水利工程論文-椒江河口最大渾濁帶懸沙粒徑分布及其對(duì)潮動(dòng)力的響應(yīng)摘要：以枯水季節(jié)大、小潮期3個(gè)時(shí)間連續(xù)(25h)站和1條縱剖面10個(gè)瞬時(shí)觀測(cè)站的懸沙粒徑資料為基礎(chǔ)，通過對(duì)懸沙不同粒級(jí)，中值粒徑及粒度參數(shù)的計(jì)算和統(tǒng)計(jì)，本文討論了懸沙粒徑分布的區(qū)域變化和潮汐周期變化，并表明其主要受物質(zhì)來源、底部沉積物再懸浮物質(zhì)和絮凝沉降3個(gè)因素影響，其中第二個(gè)因素的作用大潮期比小潮期顯著，第三個(gè)因素的作用小潮期則較大潮期明顯。關(guān)鍵詞：椒江河口最大渾濁帶懸沙粒徑響應(yīng)1前言潮汐河口普遍存在著懸沙濃度明顯高于其上、下游的最大渾濁帶。它因受洪、枯季徑流和潮汐周期變化的作用經(jīng)常發(fā)生向?；蛳蜿戇w移13，并對(duì)港口、航道的淤積產(chǎn)生深刻影響4，5。因此，近20年來，國內(nèi)外許多水文學(xué)、沉積學(xué)家和海岸工程師們對(duì)最大渾濁帶的水動(dòng)力結(jié)構(gòu)、懸沙濃度分布規(guī)律、懸沙輸移機(jī)制以及懸沙絮凝沉降等方面進(jìn)行了大量的調(diào)查和研究611。但是，除了Schubel對(duì)切薩皮克灣最大渾濁帶1個(gè)測(cè)站的懸沙粒徑的漲落潮周期變化研究外12，很少對(duì)潮汐河口最大渾濁帶懸沙粒徑分布的動(dòng)力過程進(jìn)行報(bào)道。對(duì)于椒江河口最大渾濁帶的懸沙粒徑分布變化，雖然符寧平等采用某些代表性潮時(shí)的懸沙粒徑參數(shù)曾探討過懸沙沉降作用13，可是，到目前為止尚未有過系統(tǒng)的報(bào)道。圖1研究區(qū)域與站位Locationofstudiedareaandstationpositions椒江是靈江注入東海(臺(tái)州灣海域)的過渡河段，并有支流永寧江于三江口匯入(圖1)，它具有山溪性強(qiáng)潮河口的性質(zhì)。據(jù)上游控制站資料，多年平均流量為110m3/s，洪枯變幅懸殊，最大洪峰流量歷史上曾達(dá)16300m3/s，最小流量卻不足1m3/s；多年平均徑流量為51.72108m3，輸沙量約110104t，其中75%左右的水沙主要集中于49月向海輸送14，15。潮汐是不規(guī)則半日潮，據(jù)海門站統(tǒng)計(jì)，漲、落潮平均歷時(shí)各為5.1h和7.5h，平均潮差4.01m，最大潮差達(dá)6.3m。最大垂線平均流速超過2m/s。最大渾濁帶縱向跨度約20km，核部一般位于柵浦與海門之間的區(qū)段，懸沙濃度隨水深增加，表層一般為13kg/m3，底部經(jīng)常發(fā)育著浮泥16，從而形成一個(gè)懸沙，浮泥和床沙的沉積體系。本文主要根據(jù)枯水季節(jié)(1994年11月)，大、小潮期不同河段的時(shí)間連續(xù)站的潮流，懸沙資料，將較系統(tǒng)地討論最大渾濁帶的懸沙粒徑分布及其對(duì)潮汐動(dòng)力變化的響應(yīng)。2方法根據(jù)最大渾濁帶分布變化范圍，在其向陸側(cè)、核部、向海側(cè)分別設(shè)置1個(gè)潮流泥沙時(shí)間連續(xù)(25h)觀測(cè)站和1個(gè)縱剖面(圖1)。各連續(xù)站的垂線按相對(duì)水深分6層，采用ZX-直讀式流速儀和橫式采水器間隔1h同時(shí)記錄流速流向和取水樣，縱剖面測(cè)站只取水樣。水樣過濾、懸沙含量按常規(guī)方法處理和計(jì)算。選表、中(0.6H)，底3層共481個(gè)懸沙樣品，用T-庫爾特計(jì)數(shù)器測(cè)定懸沙粒徑。然后，按Inman分類法統(tǒng)計(jì)不同粒徑組分，中徑和計(jì)算粒度參數(shù)17。3懸沙粒徑的基本特征圖2椒江河口懸沙粒徑分布Particlesizedistributionsofsuspendedsedimentfrom481samples椒江河口懸沙主要由粉砂和粘土兩粒級(jí)組成，其中粉砂含量隨水深增加而升高，粘土含量則與粉砂的垂向變化相反。粉砂含量表、底層的平均值分別約54%和65%，粘土含量表、底層各約46%和34%(圖2)。粘土(4m)和極細(xì)粉砂(48m)兩組分含量的平均值達(dá)71%，說明椒江懸沙已屬粘性細(xì)顆粒泥沙范圍。4懸沙粒徑的區(qū)域變化由圖3(a)與圖3(b)和圖3(c)比較可知，椒江河口懸沙粒徑分布具有區(qū)段變化，粘土組分沿河口往下游遞增，粉砂組分則與粘土組分變化的趨勢(shì)相反。粘土組分的平均值在最大渾濁帶向陸側(cè)(C1站)，核部(C2站)，及向海側(cè)(C3站)分別為36%、38%和48%，粉砂組分的平均值C1站，C2站和C3站各為63%，61%和51%。另一方面，懸沙的優(yōu)勢(shì)粒徑沿程變化比粘土和粉砂兩組分的變化更清楚，C1站以極細(xì)粉砂(48m)組分為優(yōu)勢(shì)粒徑，平均值約37%，C3站以粗粘土(24m)組分為優(yōu)勢(shì)粒徑，平均值約33%，C2站的優(yōu)勢(shì)粒徑似乎比C1和C3兩站變寬，由粗粘土和極細(xì)粉砂組成，它們的平均值各占29%左右。圖3椒江河口各測(cè)站(C1、C2、C3)懸沙粒徑分布Particlesizedistributionsofsuspendedsedimentateachanchoredstation懸沙中徑、平均粒徑及標(biāo)準(zhǔn)偏差的區(qū)域分布比粉砂和粘土兩組分變化復(fù)雜。沿河口方向，懸沙中徑、平均粒徑的平均值C1站表層稍大于C2、C3兩站，而中、底兩層C2站分別大于C1和C3兩站；標(biāo)準(zhǔn)偏差平均值C2站的各層分別均大于C1和C3兩站(表1)。垂直方向上，懸沙中徑、平均粒徑和標(biāo)準(zhǔn)偏差的平均值各測(cè)站均隨水深增加而變大，說明懸沙粒徑底層粗于表層，分選底層差于表層。表1懸沙粒徑主要參數(shù)沿程為變化Principalparametersofsuspendedsedimentparticlesalongestuary站號(hào)層位樣品數(shù)(個(gè))中徑(m)平均粒徑(m)標(biāo)準(zhǔn)偏差C1表513.985.833.44中524.387.084.50底524.517.704.99表513.625.443.59C2中525.087.344.92底525.508.035.45表453.555.473.58C3中453.735.984.03底454.056.724.655懸沙粒徑的潮周期變化5.1懸沙粒徑的半月潮周期變化懸沙中徑、平均粒徑和標(biāo)準(zhǔn)偏差的變化相對(duì)一致，它們的平均值各站層大潮均大于小潮期(表2)，說明懸沙粒徑大潮期粗于小潮期，分選程度大潮期差于小潮期。這表明潮流對(duì)懸沙粒徑分布起著重要作用。表2各測(cè)站懸沙粒徑主要參數(shù)統(tǒng)計(jì)值Principalparameterstatisticsofsuspendedsedimentsizes大潮小潮站號(hào)層位樣品數(shù)(個(gè))中徑(m)平均粒徑(m)標(biāo)準(zhǔn)偏差樣品數(shù)(個(gè))中徑(m)平均粒徑(m)標(biāo)準(zhǔn)偏差C1表254.336.813.95263.484.892.95中264.778.405.32263.995.773.69底264.868.975.88264.286.434.10表263.765.663.75253.475.213.35C2中265.588.165.68264.586.524.16底265.718.566.07265.297.524.84表263.655.483.53193.615.463.65C3中263.876.054.12193.805.893.92底264.207.024.98194.176.324.215.2懸沙粒徑的半日潮周期變化從圖4和圖5看出，懸沙不同粒徑組分的半日潮周期變化主要反映在4m(粉砂)兩粒級(jí)組分的增減，并隨著潮汛、區(qū)段和層次的不同存在著一定的差異性。大潮期間，最大渾濁帶向陸側(cè)(C1站)表、底層懸沙4m粒級(jí)組分則反之(圖4(a)、(b)、(d)、(e)。向海側(cè)(C3站)懸沙粒徑分布變化，底層與C1站的性質(zhì)相反，懸沙4m粒級(jí)組分則反之(圖4(g)，(h)；表層與潮流強(qiáng)弱變化密切相關(guān)，在漲落潮流憩流前后約1h時(shí)，懸沙4m粒級(jí)組分則減少，在漲落潮流速較強(qiáng)時(shí)，4m粒級(jí)組分則相應(yīng)增加，這種關(guān)系在顆粒組分中越粗越清晰(圖4(j),(k)。而最大渾濁帶(C2站)懸沙粒徑分布底層屬于另一種性質(zhì)，4m粒級(jí)組分則反之，這兩組組分在落潮時(shí)段保持相對(duì)穩(wěn)定，漲潮時(shí)段因持續(xù)時(shí)間短暫無明顯的變化規(guī)律(圖5(a)，(b)；表層4m兩粒級(jí)組分變化相對(duì)活躍，其中4m組分則相應(yīng)增加，在漲潮流憩流前后它們?cè)鰷p不定。應(yīng)該指出的是懸沙粒徑分布變化與懸沙濃度增減十分一致，懸沙濃度高值時(shí)，粉砂組分含量一般相應(yīng)增加，粘土組分含量相應(yīng)減少，懸沙濃度低值時(shí)則反之(圖5(d)、(e)。這種特征較底層明顯。圖4最大渾濁帶向陸側(cè)(C1站)，向海側(cè)(C3站)大潮期懸沙粒度參數(shù)、濃度和潮流速的漲落潮變化過程圖5最大渾濁帶(C2站)大潮期懸沙粒度參數(shù)、濃度和潮流速全潮變化過程Changesincurrentvelocity,suspendedsedimentco