徐 海，武小勇，張沈陽，王 璟

（1.浙江省河海測繪院，浙江 杭州 310008；2.國家海洋局第二海洋研究所，浙江 杭州 310012）

椒江河口懸沙濃度時空變化特征分析

徐 海1，武小勇2，張沈陽1，王 璟1

（1.浙江省河海測繪院，浙江 杭州 310008；2.國家海洋局第二海洋研究所，浙江 杭州 310012）

2013年12月和2014年6月，在椒江河口各布設6個水文觀測站，進行洪枯2季大小潮水文觀測，以此實測資料為基礎，分析了椒江河口懸沙濃度的時空分布變化特征。結果表明：① 椒江河口懸沙濃度一般而言枯季高于洪季，大潮高于小潮；② 縱向分布上，從上游椒江河道向下游椒江口門，再至臺州灣海域，懸沙濃度逐漸降低；③ 垂向分布上，椒江河口最大渾濁帶內發(fā)育有泥躍層是其垂向分布的最顯著特點。泥躍層的發(fā)育受潮流速、懸沙濃度、鹽度的共同影響，枯季較洪季發(fā)育顯著，枯季小潮時最為發(fā)育。

椒江河口；懸沙濃度；最大渾濁帶；時空變化；泥躍層

1 問題的提出

懸沙濃度是河口的重要屬性之一，河口懸沙濃度的時空變化是懸沙運動的重要特征體現(xiàn)，反映了不同水動力環(huán)境作用下的結果，而水動力環(huán)境是塑造河口地貌、促使河口演變的主要動力因素[1]。因此，開展河口懸沙濃度時空變化特征的研究，對河口海岸工程學、地貌學具有重要意義，長期以來一直引起河口海岸學者、港口航道工程師及環(huán)境保護學者的濃厚興趣。

椒江河口作為高度渾濁河口，發(fā)育最大渾濁帶，關于其懸浮泥沙的研究歷來受到研究學者的廣泛重視。孫志林研究了椒江河口最大渾濁帶的成因[2]；符寧平和畢敖洪通過椒江河口懸沙的沉降機理研究，提出單顆粒沉降和絮凝沉降兩種沉降方式[3]；20世紀90年代中后期至今的10多年來，有多位學者對椒江河口最大渾濁帶的懸沙垂向分布特征、懸沙粒徑分布變化、細顆粒泥沙沉積動力機制、底部泥沙運移、泥躍層的形成機理以及浮泥分布規(guī)律等方面進行了深入的研究[4-7]。近年來隨著椒江河口整治開發(fā)力度的加大，開展了數(shù)次較大規(guī)模的水文泥沙觀測，但對椒江河口懸沙濃度時空分布變化特征的研究鮮有報道。

根據2013年12月4 — 12日(枯季)和2014年6月14 — 22日(洪季)水文泥沙觀測資料，對椒江河口懸沙濃度的平面分布和垂向分布特征、大小潮之間和洪枯季之間的變化規(guī)律進行較為系統(tǒng)的研究分析，有利于深入認識椒江河口海陸相互作用的特點，豐富椒江河口開發(fā)治理的科學依據。

2 研究區(qū)概況

椒江為浙江沿海第三大入海河流，全長197.7 km，流域面積6 519 km2，潮流界在臨海市城西三江口，潮區(qū)界在永安溪望良店，兩者相距僅相距3.5 km。椒江河口屬于山溪性強潮河口，其范圍從石仙婦至牛頭頸的河段為河流進口段(椒江河道)，牛頭頸以外出口門為口外海濱段；椒江河口隱蔽條件好，口內椒江河道基本不受外海風浪影響，受潮流和徑流雙向作用的控制，多年年均流量163 m3/s，年均徑流總量為66.6×108m3，徑流量年內分配不均，汛期（4 —9 月）占總量的76%[8]。潮汐類型為不正規(guī)半日潮，多年平均潮差4.05 m，最大潮差達7.20 m，屬強潮河口。潮流類型屬于不正規(guī)半日淺海潮流，潮流運動形式為往復流，最大流速一般出現(xiàn)在中潮位附近，潮波受地形影響，變化劇烈，十分接近駐波[8]。和許多潮汐河口一樣，在口門內發(fā)育有最大渾濁帶，椒江河口的最大渾濁帶(垂線平均懸沙濃度大于5 kg/m3)縱向跨度約20 km，范圍一般從石仙婦至口門牛頭頸，核部一般位于柵浦與海門之間，懸沙濃度隨水深而增加，一般面層1 ～ 3 kg/m3，底部發(fā)育泥躍層和浮泥層[4-5]。椒江河口水文測站分布示意見圖1。

圖1 椒江河口水文測站分布示意圖

3 資料來源和研究方法

2013年12月4 — 12日(枯季)和2014年6月14 — 22日(洪季)，在椒江河口布設6個水文測站進行水文泥沙觀測(見圖1)，各測站遍及椒江河口區(qū)各個重要關鍵界點。其中，椒江河道的石仙婦和海門斷面各布設1個測站，椒江口門外沿著椒江出海航道布設4個測站，在平面上構成了自上游椒江河道向下游椒江口門至臺州灣海域這樣一個縱向斷面。洪、枯季均進行大、小潮準同步27 h連續(xù)觀測，在整點時刻，采用橫式采樣器按照六層法(表層，0.2H，0.4H，0.6H，0.8H及底層)分層取懸沙水樣。實驗室處理時，對懸沙水樣先進行濾紙過濾，再用恒溫箱烘干，最后冷卻稱重并計算懸沙濃度。

4 結果和討論

根據以上實測懸沙濃度資料，從平面分布特征、垂向分布特征、大小潮之間、洪枯季之間的變化規(guī)律4個方面，對椒江河口的懸沙濃度時空變化特征進行分析，并對機制進行初步探討。

4.1 懸沙濃度平面分布特征

表1為椒江河口各測站垂線平均懸沙濃度統(tǒng)計表，圖2為各測站垂線平均懸沙濃度柱狀圖。結果表明，洪枯兩季，在縱向上，自口內椒江河道向口外至外海臺州灣，懸沙濃度均呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，最高懸沙濃度出現(xiàn)口內椒江河道最大渾濁帶的V1和V2測站，最低懸沙濃度出現(xiàn)在外海臺州灣海域V5和V6測站。這種縱向分布特征，與物質來源、徑流、潮流動力、鹽淡水混合等不無關系。例如，洪季時，縱向上最高懸沙濃度出現(xiàn)在石仙婦V1測站，這是由于洪季徑流作用帶來上游以砂級粗顆粒為主的陸源物質進入水體[4]，使得懸沙濃度升高；而枯季時，徑流作用小，陸源物質補充很少，海域來沙帶來大量細顆粒泥沙進入口門，此時最大渾濁帶的核部出現(xiàn)在海門V2測站，最高懸沙濃度出現(xiàn)在此；外海臺州灣海域V5和V6站，其懸沙來源主要是閩浙沿岸流帶來的以黏土為主的細顆粒物質，懸沙濃度較低，而椒江口內高濃度水體中的粗顆粒物質大多在河道邊灘緩流區(qū)淤積下來，其余大部分懸沙在最大渾濁帶內，受漲落潮流雙向控制，在適當?shù)乃畡恿望}淡水混合條件下，發(fā)生懸浮、絮凝沉降和再懸浮反復的動力過程，在椒江河口區(qū)往返運移[7-8]，能夠隨徑流泄洪時被帶至口外臺州灣海域的沙量十分有限，所以該海域懸沙濃度明顯低于上游椒江河口內外。

表1 椒江河口各測站垂線平均懸沙濃度表 kg/m3

圖2 椒江河口各測站垂線平均懸沙濃度柱狀圖

4.2 懸沙濃度垂向分布特征

椒江河口懸沙濃度的垂向分布，自表層向底層逐漸增高，和很多黏性細顆粒泥沙河口一樣，懸沙濃度的垂向分布很少符合Rouse公式（懸沙濃度自表層向底層呈指數(shù)升高），見圖3所示，椒江河口各測站懸沙濃度垂向分布主要呈現(xiàn)2種線型：準直線型和準斜線型。準直線型的特點是懸沙濃度由表層向底層變化很小，層化現(xiàn)象不明顯，懸沙濃度在垂向上趨于均勻分布，這種垂向分布特征出現(xiàn)在懸沙濃度較低的外海臺州灣海域V5和V6測站。準斜線型的特點是線型的斜率比較穩(wěn)定，懸沙濃度自表層向底層逐漸升高，變化率比較均一，這種垂向分布特征多出現(xiàn)在椒江口門外的V3和V4測站。另外，還有一種線型值得關注，見圖2d中枯季小潮V2測站，其懸沙濃度垂向分布呈現(xiàn)3層結構，即活動懸沙層、泥躍層、浮泥層[4]，其懸沙濃度的垂向分布特征如下：自表層起至相對水深0.4H層，懸沙濃度緩慢升高，垂向梯度較小，懸沙濃度一般小于3 kg/m3，這是活動懸沙層；隨后懸沙濃度向底層急劇升高至10 kg/m3以上，是為泥躍層；至底層則為浮泥層，它是近底床的高濃度懸沙層，懸沙濃度一般大于20 kg/m3。這種3層結構型懸沙濃度垂向分布特征，在椒江河口最大渾濁帶V1和V2測站較為明顯，尤其以核部的海門V2測站在枯季小潮時最為發(fā)育，該水域鹽淡水混合充分，懸沙處于最佳絮凝條件，近底層懸沙濃度足以超過沉降臨界值，而形成受阻沉降，懸沙層化現(xiàn)象顯著，當懸沙濃度大于3 kg/m3(見表2)，在中等水動力（垂線平均流速不大于1 m/s）作用下（見表3），可促使泥躍層發(fā)育[4]。

通過以上分析可知，椒江河口懸沙濃度均呈現(xiàn)自表層向底層逐漸增高的垂向分布特征特征，但垂向變化梯度在不同水域表現(xiàn)出明顯不同的特征，垂向梯度自口內椒江河道，向口外至臺州灣海域逐漸遞減。

圖3 椒江河口各測站懸沙濃度垂向分布圖

4.3 懸沙濃度的洪、枯季變化特征

椒江河口懸沙濃度的洪枯季變化受徑流的影響顯著。見表2所示，一般而言，枯季懸沙濃度高于洪季。一方面，洪季徑流對水體起到一定的“稀釋”作用，但更為主要的是，在枯季時，徑流作用小，上游來水來沙少，潮流作用增強，外海沿岸流的黏性細顆粒泥沙隨漲潮流大量進入口門，加上外海鹽水“入侵”，鹽淡水混合強烈，黏性細顆粒懸沙發(fā)生懸浮、絮凝沉降、再懸浮反復的過程，最大渾濁帶最為發(fā)育，其核部位于海門V2測站，使得口內枯季懸沙濃度高于洪季。例外的是椒江河道上游石仙婦V1測站，在洪季大潮時，受徑流作用的影響，帶來上游豐富的陸源砂級粗顆粒物質，使得懸沙濃度高于枯季大潮。另外，口門外的V4、V5、V6測站，亦呈現(xiàn)枯季懸沙濃度高于洪季的特征，一方面這是由于洪季徑流對水體產生一定的“稀釋”作用，另一方面，洪季時徑流帶來的部分沉積泥沙在枯季潮流的作用下發(fā)生再懸浮，使得該水域枯季懸沙濃度高于洪季。另外，從懸沙濃度垂向分層上看，從圖3可見，椒江河道枯季的懸沙垂向梯度要大于洪季。

表2 椒江河口各測站平均懸沙濃度表 kg/m3

4.4 懸沙濃度隨大、小潮變化特征

懸沙濃度的大小受潮流動力作用的影響顯著（見表3），椒江河口的大潮流速大于小潮，從而使得大潮懸沙濃度高于小潮（見圖2、表1），洪季時大潮平均懸沙濃度是小潮的2.1 ～ 12.9倍，最大倍數(shù)出現(xiàn)在V5測站，最小倍數(shù)出現(xiàn)在V2測站；枯季時大潮平均懸沙濃度是小潮的1.3 ～ 3.1倍，最大倍數(shù)出現(xiàn)在V3測站，最小倍數(shù)出現(xiàn)在V1和V2測站。

表3 椒江河口各測站平均流速表 m/s

4.5 最大渾濁帶內泥躍層的變化特征

如前所述，在椒江河口最大渾濁帶內，出現(xiàn)泥躍層這一明顯的垂向分布特征，而泥躍層在不同季節(jié)、不同潮型，以及同一潮周期內的不同時段，其發(fā)育情況均是不同的。作為一種特殊的懸沙垂向分布特征，有必要對其發(fā)育特征進行探討。以最大渾濁帶核部的海門V2測站為例，表4所示為其潮流特征時刻的平均鹽度，圖4和圖5為其流速和懸沙濃度在潮周期內隨時間的變化過程剖面圖，以此為依據進行闡述。

洪季大潮時，見圖4a所示，V2測站在落憩、漲初的時間段內(約3 h)，泥躍層發(fā)育，此時的垂線平均流速在中等流速（1 m/s）以下，鹽度處于絮凝沉降條件的范圍內（4 ‰ ～ 16 ‰）[4]，黏性細顆粒懸沙容易發(fā)生絮凝沉降形成泥躍層，而隨著漲潮流的增大，潮流速普遍在1 m/s以上，超過中等流速，絮凝顆粒被沖散，懸沙再懸浮進入水體隨潮流而運移，泥躍層逐漸消失，在漲憩、落初時，雖然潮流速也低于中等流速，但此時水體鹽度較高，超過絮凝沉降的臨界值（見表4），不易形成絮凝沉降，此后隨著落潮流的增加再減弱，至落憩、漲初時，泥躍層再次發(fā)育。

洪季小潮時，見圖4b所示，和大潮類似，V2測站也只在落憩、漲初的時間內發(fā)育有泥躍層，但持續(xù)時間（約2 h）短于洪季大潮，其發(fā)育程度（泥躍層的厚度和懸沙濃度）也均低于洪季大潮。這可歸因為洪季小潮的懸沙濃度低于洪季大潮(見表1)，鹽、淡水混合強度也不如洪季大潮。

圖4 椒江河口洪季V2測站潮流速和懸沙濃度隨時間變化過程剖面圖

圖5 椒江河口枯季V2測站潮流速和懸沙濃度隨時間變化過程剖面圖

枯季大潮時（見圖5a），從落急以后，至落憩、漲初這段時間內（約5 h），潮流速普遍低于1 m/s，鹽度亦處于最佳絮凝沉降范圍內（見表4），V2測站發(fā)育泥躍層，從持續(xù)時間、泥躍層厚度、懸沙濃度看，其發(fā)育規(guī)模較洪季大、小潮顯著。

枯季小潮時（見圖5b），泥躍層更加普遍發(fā)育，除了在落急時段的約2 h時間內，潮流速普遍大于1 m/s，不具備泥絮凝沉降形成泥躍層的條件，其余時段的懸沙垂向3層結構明顯，泥躍層顯著發(fā)育，其規(guī)模超過枯季大潮。

表4 椒江河口V2測站特征時刻鹽度表 ‰

綜上所述，椒江河口最大渾濁帶內泥躍層的發(fā)育，表現(xiàn)為枯季較洪季顯著，其中以枯季小潮時最為發(fā)育，這和謝欽春對椒江河口泥躍層的研究結論一致，而其隨季節(jié)、潮型、潮周期的變化特征，也和泥躍層的形成條件相響應[4]，即懸沙濃度大于3 kg/m3，鹽度介于4 ‰ ～ 16 ‰，中等流速水平（垂線平均流速1 m/s）以下，水體懸沙絮凝作用強，懸沙垂向分布剖面中泥躍層發(fā)育。

5 結 論

椒江河口受海域、陸域雙向來水來沙的控制，水動力環(huán)境十分復雜，其懸沙濃度的時空變化特征可歸納如下：

（1）椒江河口懸沙濃度，一般而言枯季高于洪季，例外的是椒江河道上游石仙婦，其洪季大潮高于枯季大潮，這主要是受洪季徑流影響，帶來陸源粗顆粒物質所致。另外，大潮潮流強于小潮，大潮懸沙濃度高于小潮。

（2）平面分布特征：從上游椒江河道向下游出口門再至臺州灣海域，懸沙濃度沿程逐漸遞減。其中，口內椒江河道發(fā)育最大渾濁帶，其懸沙濃度顯著高于口外及臺州灣海域。

（3）垂向分布特征：椒江河口懸沙濃度呈現(xiàn)自表層向底層而逐漸增加的垂向分布特征，但垂向梯度在不同海域表現(xiàn)不同：外海臺州灣海域的懸沙濃度垂向分布特征為準直線型，懸沙濃度垂向分布較為均一，變化不大，垂向梯度較小；口門外水域的懸沙濃度垂向分布特征為準斜線型，垂向變化率比較均一，懸沙濃度自表層向底層逐漸升高，垂向梯度大于臺州灣海域；椒江河道最大渾濁帶內，懸沙濃度呈現(xiàn)3層結構型，活動懸沙層、泥躍層、浮泥層，懸沙濃度的垂向分布特征表現(xiàn)為，自表層起在活動懸沙層內緩慢升高，隨后懸沙濃度急劇升高，發(fā)育泥躍層，至底層為浮泥層，

（4）在一定的流速、懸沙濃度和鹽度作用下，椒江河口最大渾濁帶內泥躍層發(fā)育，枯季較洪季顯著，其中以枯季小潮時最為發(fā)育。

[1] 陳吉余，沈煥庭，惲才興，等.長江河口動力過程和地貌演變[M].上海：上?？茖W技術出版社，1988.

[2] 孫志林.中國強混合河口最大渾濁區(qū)成因研究[J].海洋學報，1998，15(3)：63 - 72.

[3] 符寧平，畢敖洪.椒江懸沙運動若干問題的探討[J].泥沙研究，1989(3)：51 - 57.

[4] 謝欽春，李伯根，夏小明，等.椒江河口懸沙濃度垂向分布和泥躍層發(fā)育[J].海洋學報，1998，20(6)：58 - 69.

[5]李伯根，謝欽春，夏小明，等.椒江河口最大渾濁帶懸沙粒徑分布及其對潮動力的響應 [J].泥沙研究，1999(1)：18 - 26.

[6]李炎，夏小明，董禮先.椒江河口浮泥的分布和調整[J].海洋學報，1998，20(4)：69 - 82.

[7]畢熬洪，孫志林.椒江河口過程初步研究[J].泥沙研究，1984(3)：12 - 25.

[8]中國海灣志編撰委員會.中國海灣志(第十四分冊)[M].北京：海洋出版社，1998.

（責任編輯 姚小槐）

Characteristics of Temporal and Spatial Variation of Suspended Sediment Concentration in Jiaojiang River Estuary

Xu Hai1，Wu Xiao - yong2，Zhang Shen - yang1，Wang Jing1
(1. Zhejiang Surveying Institute of Estuary and Coast，Hangzhou 310008，Zhejiang，China；2. Second Institute of Oceanography，State Oceanic Administration，Hangzhou 310012，Zhejiang，China)

Dry and wet season hydrological observations at six measuring points in the Jiaojiang River Estuary has been carried out during the spring and neap tide in December 2013 and June 2014，based on these date，characteristics of temporal and spatial variation of suspended sediment concentration in Jiaojiang River Estuary are analysised.The results show that：①the suspended sediment concentration is higher in dry season than in wet season，and higher during spring than neap tide；②in longitudinal distribution，the suspended sediment concentration is gradually decreased from Jiaojiang River to estuary entrance then to TaiZhou Bay；③the lutoclines develop in vertical prof i le in the turbidity maximum is the most obvious characteristic of the suspended sediment concentration in vertical distribution；the development of the lutoclines are in the inf l uence of tidal velocity，suspended sediment concentration and salinity，the scale of it in dry season is larger than in wet season，and most development during the neap tide in dry season.

Jiaojiang river estuary；suspended sediment contraction；turbidity maximum；temporal and spatial variation；lutocline

TV148

A

1008 - 701X(2017)03 - 0007 - 06

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2017.03.003

2016-11-28

徐 海(1981 - )，男，工程師，碩士，主要從事水動力泥沙研究工作。E - mail：hehaixuhai@163.com