不同时间尺度上长江口深水航道泥沙输运机制变化的研究

The Deepwater Navigation Channel (DNC) changed the hydrodynamics and sediment transport dynamics in the North Passage, Yangtze River Estuary. Since the completion of the first phase (1998-2000), a silting problem began to attract attention, as the annual amount of deposit to be dredged to maintain the DNC was far greater than the original estimation. However, the mechanisms led to sediment trapping in the DNC and the source of the trapped sediment is little understood. This project aims to explore the main mechanisms on suspended sediment transport in different time scales, i.e. intra-tidal, inter-tidal, and seasonal variations. Combined with field measurements, a three-dimensional, wave-current-sediment coupled, unstructured grid, finite-volume coastal ocean model (FVCOM) will be used to conduct sensitive numerical tests as well as realistic simulations, in order to 1) examine the individual and joint effects of tides, waves, winds, and river discharges on suspended sediment transport in the DNC; 2) compare the contribution to the silting problem by sediment spilled-over and overtopped the dykes from tidal flats into the DNC. This research will make a major contribution to understanding the physical impacts on the suspended sediment transport, trapping, and silting in the DNC. This will also deliver significant social and economic benefits to the DNC management.

长江口北槽深水航道的建成改变了原有的水动力环境及泥沙输运条件。航道内泥沙回淤问题的存在以及新的泥沙输运方式的出现，提升了深水航道内悬浮泥沙输运机制研究的紧迫性和必要性。本项目针对深水航道内悬浮泥沙输运的动力机制在潮内、潮间及季节尺度上的变化，探寻其主导机制的周期性变化规律以及回淤泥沙的主要来源。研究方法上将利用FVCOM无结构网格的三维浪-流-沙耦合模式，并结合实测资料，通过敏感性实验分析潮汐、波浪、风场及径流在不同时间尺度上对航道内悬浮泥沙输运的作用机制与联动效应，同时比较表层越堤和底层绕堤进入深水航道的泥沙对航道淤积的贡献度。研究结果将补充和完善深水航道内悬浮泥沙输运机制的理论框架，有利于解决目前航道内泥沙回淤等迫切需要解决的问题，有助于长江口海域航道维护和生态保护水平的提高。

长江口北槽深水航道的建成改变了原有的水动力环境及泥沙输运条件。航道内泥沙回淤问题的存在以及新的泥沙输运方式的出现，提升了深水航道内悬浮泥沙输运机制研究的紧迫性和必要性。本项目针对深水航道内悬浮泥沙输运的动力机制在潮内、潮间及季节尺度上的变化，探寻其主导机制的周期性变化规律以及回淤泥沙的主要来源。.本项目重点研究内容包括：（1）通过降尺度（全球到长江口）研究，定量化潮时不对称的双周变化现象全球分布、产生机制及其对人类活动的响应；（2）利用卫星遥感手段，探讨我国近海表层悬浮物浓度的多时间尺度变化及评估长江口—杭州湾等高浊度海区海流反演的效果；（3）基于FVCOM，建立适用于长江口深水航道的高分辨率与高计算效率的三维浪-流-沙耦合的数值模型；（4）揭示潮汐、波浪、风场、径流在不同时间尺度上对深水航道内泥沙输运过程及底边界层内泥沙动力学过程的影响，讨论并确定深水航道内回淤泥沙的主要来源及其在不同时间尺度上的可能变化；（5）揭示上述强迫条件对长江入海物质输运和沉积的影响，以及北槽深水航道与长江其它入海口的差异。.本项目利用理论解析、数值模拟、卫星遥感等不同技术手段对长江入海物质输运过程进行了深入研究，这对于理解长江口北槽深水航道内泥沙输运机制及长江入海物质输运过程具有重要的学术价值。项目成果有利于航道内泥沙回淤等问题的解决，有助于长江口海域航道维护和生态保护水平的提高。项目从人类活动与自然环境关系的层面探讨了海洋环境对海洋工程的响应，对提高人类活动影响下的海洋环境趋势变化预测具有指导意义。.通过三年的研究，项目基本完成了既定的科学目标。在JGR等期刊发表论文4篇，项目开展了国内外学术交流工作并提升了青年学者的研究水平，项目执行期内包括项目申请人在内2人晋升副教授，研究团队出站博士后2名，毕业硕士研究生2名。