周邢杰，陶建峰

(河海大學(xué) 港口海岸與近海工程學(xué)院，南京 210024)

海岸泥沙運(yùn)動(dòng)作為海岸動(dòng)力與海床相互作用的紐帶，是陸海相互作用的重要研究?jī)?nèi)容。在周期性潮流動(dòng)力作用下，懸沙濃度的時(shí)空分布呈一定規(guī)律性，但在臺(tái)風(fēng)、寒潮等大風(fēng)過(guò)程中，強(qiáng)風(fēng)浪將明顯改變海底剪切應(yīng)力，引起海床沉積物的再懸浮，導(dǎo)致水體懸沙濃度及其垂向分布劇烈變化[1]。潮流和波浪聯(lián)合切應(yīng)力是波流共同作用最具代表性的表現(xiàn)形式[2]。Grant等[3]認(rèn)為潮流、波浪及其聯(lián)合作用產(chǎn)生的切應(yīng)力是海床沉積物得以懸浮和垂向擴(kuò)散的原因；苗立敏等[4]發(fā)現(xiàn)風(fēng)暴期間的波高、波流聯(lián)合切應(yīng)力、懸沙濃度和輸沙率均比平靜天氣高數(shù)倍；此外，水體底部形成的高濃度懸沙層還有可能產(chǎn)生減阻效應(yīng)，使得床面切應(yīng)力減小[5]。波流耦合強(qiáng)切應(yīng)力的作用使得海岸泥沙運(yùn)動(dòng)更為復(fù)雜，且隨動(dòng)力條件變化而發(fā)生海床沉積物級(jí)配、海床結(jié)構(gòu)等變化，提高了大風(fēng)條件下泥沙運(yùn)動(dòng)研究的難度，因此研究大風(fēng)條件下的海岸泥沙運(yùn)動(dòng)對(duì)海岸工程[6]、海岸地貌演變等有重要意義。

江蘇海岸位于我國(guó)沿海中部，包括海州灣、廢黃河口、輻射沙脊群和長(zhǎng)江口北支口外海域,海岸以粉砂淤泥質(zhì)為主，泥沙易起動(dòng)、易懸浮，受大風(fēng)天氣干擾大[7]，泥沙運(yùn)動(dòng)及其分布規(guī)律一直是該海域的研究熱點(diǎn)。邢飛等[8]對(duì)江蘇沿海懸沙空間分布做了細(xì)致分析，認(rèn)為強(qiáng)潮流動(dòng)力造成的泥沙再懸浮是近岸海域懸沙濃度終年偏高的主要因素。陳斌等[9]和徐粲等[10]分別探討了南黃海輻射沙脊群整體和潮汐水道的懸沙輸運(yùn)特征，認(rèn)為懸沙輸運(yùn)從陸向海逐漸減小、區(qū)域內(nèi)以向岸輸運(yùn)居多、潮汐水道內(nèi)則由往復(fù)性強(qiáng)潮流控制；Bian等[11]通過(guò)分析黃海和東海懸沙濃度時(shí)空變化，得出風(fēng)引起的垂向摻混作用導(dǎo)致了表層懸沙濃度的區(qū)域分布差異、而潮流控制著底層的懸沙濃度變化。如上所述，以往研究大多基于正常天氣展開(kāi)，由于大風(fēng)期間時(shí)間尺度短、動(dòng)力條件強(qiáng)、實(shí)測(cè)資料收集難度大，關(guān)于大風(fēng)條件下江蘇沿海懸沙運(yùn)動(dòng)研究相對(duì)較少。然而，江蘇海域受季風(fēng)和臺(tái)風(fēng)影響嚴(yán)重，根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，1949年—2020年間對(duì)江蘇沿海產(chǎn)生影響的熱帶氣旋共有213次[12-13]，寒潮平均每年發(fā)生5.1次[14]。本文基于江蘇沿海多個(gè)測(cè)站不同大風(fēng)天氣期間的實(shí)測(cè)資料，對(duì)比了不同公式計(jì)算波流聯(lián)合切應(yīng)力與近底懸沙濃度過(guò)程的相關(guān)性，在此基礎(chǔ)上分析了江蘇沿海懸沙運(yùn)動(dòng)對(duì)動(dòng)力條件的響應(yīng)規(guī)律，以期提升對(duì)大風(fēng)條件下懸沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)知，為海岸防護(hù)和工程建設(shè)等提供技術(shù)支撐。

1 研究資料及方法

1.1 研究資料

收集到江蘇沿海大風(fēng)期間7個(gè)測(cè)站的氣象、水文和泥沙實(shí)測(cè)資料(站位見(jiàn)圖1)，其中：連云港(LYG)測(cè)站位于淤泥質(zhì)海岸的海州灣海域，大豐港(DF1、DF2、DF3)、洋口港(YK1、YK2，為兩次大風(fēng)天測(cè)站位置，基本接近)和呂四港(LS)測(cè)站分別位于粉砂淤泥質(zhì)海岸的西洋、爛沙洋和小廟洪。LYG測(cè)站以2個(gè)RBR濁度儀和1個(gè)CTD測(cè)沙儀觀測(cè)含沙量，以 AWAC和波潮儀分別測(cè)量水流和波浪過(guò)程；DF1、DF2和DF3在床面以上1.8 m、1.4 m處布置AWAC和“闊龍”分別測(cè)量上、下部水體的流速剖面及波浪過(guò)程，采用 OBS濁度儀觀測(cè)含沙量過(guò)程；YK1和YK2處使用AWAC測(cè)量水流以及波浪過(guò)程，通過(guò)RBR濁度儀得到水體含沙量；LS測(cè)站處分別以ADCP聲學(xué)剖面流速儀、AWAC和OBS濁度儀進(jìn)行流速、波浪、含沙量觀測(cè)。

圖1 大風(fēng)天測(cè)站位置示意圖Fig.1 Location of stations for observing storm wind events

具體大風(fēng)天氣及動(dòng)力、泥沙、含沙量測(cè)量位置等相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)， LYG測(cè)站底沙中值粒徑、垂線平均流速明顯小于其他測(cè)站。DF1、DF2、DF3測(cè)站風(fēng)后底沙粒徑較風(fēng)前明顯粗化，LS測(cè)站大風(fēng)期間底沙粒徑大于風(fēng)后。由于缺少底沙資料，表中爛沙洋海域YK1、YK2測(cè)站用懸沙中值粒徑替代，大風(fēng)期間懸沙粒徑有所增大。

表1 江蘇沿海各測(cè)站的大風(fēng)天氣、沉積物特征及動(dòng)力特征Tab.1 Storm events, sediment characteristics and dynamic characteristics of each station in Jiangsu coast

1.2 研究方法

在波流共同作用中，流致切應(yīng)力提供穩(wěn)定分量，浪致切應(yīng)力提供振蕩分量，兩者在邊界層內(nèi)以非線性方式疊加。在一個(gè)波周期內(nèi)，波流聯(lián)合切應(yīng)力主要有三種形式：一是平均切應(yīng)力τm，決定控制水流的摩阻程度和沉積物向外層水體的擴(kuò)散；二是最大切應(yīng)力τmax，決定泥沙的起動(dòng)和近底擴(kuò)散；三是均方根應(yīng)力τrms，是衡量切應(yīng)力大小的重要形式，在隨機(jī)波中應(yīng)用廣泛[15]。具體來(lái)說(shuō)，最大底床切應(yīng)力控制能進(jìn)入懸浮狀態(tài)的泥沙粒徑大小，隨波浪變化的均方根切應(yīng)力和最大底床切應(yīng)力同時(shí)控制懸沙濃度剖面的形狀[16]。以往研究指出，波浪和水流的夾角會(huì)影響水動(dòng)力的作用[17]，波浪對(duì)懸沙分布的影響在近底處更顯著[18]。因此，本文通過(guò)分析近底懸沙濃度和最大波流聯(lián)合切應(yīng)力的響應(yīng)關(guān)系，探究江蘇沿海不同區(qū)域在不同大風(fēng)天氣下的懸沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

1.2.1 波流聯(lián)合切應(yīng)力計(jì)算

以往研究中[4,19]一般只選用一種或一類公式用以分析切應(yīng)力對(duì)底床沉積物再懸浮的影響，這可能使計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。本文選用兩種類型的公式進(jìn)行對(duì)比分析，選擇適用于各測(cè)站的公式。

(1)Whitehouse公式[15]。

該公式基于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的擬合，具體計(jì)算公式為

τcw1=[(τm1+τw1cosφ)2+(τw1sinφ)2]0.5

(1)

(2)

式中：τcw1為最大波流聯(lián)合切應(yīng)力；φ為波浪和水流的夾角；τm1為平均波流聯(lián)合切應(yīng)力，τc1、τw1分別為流致切應(yīng)力和浪致切應(yīng)力，由下式計(jì)算

(3)

(4)

式中：ρ為海水密度；u*為摩阻流速；fw為波浪底摩阻系數(shù)；Uw為底部波浪水質(zhì)點(diǎn)速度。

(2)Soulsby-Clarke公式[20]。

該公式基于物理模型的推導(dǎo)，考慮了水流條件的影響，具體計(jì)算公式為

(5)

(6)

(7)

紊流條件下

(8)

(9)

1.2.2 適用性分析

鑒于本文探究的是大風(fēng)條件下近底懸沙濃度和波流聯(lián)合切應(yīng)力兩個(gè)離散時(shí)間序列的響應(yīng)規(guī)律，通過(guò)比較τcw1、τcw2和近底懸沙濃度之間的相關(guān)性大小來(lái)選取適合不同測(cè)站的公式。以τcw1為例，取τcw1和近底懸沙濃度在大風(fēng)期間的逐時(shí)序列為τcw1(n)、S(n)，根據(jù)離散時(shí)間序列的相關(guān)性定義，將τcw1(n)翻轉(zhuǎn)為τcw1′(n)并與S(n)求卷積后進(jìn)行平移，得到相關(guān)程度序列

(10)

表2 各測(cè)站近底懸沙濃度與波流聯(lián)合切應(yīng)力的最大相關(guān)系數(shù)及對(duì)應(yīng)的延遲量Tab.2 The maximum correlation coefficient between suspended sediment concentration near the bottom and wave-current coupled shear stress at each station and the corresponding lag time

將兩種公式得到的最大相關(guān)系數(shù)r1max、r2max及其對(duì)應(yīng)的延遲量lag1、lag2具體列于表2，除個(gè)別測(cè)站外，不同公式計(jì)算的切應(yīng)力與近底懸沙濃度的最大相關(guān)系數(shù)均超過(guò)0.8。由表2可見(jiàn)，LYG測(cè)站的r1max為0.82、lag1為0，表示大風(fēng)過(guò)程中公式(1)的計(jì)算結(jié)果和近底懸沙濃度過(guò)程響應(yīng)良好，后文圖2也能反映這一關(guān)系，而lag2為6，且r2仍有增大的趨勢(shì)，說(shuō)明S(n)滯后τcw2(n)可能超過(guò)6 h。DF1、DF2、 DF3測(cè)站r1max與r2max相差不大， DF3處lag1、lag2都為1，說(shuō)明大風(fēng)期間DF3處的近底懸沙濃度略滯后波流聯(lián)合切應(yīng)力約1 h。 YK1測(cè)站r2max大于r1max，延遲量lag2為-2，即YK1處近底懸沙濃度變化過(guò)程提前于波流聯(lián)合切應(yīng)力約2 h；YK2測(cè)站r1max大于r2max，延遲量都為0。LS測(cè)站r1max小于r2max，對(duì)應(yīng)延遲量分別為2和0。

根據(jù)上述各測(cè)站近底懸沙濃度和聯(lián)合切應(yīng)力相關(guān)性分析結(jié)果，選取公式(1)計(jì)算LYG、DF1、DF2、DF3、YK2測(cè)站最大波流聯(lián)合切應(yīng)力，YK1、LS測(cè)站則采用公式(5)計(jì)算。

2 動(dòng)力條件和懸沙分布特征

2.1 動(dòng)力條件

圖2～圖5給出了各測(cè)站的垂線平均流速、有效波高、各層的懸沙濃度、風(fēng)速和切應(yīng)力過(guò)程，當(dāng)風(fēng)速大于8 m/s時(shí)波高增大較明顯，為了后續(xù)分析中描述更加方便，將風(fēng)速在8 m/s以上(缺少風(fēng)速數(shù)據(jù)的LS測(cè)站以0.6 m波高以上)的持續(xù)時(shí)間段稱為大風(fēng)過(guò)程。由圖2～圖5可見(jiàn)，各測(cè)站的風(fēng)、浪過(guò)程較為一致，風(fēng)浪特征明顯。海州灣海域，受“韋帕”臺(tái)風(fēng)影響，潮流疊加風(fēng)生流，LYG處流速量值明顯增加，最大風(fēng)速為20.4 m/s，最大有效波高為3.07 m。強(qiáng)潮海域中，西洋海域在2010年寒潮期間，三個(gè)測(cè)站的流速受風(fēng)影響并不明顯，由于測(cè)量時(shí)間段處于中潮向小潮過(guò)渡的階段，流速幅值反而有減小的趨勢(shì)；波高從大風(fēng)前的0.5 m增加到大風(fēng)期間超過(guò)2 m，尤其是DF3測(cè)站，最大有效波高為2.89 m，明顯強(qiáng)于DF2和DF1。爛沙洋海域，2016年測(cè)量期間風(fēng)速較大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，YK1測(cè)站流速幅值明顯增大，風(fēng)浪在第一段大風(fēng)過(guò)程中處于發(fā)育狀態(tài)，有效波高最大值出現(xiàn)在第二段大風(fēng)過(guò)程中，為2.1 m；而對(duì)于YK2測(cè)站，2017年大風(fēng)過(guò)程正值小潮期間，流速相對(duì)較小，風(fēng)的速度和持續(xù)時(shí)間都小于YK1，最大有效波高為1.8 m。小廟洪海域，LS處有效波高相對(duì)較小，且處于向小潮過(guò)渡的階段，流速逐漸減小。

圖2 海州灣測(cè)站流速、波高、風(fēng)速、含沙量及切應(yīng)力過(guò)程圖Fig.2 Process of velocity, effective wave height, wind speed, suspended sediment concentration and shear stress at station of Haizhou Bay

3-a DF13-b DF2

4-a YK14-b YK2圖4 爛沙洋測(cè)站流速、波高、風(fēng)速、含沙量及切應(yīng)力過(guò)程圖Fig.4 Process of velocity, effective wave height, wind speed, suspended sediment concentration and shear stress at stations of Lanshayang Trough

圖5 小廟洪測(cè)站流速、波高、風(fēng)速、含沙量及切應(yīng)力過(guò)程圖Fig.5 Process of velocity, effective wave height, wind speed,suspended sediment concentration and shear stress at station of Xiaomiaohong Channel

2.2 懸沙濃度垂向分布特征

海州灣海域， LYG測(cè)站表層以下0.5 m到底部以上1.5 m間水體受垂向摻混作用較強(qiáng)，懸沙濃度較為接近，最大值約為1.3 kg/m3；近底懸沙濃度變化明顯，最大懸沙濃度接近6 kg/m3。

西洋海域， DF1、DF2處底層以上1 m和0.5 m處含沙量值較為接近，表層較??；DF3處，各層懸沙濃度都很接近。DF1測(cè)站表層懸沙濃度在大風(fēng)過(guò)程中變化不大，近底最大懸沙濃度接近2.3 kg/m3，約為相同時(shí)刻表層懸沙濃度的3倍。DF2處各層懸沙濃度在大風(fēng)開(kāi)始時(shí)有所增大，近底層最大懸沙濃度約為2.6 kg/m3，在大風(fēng)過(guò)程中，表層懸沙濃度增大、底層懸沙濃度反而減小。DF3測(cè)站缺失部分?jǐn)?shù)據(jù)，但從變化趨勢(shì)來(lái)看，各層懸沙濃度在大風(fēng)期間增加明顯，近底最大懸沙濃度最大值約為1.5 kg/m3。

爛沙洋海域，正常天氣下懸沙濃度相對(duì)較小，表層不足0.1 kg/m3，近底層除個(gè)別時(shí)刻外，均不足0.5 kg/m3。第一次大風(fēng)期間，YK1測(cè)站表層懸沙濃度沒(méi)有明顯變化，但底層懸沙濃度顯著增大，最大懸沙濃度約為1.3 kg/m3，為同一時(shí)刻表層懸沙濃度的27倍。第二次大風(fēng)期間，YK2測(cè)站表層以下1 m處懸沙濃度在大風(fēng)過(guò)程中基于0.3 kg/m3左右做小幅波動(dòng)，底層懸沙濃度減小，并在風(fēng)后增加至最大值1.4 kg/m3，隨著流速減小與表層懸沙濃度接近。

3 大風(fēng)條件下懸沙濃度與動(dòng)力過(guò)程響應(yīng)

3.1 波浪、水流對(duì)波流聯(lián)合切應(yīng)力的貢獻(xiàn)

各測(cè)站X與Z的關(guān)系如圖6所示。X=1表示水流單獨(dú)作用，從X=0.75左右開(kāi)始，當(dāng)X減小時(shí)，Z與X之間的差值逐漸增大，在X=0.25附近達(dá)到最大，此時(shí)的波流間非線性作用最強(qiáng)。LYG由于流速較小，X始終小于0.5，波浪占主導(dǎo)地位，波流間非線性作用較強(qiáng)；LS除了個(gè)別波高較大時(shí)刻，X主要分布在0.7～1.0，由水流主導(dǎo)，波流間非線性作用較弱； DF3在大風(fēng)期間，X主要分布在0.6～0.8，仍是水流占優(yōu)。

6-a LYG6-b DF36-c YK16-d LS圖6 各海域Z與X關(guān)系Fig.6 Relationship between Z and X at each sea area

3.2 近底懸沙濃度變化過(guò)程及其對(duì)動(dòng)力條件的響應(yīng)

3.2.1 往復(fù)流海域

(1)在大風(fēng)作用前X普遍大于0.75時(shí)，聯(lián)合切應(yīng)力由水流主導(dǎo)，Z與X之間差值較小，波流間非線性作用較弱，近底懸沙濃度與波流聯(lián)合切應(yīng)力都呈與水流相關(guān)的周期性。

西洋海域，DF1、DF2處近底懸沙濃度的變化周期約為聯(lián)合切應(yīng)力變化周期的兩倍，與潮流方向的變化對(duì)應(yīng)，即DF1與DF2處，盡管潮流動(dòng)力較強(qiáng)，但在風(fēng)浪較弱時(shí)懸沙濃度的增大主要依靠外部高含沙量水體的流入。如圖1所示， DF1和DF2北面為開(kāi)闊海域，漲潮流由北向南能夠帶來(lái)蘇北淤泥質(zhì)海岸的豐富泥沙。由于DF3位于淺灘內(nèi)的一處槽溝，懸沙濃度大小由再懸浮和沉降作用主導(dǎo)，當(dāng)風(fēng)浪較弱時(shí)，近底懸沙濃度與聯(lián)合切應(yīng)力呈相似周期性，且變化幅度遠(yuǎn)小于DF1與DF2。

爛沙洋海域，YK1和YK2在大風(fēng)作用前最大有效波高就能達(dá)到1 m和0.8 m，盡管水流主導(dǎo)的再懸浮和沉降作用控制著整體的懸沙濃度，個(gè)別時(shí)刻較強(qiáng)波浪的作用使得近底懸沙濃度變化過(guò)程和水流之間的相關(guān)性明顯不如西洋海域。YK1測(cè)站處，在一個(gè)潮周期內(nèi)，當(dāng)流速由最大開(kāi)始降低時(shí)，此時(shí)波流聯(lián)合切應(yīng)力仍高于臨界切應(yīng)力，懸沙濃度繼續(xù)升高，且泥沙運(yùn)動(dòng)存在慣性[22]，水體懸沙濃度過(guò)程滯后于切應(yīng)力過(guò)程約2 h。

小廟洪海域，盡管底質(zhì)較細(xì)，最大波流聯(lián)合切應(yīng)力達(dá)到1.5 N/m2以上，LS處近底懸沙濃度仍小于0.3 kg/m3，潮周期內(nèi)流速變大、聯(lián)合切應(yīng)力增加時(shí)，床面泥沙由于密實(shí)而難以起動(dòng)，底部泥沙向上擴(kuò)散，近底懸沙濃度降低；流速減小時(shí)，上層水體泥沙沉降，近底懸沙濃度增大。懸沙濃度大小主要由沉降作用主導(dǎo)。

(2)大風(fēng)過(guò)程中，往復(fù)流強(qiáng)潮海域浪致切應(yīng)力占比增加Z與X之間的差值增大，波流間非線性作用變強(qiáng)，并且波浪具不規(guī)則性，使得懸沙濃度過(guò)程的周期性變差。

DF1、DF2測(cè)站處平流輸送作用不再占主導(dǎo)作用，DF1處近底懸沙濃度最大值出現(xiàn)在切應(yīng)力最大值之后約11 h(該時(shí)刻的切應(yīng)力相對(duì)前后時(shí)刻更小)，此時(shí)流速幅值較小、表層懸沙沉降、濃度降低，而底部受波浪的強(qiáng)紊動(dòng)作用，泥沙在近底一定距離內(nèi)懸浮，導(dǎo)致近底懸沙濃度升高。DF2測(cè)站處其表層懸沙濃度維持在一相對(duì)較高水平，說(shuō)明水體垂向紊動(dòng)較為強(qiáng)烈，近底懸沙向上擴(kuò)散，同時(shí)由于懸沙濃度背景值較高，受挾沙能力限制，床面泥沙難以起動(dòng)，導(dǎo)致近底懸沙濃度降低。本由局部再懸浮和沉降作用主導(dǎo)的DF3測(cè)站處，由于水深在3個(gè)測(cè)站中最小，受風(fēng)浪作用最顯著，懸沙濃度峰值顯著增大，從1月22日0時(shí)左右漲急時(shí)刻開(kāi)始，波流聯(lián)合切應(yīng)力減小，而近底懸沙濃度反而增大，在漲憩時(shí)刻出現(xiàn)峰值，在落潮過(guò)程中減小，并在落憩時(shí)刻附近出現(xiàn)谷值，平流輸送貢獻(xiàn)增加，附近淺灘上的泥沙被波浪掀起，隨漲潮流到達(dá)DF3處。

YK1處由于大風(fēng)過(guò)程歷時(shí)較長(zhǎng)，聯(lián)合切應(yīng)力作用經(jīng)過(guò)了完整的初始階段和強(qiáng)化階段[23]，近底懸沙濃度從10月26日22時(shí)起明顯增大，懸沙濃度的峰值先于聯(lián)合切應(yīng)力峰值約2 h出現(xiàn)，說(shuō)明仍有其他因素影響著懸沙分布，可能與地形、床面因素變化等有關(guān)[19,24]。YK2測(cè)站近底懸沙濃度相較風(fēng)前反而有所降低，且各層懸沙濃度接近，說(shuō)明此時(shí)紊動(dòng)擴(kuò)散作用將底部泥沙帶到上層，而底部沉積物受挾沙能力或可侵蝕層厚度[25]影響無(wú)法起動(dòng)，導(dǎo)致近底懸沙濃度降低。

LS測(cè)站處在較大波高作用之后，床面的密實(shí)性被破壞，床面泥沙更易起動(dòng)，盡管聯(lián)合切應(yīng)力幅值不斷減小，近底懸沙濃度增加。

(3)當(dāng)風(fēng)速逐漸減小時(shí)，強(qiáng)風(fēng)浪過(guò)程帶來(lái)的影響不會(huì)馬上消失。

DF1、DF2測(cè)站風(fēng)后的懸沙濃度變化幅值相對(duì)風(fēng)前明顯減小，由表1沉積物中值粒徑變化可知，強(qiáng)波浪作用使得較細(xì)的沉積物從床面起動(dòng)并懸揚(yáng)，細(xì)顆粒泥沙對(duì)動(dòng)力條件響應(yīng)更加敏感，近底懸沙濃度在一段時(shí)間內(nèi)維持在1 kg/m3左右做小幅振蕩，再懸浮和沉降過(guò)程延續(xù)了大風(fēng)期間的主導(dǎo)作用。 DF3處在漲急、落急、漲憩時(shí)刻都出現(xiàn)了懸沙濃度峰值，體現(xiàn)了平流輸送和再懸浮、沉降的共同作用。

LS測(cè)站在有效波高和流速都逐漸減小的情況下，由于床面密實(shí)性被破壞，懸沙濃度幅值反而有所增大。

3.2.2 旋轉(zhuǎn)流海域

海州灣海域流速幅值相對(duì)其他海域較小，潮流呈旋轉(zhuǎn)流特性，在正常、大風(fēng)天氣下，懸沙濃度過(guò)程都不具周期性。當(dāng)風(fēng)速、有效波高較小時(shí)，波流聯(lián)合切應(yīng)力不足以起動(dòng)泥沙，當(dāng)風(fēng)浪較強(qiáng)時(shí)，細(xì)顆粒泥沙易于起動(dòng)，近底懸沙濃度變化過(guò)程與波流聯(lián)合切應(yīng)力變化過(guò)程基本吻合，峰值明顯、歷時(shí)較短，最大濃度接近6 kg/m3，是同一時(shí)刻表層懸沙濃度的8倍左右，近底懸沙濃度受波浪主導(dǎo)的再懸浮和沉降作用控制。在聯(lián)合切應(yīng)力達(dá)到最大值之前，9月20日0點(diǎn)附近，有一次強(qiáng)度相近的切應(yīng)力過(guò)程，但后一次過(guò)程中6 h內(nèi)的近底懸沙平均濃度達(dá)到了3.94 kg/m3，前一次過(guò)程只有0.85 kg/m，分析其原因主要是LYG測(cè)站底質(zhì)較細(xì)，細(xì)顆粒粘性泥沙在第一次強(qiáng)動(dòng)力條件下先懸揚(yáng)，剩下的較粗顆粒泥沙在持續(xù)強(qiáng)動(dòng)力作用下更容易起動(dòng)[17]。9月20日12點(diǎn)附近，當(dāng)波流聯(lián)合切應(yīng)力減小時(shí)，泥沙開(kāi)始沉降，此時(shí)的底層懸沙濃度遠(yuǎn)大于水體的挾沙力[26]，且近底的懸移質(zhì)粒度相對(duì)較粗、沉降速度更快，因而出現(xiàn)近底懸沙濃度小于中部和上部的現(xiàn)象。

4 結(jié)論

基于江蘇沿海5次大風(fēng)過(guò)程共7個(gè)測(cè)站的氣象、水文和泥沙資料，分析了大風(fēng)條件下江蘇沿海懸沙分布特征和區(qū)域差異，得到：

(1)大風(fēng)條件下，江蘇沿海各測(cè)站懸沙濃度都有不同程度的增大，垂向呈現(xiàn)由表層到底層逐漸增大的規(guī)律。

(2)潮流主導(dǎo)波流聯(lián)合作用的海域，近底懸沙濃度呈周期性變化，與潮流過(guò)程關(guān)系密切，其中由局部再懸浮和沉降作用控制懸沙濃度大小的海域，懸沙濃度過(guò)程與波流聯(lián)合切應(yīng)力過(guò)程有不同程度的相位滯后；隨著強(qiáng)波浪的作用，波浪與水流動(dòng)力相當(dāng)，該周期性變差。

(3)波浪主導(dǎo)波流聯(lián)合作用的海域，近底懸沙濃度過(guò)程無(wú)周期性，懸沙濃度過(guò)程與波流聯(lián)合切應(yīng)力過(guò)程基本一致，呈現(xiàn)明顯的峰值。