楊曉東，姚炎明，蔣國(guó)俊,2，李佳

（1.浙江大學(xué) 港口、海岸及近海工程研究所，杭州 310058；2.浙江師范大學(xué)旅游與資源學(xué)院，金華 321004）

樂(lè)清灣懸沙輸移機(jī)制分析

楊曉東1，姚炎明1，蔣國(guó)俊1,2，李佳1

（1.浙江大學(xué) 港口、海岸及近海工程研究所，杭州 310058；2.浙江師范大學(xué)旅游與資源學(xué)院，金華 321004）

以樂(lè)清灣海區(qū)特征測(cè)站實(shí)測(cè)資料為據(jù)，運(yùn)用機(jī)制分解法將懸沙凈輸移通量分解成多個(gè)動(dòng)力項(xiàng)并討論不同區(qū)域懸沙輸移的時(shí)空分布特征，認(rèn)為潮泵輸沙在灣內(nèi)貢獻(xiàn)均較大，在淺灘附近占明顯優(yōu)勢(shì),垂向凈環(huán)流輸沙在小潮期中、內(nèi)灣作用顯著，平流輸沙在開(kāi)闊水域及中灣深槽起主要作用。從余流分布、流速與含沙量的相位關(guān)系、垂向余流結(jié)構(gòu)與懸沙濃度垂向梯度變化等方面探討了主要輸沙項(xiàng)的動(dòng)力機(jī)制，結(jié)果表明：（1）歐拉余流輸沙與潮動(dòng)力強(qiáng)弱呈正相關(guān)；（2）潮汐捕集輸沙與懸沙再懸浮、潮流不對(duì)稱性及漲、落潮背景含沙量密切相關(guān)；（3）垂向凈環(huán)流輸沙與垂向拉格朗日余環(huán)流發(fā)育及懸沙濃度垂向梯度相關(guān)。

樂(lè)清灣；凈輸移；機(jī)制分解；潮泵效應(yīng)；垂向環(huán)流

Abstract: According to the measured field data in Yueqing Bay , the transport flux of suspended sediment in observed stations is divided into several dynamic items using the mechanism decomposition method, and the space-time distributional characteristics of suspended sediment transport is examined.It is indicated that the tidal pumping effect plays an important role in the bay and especially has a clear superiority in shallow regions.The vertical circulation causes prominent sediment transport in middle and inner bay during neap season, and the advection is the primary factor for sediment transport in deeper channels and open regions.Meanwhile, the dynamic mechanism of main items is discussed in terms of residual current distribution, the phase relationship between velocity and sediment concentration, the vertical residual current structure and the vertical gradient of sediment concentration.The conclusions could be made as following：(1) The Euler residual current effect is correlated positively with tidal power.(2) The tidal trapping effect has close linked with tidal dissymmetry, bottom sediment resuspended and the background concentration difference between spring and ebb tide.(3) The development of Lagrange vertical residual current and the vertical gradient of suspend sediment concentration are responsible for the net vertical circulation transport.

Keywords: Yueqing Bay; net transport; mechanism decomposition; tidal pumping; vertical circulation

懸沙輸移是海岸帶研究的核心問(wèn)題之一，近岸海洋環(huán)境中潮汐、徑流、環(huán)流、波浪、風(fēng)場(chǎng)、水團(tuán)流系、泥沙來(lái)源和地形等諸多因子都對(duì)懸沙輸移機(jī)制起著非常重要的作用。對(duì)于懸沙輸移一般常用數(shù)學(xué)模型計(jì)算和通量機(jī)制分解法兩種方法進(jìn)行研究。數(shù)學(xué)模型偏重于從過(guò)程上研究動(dòng)力因子與懸沙輸移的響應(yīng)關(guān)系[1-3]。通量機(jī)制分解法[4-6]則將懸沙輸移通量定量的分解成多個(gè)動(dòng)力項(xiàng)，每個(gè)動(dòng)力項(xiàng)由一種或多種動(dòng)力因子聯(lián)合作用，既可探究每個(gè)動(dòng)力項(xiàng)的相對(duì)貢獻(xiàn)大小，也可探討各個(gè)動(dòng)力項(xiàng)所對(duì)應(yīng)的主要?jiǎng)恿σ蜃拥膬?nèi)在輸移機(jī)理。迄今為止，通量機(jī)制分解法在國(guó)內(nèi)外河口、弱潮河口灣[7-11]廣泛應(yīng)用，但主要集中于最大渾濁帶[12-13]附近輸移規(guī)律的研究。

樂(lè)清灣地形復(fù)雜，不同區(qū)域（深槽、淺灘、開(kāi)闊水域、近岸等）作用動(dòng)力復(fù)雜多變，其輸沙機(jī)制呈現(xiàn)各自的變化規(guī)律。本文根據(jù)樂(lè)清灣不同海區(qū)的實(shí)測(cè)水沙資料，運(yùn)用通量機(jī)制分解法分析了懸沙輸移特征，并對(duì)平流輸沙、潮汐捕集輸沙、垂向凈環(huán)流輸沙的機(jī)制進(jìn)行了探討，這有助于進(jìn)一步了解樂(lè)清灣不同區(qū)域的懸沙輸移特點(diǎn)，為灣內(nèi)地形演變的研究、港口航道的維護(hù)、海岸自然資源的合理開(kāi)發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域概況

樂(lè)清灣位于浙江南部沿海，是與東海相通的半封閉強(qiáng)潮海灣（圖1），灣內(nèi)有大荊溪、清江、江夏等山溪性河流注入，徑流總量較小，徑流影響所及范圍有限；海區(qū)潮動(dòng)力強(qiáng)，波浪主要為局地風(fēng)作用下的風(fēng)浪，外海浪較弱[14]，在波流聯(lián)合作用下近岸以粘土質(zhì)粉砂和粉砂質(zhì)粘土為主要組分的底部沉積物沖淤搬運(yùn)作用十分顯著。灣內(nèi)泥沙在各種水動(dòng)力交互作用下呈現(xiàn)復(fù)雜的輸移規(guī)律。

圖1 樂(lè)清灣地形與采樣點(diǎn)示意圖Fig.1 Topography of Yueqing Bay and locations of sampling stations

樂(lè)清灣以連嶼與華秋洞連線為界，以內(nèi)為中、內(nèi)灣，以外為外灣。此線以北，多島嶼、潮汐汊道、淺灘，自南而北水深逐漸減少；此線以南地形單調(diào)，相對(duì)開(kāi)闊，東部發(fā)育潮流沖刷槽，西部為大片水下淺灘[14]。樂(lè)清灣泥沙主要來(lái)源于東中國(guó)海沿岸流輸沙、內(nèi)陸架供沙以及甌江北口下泄泥沙，并由漲潮流自灣外帶入灣內(nèi)。

2 數(shù)據(jù)資料及測(cè)站分布

本文采用2007年4月3—11日大、小潮（1#—4#測(cè)站）及2006年10月7—8日大潮（5#測(cè)站）共3次實(shí)測(cè)水文泥沙資料開(kāi)展分析研究。測(cè)驗(yàn)中流速流向采用中國(guó)海洋大學(xué)研制的SLC9-2型直讀式海流計(jì)施測(cè)，測(cè)船采用手持GPS進(jìn)行平面定位。使用5 000 mL的橫式采水器采取水樣，水樣處理采用過(guò)濾洗鹽、烘干稱重法測(cè)定水體含沙量。海流觀測(cè)根據(jù)水深 (h) 不同分層觀測(cè)和取樣，h＞8 m時(shí)為6點(diǎn)法，3 m≤h≤8 m時(shí)用3點(diǎn)法，h＜3 m時(shí)用2點(diǎn)法,每小時(shí)測(cè)量一次，連續(xù)觀測(cè)25 h。觀測(cè)期間海況在二級(jí)及其以下，灣口測(cè)站風(fēng)浪稍大，浪花呈玻璃色。

測(cè)站基本沿樂(lè)清灣軸線分布，分別位于內(nèi)灣（1#）、中灣（2#）、外灣（3#、4#、5#），見(jiàn)圖1。從地形特征來(lái)看，測(cè)站基本位于四類海區(qū)：一是淺灘附近（1#、4#）；二是深槽區(qū)，分布在中灣（2#）及大巖頭、大麥嶼近岸；三是開(kāi)闊水域（3#）；四是近岸深水區(qū)，分布在灣口東側(cè)大巖頭——連嶼一線近岸（5#）。各測(cè)站水深見(jiàn)表1。

表1 測(cè)站水深狀況Tab.1 Water depth in observed stations

實(shí)測(cè)資料表明，大潮期含沙量及流速均明顯大于小潮期，大潮漲落潮最大流速均出現(xiàn)在5#站表層漲落急時(shí)刻，分別達(dá)1.62 m/s，1.48 m/s；含沙量最大值出現(xiàn)在4#站底層，達(dá)到1.52 kg/m3。根據(jù)沙玉清公式估算灣內(nèi)各個(gè)測(cè)站的起動(dòng)流速，基本上介于0.18～0.40 m/s之間，底部泥沙較易起動(dòng)。經(jīng)各測(cè)站垂線平均潮流流矢分析可知，大潮期潮流基本為往復(fù)流，小潮憩流時(shí)刻流向可能會(huì)有一定偏轉(zhuǎn)。

3 懸沙凈輸移通量機(jī)制分解

本文對(duì)單寬懸沙通量進(jìn)行分析，主要考慮各測(cè)站的懸沙沿主流向的輸運(yùn)。主流向是指漲落潮急流時(shí)的垂線平均流向，一般以沿漲潮流主流向?yàn)檎?，?guī)定大潮期各站主流向?yàn)椋?#站為25°，2#站為8°，3#站為294°，4#站為70°，5#站為344°，小潮期與大潮期主流方向可能有5°以內(nèi)的擺動(dòng)。

瞬時(shí)流速u可以分解成垂向平均值及其偏差項(xiàng)之和，即：

水體凈輸移對(duì)懸沙輸移有重要的影響。拉格朗日余流是指1個(gè)或者多個(gè)潮周期時(shí)段內(nèi)對(duì)流體微團(tuán)的隨體速度的平均，馮士笮[16]認(rèn)為，一階的拉格朗日余流就是水體質(zhì)量?jī)糨斠扑俣?，它等于歐拉余流與斯托克斯余流之和。其表達(dá)式為：

懸沙潮周期平均單寬凈輸移率的表達(dá)式為：

式中：Y1為歐拉余流輸移項(xiàng)，Y2為斯托克斯余流輸移項(xiàng)，Y1+Y2組成平流輸移項(xiàng)，其方向與ul一致，它表達(dá)了水體凈輸移的輸沙效應(yīng)。Y5為潮汐捕集輸沙項(xiàng)，Y3、Y4、Y5都含有Ct因子，均與水體與底部的泥沙雙向交換有關(guān)，Y3+Y4+Y5共同組成“潮泵效應(yīng)”輸移項(xiàng)。Y6+Y7組成垂向凈環(huán)流輸移項(xiàng)，反映了垂向凈環(huán)流對(duì)輸沙的貢獻(xiàn)。

4 懸沙輸移計(jì)算結(jié)果分析

運(yùn)用公式（7）對(duì)潮周期平均單寬凈輸沙率（Y）及各輸沙分量進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果顯示影響懸沙凈輸移的主要項(xiàng)有Y1、Y2、Y5、Y6，其它項(xiàng)所占比重較少，表1列出了Y及主要項(xiàng)的計(jì)算結(jié)果。時(shí)間上看，大潮期各測(cè)站潮周期平均單寬凈輸沙率及其分量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小潮期?？臻g上看，2#站大、小潮期間|Y|均最大，大潮時(shí)沿漲潮方向向?yàn)硟?nèi)輸移，小潮時(shí)沿落潮方向向外灣輸移；灣頂1#站大、小潮期間|Y|都最小，均為沿落潮方向輸移；灣口的 3#、4#站大、小潮期間|Y|介于上述兩者之間，大潮期 3#站向?yàn)惩廨斠啤?#站向?yàn)硟?nèi)輸移；小潮期 3#、4#站均沿落潮方向向?yàn)惩廨斠疲?#大潮期|Y|與 2#接近，往灣外輸移。

從表1還可以看到，平流輸沙在2#、3#測(cè)站占總輸沙率的75%以上，而在其他站其貢獻(xiàn)均值少于25%；潮泵輸沙在各測(cè)站均貢獻(xiàn)明顯，在1#、4#、5#站占總輸沙率的比重均超過(guò)70%，在2#小潮期其比重達(dá)到了120.9%，3#站潮泵輸沙相對(duì)最弱；垂向凈環(huán)流輸沙在小潮期 1#、2#及 4#總輸沙率的比重較大，大潮期只在5#貢獻(xiàn)較大，其他站均小于10%。

4.1 平流輸沙

平流輸沙為考慮歐拉余流與斯托克斯余流的綜合輸沙效應(yīng)。Y1、Y2、Y1+Y2的方向分別由歐拉余流、斯托克斯余流與拉格朗日余流的輸移方向決定，大小不僅與余流值有關(guān)，而且與當(dāng)?shù)爻敝芷谄骄沉考八畛示€性關(guān)系。

Y1的方向與歐拉余流的方向一致，由漲、落潮水流強(qiáng)度對(duì)比決定，表征優(yōu)勢(shì)流的方向。由表2可知，1#站大潮期歐拉輸沙沿落潮方向，表明下泄徑流對(duì)1#水沙輸運(yùn)有重要影響；灣口潮動(dòng)力占優(yōu)，不管大潮還是小潮，3#與4#歐拉余流輸沙方向均相反，其中 3#向?yàn)惩廨斶\(yùn)、4#向?yàn)硟?nèi)輸運(yùn)，表明 3#偏落潮優(yōu)勢(shì)流，4#偏漲潮優(yōu)勢(shì)流，漲落潮歷時(shí)與流速差異是產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因：受淺水分潮增長(zhǎng)的影響，潮波變形造成灣內(nèi)漲潮歷時(shí)略長(zhǎng)于落潮歷時(shí)，同時(shí)在潮灘眾多的樂(lè)清灣，束水歸槽的落潮流速明顯大于漫灘擴(kuò)散的漲潮流速；此外，4#落潮流還受甌江北口下泄流的阻擋導(dǎo)致漲落潮流速差異減弱。Y1占總輸沙的比重與歐拉余流的大小相對(duì)應(yīng)，從空間分布來(lái)看，歐拉余流及輸沙從灣口至灣頂均呈逐漸減弱的規(guī)律，如大潮期外灣的 D3、 D4、D5 3個(gè)測(cè)站歐拉余流都在4.00 cm/s左右，中灣D2站稍小，內(nèi)灣D1站最小但也達(dá)到了2.70cm/s，小潮期這種遞減趨勢(shì)更加明顯，X 1站的余流與灣口測(cè)站相比差一個(gè)量級(jí)，這表明歐拉余流及輸沙與港灣潮動(dòng)力越靠近灣頂越弱的特點(diǎn)有重要關(guān)系，陳波[17]在廉州灣的研究也證明了這一變化規(guī)律；另外，由于2#水深最大，其歐拉輸沙的總量也最大。

表2 潮周期平均單寬凈輸沙率與各分量的百分比（凈輸沙率/kg·m-1·s-1、百分比/%）Tab.2 Net sediment transport and the proportion of main dynamic mechanism items

表3 各測(cè)站余流計(jì)算結(jié)果（余流/cm·s-1）Tab.3 Lagrange,Euler,Stokes residual flows in observed stations

Y2方向與斯托克斯余流的方向一致，大潮期3#、4#、5#向?yàn)惩廨斠疲?#、2#向?yàn)硟?nèi)輸移，小潮期斯托克斯方向無(wú)明顯規(guī)律。Y2大小與斯托克斯余流大小分布規(guī)律相關(guān)，總體來(lái)看呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：（1）深水區(qū)的 3#、4#、5#站其占總輸沙的比重較歐拉輸沙小的多；（2）淺水區(qū)斯托克斯輸沙相當(dāng)顯著，尤其在灣口4#站大、小潮期Y2分別占凈輸沙的125.6%與250.7%，1#站小潮期Y2所占比重也達(dá)到70.2%。這與波浪在樂(lè)清灣的分布特征相吻合，據(jù)研究[19]樂(lè)清外灣局部風(fēng)場(chǎng)與外海浪均較強(qiáng)（尤其在西側(cè)淺水區(qū)），內(nèi)灣外海浪與局部風(fēng)場(chǎng)相比基本可以忽略，而一般來(lái)說(shuō)波浪從深水區(qū)向淺水區(qū)的前進(jìn)過(guò)程中非線性作用會(huì)不斷增強(qiáng)，因此，Stokes余流輸沙和波浪非線性效應(yīng)有重要的聯(lián)系。2#、5#站斯托克斯輸沙達(dá)到20%以上，主要是當(dāng)?shù)厮钶^大的緣故。

4.2 潮泵效應(yīng)輸沙

潮泵輸沙機(jī)理可以概括為：底部泥沙交換（泥沙再懸浮與沉降）及滯后效應(yīng)致使懸沙濃度漲落潮不對(duì)稱變化并與流速時(shí)間過(guò)程線存在一定的相位差，在對(duì)稱或不對(duì)稱漲落潮流的作用下，潮周期內(nèi)漲、落潮懸沙輸移不能相互抵消，產(chǎn)生凈輸沙。潮泵輸沙以Y5為主，它不僅取決于潮流與含沙量的潮周期不對(duì)稱變化，同時(shí)也與背景含沙量有重要的聯(lián)系。一般來(lái)說(shuō)，中、下層水體含沙量易受水流動(dòng)力的響應(yīng)而發(fā)生變化，因此本文主要通過(guò)大潮期潮泵輸沙較大的1#、2#、4#、5# 4個(gè)測(cè)站底層流速與含沙量的對(duì)應(yīng)關(guān)系（見(jiàn)圖2）的分析來(lái)揭示輸沙機(jī)理。

圖2 含沙量與流速過(guò)程線圖（流速正號(hào)表示落潮，負(fù)號(hào)表示漲潮）Fig.2 Phase relationship between velocity and sediment concentration

D1站流速與含沙量的過(guò)程線相位相似，在第一個(gè)潮周期出現(xiàn)了兩次再懸浮，落潮期含沙量極大值出現(xiàn)在落急時(shí)刻，而漲潮期含沙量極大值發(fā)生在漲急稍后時(shí)刻。這主要是因?yàn)椋郝涑背跗趧倸v經(jīng)漲憩泥沙普遍沉降過(guò)程懸沙濃度處于低點(diǎn)，且下泄而至的落潮流含沙量也較低，因此落潮含沙量峰值的產(chǎn)生主要取決于本地再懸??；漲潮懸沙峰值的出現(xiàn)不僅和本地再懸浮有關(guān)，而且與表、中層泥沙沉降及下游輸運(yùn)而至的高含沙漲潮流都有直接聯(lián)系。D1底層落潮期含沙量均值大于0.50 kg/m3，而漲潮期底層含沙量均值只有0.40 kg/m3左右，這是由于落潮期沖刷水流強(qiáng)度更大，再懸浮作用也更強(qiáng)烈；此外，落潮期平均流速較漲潮期稍大，這種漲落潮流速不對(duì)稱促使D1底層在潮周期尺度內(nèi)沿落潮方向產(chǎn)生潮泵凈輸沙。

D2站流速與含沙量的過(guò)程線有0.5～1 h的相位差，受過(guò)水?dāng)嗝媸挠绊?，該區(qū)域漲落潮急流時(shí)刻前后水流強(qiáng)度大、紊動(dòng)強(qiáng)，底部沉積物易被掀起發(fā)生再懸浮。漲潮期水體背景含沙量明顯大于落潮期，那是由于漲潮流從灣外帶入了大量海相及沿途泥沙，進(jìn)入內(nèi)灣后挾沙水流受地形放寬及水深遞減雙重影響下在淺水區(qū)的大量沉降，而落潮時(shí)僅有部分已沉降泥沙被重新掀起；同時(shí)，漲潮期底部高含沙量維持時(shí)間也較長(zhǎng)，除了以上原因，還與表中層懸沙大量落淤有一定關(guān)系。另外，由于中、內(nèi)灣灘涂面積大的地形特點(diǎn)，D2站漲潮歷時(shí)明顯大于落潮歷時(shí)。再懸浮效應(yīng)、漲、落潮背景含沙量差異及漲、落潮流歷時(shí)不等、懸沙沉降是D2站沿漲潮方向產(chǎn)生潮泵凈輸沙的主要原因。

D4站懸沙含沙量最大濃度可達(dá) 1.4 kg/m3以上，出現(xiàn)在落急后 1～2h，有以下幾方面原因：首先，下泄的低含沙量落潮流一定程度上延緩了由再懸浮作用引起的含沙量增加；其次，甌江北口下泄的高含沙水流易擴(kuò)散進(jìn)入灣口西側(cè)，對(duì)D4背景含沙量有一定影響；最后，近岸淺水區(qū)波浪掀沙作用不可忽視。D4漲潮期流速較小，水流強(qiáng)度不足以對(duì)底沙產(chǎn)生沖刷，因此水體含沙量始終維持在較低的狀態(tài)。

D5站在地形束窄作用的影響下，能量集中，潮差增大，水流最大流速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它測(cè)站，外海穩(wěn)定持續(xù)來(lái)沙使背景含沙量穩(wěn)定在 0.50 kg/m3以上，一般落潮流速達(dá)到0.70 m/s左右，底部泥沙再懸浮與上游來(lái)沙相疊加，使得懸沙濃度顯著增大，D5漲潮期流速與含沙量存在一定的相關(guān)性，再懸浮出現(xiàn)在漲急前一個(gè)小時(shí)。

小潮期潮泵輸沙機(jī)理與大潮期類似，漲落潮背景含沙量差異、流速不對(duì)稱、歷時(shí)不等及懸沙沉降是流速與含沙量過(guò)程線差異的主要控制因素，但由于小潮期水流強(qiáng)度明顯弱于大潮期，再懸浮效應(yīng)并不是很強(qiáng)，限于篇幅不再一一贅述。當(dāng)然，泥沙問(wèn)題相當(dāng)復(fù)雜，除了上述因素外，底質(zhì)組成、波浪狀況等對(duì)底層輸沙也有重要的作用，有待于今后繼續(xù)研究。

4.3 垂向凈環(huán)流輸沙

垂向凈環(huán)流的輸沙是受灣內(nèi)垂向各層余流方向和強(qiáng)度不一致以及含沙量垂向分布不均勻影響形成的，潮周期內(nèi)各層輸沙量在垂向上積分后不能相互抵消，產(chǎn)生凈輸移。垂向凈環(huán)流輸沙的強(qiáng)度與垂向余環(huán)流的強(qiáng)弱及懸沙濃度的垂向變化強(qiáng)度呈正比。本文將從各測(cè)站垂向余流結(jié)構(gòu)圖特征與懸沙濃度的垂向變化特點(diǎn)兩方面來(lái)探討垂向凈環(huán)流的輸沙機(jī)制。

圖3為各測(cè)站大、小潮垂向余流結(jié)構(gòu)圖，采用相對(duì)水深。由圖3可知，歐拉余流垂向上的變化程度與各層潮動(dòng)力和其他動(dòng)力的優(yōu)勢(shì)對(duì)比有直接的關(guān)系。大潮期，周期性的潮動(dòng)力為主要作用力，其它動(dòng)力相對(duì)較弱，反映在垂向結(jié)構(gòu)圖上，歐拉余流從表層至底層逐漸減小，表底層余流方向基本一致。小潮期，外灣潮動(dòng)力依舊較強(qiáng)，3#、4#歐拉余流依然遵從大潮期一樣的規(guī)律；而灣頂?shù)?#測(cè)站處潮動(dòng)力明顯減弱，徑流、風(fēng)海流等動(dòng)力因子與潮動(dòng)力形成錯(cuò)位均勢(shì)，表層徑流等動(dòng)力占優(yōu)勢(shì)，余流沿落潮方向，而底層則潮流占優(yōu)勢(shì)，余流沿漲潮方向，因此1#存在明顯的歐拉余環(huán)流；2#站除受徑流影響外，地形轉(zhuǎn)折及狹管效應(yīng)使得表底層流流速大小與方向均出現(xiàn)了較大差異，以致2#站也呈現(xiàn)明顯的表層向?yàn)惩?、底層向?nèi)灣的垂向歐拉余環(huán)流。斯托克斯余流在垂向各層變化不大，方向也基本一致。時(shí)間上看，大潮期斯托克斯余流大于小潮期；小潮期各測(cè)站（除4#站）各層斯托克斯余流均較小，4#站受水波非線性變形以致大、小潮期間垂向各層斯托克斯余流均非?？捎^。

圖3 各測(cè)站垂向余流結(jié)構(gòu)圖（余流/cm·s-1）Fig.3 Vertical residual current structure in observed stations

拉格朗日余流更直觀的體現(xiàn)了水體的凈輸運(yùn)的趨勢(shì)；大潮期余環(huán)流較弱，D1，D2，D3，D4站垂向各層余流分布方向基本一致，D5站由于各層歐拉余流與斯托克斯余流方向不一致，迭加后表層余流向?yàn)硟?nèi)、而底層則向?yàn)惩狻Ｐ〕逼?1#, 2#, 4#垂向余環(huán)流均較明顯。

表3為各測(cè)站各層含沙量均值，并計(jì)算了底、表層含沙量均值的絕對(duì)差值與比值，此二量能很好地反應(yīng)含沙量在垂向上的梯度差異。由表可知，大、小潮期底、表層含沙量絕對(duì)差值分別為0.09 ～ 0.38 kg/m3與0.06 ～ 0.24 kg/m3，說(shuō)明底層含沙量普遍比表層含沙量大一些，大潮期絕對(duì)差值大于小潮期，這種現(xiàn)象在野外十分普遍。此外，由表3還可知大潮期底、表層含沙量比值在 1.2 ～ 2.5之間，其中在淺水區(qū)（1#、4#）該值只有1.2 ～ 1.5，表明大潮期水動(dòng)力較強(qiáng)，垂線湍混強(qiáng)烈，懸沙垂向混合均勻；而在深水區(qū)（2#，3#，5#），該值達(dá)到了2.2 ～ 2.5，懸沙垂向分層現(xiàn)象嚴(yán)重。在小潮期，淺水區(qū)底、表層含沙量比值為3.2 ～ 3.4，深水區(qū)平均比值甚至達(dá)到了10以上，這主要是因?yàn)樾〕逼谒畡?dòng)力比較弱，水動(dòng)力的垂線湍混作用較弱，表層和中層泥沙容易沉降至底層，導(dǎo)致底層含沙量明顯增大，垂向梯度增大，與此同時(shí)，這還可能與底質(zhì)泥沙再懸浮有關(guān)，再懸浮作用會(huì)導(dǎo)致底層濃度增加，使底表含沙量比值增大。

綜上所述，由于D5、X1、X2、X4 4個(gè)站存在明顯的垂向拉格朗日余環(huán)流，其中D5、X4呈現(xiàn)與傳統(tǒng)河口區(qū)鹽淡水混合形成的垂向余環(huán)流反向的“逆垂向余環(huán)流”，其形成機(jī)理與地形影響下的潮波變形有一定關(guān)系[18]，加上這些站含沙量在垂向梯度明顯，因此垂向凈環(huán)流輸沙貢獻(xiàn)較大，表1的計(jì)算結(jié)果也印證了這一點(diǎn)。

5 結(jié) 論

運(yùn)用通量機(jī)制分解法，計(jì)算分析了樂(lè)清灣懸沙輸移特征以及相應(yīng)動(dòng)力因子的輸沙機(jī)理，對(duì)樂(lè)清灣不同區(qū)域的懸沙輸移機(jī)制有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。

1）潮泵輸沙在樂(lè)清灣貢獻(xiàn)較大，在淺灘附近占明顯優(yōu)勢(shì)；平流輸沙在開(kāi)闊水域及中灣深槽中起主要作用；垂向凈環(huán)流輸沙在小潮期中、內(nèi)灣及灣外淺灘輸沙比重較大。

表4 垂向各層含沙量均值（濃度/kg·m-3）Tab.4 Vertical distribution of tidal-averaged suspended sediment concentration

2）歐拉余流輸沙貢獻(xiàn)大小在外灣與潮動(dòng)力強(qiáng)弱呈正相關(guān)，灣頂徑流對(duì)潮流制衡，平均流輸沙相對(duì)較弱。斯托克斯輸沙貢獻(xiàn)較小，但在淺水區(qū)作用明顯，淺水區(qū)波浪非線性效應(yīng)增強(qiáng)是重要原因。

3）樂(lè)清灣潮泵輸沙普遍較強(qiáng)。再懸浮效應(yīng)及地形影響下的漲落潮背景含沙量差異是漲落潮含沙量過(guò)程線呈不對(duì)稱性的主要原因，懸沙在灣內(nèi)不同程度的不對(duì)稱性潮流作用下產(chǎn)生凈潮泵輸沙。

4）垂向凈環(huán)流輸沙貢獻(xiàn)與垂向拉格朗日余環(huán)流的強(qiáng)弱及懸沙濃度的垂向梯度大小密切相關(guān)。小潮期潮動(dòng)力弱，中、內(nèi)灣表底層動(dòng)力不均勻分布使得表層余流向海、底層余流向?yàn)硟?nèi)形成余環(huán)流，灣口部分測(cè)站呈現(xiàn)與傳統(tǒng)河口區(qū)鹽淡水混合形成的垂向余環(huán)流反向的“逆垂向余環(huán)流”，且小潮期表層泥沙沉降使得表底層含沙量垂向差異增大，兩者結(jié)合以致小潮期垂向凈環(huán)流輸沙影響顯著。

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Study on the transport mechanism of suspended sediment in Yueqing Bay

YANG Xiaodong1, YAO Yanming1, JIANG Guojun1,2, LI Jia1

(1.Institute of Harbor, Coast Near-shore Engineering, Zhejiang University, Hangzhou , 310058, China 2.the College of Tourism & Resources of Zhejiang Normal University, Jinhua 321004, China）

P736.22+1

A

1001-6932(2011)01-0053-07

2010-01-29；收修改稿日期：2010-4-21

楊曉東 ( 1984－ )，男，碩士研究生，港口航道及近海工程專業(yè)，河口海岸泥沙研究。電子郵箱：yangxd.2007@163.com。