长江河口水沙输运时间研究

河口海岸水沙运动研究领域中，一个全新的理论和方法"组成因子为基础的年龄和滞留时间理论"开始被认识和应用。课题组在长期研究长江河口水沙运动规律的基础上，将运用这一方法，开展长江河口"水沙输运时间"研究。通过对"水龄"和"沙龄"的研究，不仅可以回答水沙输运时间的空间分布，更重要的是，通过研究"水龄"和"沙龄"的构成及其在极端气候条件下的改变，给出"水龄"和"沙龄"的变化过程与动力机制的关系；深入探究河口泥沙再悬浮时间和河口滩槽水沙交换时间等科学问题；在河口水沙运动量化与动力机制关系的认识方面取得科学进展。通过研究水沙输运时间，开拓新的水沙研究视角，重新审视河口泥沙起动、沉降、再悬浮和滩槽交换等关键过程。为河口土地资源、水资源和航运资源的保障提供科学支撑。

长江河口以高水流能量和高含沙浓度著称，其水沙运动规律的研究在世界范围内都是难题和挑战。河口动力场非常复杂，很难从流场的本身直接研究物质输运及其环境功能。因此有必要引入与动力场相关且能够反映其物理本质的辅助物理变量，如滞留时间、年龄和更新时间等。.本基金研究利用水龄理论的新方法，借助环境水动力学模型和实测数据验证，重点定量讨论了径流和潮汐作用对河口水流输运时间的影响。主要研究成果包括：（1）定量给出了长江河口区水流输运时间的时空格局和影响因子。发现在大通水文站多年平均径流量条件下，水流从徐六泾输出至河口口门 (122.5°)大约需要历时24天；在南、北港分流口以上的河段，水流输运时间即水龄为8天，输运时间主要由径流控制；自南北港分流口向下至河口拦门沙滩顶水域，水流输运时间由径流和潮汐共同控制，水龄为16天，说明河口最大浑浊带区域的水流输运速度较上下游为慢，从水龄的变化再次证明了最大浑浊带的水动力特征与河口上下游段的不同；长江河口水流输运时间在垂向上存在明显的层化特征，表底层水团输运时间相差的最大值可达6天。研究表明，长江河口的潮汐作用是影响河口水流输运时间的关键要素，河口巨大的进潮量增强了河口水体的交换能力并减小水流输运时间，从而将显著影响随水体运动的物质输运格局。（2）定量给出了长江口及其邻近水域的水团输运交换时间、季节性变化及影响机制。发现长江口和杭州湾的淡水交换受南槽水道形成的次生锋强度所控制，水团输运时间的大小存在季节性变化，水体在夏季交换弱秋季交换强；从徐六泾节点到杭州湾北岸金山水域的水团输运时间约需30-60天，水团到杭州湾南岸的输运时间长达100-140天，其大小主要受控于潮汐强度；欧拉输运是水团输运的控制机制，潮汐导致的垂向混合和交换较弱；长江口与江苏沿岸的水体交换虽然存在但是强度较弱；夏秋季河口有部分冲淡水向北部输运；从徐六泾节点到江苏沿岸的输运时间约需60-120天，其输运时间的大小受控于潮汐不对称和斯托克斯漂移。长江河口的水团输运时间有明显的洪枯季差异，夏季平均输运时间为10-40天，枯季为120-160天；杭州湾洪枯季的水团输运天数亦有数倍之差异。水流输运时间的研究，不仅可以成功应用于河口水动力环境的量化研究，而且为泥沙输运及污染物输送等环境变化研究提供动力学基础。