长江口盐沼潮滩细颗粒泥沙动水絮凝过程及其影响因素研究

细颗粒泥沙动水絮凝过程是盐沼潮滩地区泥沙输移和动力地貌研究的关键问题。本项目以长江口崇明东滩盐沼潮滩作为研究区域，组合多种高精度现场观测仪器，构建适用于浅水环境下的野外观测平台，采用野外实地观测和室内分析相结合的研究手段，对盐沼潮滩多因素耦合作用下的水流紊动特征、絮凝体基本特性、沉降速率及其相互关系进行细致的现场观测研究，揭示多时间尺度下盐沼潮滩动水絮凝过程的变化规律，确立影响动水絮凝沉降的主要因素，建立适用于盐沼潮滩地区的泥沙絮凝动力模型，估算垂向泥沙交换通量，探讨潮间带泥沙输移和垂向交换的变化规律和机制。本项目将充实和发展河口盐沼潮滩泥沙动力学理论，为深入研究陆海交互地带的物质循环打下基础，并且为长江口的生态保护及可持续发展提供科学依据。

以长江口崇明东滩潮间带盐沼潮滩为研究对象，组合使用声学多普勒流速测流装置（ADCP、ADV）、光学后向散射浊度仪（OBS）和激光现场粒度仪（LISST-100）等高精度水沙连续观测仪器，同步采集悬沙、沉降物和水样等样品，对潮间带盐沼和光滩处水沙动力过程进行了细致的观测和研究，获得主要结论有：（1）光滩测点垂线平均流速的平均值为25.3cm/s。盐沼测点为13.5cm/s，两测点间的盐沼前缘地带消能效应显著。当风速超过7m/s时，盐沼测点在较强的波浪轨迹流速影响下，流速过程呈现出单峰型，与水位变化相对应。（2）光滩和盐沼测点流速剖面符合对数分布的分别占全部样本的68.9%和39.8%。光滩测点偏离对数分布的流速剖面主要出现在转流阶段及部分潮次落潮的中后期，盐沼前缘测点夏季的平均值仅16.9%，植被对流速剖面结构的影响尤为突出。（3）光滩测点摩阻流速平均值为1.75cm/s，粗糙长度平均值0.223cm，底部切应力平均值0.397N/m2。盐沼测点摩阻流速平均值0.83cm/s，粗糙长度平均值0.21cm，底部切应力平均值0.106N/m2。盐沼底部切应力仅有光滩水平的1/4。在潮周期中，底部切应力与垂线平均流速两者的变化趋势基本一致。（4）光滩悬沙粒径均值为7.97μm，盐沼为5.90μm，现场粒度平均粒径在20~40μm，盐沼前缘地带絮凝现象明显，主要发育小絮凝体。絮凝体沉降速率介于0.43~5.09mm/s，沉降速率与絮凝体平均粒径（Dm）之间呈显著幂函数关系。有效密度介于1542~2620kg/m3，明显大于长江河槽水域。悬沙浓度对不同潮次间小絮凝体发育水平起到促进作用，对单潮次内絮凝体变化影响较为复杂；水动力条件主要在单个潮次中控制絮凝体发育，流速与絮凝体粒径之间呈负相关，水流扰动不利于大絮凝体的产生；水温超过25℃且流速很低的情况下观测到大絮凝体（Mz=175μm）的产生。就盐沼地区而言，盐度变化对絮凝体发育的影响没有其它因素显著。（5）水沙数据与悬沙级配变化特征分析表明，在潮周期中近底层泥沙动力过程存在着涨潮初期异地泥沙再悬浮，涨潮中期泥沙水平输送，高水位上层水流泥沙沉降和落潮期就地泥沙再悬浮等主要垂向交换过程。