盧鵬飛，岳英潔，朱龍海,3，胡日軍,3，尹硯軍，冷星

1.中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院，青島 266100

2.山東省海洋工程咨詢協(xié)會，濟(jì)南 250000

3.中國海洋大學(xué)海底科學(xué)與探測技術(shù)教育部重點實驗室，青島 266100

懸浮泥沙是沉積物由陸地向海洋輸運的主要載體，同時懸浮泥沙在運移過程中會攜帶各類營養(yǎng)鹽和污染物，因此懸浮泥沙的輸運和沉積不僅能反映海洋沉積動力過程，而且也深刻影響著陸架海海洋生態(tài)環(huán)境和資源分布[1-5]。

針對南黃海海域懸浮泥沙分布、運移和物質(zhì)來源的研究，前人利用實測資料分析[6-9]、數(shù)值模擬[10]、遙感資料反演[11-12]等方法開展了相關(guān)研究。如李文建等[13]基于現(xiàn)場激光粒度儀(LISST)觀測數(shù)據(jù)研究了南黃海的懸浮物粒度分布特征；仲毅等[14]通過水樣抽濾得到的懸浮體質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)和現(xiàn)場激光粒度儀(LISST)觀測到的懸浮體體積濃度數(shù)據(jù)研究了南黃海35°斷面的懸浮體濃度垂直分布及其季節(jié)變化。李建超等[15]基于現(xiàn)場激光粒度儀(LISST)觀測數(shù)據(jù)證明南黃海底部存在多個懸浮體高濃度區(qū)域，沿岸流控制下的近岸懸浮體高濃度區(qū)，懸浮體多為細(xì)顆粒物質(zhì)；黃海暖流流經(jīng)海域濃度相對較低，懸浮體多為粗顆粒物質(zhì)；海洋溫躍層會抑制底層懸浮體向表層運移，促進(jìn)其在底部富集。部分學(xué)者對懸浮泥沙輸運機(jī)制的研究表明，不同海域懸浮泥沙輸運機(jī)制存在差異，如鴨綠江河口地區(qū)、蘇北近岸西洋水道、洋山港海域和長江口懸浮泥沙輸運以平流輸運為主，主要控制因素是歐拉余流[16-19]；天津港和福寧灣附近海域懸浮泥沙凈輸運以潮泵效應(yīng)為主[20-21]；椒江河口懸浮泥沙輸運以潮泵效應(yīng)和平流輸運為主[22]。

前人對南黃海海域的懸浮泥沙分布及輸運取得了豐富的研究成果，但對日照近岸海域懸浮泥沙分布及輸運的研究稍顯匱乏。日照近岸海域位于南黃海西部，水體穩(wěn)定，地表徑流對其影響微弱，是研究波浪及海流作用對懸浮泥沙分布及輸運影響的理想?yún)^(qū)域[23]。鑒于此，本文以日照近岸海域為研究區(qū)（圖1），通過開展多站位、大比例尺的同步實測潮流、溫鹽和懸浮泥沙調(diào)查，運用通量機(jī)制分解法，研究日照近岸海域懸浮泥沙的平面和垂向分布特征，探究不同水動力因素對懸浮泥沙輸運貢獻(xiàn)率的差別。研究成果對完善南黃海近岸海域懸浮泥沙分布及輸運機(jī)制，揭示日照近岸海域海底地貌演變機(jī)制，指導(dǎo)海岸工程建設(shè)具有一定的理論和現(xiàn)實意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于南黃海西部的日照海岸帶地區(qū)，岸線以砂質(zhì)海岸為主。研究區(qū)底質(zhì)類型以砂和粉砂為主，東部、中部、西部海域多見礫質(zhì)泥質(zhì)砂和含礫泥質(zhì)砂，沉積動力較強(qiáng)，以滾動和跳躍組分為主；嵐山港和日照港附近海域多見含礫泥、砂質(zhì)泥和泥等細(xì)粒物質(zhì)，沉積動力較弱，以懸浮組分為主[24]。日照海域潮汐類型屬規(guī)則半日潮，平均海平面3.10 m，歷年最高潮位5.40 m，歷年最低潮位0.27 m，平均高潮位4.22 m，平均低潮位1.24 m。波浪以風(fēng)浪為主，常浪向、強(qiáng)浪向均為E向；次常浪向為ESE向和SE向[25]。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

2020年10月18 日10：00—19日11：00（大潮期），中國海洋大學(xué)在日照近岸海域進(jìn)行了5個站位25 h的海流連續(xù)同步觀測；2020年10月20—23日（秋季），中國海洋大學(xué)在日照東部海域進(jìn)行了35個站位的大面站水文泥沙現(xiàn)場調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括水體濁度和水體溫鹽，觀測期間海況良好，調(diào)查站位如圖1所示。

圖1 日照海域調(diào)查站位圖Fig.1 Location map of survey stations in Rizhao Sea area

（1）海流和潮位

采用美國LinkQuest公司生產(chǎn)的FlowQuest 600 kHz多普勒海流剖面儀（ADCP）和美國Teledyne RD Instruments公司生產(chǎn)的WHS 600 多普勒海流剖面儀（ADCP）采集流向、流速、水深數(shù)據(jù)，ADCP于船右舷后側(cè)位置固定，每隔10 min采集一次數(shù)據(jù)。觀測剖面按0.5 m分層，根據(jù)實際水深按6點法（表層、0.2H、0.4H、0.6H、0.8H、底層）進(jìn)行數(shù)據(jù)提取。

潮位觀測采用美國Global Water生產(chǎn)的DCX-22-2潮位儀和中國中船海鷹加科海洋技術(shù)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的海鷹HY1300全數(shù)字潮位儀，采樣間隔1 s。

（2）懸浮泥沙

5個連續(xù)站懸浮泥沙水樣的采集和海流觀測同步進(jìn)行，采樣間隔1 h，根據(jù)水深在表（水面以下1 m）、中、底（海底以上1 m）3層各采集1 L水樣，用于懸浮體質(zhì)量濃度的測定。對現(xiàn)場采集的水樣在實驗室進(jìn)行抽濾、烘干、稱重。過濾膜為孔徑0.45 μm、直徑47 mm的醋酸纖維膜，在電熱培養(yǎng)恒溫箱中以50℃烘干，恒溫6 h后放入硅膠干燥器，放置6 h。稱重在精度1/10萬的天平進(jìn)行。為保證結(jié)果準(zhǔn)確，懸浮體濃度數(shù)據(jù)利用空白校正膜進(jìn)行了校正。

水體濁度（FTU）的現(xiàn)場測量使用英國Aquatec公司生產(chǎn)的Aqualogger 310TY型濁度儀和美國D&A公司生產(chǎn)的OBS-3A型濁度儀完成，采樣頻率為 1 Hz，量程（0～200 FTU），測量精度為±0.01 FTU。

對實測濁度數(shù)據(jù)與懸浮泥沙濃度實驗結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明二者相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.85 以上（圖2），證明水體濁度是懸浮泥沙濃度的良好替代性指標(biāo)，本文已根據(jù)相關(guān)性關(guān)系將濁度換算成懸浮泥沙濃度。

圖2 實測濁度與懸浮泥沙濃度相關(guān)曲線圖Fig.2 Correlation curve of measured turbidity and sediment concentration

（3）溫度和鹽度

水體溫度（℃）、鹽度（PSU）、水深（m）的現(xiàn)場測量使用美國TRDI公司生產(chǎn)的CTD-NV型溫鹽深儀完成，采樣頻率5 Hz，溫度和鹽度測量精度為±0.005 ℃ 和±0.005 PSU。

2.2 研究方法

（1）通量機(jī)制分解法

本文采用Dyer[26]的物質(zhì)通量計算方法將懸浮泥沙通量分解為多個動力項，從而研究海流作用下各動力項所對應(yīng)的主要動力因子對研究區(qū)懸浮泥沙輸運的作用。依據(jù)Ingram[27]和Uncles 等[28]提出的用相對水深進(jìn)行分解瞬時的物質(zhì)輸運量的方式，潮周期Tt平均瞬時單寬懸浮泥沙輸移通量T的計算式為：

式中：T1為歐拉余流控制下發(fā)生的懸浮泥沙輸運，T2為斯托克斯漂移輸運量，表示潮波與潮流相關(guān)項；T1與T2之和為拉格朗日余流平流輸運貢獻(xiàn)項；T3為潮汐與懸浮泥沙濃度的潮變化相關(guān)項；T4為懸浮泥沙濃度與潮流變化相關(guān)項，即水位、垂向流速和垂向含沙量的三階相關(guān)項，該項反映了底部泥沙再懸浮的強(qiáng)度；T3與T4之和為潮泵效應(yīng)，表示一個潮周期內(nèi)漲落潮造成的上層水體和底部泥沙之間發(fā)生泥沙輸運；T5為垂向流速變化和懸浮泥沙濃度變化的相關(guān)項，垂向上凈環(huán)流產(chǎn)生的貢獻(xiàn)；T6、T7為時均量和潮汐振動引起的剪切擴(kuò)散，T8為垂向潮振蕩引起的剪切擴(kuò)散，T6、T7與T8之和為剪切擴(kuò)散項。

（2）Richardson數(shù) (Rig)

利用Richardson數(shù)(Rig)描述水體的混合和層化程度，其表達(dá)式為：

式中，N2為浮力頻率，M2為流速切強(qiáng)度，z’為垂向距離，ρ為海水密度，u為各層海水流速，g為重力加速度。當(dāng)Rig＜0.25（或ln(Rig/0.25)＜0）時，水體不穩(wěn)定，混合增強(qiáng)；當(dāng)Rig＞0.25（或ln(Rig/0.25)＞0）時，水體穩(wěn)定，混合被抑制[29]。

（3）鹽度層化系數(shù)

利用鹽度層化系數(shù)可以判斷水體的穩(wěn)定程度，層化系數(shù)與水體穩(wěn)定程度呈正相關(guān)性，層化系數(shù)越大，水體越穩(wěn)定，水體各層的物質(zhì)交換越不頻繁，反之則相反。鹽度層化系數(shù)[30]表達(dá)式如下：

式中，Sd、Sb分別為底層、表層鹽度，Sˉ為垂向平均鹽度，當(dāng)N＜0.01時，水體屬于強(qiáng)混合型，鹽度密度分層不影響懸浮泥沙的垂向擴(kuò)散；0.01＜N＜1時，水體為緩混合型；N＞1時，水體為弱混合型，鹽度密度分層會抑制懸浮泥沙垂向擴(kuò)散。

（4）遙感影像反演懸浮泥沙濃度

考慮到大面站取樣時間不同步對于分析研究區(qū)懸浮泥沙濃度平面分布特征可能存在一定影響，為了彌補(bǔ)此方面的缺陷，利用取樣時間段內(nèi)（2020年10月23日）的遙感影像進(jìn)行反演，獲得研究海域表層懸浮泥沙濃度。本文采用韓國海洋衛(wèi)星中心提供的GOCI-TSS影像來反演懸浮泥沙濃度，GOCI-TSS是基于GOCI數(shù)據(jù)的二級產(chǎn)品，其中的TSS是利用GDPS軟件基于Case-2算法得到的產(chǎn)品。

3 結(jié)果

3.1 海流特征

根據(jù)實測海流資料，將各個站位表層、中層、底層海流特征值列于表1，并繪制各站位垂向海流矢量圖（圖3）。各站位流向以NE-SW為主，海流運動形式為逆時針往復(fù)流，漲潮流主方向為SW，落潮流主方向為NE?？傮w上，3#站位流速最大，最大流速出現(xiàn)在漲潮期表層，為105.80 cm/s，5#站位流速最小，最小流速出現(xiàn)在落潮期底層，為11.30 cm/s。漲潮時，各站位最大流速為78.78～105.80 cm/s，落潮時，各站位最大流速為52.00 ～79.06 cm/s。在潮周期內(nèi)，漲潮流速大于落潮流速，落潮歷時更長，研究區(qū)各站位漲、落潮最大流速都出現(xiàn)在中潮位附近（圖8）。垂向上，研究區(qū)各站位流速從表層到底層逐漸減小。

圖3 各站位垂向潮流矢量Fig.3 Vertical power flow vector at each station

表1 各站位海流觀測結(jié)果Table 1 Marine current observation results at each station

準(zhǔn)調(diào)和分析結(jié)果表明研究區(qū)各測站潮流以M2分潮為主，潮流橢圓長軸比為0.07～0.3，小于0.5，說明潮流性質(zhì)為規(guī)則半日潮流。研究區(qū)海域余流變化復(fù)雜，方向既有向海又有向陸，大體呈順時針方向旋轉(zhuǎn)，與前人研究結(jié)果一致[25]。離岸較近的1#、4#站位余流值明顯大于離岸較遠(yuǎn)的2#、3#、5#站位，最大余流出現(xiàn)在1#站位表層為10.1 cm/s，對應(yīng)流向為107.0°，最小余流出現(xiàn)在5#站位中層為2.5 cm/s，對應(yīng)流向為 279.7°（表2）。

表2 各站位垂向余流特征值Table 2 Vertical residual power flow characteristic values at each station

3.2 懸浮泥沙時空分布及變化特征

3.2.1 懸浮泥沙濃度平面分布變化特征

研究區(qū)各海流觀測站位漲潮階段懸浮泥沙濃度稍微大于落潮階段懸浮泥沙濃度（圖4），漲潮階段懸浮泥沙濃度為23.54～49.79 mg/L，落潮階段懸浮泥沙濃度為20.75～46.09 mg/L。離岸較近的1#、4#站位平均懸浮泥沙濃度在漲潮、落潮階段均明顯大于離岸較遠(yuǎn)的2#、3#、5#站位。其中，平均懸浮泥沙濃度最大值出現(xiàn)在1#站位，其漲、落潮階段平均懸浮泥沙濃度分別為 49.79、46.09 mg/L，其次是4#站位，其漲、落潮階段平均懸浮泥沙濃度分別為 44.75、42.06 mg/L，最小值出現(xiàn)在3#站位，其漲、落潮階段平均懸浮泥沙濃度分別為 23.40、20.17 mg/L。最大平均懸浮泥沙濃度出現(xiàn)在離岸較近的1#站位的漲潮階段，為49.79 mg/L，最小平均懸浮泥沙濃度出現(xiàn)在離岸較遠(yuǎn)的3#站位的落潮階段，為20.17 mg/L。

圖4 平均懸浮泥沙濃度隨漲落潮分布圖Fig.4 Distribution of average suspended sediment concentration with fluctuating tide

根據(jù)大面站水文泥沙現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，研究區(qū)水體懸浮泥沙濃度呈現(xiàn)由陸向海逐漸降低的趨勢（圖5）。為了彌補(bǔ)大面站取樣時間不同步對于分析研究區(qū)懸浮泥沙濃度平面分布特征存在的影響，本文利用取樣時間段內(nèi)的遙感影像進(jìn)行反演，獲得研究海域表層懸浮泥沙濃度（圖6）。結(jié)果表明，遙感影像反演得到的懸浮泥沙濃度平面分布特征與實測結(jié)果大體相同，日照近海懸浮泥沙濃度呈現(xiàn)明顯的近岸高、遠(yuǎn)岸低的分布特征。

圖5 秋季大面站懸浮泥沙濃度平面分布圖Fig.5 Plane distribution map of suspended sediment concentration at large surface station in autumn

圖6 研究區(qū)表層懸浮泥沙濃度平面分布圖Fig.6 Plane distribution of surface suspended sediment concentration in the study area

3.2.2 懸浮泥沙濃度垂向分布變化特征

垂向上，研究區(qū)懸浮泥沙濃度呈現(xiàn)從表層向底層逐漸升高的分布特征（圖7）。根據(jù)各站位平均懸浮泥沙濃度垂向變化統(tǒng)計表（表3），4#站位的表、底層平均懸浮泥沙濃度差值最大，為29.06 mg/L，5#站位的表、底層平均懸浮泥沙濃度差值最小，為22.52 mg/L。研究區(qū)大面站調(diào)查結(jié)果表明，表層水體懸浮泥沙濃度為14.79～45.22 mg/L，平均值為23.97 mg/L；中層水體懸浮泥沙濃度為19.43～53.85 mg/L，平均值為30.22 mg/L；底層水體懸浮泥沙濃度為33.25～85.53 mg/L，平均值為50.19 mg/L。

表3 各海流觀測站位平均懸浮泥沙濃度垂向變化統(tǒng)計Table 3 Statistical table of vertical variation of average suspended sediment concentration at each current observation station mg/L

圖7 秋季典型斷面懸沙濃度垂向分布圖Fig.7 Vertical distribution of suspended sediment concentration at typical sections in autumn

3.2.3 懸浮泥沙濃度在潮周期內(nèi)變化特征

研究區(qū)各站位懸浮泥沙濃度在潮周期內(nèi)大小變化非常復(fù)雜（表4）。懸浮泥沙濃度變化周期與流速變化周期類似，各站位懸浮泥沙濃度在單日內(nèi)出現(xiàn)4次峰值（圖8）。由于當(dāng)天海上風(fēng)況良好，除1#站位外，其余站位漲潮階段的懸浮泥沙濃度峰值都比落潮階段更大。研究區(qū)海域懸浮泥沙濃度的變化滯后于流速的變化，從各站位流速和懸浮泥沙濃度隨時間變化分布圖（圖8）中可以發(fā)現(xiàn)，懸浮泥沙濃度的峰值較流速峰值存在2 h的滯后。

圖8 流速和懸浮泥沙濃度隨時間變化分布圖Fig.8 Distribution of velocity and suspended sediment concentration over time

表4 懸浮泥沙濃度特征值Table 4 List of characteristic values of suspended sediment concentration mg/L

3.3 溫度、鹽度特征

根據(jù)CTD實測數(shù)據(jù)，繪制 1#、3#、4#站位溫度、鹽度時間序列變化圖（圖9）。研究區(qū)3個站位溫度為 18.66～21.28 ℃，鹽度為 26.85～29.31 PSU，平均溫度為20.31 ℃，平均鹽度為28.39 PSU。3個站位觀測期間表層平均溫度為20.28 ℃，底層平均溫度為20.34 ℃；表層平均鹽度為28.34 PSU，底層平均鹽度為28.42 PSU（表5）。由圖9可以發(fā)現(xiàn)，一個潮周期內(nèi)溫度和鹽度都存在兩個峰值，漲潮時溫度和鹽度升高，落潮時溫度和鹽度降低，溫度峰值對應(yīng)鹽度高點。對比研究區(qū)海水溫度、鹽度周期性波動曲線與潮位波動曲線，可以發(fā)現(xiàn)三者呈正相關(guān)，這表明當(dāng)海況良好時，研究區(qū)水體溫度和鹽度的變化主要是由潮流驅(qū)動下的水體水平運動造成的[23]。

表5 1#、3#、4#站位溫度、鹽度特征值Table 5 The characteristic values of temperature and salinity at stations 1, 3 and 4

圖9 1#、3#、4#站位溫度、鹽度隨時間變化分布圖Fig.9 Distribution of temperature and salinity at stations 1, 3 and 4 over time

研究區(qū)大面站調(diào)查結(jié)果表明，各層水體溫度為18.30～21.23 ℃，表層、中層、底層溫度平均值分別為 20.07、20.08、20.09 ℃；各層水體鹽度為 27.38～29.70 PSU，表層、中層、底層鹽度平均值分別為28.60、28.61、28.63 PSU。水體表層和底層的溫度、鹽度差值極?。ū?），溫度、鹽度垂向梯度接近于零，平面上總體呈近岸低、遠(yuǎn)岸高的特征（圖10）。

圖10 大面站溫度、鹽度平面分布圖Fig.10 Planar distribution of temperature and salinity of the large surface station

表6 大面站溫度、鹽度特征值Table 6 Table of characteristic values of temperature and salinity of the main surface station

3.4 懸浮泥沙輸運通量

根據(jù)各站位懸浮泥沙輸運項及單寬凈輸沙率計算結(jié)果（表7），比較各站位單寬凈輸沙率（T總）可以發(fā)現(xiàn)，離岸較近的4#站位單寬凈輸沙率（T總）最大，為 24.68 g/(s·m)，對應(yīng)輸沙方向為 5.61°；其次為離岸較近的 1#站位，單寬凈輸沙率（T總）為19.12 g/(s·m)，對應(yīng)輸沙方向為 103.02°；最小單寬凈輸沙率（T總）出現(xiàn)在離岸較遠(yuǎn)的 5#站位，為7.62 g/(s·m)，對應(yīng)輸沙方向為 247.69°。T1最大值出現(xiàn)在 4#站位，為 38.96 g/(s·m)，對應(yīng)輸沙方向為25.47°；T2最大值出現(xiàn)在 1#站位，為 9.82 g/(s·m)，對應(yīng)輸沙方向為214.97°；T3+T4最大值出現(xiàn)在4#站位，為 7.34 g/(s·m)，對應(yīng)輸沙方向為 248.82°；T5最大值出現(xiàn)在2#站位，為3.75 g/(s·m)，對應(yīng)輸沙方向為234.00°；剪切擴(kuò)散項（T6+T7+T8）凈輸沙率較低，所有站位均低于 1.3 g/(s·m)。

4 討論

4.1 懸浮泥沙輸運機(jī)制

結(jié)合各站位懸浮泥沙輸運項及單寬凈輸沙率計算結(jié)果（表7）和各懸浮泥沙輸運項在單寬凈輸沙率中占比（表8），研究區(qū)域懸浮泥沙輸運整體以平流輸運項（T1+T2）為主，其次為潮泵效應(yīng)（T3+T4）或垂向凈環(huán)流貢獻(xiàn)項（T5）。平流輸運項（T1+T2）在5個站位單寬凈輸沙率中平均占比為95.24%，其輸沙方向與凈輸沙方向基本一致；潮泵效應(yīng)（T3+T4）在1#、4#站位中占據(jù)次要地位，在單寬凈輸沙率（T總）中分別占比27.77%、29.73%；垂向凈環(huán)流貢獻(xiàn)項（T5）在 2#、3#、5#站位中占據(jù)次要地位，在單寬凈輸沙率（T總）中分別占比27.98%、23.39%、25.86%。剪切擴(kuò)散項（T6+T7+T8）凈輸沙率較低，在單寬凈輸沙率（T總）中平均占比為6.33%，對研究區(qū)域懸浮泥沙輸運貢獻(xiàn)有限。

表7 懸浮泥沙輸運項及單寬凈輸沙率Table 7 Suspended sediment transport items and net sediment transport rate per width

表8 各懸浮泥沙輸運項在單寬凈輸沙率中占比Table 8 Proportion of suspended sediment transport terms in net sediment transport rate per width %

研究區(qū)單寬輸沙量變化復(fù)雜，1#、2#站位單寬凈輸沙量向海，而3#、4#、5#站位的單寬凈輸沙量向陸。對比研究海域各站位垂向平均余流和懸浮泥沙輸運項可以發(fā)現(xiàn)，垂向平均余流方向與拉格朗日平流輸運項（T1+T2）方向和單寬凈輸沙項（T總）方向基本相同，所有站位余流方向與T1+T2、T總的輸沙方向相差均不超過25°（圖11）?？梢猿醪脚卸?，潮余流是主導(dǎo)懸浮泥沙輸運的重要因素。比較各站位單寬凈輸沙率（T總）可以發(fā)現(xiàn)，離岸較近站位的單寬凈輸沙率（T總）明顯大于離岸較遠(yuǎn)站位的單寬凈輸沙率（T總）。這是由于平流輸運項（T1+T2）方向受余流控制，量值由流速和懸浮泥沙濃度控制，由于近岸1#、4#站位余流流速和懸浮泥沙濃度數(shù)值均高于遠(yuǎn)岸2#、3#、5#站位，所以近岸站位的拉格朗日平流輸運項（T1+T2）數(shù)值更大，進(jìn)而導(dǎo)致離岸較近站位的單寬凈輸沙率（T總）明顯大于離岸較遠(yuǎn)站位的單寬凈輸沙率（T總）。

圖11 懸浮泥沙輸運通量與余流矢量疊置圖注：1#、4#站位懸沙輸運項縮小至原來的1/2，5#站位懸沙輸運項擴(kuò)大至原來的2倍。Fig.11 Overlay diagram of suspended sediment transport volume and residual flow vector

通過研究區(qū)各站位漲落潮時懸浮泥沙輸運通量表（表9）可以發(fā)現(xiàn)，該海域的懸浮泥沙漲潮時沿SW向輸運，落潮時沿NE向輸運，與漲落潮的方向基本一致。比較漲落潮輸沙率和凈輸沙率可以發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)凈輸沙率遠(yuǎn)小于漲落潮輸沙率，這表明研究區(qū)水體中的懸浮泥沙只是在漲落潮流攜帶下做往復(fù)搬運，實際產(chǎn)生的凈輸沙量很小。但潮余流是非周期性的，可以攜帶泥沙做遠(yuǎn)距離運移。研究區(qū)在潮周期內(nèi)，漲潮流（SW向）占優(yōu)勢。2#、5#站位漲潮流方向和潮余流方向大體相同，受其影響2#、5#站位呈向南的凈輸沙趨勢；與之不同的是，3#站位由于其周圍及其西部海域存在一狹長地帶，水深較深，受水深、地形影響，3#站位呈向西的凈輸沙趨勢；1#、4#站位受到近岸岬角、防波堤、嵐山港池以及航道等阻擋，呈現(xiàn)向東、向北的凈輸沙趨勢。整體而言，研究區(qū)懸浮泥沙在遠(yuǎn)岸開闊海域呈向南的凈輸運趨勢。

表9 各站位漲落潮懸浮泥沙輸運通量Table 9 Suspended sediment transport at each station at ebb and flow tide

南黃海西部近岸海域影響懸浮泥沙輸運的因素十分復(fù)雜，前人的成果表明廢黃河口海域可能同時存在向北（海洲灣方向）和向南（蘇北輻射沙洲方向）的輸運趨勢[31]。針對日照南側(cè)廢黃河口海域懸浮泥沙的輸運觀測，魯號號等[32]認(rèn)為懸浮泥沙輸運方向和潮余流方向基本相同，漲潮期間懸浮泥沙沿岸向南輸運(漲潮流方向)，落潮期間懸浮泥沙沿岸向北輸運(落潮流方向)；周良勇等[33]認(rèn)為懸浮泥沙漲潮時向南運移，落潮時向北運移，與漲落潮的方向基本相同；楊林等[34]認(rèn)為懸浮泥沙輸運的主要影響因素是T1和T2項，各測站凈輸沙方向與潮余流方向較為一致。徐粲等[35]對蘇北輻射沙脊群的研究表明，該區(qū)域T1和T4項對研究區(qū)的懸沙輸運貢獻(xiàn)最大。

綜合前人的成果并結(jié)合本文的研究，可以推斷南黃海西部近岸海域懸浮泥沙在漲潮、落潮期間輸運方向與漲潮、落潮方向基本一致，懸浮泥沙凈輸運方向和潮余流方向大體相同，受余流、懸浮泥沙濃度、水深地形等多因子影響，在不同潮周期內(nèi)各輸沙項對凈輸沙率的貢獻(xiàn)不盡相同。

4.2 懸浮泥沙輸運的影響因素

影響懸浮泥沙輸運的水文動力因素包括海洋環(huán)流、潮汐、潮流和波浪等，在外陸架和中陸架地區(qū)，懸浮泥沙的長期輸運受環(huán)流控制[36]，黃海陸架深海區(qū)懸浮泥沙輸運受蘇北沿岸流、黃海西部沿岸流、黃海暖流、黃海冷水團(tuán)等影響，存在“夏儲冬輸”的季節(jié)性輸運模式；在內(nèi)陸架淺海區(qū)，潮流和波浪對懸浮泥沙的分布、輸運起決定性作用，其中潮流引起懸浮泥沙濃度的潮周期變化，波浪控制懸浮泥沙濃度季節(jié)性變化[37-38]。前人對南黃海近海懸浮體無機(jī)物和有機(jī)物組分含量的研究證實，該區(qū)域的懸浮泥沙主要為陸源物質(zhì)，其主要來源為近岸地區(qū)海底沉積物的再懸浮和河流輸沙[39-41]。日照及海州灣海域周邊沿岸無大型供沙河流，河流輸沙對該海域懸浮泥沙分布及輸運影響有限[24，42]。研究區(qū)嵐山港和日照港附近海域表層沉積物以含礫泥、砂質(zhì)泥和泥等細(xì)粒物質(zhì)為主[24]，細(xì)粒物質(zhì)被侵蝕、搬運、再懸浮之后，在波浪、潮流和水體狀態(tài)等因素的控制下發(fā)生輸運和再沉積。

4.2.1 水體垂向混合對懸浮泥沙垂向運移的影響

在近岸淺海區(qū)，水體的混合和層化程度會影響懸浮泥沙垂向分布[21]。水體垂向混合較弱時會出現(xiàn)分層從而抑制懸浮泥沙向上的運移擴(kuò)散。根據(jù)1#、3#、4#站位的實測數(shù)據(jù)，計算Richardson數(shù)來判斷水體混合和層化程度，并分析其對研究區(qū)懸浮泥沙濃度垂向分布的影響。當(dāng)Rig＜0.25（或ln(Rig/0.25)＜0）時，水體不穩(wěn)定，混合增強(qiáng)；當(dāng)Rig＞0.25（或ln(Rig/0.25)＞0）時，水體穩(wěn)定，混合被抑制。計算結(jié)果顯示，研究區(qū)水體在觀測期間Richardson數(shù)大部分時段小于0.25，表明水體混合良好，僅在少部分時段出現(xiàn)微弱分層現(xiàn)象（圖12）。

圖12 各站位垂向Richardson數(shù)時間序列圖Fig.12 Vertical Richardson number time series diagram of each station

在近岸海域，由鹽度產(chǎn)生的水體密度分層會抑制懸浮泥沙的垂向擴(kuò)散，進(jìn)而影響懸浮泥沙濃度垂向分布[43]。鹽度層化系數(shù)可以判斷水體的穩(wěn)定程度，層化系數(shù)越大，水體越穩(wěn)定，水體各層的物質(zhì)交換越不頻繁，反之則相反。為了探究本次觀測期內(nèi)水體密度分層對懸浮泥沙濃度垂向分布的影響，本文利用實測數(shù)據(jù)計算了研究區(qū)3個海流觀測站位和35個大面站的鹽度分層系數(shù)。數(shù)據(jù)計算結(jié)果表明，觀測期間所有站位的鹽度分層系數(shù)均小于0.005，表明水體處于強(qiáng)混合狀態(tài)，鹽度密度分層極小，不影響懸浮泥沙濃度垂向擴(kuò)散（圖13）。

圖13 大面站鹽度分層系數(shù)平面分布圖Fig.13 Planar distribution of salinity stratification coefficient of Dameen Station

整體上，研究區(qū)水體垂向混合良好，對底層懸浮泥沙的向上擴(kuò)散運移無抑制作用，推斷可能受大潮期間強(qiáng)潮流作用影響，潮流的混合攪拌作用增強(qiáng)，導(dǎo)致海水垂向混合作用強(qiáng)烈。

4.2.2 潮流在潮周期內(nèi)對懸浮泥沙分布、輸運的影響

再懸浮作用是南黃海近岸海域懸浮泥沙濃度變化的主導(dǎo)因素[44]，研究區(qū)海域懸浮泥沙濃度在潮周期內(nèi)的變化與潮流流速的變化存在高度相關(guān)性，懸浮泥沙濃度的高值區(qū)在流速高值區(qū)時刻附近，懸浮泥沙濃度的低值區(qū)也對應(yīng)著流速低值區(qū)附近（圖8）。以往研究表明，同樣的溫鹽條件下，潮流強(qiáng)度對懸浮泥沙的垂向分布有較大影響[45]，潮流強(qiáng)度越高，懸浮泥沙的垂向擴(kuò)散作用和再懸浮作用就越強(qiáng)，反之則弱，同時潮流的加速和減速也深刻影響著懸浮泥沙垂向分布。

在漲、落潮過程中，初期隨著潮流流速的增大，海底的表層沉積物受到侵蝕和沖刷，當(dāng)?shù)讓映绷髁魉俅笥谀嗌称饎恿魉贂r，大量海底泥沙會被起動，懸浮于水中，導(dǎo)致近底層懸浮泥沙濃度快速增大，隨后底層懸浮泥沙在劇烈的紊動作用下向上運移、擴(kuò)散，致使中上層懸浮泥沙濃度增大；在漲潮落潮相互轉(zhuǎn)換時期，由于流向的轉(zhuǎn)變，潮流流速較低，再懸浮作用會變?nèi)?，懸浮泥沙會發(fā)生沉降，導(dǎo)致懸浮泥沙濃度變低?？傮w而言，由于漲潮流速略大于落潮流速，所以漲潮階段的平均懸浮泥沙濃度略大于落潮階段。然而，海底表層沉積物的起動、再懸浮均需要一定時間，因此懸浮泥沙濃度的變化滯后于流速的變化，研究區(qū)海域懸浮泥沙濃度的峰值較流速峰值存在2 h的滯后。由于研究區(qū)海域潮流為典型的往復(fù)流，懸浮泥沙在漲、落潮流挾帶下沿漲、落潮方向進(jìn)行物質(zhì)運移和交換，漲潮時沿漲潮流方向（SW）凈輸運，落潮時沿落潮流方向（NE）凈輸運。

根據(jù)宋紅瑛等[24]人對日照近海表層沉積物粒度特征的研究，利用竇國仁泥沙起動公式，大致計算出研究區(qū)潮流流速達(dá)到18 cm/s時便可起動粒徑小于0.16 mm（大于2.6 Φ）的細(xì)粒物質(zhì)，日照近海表層沉積物以細(xì)砂（2～4 Φ）為主，海流調(diào)查站位附近沉積物平均粒徑為2～5 Φ，近岸1#、4#站位沉積物粒徑較遠(yuǎn)岸2#、3#、5#站位更小[24]。研究區(qū)大潮期潮流流速為11.30～105.80 cm/s，因此絕大部分海域海底泥沙都能在潮流作用下發(fā)生起動（圖14），NESW向潮流既能輸沙又能掀沙。表層沉積物粒徑大小是影響沉積物再懸浮的重要因素，細(xì)粒物質(zhì)沉降速度慢，發(fā)生再懸浮時需要的水動力條件更弱，相反粗粒沉積物更難于向水體上部運移、擴(kuò)散[46]。相較于遠(yuǎn)岸的2#、3#、5#站位，嵐山港附近的1#、4#站位沉積物粒徑更小，起動所需要的潮流流速更小，且1#、4#站位水動力條件較2#、3#、5#站位更強(qiáng)，潮流施加于海床沉積物的底切應(yīng)力作用更強(qiáng)，使得1#、4#站位沉積物更易發(fā)生起動和再懸浮。因此，受底質(zhì)類型和潮流流速的共同影響，1#、4#站位懸浮泥沙濃度明顯高于2#、3#、5#站位。

圖14 日照近海懸浮泥沙輸運模式概念圖Fig.14 Concept diagram of suspended sediment transport model in Rizhao Offshore

5 結(jié)論

（1）平面上，研究區(qū)懸浮泥沙濃度呈現(xiàn)近岸高、遠(yuǎn)岸低的分布特征；垂向上，研究區(qū)懸浮泥沙濃度呈現(xiàn)從表層向底層逐漸升高的分布特征。懸浮泥沙濃度變化與潮周期流速變化趨勢總體一致，懸浮泥沙濃度的峰值較流速峰值存在2 h的滯后。

（2）研究區(qū)觀測期內(nèi)單寬凈輸沙率為4.72～24.68 g/(s·m)，近岸單寬凈輸沙率明顯高于遠(yuǎn)岸單寬凈輸沙率，懸浮泥沙輸運以平流輸運為主，其次為潮泵效應(yīng)或垂向凈環(huán)流輸運項，南黃海西部近海凈輸沙方向和潮余流方向基本相同，在遠(yuǎn)岸開闊海域總體呈向南的凈輸運趨勢。

（3）研究區(qū)水體溫度、鹽度垂向梯度接近于零，水體垂向混合均勻，對底層懸浮泥沙的向上擴(kuò)散運移無抑制作用。日照近岸海域懸浮泥沙濃度的潮周期變化受潮流控制。