刷為主, 在潮流和波浪的共同作用下,地形剖面呈繼續(xù)平行后退狀態(tài)[12]。三角洲海域的懸沙質(zhì)量濃度極高, 冬季底層懸沙質(zhì)量濃度可達(dá)到500 mg/L之多,表層也能達(dá) 300 mg/L; 夏季的懸沙質(zhì)量濃度要低于冬季, 底層大于200 mg/L, 表層高于100 mg/L。

該海域復(fù)雜多變的水動(dòng)力條件及成因各異的地形地貌, 導(dǎo)致該海域的泥沙運(yùn)動(dòng)極為復(fù)雜, 因此對(duì)廢黃河三角洲海域的懸沙運(yùn)動(dòng)特征及其動(dòng)力控制因素的研究是十分必要的, 本文根據(jù)2006年實(shí)測(cè)海流和懸沙質(zhì)量濃度資料, 分析研究該海域的潮流動(dòng)力特征, 并結(jié)合懸沙資料分析懸沙質(zhì)量濃度與潮流間的動(dòng)力關(guān)系, 對(duì)懸沙分布形態(tài)作初步探討。并進(jìn)一步闡述該地區(qū)再懸浮泥沙的去向, 該研究將對(duì)了解廢黃河口水下三角洲的再懸沙的輸運(yùn)格局有重要意義。

1 資料來源與處理方法

2006 年 8 月 30 日 18： 00～31 日 18： 00, 在海州灣海域進(jìn)行了3個(gè)定點(diǎn)連續(xù)25 h觀測(cè)流速及懸浮體水樣采集(圖1), 定點(diǎn)連續(xù)采集流速、水位采用ADP流速儀(美國(guó) SonTek公司生產(chǎn) 500Hz), 單元層厚度設(shè)為 1 m, ADP探頭下水1.2 m, 采樣頻率為60 s采集一次流速、水位數(shù)據(jù)。懸沙水樣使用SBE32型采水器(5 L), 分別在表層、0.6H(H為水深)、距海底1 m底層進(jìn)行采集。觀測(cè)前后期間無明顯風(fēng)浪, 海況良好。采用真空負(fù)壓法進(jìn)行懸浮體抽濾, 濾膜直徑 47 mm, 孔徑0.45 μm; 采用1/10萬(wàn)的Sartorius電子天平進(jìn)行懸浮體稱質(zhì)量, 過濾后樣品烘干(40℃)恒溫稱質(zhì)量, 計(jì)算出各站懸沙質(zhì)量濃度, 懸浮體濃度數(shù)據(jù)皆經(jīng)過雙重濾膜進(jìn)行了校正[13]。由于觀測(cè)的流速原始記錄帶有擾動(dòng)信息(包括測(cè)量過程中和儀器本身產(chǎn)生的擾動(dòng)),需對(duì)原始資料進(jìn)行質(zhì)量控制, 濾去不合理的值。具體做法是： 分別計(jì)算東分量和北分量在1 h觀測(cè)時(shí)段內(nèi)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差, 剔除偏離3倍標(biāo)準(zhǔn)差的數(shù)據(jù)。然后循環(huán)這一過程, 直到所有剩余數(shù)據(jù)值在3倍的標(biāo)準(zhǔn)差內(nèi)。這樣就構(gòu)成每小時(shí)一個(gè)流速值的常規(guī)數(shù)據(jù)[14]。每個(gè)站點(diǎn)選取表層、0.6H、底層3個(gè)分層的 25 h的流速流向數(shù)據(jù), 對(duì)獲取的實(shí)測(cè)資料進(jìn)行分析計(jì)算進(jìn)而對(duì)潮流特性進(jìn)行了調(diào)和分析計(jì)算。

圖1 觀測(cè)站點(diǎn)位置Fig. 1 Locations of observation stations

2 潮汐潮流動(dòng)力特征

將實(shí)測(cè)海流資料進(jìn)行濾波修正后, 繪制了表、中、底3層每小時(shí)平均的流速、流向過程曲線圖, 以及垂線平均流速玫瑰圖(圖2)。由圖可以看出, 離岸較近的 A站和 B站流速較大, 最大流速可達(dá)到100 cm/s; 離岸較遠(yuǎn)的C站流速相對(duì)較小。3個(gè)測(cè)站的流速在單周日內(nèi)基本都出現(xiàn) 4次峰值, 為正規(guī)半日潮流性質(zhì)。各站流速隨水深的增加有所衰減, 但衰減的速度不大, 只有在接近底層時(shí)衰減得較快些。從垂線平均流速玫瑰圖中可以看出, 主流方向?yàn)镹NW-SSE, 漲潮流流向以 SSE為主, 落潮流流向以NNW 為主, 漲潮平均流速一般大于落潮平均流速,漲潮歷時(shí)比落潮歷時(shí)短約20 min。高潮前3～4 h漲潮流場(chǎng)最強(qiáng), 高潮前 1 h或高潮時(shí)開始轉(zhuǎn)為落潮流,高潮后2～3 h落潮流場(chǎng)最強(qiáng)。各站基本為往復(fù)流, B站和C站略帶逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)流性質(zhì)。

由于資料是周日觀測(cè), 時(shí)間序列比較短, 通過引入差比關(guān)系, 可對(duì)上述海流觀測(cè)資料進(jìn)行潮流的準(zhǔn)調(diào)和分析[15], 獲得每一站位的O1, K1, M2, S2, M4,MS4 六個(gè)主要分潮表層潮流調(diào)和常數(shù), 由于觀測(cè)海域位于黃海西部海域, 考慮選用了黃海的差比系數(shù)進(jìn)行分析。獲得的潮流調(diào)和常數(shù)列于表1中。由表1可以看出, 廢黃河口海域東、北分量的半日潮流振幅均大于全日潮流的東、北分量, 說明這一海域半日潮流占據(jù)主要地位, 呈現(xiàn)半日潮流的性質(zhì)。對(duì)半日分潮流(M2 , S2)和全日潮流(O1 , K1)均體現(xiàn)出北分量大于東分量。比較3測(cè)站的潮流調(diào)和常數(shù), 總起來說是以半日潮流為主, 對(duì)于O1 , K1, M2 , S2四個(gè)主要分潮流, 北分量大于東分量, 而淺水分潮 M4和 MS4雖有些測(cè)站的東分量大于北分量, 但由于 M4和MS4分潮在總海流中所占份額有限而無法改變北分量海流大于東分量海流的結(jié)果。對(duì)比各站余流的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn), 離岸越近的海域余流越小, 距岸越遠(yuǎn)的海域余流越大。近岸處A站的余流是3個(gè)測(cè)站中最小的一個(gè), 其表層余流僅為0.9 cm/s, 方向?yàn)槲髌舷? B站余流介于 A站和 C站之間, 余流大小為7.4 cm/s, 方向?yàn)闁|偏南向; 離岸最遠(yuǎn)的C站余流最大, 可達(dá)13.8 cm/s, 余流方向?yàn)楸逼珫|向。

圖2 A, B, C三測(cè)站流速流向及垂線平均流速玫瑰圖Fig. 2 The velocity, direction and rose of vertical average current at station A, B, and C

為進(jìn)一步分析潮流的一些特征, 分別計(jì)算出三測(cè)站O1, K1, M2, S2, M4, MS4六個(gè)主要分潮表層的潮流橢圓要素, 列于表2中。下面對(duì)計(jì)算所得各站的潮流橢圓要素結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的比較和分析。計(jì)算三測(cè)站的潮流性質(zhì)F= (WK1+WO1) /WM2[16]可得到： A站、B站和C站分別為0.11, 0.21和0.24, 均小于0.5,說明該海域?qū)儆谡?guī)半日潮流區(qū), 這與前人的調(diào)查研究成果一致[7,17]。三測(cè)站均以M2潮流占優(yōu),尤其是A站M2潮流最大流速超過120 cm/s。通過計(jì)算最大可能流速Vmax=1. 29WM2+ 1. 23WS2+WK1+WO1[18],得出該海域表層最大可能流速范圍在 170～220 cm/s之間, 其中A站為218 cm/s, B站為202 cm/s, C站為179 cm/s。計(jì)算所得半日潮流橢圓率A站和B站為0, 為往復(fù)流的潮流性質(zhì), C站為 0.1, 為略帶逆旋轉(zhuǎn)性質(zhì)的往復(fù)流。從 C站到 A站, 由海向岸, 潮流由逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn), 逐漸過渡為往復(fù)流, 其最大流向與岸線平行。最近岸的A站為明顯的往復(fù)流性質(zhì)。

表1 A, B, C三站潮流調(diào)和常數(shù)Tab. 1 Harmonic constants of tidal currents at Station A, B, and C

通過以上分析發(fā)現(xiàn), 廢黃河口海域是基本以往復(fù)流為主, 外海略帶逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)流性質(zhì), 越到外海旋轉(zhuǎn)性越強(qiáng), 這也與以前諸多研究相吻合[19]。淺海中一般用G= (WM4+WMS4) /WM2的大小作為衡量淺水分潮流在總海流中影響的指標(biāo), 計(jì)算可得表層的G值在A站、B站、C站分別為0.14, 0.11和0.19, 說明各站淺水分潮的份額在總海流中占的份額都很小,其中C站比其他兩個(gè)測(cè)站略大, 可能由于C站位于潮道或沙洲邊緣所致。

表2 A, B, C三站潮流橢圓要素Tab. 2 Tidal current ellipse elements at Station A, B, and C

因?yàn)樵摵Ｓ虻陌肴粘绷髡純?yōu), 下面將著重通過分析 M2潮流來體現(xiàn)該海域海流的垂向結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。M2潮流在3個(gè)測(cè)站的表層相對(duì)較大, 底層流速較小。M2分潮流的最大流速均在90～120 cm/s之間,其中在A站表層最大流速要超過120 cm/s, 底層M2最大流速相對(duì)較小。最大流速方向各站各層均以北向偏西為主, 圖 3給出了三測(cè)站表、中、底 3層的M2潮流橢圓示意圖。各站的潮流橢圓長(zhǎng)軸長(zhǎng)隨深度的增加而變小,越靠近海底,變化速率越大, 這是由于海底摩擦作用對(duì)潮流的影響所致[20]。廢黃河口海域潮流橢圓隨深度增加而變圓, 這說明水深越淺往復(fù)流性質(zhì)越強(qiáng); 各站最大流發(fā)生時(shí)刻從表層到底層逐漸延遲,一般底層流速達(dá)到最大值的時(shí)刻要比表層早0.5 h左右。

圖3 三測(cè)站表、中、底層M2潮流橢圓示意圖Fig. 3 M2 tidal current ellipses at surface, middle, and bottom layers of Station A, B, and C

3 潮流與懸沙質(zhì)量濃度的動(dòng)力關(guān)系

研究海域內(nèi)的泥沙在一天內(nèi)(兩個(gè)潮周期)可能會(huì)有2～4次再懸浮, 即懸沙質(zhì)量濃度有2～4次峰值,本文根據(jù)三站的懸沙質(zhì)量濃度及流速分析研究潮周期內(nèi)懸沙的時(shí)空變化規(guī)律及與流速的關(guān)系。

將 3個(gè)站位的懸沙質(zhì)量濃度按采樣的時(shí)間序列在水深方向做剖面圖, 可以得到以下懸沙質(zhì)量濃度的時(shí)間序列剖面圖(圖 4)?？傮w來說, 廢黃河口海域水體較為混濁, 水體懸沙質(zhì)量濃度較大, 最大可達(dá)500 mg/L。各站懸沙質(zhì)量濃度近岸的A站最大, B站次之, 遠(yuǎn)岸的 C站最小, 呈現(xiàn)近岸懸沙質(zhì)量濃度高,向海逐漸降低的分布形態(tài)。懸沙的粒度在 6.7Φ～7.5Φ之間, 粒度組分以粉砂為主, 平均含量 71.4%;其次為黏土, 平均含量 28.4%; 其余為砂質(zhì)成分, 主要為極細(xì)砂。在近岸的A站有超過一半的懸沙樣品中含極細(xì)砂成分。而B站的沉積物樣品其成分與 B站懸沙成分一致, 這說明該海域懸沙與海底沉積物粒度組分差異較小, 兩者交換頻繁, 海水中的懸沙主要為泥沙再懸浮的貢獻(xiàn)。

影響懸沙運(yùn)動(dòng)的因素眾多, 有波浪、潮流、風(fēng)等動(dòng)力條件, 此外懸沙運(yùn)動(dòng)與水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)也不一致,由于調(diào)查期間風(fēng)浪較小, 這里僅討論懸沙質(zhì)量濃度與流速之間的關(guān)系。由于漲落潮的交替和流速的更迭使懸沙質(zhì)量濃度出現(xiàn)明顯的周期性變化[21], 懸沙質(zhì)量濃度在25 h內(nèi)出現(xiàn)2～4峰值, 恰好對(duì)應(yīng)該海域半日潮流特點(diǎn)。懸沙質(zhì)量濃度的變化與沉積物的再懸浮相關(guān), 而底層流速與底層泥沙運(yùn)動(dòng)關(guān)系更為密切, 底床泥沙在底層流速達(dá)到臨界起動(dòng)速度后, 由于剪切力易使沉積物發(fā)生再懸浮, 在底層形成較大的懸沙質(zhì)量濃度水體, 而在流速低于臨界流速時(shí),底層水體中的泥沙將慢慢落淤, 從而使底層懸沙質(zhì)量濃度出現(xiàn)較為明顯的周期性變化。近岸的A站具有較強(qiáng)的往復(fù)流性質(zhì), 懸沙質(zhì)量濃度變化周期強(qiáng),與流速變化周期相似, 也出現(xiàn)有4個(gè)峰值, 分別在漲急和落急滯后1～2 h出現(xiàn)(圖5), 從水位與懸沙質(zhì)量濃度的關(guān)系來看, 則懸沙質(zhì)量濃度峰值出現(xiàn)在漲憩和落憩前1～2 h出現(xiàn), 該站與水位、流速對(duì)應(yīng)的關(guān)系非常明顯, 含沙的峰值滯后于流速峰值, 即在流速達(dá)到最大值后懸沙質(zhì)量濃度才達(dá)到最大值。B站和C站變化較為復(fù)雜, 周期性不如A站明顯, 但也和潮流有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系, 出現(xiàn) 2～4個(gè)峰值, 也都出現(xiàn)在流速的峰值之后。除了 C站有一個(gè)懸沙質(zhì)量濃度最大值出現(xiàn)在落潮期的漲急時(shí)刻, 其余各站的懸沙質(zhì)量濃度峰值都出現(xiàn)在漲潮期, 這表明了研究海域近岸處的主要輸沙方向是沿漲潮方向, 也就是 SSE向; 遠(yuǎn)岸海域的輸沙方向主要沿落潮NNW向。從懸沙質(zhì)量濃度的垂向變化來看, 一般來說, 從表層到底層由小到大。近海水深較小的海域, 懸浮泥沙質(zhì)量濃度隨深度迅速增加, 其垂向梯度較大; 水深較大的外海區(qū)域, 懸浮泥沙質(zhì)量濃度隨深度的增加呈不規(guī)則的變化, 但由于其本身的量值很小, 顯示不出有明顯的變化。兩個(gè)區(qū)域的比較, 前者的變化幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后者。

圖4 各站懸沙質(zhì)量濃度時(shí)間序列等值線Fig. 4 Concentration isograms of suspended sediment at Station A, B, and C

4 輸沙量

根據(jù)同期實(shí)測(cè)懸沙質(zhì)量濃度和單寬輸沙量統(tǒng)計(jì)(表 3)發(fā)現(xiàn), 該海域的懸沙主要是沿 NNE-NNW 及SSW 方向輸運(yùn), 與漲落潮的方向基本一致。三站的漲潮單寬輸沙量均大于落潮期, 其中A站的單寬輸沙量無論漲、落潮均為最大, 這是由于 A站靠近岸邊, 底質(zhì)粒徑相對(duì)較細(xì), 在動(dòng)力條件下較容易發(fā)生再懸浮, 又加上此處的潮流動(dòng)力強(qiáng)勁, 故該站的單寬輸沙量為三站之最。根據(jù)各站的漲落潮單寬輸沙量也可看出各站在潮周期內(nèi)的凈輸沙方向應(yīng)該為偏南向, 我們將3個(gè)站點(diǎn)連成一條直線, 可形成一條位于廢黃河口南側(cè)附近的輸沙斷面, 根據(jù)三站的單寬輸沙量可初步計(jì)算出, 在該斷面上一個(gè)潮周期內(nèi),懸沙向南的凈輸運(yùn)量大約為4.8×105t。該海域?yàn)檎?guī)半日潮, 一天內(nèi)按兩個(gè)潮周期計(jì)算, 每天的懸沙凈輸運(yùn)量大約為9.6×105t。虞志英等[3]根據(jù)地形變化估算130 a(1855～1985年)侵蝕量約為400億 m3, 按濕容重取1.5 g/cm3計(jì)算, 可得每天的侵蝕量在128萬(wàn)t左右。由此可見根據(jù)潮周期計(jì)算的輸沙量和長(zhǎng)期的侵蝕量基本在一個(gè)量級(jí)范圍內(nèi), 也可說明潮流對(duì)該海域泥沙輸運(yùn)的重要影響作用。

圖5 各站平均懸沙質(zhì)量濃度與平均流速、水位變化關(guān)系Fig. 5 Correlation of vertical average suspended sediment concentrations and average velocities and water depths at Station A,B, and C

表3 實(shí)測(cè)懸沙質(zhì)量濃度和單寬輸沙量統(tǒng)計(jì)表Tab. 3 Statistics of the suspended sediment concentration and sediment discharge

5 討論

從廢黃河三角洲岸灘侵蝕的大量泥沙, 經(jīng)沿岸水流的分選, 其中的細(xì)顆粒泥沙則隨著沿岸波流和漲、落潮流運(yùn)移, 而粗顆粒泥沙則在濱外地帶堆積,從而形成了水下沙洲。潮間帶灘地被波浪沖刷而懸浮于海水中的泥沙, 則隨著沿岸的波流和潮流運(yùn)移。其中的部分泥沙, 由于受灘坡和泥沙顆粒重力及回流作用,向著濱外海域擴(kuò)散, 成為流場(chǎng)中的物質(zhì)來源之一, 并隨著潮流運(yùn)移。

已有研究表明, 在冬季盛行強(qiáng)勁北風(fēng), 從而產(chǎn)生的黃海沿岸流及蘇北沿岸流攜帶著廢黃河口水下三角洲由海浪和潮流攪動(dòng)起來的懸浮泥沙向東南擴(kuò)散, 可輸送到輻射沙脊, 甚至可運(yùn)移到長(zhǎng)江口附近海域會(huì)同長(zhǎng)江沖淡水?dāng)y帶泥沙, 向濟(jì)州島方向擴(kuò)散[22]。而我們根據(jù)中國(guó)科學(xué)院海洋研究所在離江蘇海岸約40 km外連續(xù)26 d的ADCP海流觀測(cè)資料, 發(fā)現(xiàn)這里幾乎在全部深度上都存在著北向流, 垂向平均流速約3.4 cm/s, 最大北向流速8 cm/s[23], 這說明可能有一支自廢黃河口乃至蘇北輻射沙脊和長(zhǎng)江口的泥沙流可以向北到達(dá)海州灣頂對(duì)其進(jìn)行泥沙補(bǔ)充。

在研究區(qū)域中, 本文的研究表明, 在潮流的作用下, 懸浮泥沙的運(yùn)動(dòng)方向是偏南向的, 與上面所述的北向流恰恰相反, 另外該海域還存在一支由北到南的蘇北沿岸流。另外在該海域也有眾多的研究成果： 如王穎[24]認(rèn)為蘇北北部海域受到廢黃河三角洲沖刷物的補(bǔ)給, 沈煥庭等[25]認(rèn)為蘇北沿岸有部分泥沙補(bǔ)給北支, 以上兩種觀點(diǎn)均體現(xiàn)了廢黃河口泥沙主要向南運(yùn)動(dòng)的特征; 趙保仁等[26]認(rèn)為貼岸北上的潮余流是會(huì)將泥沙帶至蘇北沿岸海域, Xia[27]通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)夏季貼近蘇北近岸存在一支比較穩(wěn)定的北向低頻環(huán)流, 在海州灣附近轉(zhuǎn)向東, 而后向東南流動(dòng), 這支從長(zhǎng)江口北支附近北上的環(huán)流應(yīng)該能攜帶部分泥沙對(duì)蘇北近岸進(jìn)行補(bǔ)給。如此看來, 該海域的懸沙運(yùn)動(dòng)影響因素非常復(fù)雜, 那么在浪、潮、流等動(dòng)力因素的共同作用下, 廢黃河口水下三角洲的再懸浮泥沙到底應(yīng)是一個(gè)怎樣的輸運(yùn)格局, 根據(jù)前人的成果結(jié)合本文的研究, 我們認(rèn)為在該海域主要存在向北海洲灣方向輸運(yùn)和向南蘇北輻射沙洲方向輸運(yùn),這兩種泥沙輸運(yùn)格局可能同時(shí)存在, 夏季泥沙向北輸運(yùn)相對(duì)較強(qiáng), 而在冬季在強(qiáng)勁的北風(fēng)和沿岸流的作用下, 泥沙的向南輸運(yùn)趨勢(shì)非常明顯。當(dāng)然以上主要是一種理論上的推斷, 具體的泥沙運(yùn)動(dòng)格局還要通過進(jìn)一步的研究來證實(shí)。

6 結(jié)論

通過對(duì)廢黃河口海域3測(cè)站連續(xù)25 h海流觀測(cè)資料進(jìn)行的短期潮流調(diào)和分析表明, 該海域?qū)儆谡?guī)半日潮流性質(zhì), 表層最大可能流速范圍在 170～220 cm/ s。各站潮流均基本為往復(fù)流性質(zhì), 離岸越遠(yuǎn)旋轉(zhuǎn)性越強(qiáng)。漲潮流流向以 SSE為主, 落潮流流向以NNW為主。計(jì)算所得表層各站的O1, K1, M2, S2四個(gè)主要分潮流的北分量一般大于東分量。離岸越近的海域余流越小, 距岸越遠(yuǎn)的海域余流越大。半日潮流的橢圓長(zhǎng)軸以北偏西為主。各站最大流發(fā)生時(shí)刻從表層到底層逐漸延遲, 一般底層流速達(dá)到最大值的時(shí)刻要比表層早0.5 h左右。

研究海域的懸沙質(zhì)量濃度和潮流密切相關(guān), 在潮周期內(nèi)出現(xiàn)周期性的變化, 恰好對(duì)應(yīng)該海域半日潮的潮流特點(diǎn), 懸沙質(zhì)量濃度的峰值落后于流速的峰值。廢黃河口海域水體較為混濁, 呈現(xiàn)近岸懸沙質(zhì)量濃度高, 向海逐漸降低的分布形態(tài)。各站懸沙與海底沉積物粒度組分差異較小, 兩者交換頻繁, 海水中的懸沙主要為泥沙再懸浮的貢獻(xiàn)。懸沙質(zhì)量濃度的垂直變化, 一般來說, 從表層到底層由小到大。近海水深較小的海域, 懸沙質(zhì)量濃度垂向梯度較大;水深較大的外海區(qū)域, 懸沙質(zhì)量濃度隨深度的增加呈不規(guī)則的變化, 但變化梯度較小。海域的懸沙凈輸運(yùn)方向?yàn)槠舷? 與漲潮的方向基本一致。3站的漲潮單寬輸沙量均大于落潮期, 3站連線斷面上, 在一個(gè)潮周期內(nèi), 向南凈輸沙可達(dá)48萬(wàn)t左右, 潮流對(duì)該海域泥沙輸運(yùn)的影響巨大。

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The relationship between the suspended sediment movement and tidal current dynamic characteristic in Old Yellow River Delta

CHEN Bin1,2,3, ZHOU Liang-yong1,3, LIU Jian1,3, WANG Kai4
(1. Key Laboratory of Marine Hydrocarbon Resources and Environmental Geology, Ministry of Land and Resources, Qingdao 266071, China; 2. Key Laboratory of Marine Sedimentology & Environmental Geology,State Oceanic Administration, Qingdao 266071, China; 3. Qingdao Institute of Marine Geology, Qingdao 266071, China; 4. Institute of Oceanology, the Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China)

Sep., 20, 2010

Old Yellow River Delta; tidal current; suspended sediment concentration; sediment discharge

Based on the observation data of suspended sediment concentration (SSC) and ocean current, we applied the tidal current quasi-harmonic method for short-term data to analyze the tidal current characteristics, and to discuss the dynamics relation between SSC and the tidal current. The research results show that the tidal current in the studied area can be classified as regular semidiurnal tidal current. The north component of semidiurnal current is generally stronger than the east one. The tidal current is mainly the rectilinear. As the distance is farther away from the shore, the rotation is stronger. At flood tide, the tidal current is in the direction of SSE, and at ebb tide, the current is in the direction of NNW. The SSC gradually reduces from the nearshore to offshore, and it increases from surface to bottom. The SSC vertical gradient in nearshore is larger than in offshore. The SSC shows obvious cyclical changes, in response to regular semidiurnal tidal currents. The maximum SSC appears after the maximum velocity. The suspended sediment mainly is transported in direction of south by tidal current, and the sediment discharge of the flood tide is larger than the ebb tide.

P736.42

A

1000-3096(2011)05-0073-09

2010-09-20;

2011-03-29

國(guó)家青年科學(xué)基金項(xiàng)目(41006033); 海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(MASEG200809); 國(guó)土資源部海洋油氣資源與環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金(MRE200915); 國(guó)土資源部地質(zhì)大調(diào)查項(xiàng)目(GZH200900501)

陳斌(1979-), 男, 山東濰坊人, 助研, 博士, 主要從事海洋沉積動(dòng)力的數(shù)值研究, E-mail： chenbin1007@hotmail.com

劉珊珊)