长江口粗粉砂和极细砂输移特性研究

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1、长江口粗粉砂和极细砂输移特性研究摘要：在长江口区主航槽中利用悬浮物浓度测定系统(ACP1)第一次获得了近底紊流“猝发”(burst)和床面泥沙喷发(ejection)的连续时间序列可视图像和数据，同时利用高分辨率流速仪以及旁侧声纳、热敏式双频测深仪等手段获得了大量底形沙波的实测图像和数据。这些图像和数据结果表明：长江口南支南港之间粗粉砂至极细砂在涨落潮流的作用下，呈现静止——细颗粒泥沙起、悬扬——粗颗粒喷发运移的同时进行大尺度底形运动—细颗粒起扬、悬扬—静止的输移循环模式，即当U＜50cm/s，泥沙在底床上基本不运动；50cm/s＜U＜65cm/s，

2、小尺度紊流猝发发生，泥沙开始小尺度起扬，并有幕式猝发现象；65cm/s＜U＜100cm/s时，小尺度紊流猝发强度和持续宽度急剧增大，床面细颗粒泥沙开始喷发导致床面开始冲淤，形成中小尺度沙波；100cm/s＜U＜110cm/s时，大尺度紊流形成，床面粗颗粒泥沙开始喷发；到了U＞110cm/s时，宏观紊流规模更大，床面粗颗粒泥沙的喷发强度和持续宽度急剧增大，导致床面形成大尺度沙波运动。由于U＞110cm/s的落潮流速远远大于涨潮流速，且落潮最大流速达137cm/s，落急(流速＞100cm/s)历时(3小时16分)长，因而发育了大量陡坡朝向下游的大尺度底形

3、沙波，尤其是波长＞10m的大尺度沙波都是朝向落潮流方向；而涨潮最大流速仅113cm/s，涨急(流速＞100cm/s)历时仅约40分钟，因而没有发育朝向上游方向的沙波。关键词：粗粉砂极细砂幕式再悬浮猝发喷发底形运动输移模式1引言　　与波流共同作用下的砂质河口[1～3]相比，长江河口是一个悬沙浓度较高、底质分布较复杂的潮汐河口，有泥、粉砂、极细砂和浮泥、细砂等，且各河槽底床表层泥沙的平面分布存在较大差异(图1)[4]。中值粒径d50在0.125～0.03mm的粗粉砂和极细砂在长江河口区分布广，如南支下游、南港、北港，北支及滩槽交界处，水深均在10～15m

4、左右[5]。根据现代普遍采用的美国地球物理学会(AGU)泥沙分类标准[6]和国际沉积学会(SEPM)的底形分类标准[7]，粒级为0.03～0.125mm的粗粉砂至极细砂由于其粒度太细，粘滞力较大，一般以冲泻质、平床方式运动，仅低流速时有波高0.03mm的沙纹运动，与悬浮泥沙基本无交换[8]。甚至在KomarandREiners(1978)的图解中被归到了粘性斯托克斯域(viscousStokesregime)[9]内，亦无大尺度底形发育。图1长江口底质沉积物类型分布图DistributionofbedsedimenttypesintheChangji

5、angEstuary　　周程熹等曾报道在长江口该粒径分布区洪季有大尺度底形(bedform)沙波运动[10～12]，因而多年来一直为人们所关注，但由于受观测方法和仪器条件的限制，迄今为止其存在的可能性仍受到怀疑[13～15]。而且粗粉砂至极细砂被认为因颗粒间的粘滞力明显增大，泥沙颗粒所受到的起动切力大，只有在足够大的涨急和落急水流条件下，细颗粒周围的粘土被悬浮后才能以跳跃或半悬浮形式在近床面上运动[12，16]。作者于1997年12月3日至5日沿长江口南支下游至南港上游河段进行了走航式旁侧声纳、热敏式双频测深仪、Geochirp浅地层剖面仪测量，并在

6、14小时的一个连续涨、落潮过程中进行了连续定点悬沙剖面(ASSM)、ENDCO海流计、悬沙含量等新仪器的测量，获得了清晰、完整、系统的高分辨率三维底形沙波和实时同步高分辨率底流速实测资料、14小时连续时间序列的底沙变化运动全过程的数据和可视图象。这些研究成果证实了长江口粗粉砂至极细砂在洪、枯季都有底形运动的发育，对长江口泥沙的全沙输移模型、港口航道的疏浚等研究将具有重要意义，填补了国际沉积学界关于粗粉砂至极细砂粒级范围内大尺度底形运动研究的空白。本文特向同行报道这一研究成果，并对长江口粗粉砂至极细砂的输移模式作一初步探讨。2研究区域　　长江是流域面积

7、达1.8×106km2，年平均流量29300m3/s，最大流量可达92600m3/s，最小流量4620m3/s，平均潮差3.12m，每年向东海输送4.78×108t的泥沙，其中有0.8×108t的较粗颗粒的泥沙沉积在河口段[7]，与外海输入泥沙一起组成河口区底沙(bedmaterial)。长江出徐六泾节点之后，首先被崇明岛分隔为南北两支，继而南支又被长兴、横沙岛分隔为南北两港，节点到口门的距离和口门的宽度相当，均为90km。长江口的平均粒径为0.16～0.002mm，中值粒径d50=0.17～0.002mm，即从细砂到粘土均有。平均而言，长江口水域沉

8、积物较潮滩粗，水域中，口内河道较口外海滨粗；河道中，南支粗于北支，北港粗于南港。河道呈现从上游向下游变细的趋