长江口徐六泾悬浮细颗粒泥沙絮凝体特性

2003年6月14日-22日, 利用现场激光粒度仪LISST-100在不扰动颗粒物的情况下, 于长江口徐六泾定点连续观测了洪季大、小潮表层粘性悬浮细颗粒泥沙絮凝体的实有粒径、体积浓度, 配合OBS-3A现场测量的悬沙浓度计算了现场絮凝体的有效密度和静水沉速.观测结果显示, 徐六泾大、小潮表层絮凝体体积浓度、粒径、有效密度和静水沉速的平均值分别为98.0 μl/L、39.8 μm、1173 kg/m^3、1.14 mm/s和70.8 μl/L、64.4 μm、919 kg/m^3、2.32 mm/s.研究表明： ①长江口徐六泾表层絮凝体体积浓度主要受水流流速影响, 再悬浮现象明显, 体积浓度过程线滞后流速过程线, 落潮期间滞后10-30 min, 涨潮则滞后30-50 min; ②小于一定流速时絮凝体平均粒径随流速增大而增大, 大于一定流速时絮凝体平均粒径则随流速增大而减小, 徐六泾大、小潮表层絮凝体在50 cm/s的垂线平均流速时出现平均粒径与垂线平均流速关系的转折; ③徐六泾大、小潮表层絮凝体平均粒径在体积浓度75 μl/L时出现平均粒径与体积浓度关系的转折, 体积浓度小于75 μl/L时粒径随体积浓度增加而增大, 超过75 μl/L时粒径随体积浓度的增加变化不明显; ④絮凝体有效密度由粒径大小控制, 粒径大, 有效密度小, 反之亦然, 粒径和有效密度共同决定絮凝体静水沉速, 有效密度和沉速与平均粒径之间均存在良好的幂指数关系.     

长江口天然水流中细颗粒泥沙的絮凝作用

本文根据1978年水文测验资料,分析了长江口水流对细颗粒泥沙絮凝的影响。从中得出:(1)絮凝使长江口泥沙的竖向运动规律发生改变,出现竖向分层流。(2)存在一絮 凝临界流速,只有当流速小于该值时,絮凝泥沙的竖向运动规律才得以体现。(3)在小于絮凝临界流速的水流中,垂线不同高程处的絮凝条件受水流切应力制约。     

长江口泥沙絮凝静水沉降动力学模式的试验研究

细颗粒泥沙在咸水中的絮凝沉降是河流泥沙向海输送过程中在河口区发生的重要现象，是河口拦门沙形成与发育的主要原因之一。本文根据室内模拟试验研究，提出长江口泥沙絮凝静水沉降的二级动力学模式，通过该式求得不同泥沙含量和盐度情况下絮凝沉降的衰减系数，半衰期和平均沉降速率等动力学参数，定量地分析泥沙含量和盐度对泥沙絮凝沉降过程的影响。     

长江口动水絮凝沉降与拦门沙淤积的关系

根据１９８２年４月－１９８３年３月长江口南槽３个站位全年逐月大湖的水化学成分、悬沙粒度与粘土矿物资料，１９８４－１９９２年在环形水槽中获得的近百个组次的动水絮凝沉降试验研究资料，以及长江口细颗粒泥沙、浮泥与底质研究成果，对拦门沙形成过程及其机理进行综合研究。     

长江口北槽黏性细颗粒泥沙特性的试验研究

选用长江口北槽黏性细颗粒泥沙,在不同盐度的人工海水中通过静水沉降、动水沉降等各种试验手段了解其基本特性。在静水沉降管中观测了胶粒的电化学絮凝过程和重力碰并过程,于不同盐度条件下找出最佳絮凝盐度;并通过黏性细颗粒泥沙在流动海水中絮凝的试验研究,揭示其在动水中絮凝的机理和规律,及不同条件下的起动流速、不淤流速、沉降速度等特征值,从而分析其落淤情况。研究结果表明,长江口北槽细颗粒黏性泥沙的最佳絮凝盐度约为15,起动流速为15~20 cm/s,这与泥沙的淤积固结时间有关,而不淤流速约为60 cm/s。并由试验得到了挟沙力与流速之间的经验关系,以及用于估算不同流速条件下泥沙沉降速度及淤积量的经验公式。这些结果可用于长江口航道的疏浚、整治工作中,具有一定的理论指导意义。     

长江口生源元素的生物地球化学特征与絮凝沉降的关系

本文研究了长江口区生源元素C、N、P的生物地球化学作用与悬浮物质絮凝沉降的关系.在不同的环境条件下,微生物和浮游生物的活动及水-颗粒物界面的生物地球化学作用不同,导致C、N、P等生源元素在运移过程中发生形态变化和物相转移,从而改变了颗粒的表面组分、性质及介质成分,影响胶粒分散系的稳定性.夏季出现NO₃-、PO₄3-与logSPM呈正相关,PON、POC、PP的重量百分比分别与logSPM呈负相关.颗粒物从河流向海方向运移过程中在盐度0.1～2.0出现絮凝速度的峰值区和在底层盐度2～11形成巨形网状絮凝团和高浊度区,并且在这两段盐度区间分别均出现C/N的峰值(亦即CEC的低谷区).说明生物地球化学作用是控制长江口区颗粒物絮凝的重要因素和主要机制之一.     

细颗粒泥沙动水絮凝沉降的基本特性

以流速为主要参变量,在长度为339.3m的往复式直水槽中进行细颗粒泥沙絮凝沉降试验,试验得到了垂线平均含沙量、絮凝现象、垂线含沙量梯度、泥沙粒度四方面的沿程变化规律。通过对以上四方面变化分析,细颗粒泥沙动水絮凝沉降的基本特性是:动水絮凝沉降速率和沉降量受碰撞絮凝概率与剪切破碎概率、絮凝体所受外力与本身抗力两大关系的制约,而流速又通过制约以上两大因素的变化,成为制约絮凝沉降速率和沉降量的主要因素。     

长江口邻近海域透明胞外聚合颗粒物浓度和沉降速率研究

透明胞外聚合颗粒物（Transparent exopolymer particles,TEPs）在海洋中分布广泛,其沉降被认为是海洋中生物碳沉降的途径之一。本研究于2011年春季和夏季调查了长江口邻近海域TEPs的浓度和沉降速率,并且估算了其碳沉降通量。研究发现,TEPs浓度春季介于40.00~1040.00 μg Xeq L^-1,平均值为209.70±240.93 μg Xeq L^-1;夏季介于56.67~1423.33 μg Xeq L^-1,平均值为433.33±393.02 μg Xeq L^-1。两个季节,TEPs在水华站位的浓度明显高于非水华站位。相关性分析表明,TEPs与水体叶绿素a浓度呈显著正相关性,表明在调查区浮游植物是TEPs的主要生产者。TEPs沉降速率在春季介于0.08~0.57 m d^-1,平均值为0.28±0.14 m d^-1;夏季介于0.10~1.08 m d^-1,平均值为0.34±0.31 m d^-1。经估算,TEPs碳沉降通量春季介于4.95~29.40 mg C m^-2 d^-1,平均值为14.66±8.83 mg C m^-2 d^-1;夏季介于6.80~30.45 mg C m^-2 d^-1,平均值为15.71±8.73 mg C m^-2 d^-1。TEPs的碳沉降通量可以占到浮游植物碳沉降通量的17.81%~138.27%。水华站位TEPs的碳沉降通量明显高于非水华站位,这是由于水华站位较高的TEPs浓度及沉降速率所致。本研究表明,TEPs的沉降在长江口邻近海域是碳沉降的有效途径,在相应的碳沉降相关研究中应该被考虑进来。     

长江口北槽抛泥流速和悬沙浓度时空分布观测

河口泥沙运动有其独特的规律,需要采用高分辨率的观测手段进行系统的现场观测,以此发现河口流速和泥沙分布结构,进而探讨其形成机制,应用声学多普勒流速剖面仪和声学悬浮泥沙观测系统,通过定点和走航式观测长江河口不同潮型和流态下流速和悬浮泥沙浓度时空分布发现:(1)不同潮型出现高浓度“事件”的次数和成因存在差异,中潮型出现高浓度“事件”的可能性最大;(2)抛泥泥沙浓度垂向分布至少有3种结构类型,即上小下大的“L”型、指数型和上大下小的“漂浮”型;(3)受抛泥泥沙输移的影响,断面流场形成低流速区,它们的强度随落潮流的扩散逐渐减弱;(4)不同潮型的落潮流表现出不同的输移行为,大、小潮型落潮流偏北,中潮型落潮流偏南;(5)在落潮流和颗粒重力共同作用下抛泥泥沙同时存在输移扩散和沉降过程,小潮型抛泥泥沙主要就近扩散和沉降,中潮和大潮型抛泥泥沙输移扩散范围较远。     

运用分粒级的泥沙垂线分布分析长江口泥沙絮凝沉降特征

据扩散理论提出运用分粒级的泥沙垂线分布推算各粒级相对沉速ω_ｉ／ω_ｃ，絮凝因素比Ｆ_ｉ／Ｆ_ｅ和絮凝指标ｆ的方法，由此分析长江口１９９０年８月的实测数据。长江口泥沙的沉速曲线和絮凝指标在近口段、河口段和口外海滨段存在着明显的区域差异。絮凝沉降特征的主要变化产生的低盐度区。现场动态沉降规律与实验室模拟所得的静态沉降规律具有相似的变化趋势。     

Investigation on Settling Characteristics of Floes in the Changjiang Estuary, China

- Settling characteristics of floes, including relative settling velocity, relative flocculation coefficient and flocculation exponent, are obtained by the suspended load equations for different size fractions. Data of the Changjiang Estuary suggest that level of flocculation changes from river section, river mouth (turbidity maximum) to offshore area in sequence of low, very high and high. The settling characteristics of floes reflected by in situ estimation performs a similar feature as that obtained from still water experiment.     

长江口徐六泾洪季水沙特性观测研究

2001年7月，在长江口徐六泾对流速、流向和悬浮泥沙浓度进行了大小潮定点观测。观测数据分析表明徐六泾处大潮流速及其变化远大于小潮流速。大潮悬沙浓度大于小潮悬沙浓度。由于径流的影响，落潮期间垂向速度梯度比涨潮期间大，落潮垂向切变增强，使落潮期间悬沙浓度的变化幅度大于涨潮期间的泥沙变化幅度，同时存在泥沙浓度峰值滞后于流速峰值的现象。     

垂向二维潮流数值模型及其在长江口北槽的应用

应用变网格有限元方法，采用任意四边形等参单元，离散横向积分的Navier—Stokes方程，建立河口潮流垂向二维数学模型。应用此模型，对长江口北槽水域两个观测站的潮流水位、流速垂线分布和整个北槽潮流流速纵向分布进行了模拟。潮流水位、流速垂线分布的模拟值分别与观测站的实测值可以较为吻合，证明了本文模型的实用有效。模拟得到的涨急、落急时刻整个北槽潮流流速纵向分布给出了定性的结果。     

长江口河口锋的悬沙及动力特征初探

通过对2002年9月、2003年4月和2004年10月在长江口滨外区多船同步定点观测的数据进行分析,捕捉到了长江口河口锋带位置,并利用调查数据分析了河口锋带的动力特征.结果表明:长江口河口锋的位置大约位于122°10′E,30°50′N至122°20′E,31°00′N一线附近,在河口锋带有着较为强烈的河海相互作用,流速不符合典型的对数流速曲线,河水与海水的相互消长局限于海面以下5 m的表层范围,观测表明在河口锋面区悬浮泥沙为泥沙流伏在海水之上输运.     

长江口悬沙动力特征与输运模式

本项研究用ADCP在长江河口进行高频、高分辨率三维流速和声学浊度的定点观测,通过对定点站位潮周期内的悬沙浓度、流速和盐度的分析,计算悬沙输运率;悬沙输运机制分析表明平流作用、斯托克斯漂移效应在悬沙输运中占据主导地位.此外,从河口内向河口外,潮周期内的水动力特征与悬沙净输运具有明显的地域性差异,主要表现在悬沙输送的贡献因子、盐度的垂向混合和分布特征、垂向流速等方面.在拦门沙下游和口外地区,悬沙均向西、北方向输送,而拦门沙上游则向东、南方向输送.这种悬沙输运格局,对于长江口拦门沙及附近最大浑浊带的形成有着重要的作用.     

长江口及邻近水域的生物多样性变化趋势分析

从长江口及邻近水域的生物多样性变化及导致生物多样性变化的相关环境因子来剖析长江口及邻近水域的生态环境变化趋势。长江口及邻近水域的生物多样性比较丰富。近20a来在人类活动影响下,长江河口区和冲淡水区浮游生物和底栖生物的物种大幅减少：优势浮游生物的生物量增加,部分种类异常增殖发生赤潮,底栖生物生物量明显减少;群落结构趋向简单,表现为单种优势,生物多样性下降。影响长江口及邻近水域生物多样性的原因包括自然因素和人为因素,近20a来生物多样性的降低主要归咎于人类的开发活动,不合理排污导致的富营养化对浮游生物的多样性丧失起重要作用,水利工程建设及滩涂围垦使海洋生物栖息地片段化,单调化,加速了生物多样性的降低。     

近岸流系与长江入海悬浮泥沙输移扩散

通过两年较完整的序列 NOAA/AVHRR 数据和实测含沙量资料,利用考虑近岸Ⅱ类水体大气校正的泥沙定量反演算法,获得了较高精度的河口高浓度泥沙遥感反演模式;利用泥沙浓度分级图和反映流系特征的温度图象,系统分析了长江口悬浮泥沙扩散途径、范围及其与近岸流系的关系。影响长江入海悬浮泥沙扩散的近岸流系主要包括台湾暖流、黄海混合水、苏北沿岸流及浙江沿岸流等。冬季,近岸流系比较稳定,其配置状况在一定程度上影响着苏北沿岸泥沙流向长江口的扩散,并制约着入海悬浮泥沙的扩散途径;洪季,长江入海径流量是影响悬浮泥沙扩散的重要因子。同时,长江冲淡水、浙江沿岸流共同形成的冷水区与台湾暖流水之间锋面的强度,也对悬浮泥沙和冲淡水的扩散方向和范围有重要影响;春、秋两季入海悬浮泥沙的扩散型式分别向夏、冬季的分布格局过渡。此外,风应力显著影响着浑水区的扩散方向和范围。风浪掀沙引起的河口泥沙再悬浮,可使近岸泥沙扩散范围增大。     

枯季长江口南槽悬沙输运过程和机制研究

开展枯季河口悬沙输运机理研究对于揭示弱径流条件下的陆海相互作用、河口季节性冲淤和水沙关系等具有重要的科学意义.本文根据2018年12月18-25日长江口南槽3个站位连续13个潮周期的同步流速、流向和悬沙浓度等观测资料,运用通量机制分解法研究了各输沙项的特征、贡献和输运机理.结果 表明,从小潮至大潮流速和悬沙浓度不断增加,由南槽上部至下部流速和悬沙浓度逐渐降低.观测期间平均流速与平均悬沙浓度存在明显的正线性关系,但受底质空间差异影响,悬沙浓度对流速的响应强度存在显著的空间变化.枯季期间南槽存在着中上部向陆净输沙、下部向海净输沙的空间输运格局.平流输沙和潮泵输沙是影响和控制净输沙的关键因素,二者的强度和贡献存在明显的潮周期变化和空间变化,垂向环流输沙的强度很弱,对净输沙贡献很小.南槽涨落潮输沙不对称现象明显,流速、悬沙浓度和历时都具有一定的涨落潮不对称性,这些不对称现象共同调节和控制着潮周期净输沙强度和方向的时空变化.     

In-Situ Observation of Fluid Mud in the North Passage of Yangtze Estuary, China

Observations of fluid mud were made in the lower North Passage of the Yangtze Estuary in February 2000, on 10 -11 August 2000, on 30 - 31 August 2000 (after two strong typhoons), on 21 - 24 August 2000 (neap tide) and on 3 -6 September 2000 (mean tide) respectively. In situ data show that the fluid mud in this area consists of fine cohesive sediment (median size 7.23 μm). The formation and movement of fluid mud varied during the neap-spring and flood-ebb tidal cycle. Observations suggest that fluid mud phenomena in this area may be categorised in a three-fold manner as slack water, storm and saltwedge features. The thickness of the fluid mud layer of slack water during the neap tide ranged from 0.2 to 0.96 m, whereas during the mean tide, the thickness ranged from 0.17 to 0.73 m, and the thickness of the fluid mud layer was larger during slack water than at the flood peak. Shoals cover an area of 800 km^2 with a water depth smaller than 5 m. Erosion of these extensive intertidal mudflats due to storm action provides an abundant sediment source. This is particularly significant in this estuary when the tidal level is lower than 5 m. The lower North Passage is a typical zone of saltwater wedging, so the saltwedge fluid mud has the most extensive spatial range in the estuary.