黄河三角洲毗邻海域悬浮泥沙扩散和季节性变化及冲淤效应

【摘要】： 以973项目2002CB4124第四课题为依托,根据2003年夏季黄河低流量期间、2007年夏季调水调沙期间以及2006年冬初风暴后的多船同步多断面及夏、冬有关大面站水文泥沙观测资料,本文研究了不同条件下黄河三角洲毗邻海域悬浮泥沙的扩散特征,定量比较了黄河三角洲海域悬浮泥沙扩散的季节性特征,分析了泥沙扩散的过程、控制因素和沉积动力机制,并与1976-2003黄河三角洲沿岸36个观测断面的水深资料对比,探讨了现行黄河水下三角洲蚀积变化对悬浮泥沙扩散的响应。同时分析了渤海海峡南部海域水沙输送的季节性变化,重新估算了渤海通过渤海海峡南部海域向黄海输送的年均泥沙通量,获得以下主要结果。 1.除黄河河口地区存在潮流切变锋外,在三角洲南北部近岸分别发现了潮流切变锋,它们对泥沙的阻隔效应与河口切变锋相反,其形成机制与河口切变锋有所不同。 2.黄河低流量期间,由于黄河口切变锋的阻隔、河口垂向环流的捕获作用以及黄河入海径流较弱,导致黄河入海泥沙在河口附近5 m等深线以内的浅水区大量沉积,向外海的传输较少。部分黄河入海泥沙在被涨、落潮流携带向南、北传输的过程中,由于近岸切变锋的阻隔作用,三角洲南北部靠近海岸的浅水区反而得不到泥沙供应,形成侵蚀区,悬浮泥沙主要通过较深水区向南北传输。 3.夏季黄河调水调沙期间黄河入海泥沙扩散主要局限在离岸约20km以内,向南达到至莱州湾西南部海域,向北最远至北纬38°附近,扩散范围远小于冲淡水扩散范围。由于河口切变锋的阻隔和辐聚作用以及河口垂向环流的捕获,使得黄河入海泥沙绝大部分都沉积在河口13m水深以内区域,不能直接扩散至深水区。夏季存在明显的水体密度跃层,悬浮泥沙主要在跃层以下的下层水体中传输。在现行河口和废弃钓口流路废弃河口存在两个高浓度泥沙中心,分别由黄河入海泥沙扩散和废弃钓口流路地区海底泥沙的再悬浮形成,两个高浓度泥沙中心很少有泥沙交换。 4.冬季调查区含沙量整体较高,底层泥沙远高于表层,表明波浪导致海底泥沙再悬浮是悬浮泥沙的主要来源。受北风和南向波浪的作用,黄河三角洲海域产生较强的南向沿岸流,携带再悬浮泥沙向南传输。在莱州湾海域,悬浮泥沙主要通过其中部输向渤海海峡,沿莱州湾顶部沿岸向渤海海峡的传输不明显。 5.泥沙通量分析表明,黄河三角洲海域悬浮泥沙输送具有鲜明的季节性。夏季泥沙通量主要指向东偏北,冬季主要指向偏南。冬季悬浮泥沙含量约为夏季低流量期间的约10-25倍,而悬浮泥沙通量可达约4-128倍。即使在黄河调水调沙期间,除河口区悬浮泥沙含量及悬浮泥沙通量较冬季高外,其他区域冬季悬浮泥沙含量及即悬浮泥沙通量可分别达夏季调水调沙期间的约2-27倍和2-123倍。冬季是黄河口海域泥沙输送的主要季节,泥沙向南部输送也主要发生在冬季,这与中国东部陆架海沉积物“夏储冬输”的格局一致,主要原因是冬季海洋动力远高于夏季。 6.黄河三角洲海域悬浮泥沙输送的季节性变化导致了渤海海峡南部西侧海域水悬浮泥沙输送具有明显的季节性差异,冬季平均泥沙含量约是夏季的4.2倍,净泥沙单宽通量方向向东指向黄海,冬季通量约是夏季的5倍,说明冬季是渤海泥沙向黄海输送的主要季节。同时,冬、夏季该区净单宽水通量方向与悬浮泥沙通量方向相同,冬季净单宽水通量约是夏季的1.2倍。根据前人方法,初步估算了渤海通过渤海海峡南部海域向黄海输送泥沙的通量约为30.8 Mt/yr,是前人仅根据夏季8月通量计算结果的3倍左右。可以初步认为,夏季渤海基本上是黄河入海泥沙的汇,冬季是黄河泥沙向黄海输送的源。海洋动力的季节性差异是渤海黄河泥沙源-汇关系转换的主要因素。 7. 1976-2003黄河三角洲沿岸36个水深观测断面的冲淤变化结果表明,黄河水下三角洲冲淤形态呈现为水滴状的淤积体,在南北近岸形成两个蚀积转换带,淤积中心主要在南部,与本文有关泥沙扩散的时空过程和机制的结论比较一致。前人对黄河三角洲泥沙扩散的定量和机制研究主要集中在洪季和河口区,本文较全面地展示了黄河三角洲沿岸及毗邻海域悬浮泥沙的扩散特征、过程和不同的季节性变化,得出了定量性的结果,揭示了有关机制,其结果与黄河水下三角洲多年的冲淤形态比较一致。同时初步计算了不同季节通过渤海海峡由渤海向黄海输送的水沙通量。