喇叭形弱潮河口的泥沙输运及其机制研究-以珠江口黄茅海为例

Funnel-shaped estuary is widespread in the world. Its unique topography results in characteristic hydrodynamics and sediment transport pattern in the estuary.This study will take the Huangmaohai Estuary, Pearl River Delta, as an example. By combining field measurements, numerical modelling and analytical solution, we will study the funnel-shape esturies' hydrodynamics in detail, such as tidal asymmetry and estuarine circulation. The spatio-temporal variations of sediment concentration and sediment transport in different timescales, including intratidal, spring-neap tidal cycle, wet and dry seasons, will be investigated. In the mean time, the mechanisms behind these sediment transport, such as the contributions from tidal pumping, induced by external and internal tidal asymmetries, settling/scour lag, and estuarine ciculation will be explored. Another focus of this study will be on the extreme events induced sediment transport and associated seabed deposition and/or erosion. It is hoped that this study can be applied to general funnel-shaped micro-tidal estuaries and provide a scientific guidance for regional estuarine environmental management and resource exploitation.

喇叭形河口（或辐聚型河口）是一种广泛分布的河口类型。其特殊的地形特征导致其动力与泥沙输运均表现出一定的独特性。本项目以珠江口黄茅海为例，通过现场观测、数值模拟与分析解求取的方法，深入研究喇叭形弱潮河口的动力特征（如潮汐不对称、河口环流、水体分层与混合等），分析河口不同区域（如浅滩与深槽）悬浮泥沙含量在不同时间尺度内（潮内、大小潮及洪枯季）的变化过程及其机理，研究泥沙输运中潮泵项的产生机制，重点分析潮汐不对称（包括涨落潮历时、流速的不对称以及由于潮汐应变效应产生的混和不对称）与沉降/侵蚀滞后在其中的贡献。特别研究极端事件（风暴与洪水）期间水动力、泥沙输运与海底冲淤过程。本项研究将可扩展于一般喇叭形弱潮河口的研究中，并对珠江河口的治理与开发具有一定的指导意义。

项目的背景：河口是河流与海洋的交汇处，对人类生产生活具有重要影响。喇叭形河口是一种广泛分布的河口类型，关于弱潮喇叭形河口的动力与泥沙输运需进一步研究。.主要研究内容：项目以珠江口黄茅海为例，研究喇叭形弱潮河口的动力特征，分析河口不同区域悬浮泥沙含量在不同时间尺度内的变化过程及其机理。.重要结果：1）采用偏度方法量化研究了黄茅海的潮汐不对称，区分了历时、流速及涨憩流历时的不对称，分析了这些不对称在黄茅海的时空分布及其控制因子，以及这些不对称对泥沙输运的影响。该项成果发表在Ocean Dynamics上。2）根据大量的现场观测数据，研究了珠江喇叭形河口中深槽与浅滩海底泥沙可侵蚀性的时空变化及大小潮、涨落潮的不对称，表明落潮期的泥沙再悬浮大于涨潮期，大潮期的海底侵蚀强于小潮期。海底的再悬浮过程受海底可侵蚀泥沙量的限制，与底切应力的变化并不一致。该项成果发表在Estuarine, Coastal and Shelf Science上。3）采用数值模拟，研究了在纵向风及无风条件下黄茅海河口的水体层化、河口环流与泥沙输运，表明河口上部以纵向过程为主，河口下部以侧向过程为主，离岸风增强上部的水体层化，但减弱下部的层化，向岸风则呈现相反的变化。向岸风增大了混合与底部的向海流速，增大了底切应力，导致落潮期的泥沙向海输运远大于涨潮期，即增大了向海的潮泵项。该项成果投稿到JGR:Oceans中，已二修。4）采用数值模拟方法，详细研究了黄茅海河口中的大小潮期潮内的侧向环流及其动量平衡，以及侧向环流产生的泥沙输运，探索了浅滩与深槽之间泥沙交换的机制。提出了一个表示泥沙沉降时间与水流平流时间相对大小的无量纲参数，表明细颗粒泥沙易于在浅滩淤积，而粗颗粒泥沙则易于在深槽淤积。该项成果投稿到JGR:Oceans中，在审。.科学意义：深化了对弱潮喇叭形河口的动力过程与泥沙输运认识，对河口治理与生态保护具有重要意义。