ADP和OBS觀測支持下的長江口懸沙動力過程研究.pdf

1、懸沙是營養(yǎng)物和污染物的輸運(yùn)的主要載體，懸沙運(yùn)動又是地形沖淤的重要機(jī)制。因此，懸沙運(yùn)動（特別是高濁度水體）的研究在生態(tài)、環(huán)境、工程和管理方面都具有重要意義。 長江口是世界級重要河口。它不僅是世界上第四大輸沙、第五大徑流、第一大人口流域的出水出沙和污染物排放的通道，而且肩負(fù)著為國際大都市上海提供后備土地資源和世界級大港提供深水航道的重任。長江口與懸沙有關(guān)的問題近期顯得尤為突出。一方面，由于三峽大壩等一些重大水利工程的實施，長江入海懸

2、沙量出現(xiàn)急劇下降，導(dǎo)致河口三角洲從迅速淤漲逐步向侵蝕轉(zhuǎn)變。另一方面，河口三角洲一些重大工程正在和計劃上馬，如北槽深水航道工程、青草沙水庫、十一五至十三五大面積的灘涂促淤和圈圍計劃等。這些實際的需求和科學(xué)問題本身都要求對高濁度長江口的懸沙運(yùn)動規(guī)律做深入的研究。 懸沙濃度變化的規(guī)律和機(jī)制是懸沙運(yùn)動研究的重要組成部分。傳統(tǒng)的懸沙濃度觀測主要是取水樣進(jìn)行室內(nèi)分析。盡管該方法具有直接得出懸沙濃度的優(yōu)點(diǎn)，但取樣的時間（通常1h）和空間（通常

3、6點(diǎn)或3點(diǎn)法）間隔較大，容易遺漏懸沙濃度變化的峰值。長江口傳統(tǒng)的與懸沙運(yùn)動相關(guān)的動力過程也通常是用直讀式流速儀進(jìn)行6層（或3層）、1h間隔的觀測，潮間帶動力泥沙觀測的技術(shù)含量甚至更低。用先進(jìn)的光學(xué)（如OBS）和聲學(xué)（如ADCP/ADP）等儀器進(jìn)行懸沙濃度和相關(guān)動力的觀測研究正在成為一種國際潮流。但是，由于儀器在發(fā)展過程中的不斷改進(jìn)和研究區(qū)之間自然過程的差異，在運(yùn)用這類儀器進(jìn)行某一區(qū)域的研究時，仍然有許多值得探索的問題。 南槽是長

4、江口主要的水沙交換通道之一，受人類活動影響較小。崇明東灘是長江口最具代表性和利用潛力最大的灘涂。本文選取這兩個地點(diǎn)作為研究對象，利用OBS和ADP等先進(jìn)儀器獲取高密度的懸沙濃度和相關(guān)動力的第一手資料，旨在加深對長江口“灘”和“槽”的懸沙運(yùn)動規(guī)律和動力機(jī)制的認(rèn)識，并為相關(guān)的管理決策和工程活動提供理論支持。 論文獲得的較具新意的認(rèn)識和結(jié)論有：（1）對OBS-5設(shè)置1s間隔進(jìn)行河槽實時準(zhǔn)同步垂向剖面觀測，獲得較之6點(diǎn)法更為真實的懸沙濃

5、度垂向剖面；其Far參數(shù)在推算懸沙濃度方面可彌補(bǔ)其觀測濁度（Turbidity）不能超過500NTU的不足，即OBS-5同樣可用于長江河口最大混濁帶高濁度水體。（2）對ADP懸沙估測半經(jīng)驗?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行分層標(biāo)定，可取得較高觀測精度；ADP補(bǔ)償后的聲強(qiáng)信號與OBS濁度之間具有較好的正相關(guān)關(guān)系，用OBS濁度標(biāo)定ADP補(bǔ)償后的聲強(qiáng)信號，從而反演出水體懸沙濃度時空變化。（3）南槽最大渾濁帶向陸一側(cè)懸沙濃度的潮周期變化，同時受到平流作用（Advecti

6、on）和流速變化引起的沉降—再懸浮過程的控制，一個潮周期中的懸沙濃度峰值往往與流速峰值相偏離。這一點(diǎn)對基于流速來模擬懸沙濃度的潮周期變化具有參考價值。（4）強(qiáng)風(fēng)可打破研究區(qū)懸沙濃度的大、小潮周期變化格局，即小潮期間若出現(xiàn)明顯強(qiáng)于大潮的風(fēng)浪，可出現(xiàn)懸沙濃度高于大潮的現(xiàn)象。因此，在模擬研究區(qū)懸沙濃度的變化時，風(fēng)浪是需要考慮的重要因子。（5）目前，雖然長江流速來沙量急劇下降，但由于水下三角洲沖刷導(dǎo)致的泥沙再懸浮，使?jié)q潮進(jìn)入淺灘的懸沙濃度仍然維