杭州湾口悬沙浓度变化与模拟论文

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1、杭州湾口悬沙浓度变化与模拟论文摘要：本文对杭州湾口15个测站的大、中、小潮悬沙浓度的变化规律进行了分析，得出大－小潮周期流速变化和水位变化是该海区各站悬沙浓度变化的主要影响因素。通过分析研究，建立了单点测站悬沙浓度变化与水位和大－小潮最大流速的关系模型，用该模型的计算结果与实测资料进行比较，拟合程度较好，对于整个大－小潮周期悬沙浓度的连续变化可采用该模型进行估算。关键词：悬沙浓度模型杭州湾口1前言在淤泥质河口、海岸地区，粘性细颗粒悬移质泥沙浓度是港口、航道及有关海岸工程一个普遍关心的问题。由于海岸地区物理过程复杂，悬沙浓度(含沙量)表现为一个随机性很强的变量.freel左右，平均值在5.

2、4μm，属于粘性细颗粒泥沙的范畴。由于该处为长江口入海径流所携带泥沙的扩散范围2，其泥沙来源主要为长江口直接扩散泥沙和潮流携来的海域泥沙，后者的最初来源亦为长江口。杭州湾口实际上也是长江口外水下前三角洲的延伸部分，底部物质组成较细，以细颗粒沉积物为主，最常见的沉积物类型为粘土和粉砂。在上述泥沙来源和海底物质组成的背景下，该海区由于受到特殊的水动力条件的作用，水体中悬沙浓度变化具有独特的规律。2.1水动力条件杭州湾口的潮汐主要受东海前进波系统制约，且以M2分潮起支配作用，潮汐性质属于非正规半日浅海潮。潮汐强度中等，据大洋山临时验潮站一个月(1996年10～11月)的观测资料，平均潮差2.7

3、9m，最大潮差4.28m，最大可能潮差5.30m。落潮历时(平均6h40min)略大于涨潮历时(平均5h47min)。研究区各测点潮流椭圆长轴比2介于0.25～0.35之间，平均为0.29,均小于0.5，说明潮流类型为半日潮流性质，但浅水分潮较强，因而潮流性质也称为不正规半日浅海潮流。表征潮流旋转性质的椭圆率K值，变化范围在0.01～0.25之间，故总体态势，本海区的潮流为往复流性质。涨潮方向为274°～294°，落潮方向为94°～114°。研究区潮流流速较大，大潮汛时实测最大涨、落潮流速分别可达2.55m/s和3.09m/s。流速从大潮至小潮逐渐减小，实测最大流速中潮比大潮减小10％左

4、右，小潮比大潮减小约40%。图2研究区悬沙浓度分布Distributionofsedimentconcentrationfortheresearcharea2.2悬沙浓度变化海水中悬沙浓度的变化是泥沙运动的重要表现形式，悬沙浓度时空上的变化反映了不同的动力作用和水深环境条件下的结果。研究区悬浮于水体中的泥沙为粘性细颗粒泥沙，在强潮作用的杭州湾口泥沙不易沉降，悬浮于水体中的时间较长，在憩潮流速较缓时，近底层泥沙即使落于海床，但未经密实，又为接踵而来的高速水流掀起，悬浮泥沙表现为随潮往复搬运，这是该地区泥沙运动的基本形式。研究区平均含沙量为1.510kg/m3，属高悬沙浓度海区。平均含沙量的

5、平面分布表现为西高东低(图2)，即由湾口向外海悬沙浓度逐渐降低，并且在崎岖列岛峡道西侧喇叭口形成一个相对较高的高悬沙浓度分布区，含沙量等值线近南北走向。这主要是由于西侧水深浅，并在峡道强潮流速和N2+US2cos(2π/TSN)t-θ(2)这里太阳和太阳分潮流速振幅用UM2和US2表示，θ为相对于起始点大－小潮周期的位相。式中TSN为大－小潮周期，=14.765天。根据上式，大、中、小潮的最大平均流速(US、UM、UN)分别为(3)公式(1)的关键是如何确定系数K1、K2。根据式(1)得到大、小潮的悬沙浓度S、N分别为S=K1S+K2(UM2+US2)+P0(4a)N=K1N+K2(UM

6、2+US2)+P0(4b)由于大、小潮平均水位近似相等，即S≈N，因而大-小潮周期悬沙浓度的变化主要受大－小潮流速差异的控制，而在同一潮汛则主要受水位变化影响。由式(4a、b)可确定系数K1、K2K1=UM2+US2/UM2-US2(N-P0)-(S-P0)/UM2+US2/UM2-US2N-S(5a)K2=(S/N(N-P0)-(S-P0))/S/hN(UM2-US2)-(UM2+US2)(5b)根据典型的大、小潮水文泥沙测验资料，确定上述系数值后，从而可计算整个大－小潮周期内泥沙浓度的连续变化值(包括中潮)。4计算结果与讨论本文所用的水文泥沙资料是根据1996年10月下旬大、中、小潮

7、三个不同潮型期间观测得到的。由于观测期间海况良好，风浪对海区悬沙浓度的影响较小，可以忽略。潮汐潮流成为影响悬沙浓度变化的主要因素。实际上，悬沙分布形式与潮型之间存在非常明显的对应关系：高、中、低悬沙浓度对应大、中、小潮。这种悬沙浓度与潮型之间的关系在其他许多大、中潮河口及河口湾都有观测到。叠加在大－小潮周期之上的是潮周期的变化，在半日潮海区的杭州湾口即为半日周期。在潮差较大的大、中潮汛期间，一个潮周期内的悬沙浓度变化幅度与大－小潮周