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《华东师范大学》 2009年
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长江河口泥沙混合和交换过程研究

刘红  
【摘要】: 本文通过全面分析进入二十一世纪初期(2003-2007年)长江口及其临近海域大面积同步观测的悬沙粒度、表层沉积物粒度、流速、含沙量和盐度系列资料,探讨了在河口混合环境下泥沙的交换过程和规律,从河口-陆架系统的角度研究悬浮泥沙在河口和陆架的输移和归宿问题。得到的认识不仅是河口泥沙研究从定性研究向定量研究的进展,而且粒度谱计算方法还为泥沙交换研究提出了适用于其他潮汐环境的沉积动力分析的新思路。从悬沙粒度的角度分析泥沙在河口-陆架的混合和交换过程,丰富了河口泥沙运动和沉积动力学的理论和方法,对其他河口的相关研究具有借鉴意义。对长江河口悬沙粒度的组成、时空分布特征,特别是对流域来水来沙改变包括流域大型水利工程的响应做了分析。系统探讨了高浊度河口混合环境下泥沙的交换过程和规律。研究表明长江口悬浮泥沙与表层沉积物高交换区(交换率>0.6)主要分布在南槽口外的泥质区和杭州湾附近海域,悬浮泥沙大量参与造床,其中长江口外泥质区的交换率高达0.9以上;低交换区(交换率<0.1)分布在长兴岛以上的河口上段和陆架残留砂区,悬浮泥沙基本不参与造床。而浑浊带区域的交换率在0.4-0.6之间,说明河流输入的悬沙在浑浊带区域直接沉积的比例并不是最高,其高沉积区的泥沙部分来自泥质区内随涨潮流再次输入河口的泥沙。粒度谱计算的结果表明,大约有47%的悬浮泥沙沉积在拦门沙海域及水下三角洲前缘,超过50%的悬浮泥沙摆脱河口的“束缚”进入杭州湾以及向南输运,这与其他方法得到的结果相近。本文提供了一种研究泥沙输运和沉积量的新的计算方法。 率先对长江河口悬沙粒度的组成、时空分布特征,特别是对流域来水来沙改变包括流域大型水利工程的响应做了分析。认识包括:河口-陆架的悬沙整体呈现“细-粗-细”的变化规律。拦门沙海域最粗,江阴-南支上段其次,陆架区最细,认为河口拦门沙区悬沙中值粒径的增加主要受到滩槽泥沙交换和床面泥沙再悬浮的影响。长江口悬浮泥沙类型主要为粘土质粉砂,粉砂、粘土和砂组分的平均含量分别约为65%、30%和5%。长江河口区小潮悬沙中值粒径平均比大潮减小24%,主要由于小潮期间粗颗粒物质(粗粉砂和砂)部分产生沉降并不易被起动的缘故。2007年长江河口悬沙中值粒径比2003年减小11%,含沙量比2003年减小22%。其中,河口上段的含沙量2007年比2003年减小66.5%,悬沙中值粒径的减少不明显;而在拦门沙区域,悬沙中值粒径减小比例达到20%左右,含沙量减少仅10%左右。在长江流域来沙量减小的背景下,长江河口的响应具体表现为,河口上段含沙量急剧减少,但在河口拦门沙区域仍能维持着较高的含沙量,主要缘于河口系统内部,特别是浑浊带水域的供沙能力尚未受到影响,近底再悬浮和滩槽泥沙交换的贡献仍占主导,但悬沙中值粒径呈明显减少的趋势。总之,河口上段含沙量对流域减沙的响应最为敏感,而拦门沙区的中值粒径对减沙的响应最敏感。 长江河口悬沙和表层沉积物的混合和沉积特性。长江河口悬浮泥沙和表层沉积物的平均粒径(Md)与1n{m_v/m_c}值表现出良好的线性关系,悬沙在河口区表现出线性混合的特征,粘性组分(m_v)和非粘性组分(m_c)在河口均匀混合,并主要以絮团的形式在河口输运和沉降。表层沉积物却呈现不同的特征,细颗粒泥沙的粘性组分m_v和非粘性组分m_c显示出简单的线性混合特征,而粗颗粒泥沙的粘性组分m_v和非粘性组分m_c之间存在分选沉降。河口上段、北港的拦门沙海域和残留沙区,表层沉积物主要以单颗粒形式运动或存在。长江口南北槽和杭州湾区域的表层沉积物主要以絮团的形式沉降。絮团沉积的高值区在杭州湾和南槽口外泥质区,杭州湾和舟山群岛外的长条形泥质带显示了长江口悬沙向南输运的核心路线。 长江口悬沙向外输运的路线和沉积中心。由于受柯氏力和沿岸流系的影响,从长江口输出的大部分悬浮泥沙先沉积在长江口南槽口外的泥质区,其泥沙交换速率可高达2-3cm/yr以上。随后在潮流的作用下向长江口内、杭州湾和沿海岸向南输运,泥质区充当了长江入海泥沙向南输送的“中转站”。上述结论得到遥感图像、口外流场和泥沙场的分析的支持。根据本文泥沙交换速率研究的结果,在10年~100年尺度上,长江口南槽口外的泥质区存在着一个显著的沉积中心,它大致位于121.5°E-123°E和31°N之间的区域,对细颗粒泥沙沉积动力特征的分析得到了长江口悬沙向外输运的路线和沉积中心。 本文结合同步采集的水沙盐资料从悬沙粒度的角度探讨了悬浮泥沙在河口环境下的混合特征。分析表明,悬沙粒径梯度呈现“小-大-小”的变化趋势,与流速梯度、含沙量梯度和盐度梯度的变化趋势一致,高剪切流速和含沙量的垂向分层是引起拦门沙区粒度分层的主要原因。在河口盐淡水混合的拦门沙区,流速梯度、含沙量梯度和盐度梯度最大。水流的剪切作用引起泥沙再悬浮,使得拦门沙区粉砂组分增加,对近底含沙量和粒径的贡献最大。 泥沙的存在具有强烈的制紊作用。剪切强度较大时,促进再悬浮的发生,有利于维持河口较高的悬沙浓度;剪切流速较小时,悬沙沉降量大于再悬浮的量,引起的水沙分层将抑制紊流的发生。流速梯度增加促进含沙量梯度增加,使紊动作用与悬浮作用之间达到平衡,Richardson数接近临界值0.25,水流趋于层化。 本文不仅对长江口及其临近海域近期悬沙粒度分布特征和混合过程进行了深入分析,而且还探讨了长江入海泥沙在东海陆架的输运路线和最终归宿。
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TV143

【引证文献】
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3 驻沪记者 赵虎通讯员 黄少华 王祖毅;进入东海海上春运待命[N];中国水运报;2008年
4 本报记者  陈莹 通讯员  翟丙军;无过错“棘手案”调解成功[N];中国水运报;2007年
5 张伟民 乐健;梦圆江海联运平底船[N];中国水运报;2006年
6 胡荣山;“长三角”港口海域拒绝“外来客”[N];中国水运报;2007年
7 记者 田东霖;我国今年五月发生赤潮次数和面积创近年之最[N];中国海洋报;2008年
8 新华社记者 冯亦珍 通讯员 瞿春;索赔,以国家的名义[N];北京日报;2001年
9 童国庆;国外利用遥感技术在水资源管理方面的新进展[N];中国水利报;2006年
10 本报记者 尤莼洁宋鹏霞;上海第三大水源找寻记[N];解放日报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘红;长江河口泥沙混合和交换过程研究[D];华东师范大学;2009年
2 胡日军;舟山群岛海域泥沙运移及动力机制分析[D];中国海洋大学;2009年
3 林军;长江口外海域浮游植物生态动力学模型研究[D];华东师范大学;2011年
4 韩震;海岸带淤泥质潮滩和Ⅱ类水体悬浮泥沙遥感信息提取与定量反演研究[D];华东师范大学;2004年
5 陈斌;长江口附近海域三维悬浮泥沙的数值模拟研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2008年
6 罗向欣;长江中下游、河口及邻近海域底床沉积物粒径的时空变化[D];华东师范大学;2013年
7 冯志刚;岩溶上覆风化壳的粒度分布特征及其对物源和形成过程的指示意义[D];中国科学院研究生院(地球化学研究所);2004年
8 乌云;乌梁素海上覆水体与表层沉积物污染特征及其污染物迁移转换规律研究[D];内蒙古农业大学;2011年
9 宋召军;南黄海辐射沙洲海区悬沙及沙洲演变的遥感研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2006年
10 高志友;南海表层沉积物地球化学特征及物源指示[D];成都理工大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李真祥;南黄海西部表层沉积物粒度分布特征及其对沉积环境的指示[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2010年
2 刘爱霞;莱州湾及日照近岸海域表层沉积物中多环芳烃(PAHs)的生态风险分析及来源研究[D];中国海洋大学;2009年
3 王伟;北黄海表层沉积物粒度分布特征及其对沉积环境的指示[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2008年
4 毕世普;三峡工程截流后长江口海区表层悬沙分布与河口锋带特征[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2009年
5 熊林芳;南黄海—东海北部悬浮体与表层沉积物有机碳分布特征[D];国家海洋局第一海洋研究所;2010年
6 吴梅桂;多核素在长江口崇明东滩表层沉积物的分布及其环境指示意义[D];华东师范大学;2011年
7 刘红;长江口表层沉积物分布特性研究[D];华东师范大学;2006年
8 李震;厦门港表层沉积物特征及其物源意义[D];厦门大学;2007年
9 徐晓晖;基于MODIS的闽江口悬浮泥沙长期特征研究[D];国家海洋局第三海洋研究所;2010年
10 温国义;利用NOAA-AVHRR探讨中国北部海域的环流和悬浮泥沙沉积作用[D];中国海洋大学;2004年
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