杭州湾口悬沙浓度变化与模拟.doc

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1、杭州湾口悬沙浓度变化与模拟摘要：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

2、一个随机性很强的变量，不同的水动力环境，悬沙浓度出现不同的变化特征。一般来讲，近岸海区悬沙浓度的变化受制于潮周期、大－小潮周期和邻近河口的洪枯季等不同时间尺度的变化，以及潮流、波浪、底部剪切力、泥沙来源、海底地形等诸多因素的影响。因而悬沙浓度的变化规律应根据不同研究区域的特点来加以分析。　　悬沙浓度的变化对于观测点在某个时间段，如大、中、小潮来讲，主要与底部泥沙侵蚀与落淤以及平流作用有关。Clarke和Elliott(1998)[1]在平流作用较小的河口湾地区将悬沙浓度变化与底部泥沙的侵蚀与水体泥沙的落淤之差联系起来，建立了一个单点悬沙浓

3、度模型，通过确定侵蚀与沉积的临界值参数来模拟泥沙浓度的变化，得到研究的地区悬沙浓度变化与涨落潮流速有非常好的对应关系。　　然而，在杭州湾口由于潮差较大，潮流作用强劲，并且受到长江口－杭州湾泥沙扩散的影响，湾口内外泥沙浓度存在较明显的水平梯度，因而泥沙浓度变化除了受到流速变化影响外，涨落潮水位变化引起的平流作用也有明显的作用。17图1研究区域位置与水文泥沙观测站位Mapofresearchareaandobservedstationpositions本文主要是根据杭州湾口崎岖列岛附近海区(图1)，1996年10月下旬15个测站大、中、小潮三

4、次周日水文泥沙实测资料，通过悬沙浓度变化规律的分析，建立各测点悬沙浓度预测模型，从而可计算大－小潮周期悬沙浓度的连续变化值。2研究区域　　本文研究区域位于杭州湾口北部海域，处于长江口外海滨与杭州湾口交接地带的强动力环境。水体中悬浮泥沙粒径级配以单峰为主，粒径分布变化较小，峰值多在5.04μm左右，平均值在5.4μm，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

5、，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2.79m，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WK1+WO1/WM2介于0

6、.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％左右，小潮比大潮减小约40%。图2研究区悬沙浓度分布Distributionofsedimentco

7、ncentrationfortheresearcharea172.2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。平均含沙量的平面分布表现为西高东低(图2)，即由

8、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NW－SE流向的作用下，迫使向南移