潮流不对称与推移质泥沙长期净输运.pdf

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1、泥沙研究2013年10月JournalofSedimentResearch第5期潮流不对称与推移质泥沙长期净输运李谊纯(广西科学院广西北部湾海洋研究中心，广西南宁530007)摘要：由统计学中的“偏度”概念出发，对潮流不对称的量化进行了探讨，进而将潮流不对称与推移质泥沙的长期净输运联系起来。在此基础上，对潮流不对称对推移质泥沙输运的作用机制进行了研究，并推导了利用潮流调和常数估算推移质泥沙长期净输运的方法。研究认为，产生潮流不对称的原因包括满足一定条件的分潮间的相互作用以及余流与分潮的相互作用，不同分潮组合对潮流不对称的贡献既与分潮间的相对振幅有关，又与分潮间的相对相位有关；对推移质泥沙

2、输运而言，既包括同方向的分潮之间、分潮与余流之间的相互作用，又包括不同方向的分潮之间、分潮与余流之间的相互作用。由偏度结合推移质泥沙输沙公式导出的潮流不对称与推移质输沙之间的关系提供了一个由潮流调和常数估算河口推移质输沙的简便方法，经对比，该方法与直接采用推移质输沙率公式结果是一致的。关键词：潮流不对称；推移质输沙；偏度；倍潮；调和分析中图分类号：TV148．5文献标识码：A文章编号：0468—155X(2013)05-0021-061前言潮流不对称现象是潮汐运动的基本特征之一，潮波进入近海及河口，由于水深、地形等因素的影响，形态发生改变。潮波的变形对于泥沙运动、地形地貌变化、盐度输运及

3、污染物迁移都有着重要的影响。早期的研究多集中于半日潮海区，利用M2分潮及其倍潮波M4、M6分潮之间振幅与相位的相对关系研究潮波在近岸变形的程度与方向¨。近十多年来，对潮波变形现象的研究越来越引起国内外学者的重视，并在理论、方法及应用上取得了重要的进展。一般来讲，研究潮波在近岸的变化分为两个方面：潮汐不对称和潮流不对称。对于半日潮海区，Friedrichs等曾给出用M2和M4分潮来研究潮汐和潮流不对称现象，用M4、M2分潮的相对振幅来表征潮波变形的程度，用其相对相位表征潮波变形的方向，并建立了河口(海湾)型态参数与潮波变形的定量表述。Blanton等在研究不同类型河口(海湾)时在Fried

4、richs的理论上增加了对M6分潮的研究。而在全日潮海区，潮汐运动中其主要作用主要是K1、Ol等分潮，而M2、M4等分潮的作用则处次要位置，所以在半日潮海区的研究方法不能应用于全日潮海区。Rat{asinghe等利用概率分布及频谱方法研究了不同分潮间的能量迁移，进而研究了全日潮海区的潮汐不对称现象。Nidzieko等提出用统计学中“偏度”的计算方法研究潮汐和潮流不对称现象并在美国西海岸河口做了应用研究。Song等在Nidzieko研究的基础上，导出了潮汐不对称的计算方法并对全球多个站的潮位资料进行了研究。然而，对于河口近岸地区，由于空间尺度较小，潮位在研究区域内变化不大，而潮流的空间变化

5、则非常显著(例如在河道的横向上)。事实上，关于潮汐不对称与潮流不对称之间的关系并无明确的研究定论。此外，对于物质输运，流速比潮位有更直接的关系。所以，在河口、海湾等近岸海域仅研究潮汐不对称是不够的，潮流不对称的计算则更为重要。关于潮流不对称以及其收稿日期：2013-04-07基金项目：广西自然科学基金北部湾重大专项(2011GXNSFE018002)作者简介：李谊纯(1977一)，男，河北人，工程师，博士，主要从事河口海岸学研究。E-mail：ychli@rip．sina．corn2lNN=∑“+2∑(6)i=0i，=0将式(4)～(6)代人S式(3)，可得：y=S1=其中为用分潮流流速

6、振幅和位相表示的T，S和S：的表达式如下舞一+Oj-Ok)+寻五c。sc2—+(五。3+N寻矗。)c。s。(7)3—2：．s：=[+_N(五)]寻(8)可以看出，式(7)包含方括号内的三项分别为3个分潮(如K1、O1和M2)、2个分潮(如M2和M4)的组合以及余流对潮流不对称的贡献。式(8)中的U2o+N(五)形式上可认为是不同频率分潮波的动能和。对于2∞i=60的单一分潮组合的情况，式(8)可简化为：。。s(2—)其中8=／五(9)可以看出，潮流不对称的方向由分潮的相对相位决定，不同分潮对潮流不对称的影响大小由其相对振幅和相对相位共同决定。同样，对于其它分潮组合也有相同的结论。以上推导

7、是基于三阶原点矩，事实上，也可以基于5阶或更高阶奇数原点矩导出更多个分潮的组合对潮流不对称的影响。但是在实际潮流中，由于很多分潮的量值很小，因此更多个分潮的组合对潮流不对称的贡献一般也较小。2．2潮流不对称与推移质输沙推移质输沙率的计算公式很多，据统计不下50个，虽然各公式推导的出发点不同，但基本上可以写成一种统一形式¨。据文献[8]，推移质输沙率可以表示为q=尊·F：FIlU(10)其中口=IUlU，n=2～4。(如令n=2，则有