水利工程论文-椒江河口最大浑浊带悬沙粒径分布及其对潮动力的响应.doc

水利工程论文-椒江河口最大浑浊带悬沙粒径分布及其对潮动力的响应摘要：以枯水季节大、小潮期3个时间连续(25h)站和1条纵剖面10个瞬时观测站的悬沙粒径资料为基础，通过对悬沙不同粒级，中值粒径及粒度参数的计算和统计，本文讨论了悬沙粒径分布的区域变化和潮汐周期变化，并表明其主要受物质来源、底部沉积物再悬浮物质和絮凝沉降3个因素影响，其中第二个因素的作用大潮期比小潮期显著，第三个因素的作用小潮期则较大潮期明显。关键词：椒江河口最大浑浊带悬沙粒径响应1前言潮汐河口普遍存在着悬沙浓度明显高于其上、下游的最大浑浊带。它因受洪、枯季径流和潮汐周期变化的作用经常发生向海或向陆迁移13，并对港口、航道的淤积产生深刻影响4，5。因此，近20年来，国内外许多水文学、沉积学家和海岸工程师们对最大浑浊带的水动力结构、悬沙浓度分布规律、悬沙输移机制以及悬沙絮凝沉降等方面进行了大量的调查和研究611。但是，除了Schubel对切萨皮克湾最大浑浊带1个测站的悬沙粒径的涨落潮周期变化研究外12，很少对潮汐河口最大浑浊带悬沙粒径分布的动力过程进行报道。对于椒江河口最大浑浊带的悬沙粒径分布变化，虽然符宁平等采用某些代表性潮时的悬沙粒径参数曾探讨过悬沙沉降作用13，可是，到目前为止尚未有过系统的报道。图1研究区域与站位Locationofstudiedareaandstationpositions椒江是灵江注入东海(台州湾海域)的过渡河段，并有支流永宁江于三江口汇入(图1)，它具有山溪性强潮河口的性质。据上游控制站资料，多年平均流量为110m3/s，洪枯变幅悬殊，最大洪峰流量历史上曾达16300m3/s，最小流量却不足1m3/s；多年平均径流量为51.72108m3，输沙量约110104t，其中75%左右的水沙主要集中于49月向海输送14，15。潮汐是不规则半日潮，据海门站统计，涨、落潮平均历时各为5.1h和7.5h，平均潮差4.01m，最大潮差达6.3m。最大垂线平均流速超过2m/s。最大浑浊带纵向跨度约20km，核部一般位于栅浦与海门之间的区段，悬沙浓度随水深增加，表层一般为13kg/m3，底部经常发育着浮泥16，从而形成一个悬沙，浮泥和床沙的沉积体系。本文主要根据枯水季节(1994年11月)，大、小潮期不同河段的时间连续站的潮流，悬沙资料，将较系统地讨论最大浑浊带的悬沙粒径分布及其对潮汐动力变化的响应。2方法根据最大浑浊带分布变化范围，在其向陆侧、核部、向海侧分别设置1个潮流泥沙时间连续(25h)观测站和1个纵剖面(图1)。各连续站的垂线按相对水深分6层，采用ZX-直读式流速仪和横式采水器间隔1h同时记录流速流向和取水样，纵剖面测站只取水样。水样过滤、悬沙含量按常规方法处理和计算。选表、中(0.6H)，底3层共481个悬沙样品，用T-库尔特计数器测定悬沙粒径。然后，按Inman分类法统计不同粒径组分，中径和计算粒度参数17。3悬沙粒径的基本特征图2椒江河口悬沙粒径分布Particlesizedistributionsofsuspendedsedimentfrom481samples椒江河口悬沙主要由粉砂和粘土两粒级组成，其中粉砂含量随水深增加而升高，粘土含量则与粉砂的垂向变化相反。粉砂含量表、底层的平均值分别约54%和65%，粘土含量表、底层各约46%和34%(图2)。粘土(4m)和极细粉砂(48m)两组分含量的平均值达71%，说明椒江悬沙已属粘性细颗粒泥沙范围。4悬沙粒径的区域变化由图3(a)与图3(b)和图3(c)比较可知，椒江河口悬沙粒径分布具有区段变化，粘土组分沿河口往下游递增，粉砂组分则与粘土组分变化的趋势相反。粘土组分的平均值在最大浑浊带向陆侧(C1站)，核部(C2站)，及向海侧(C3站)分别为36%、38%和48%，粉砂组分的平均值C1站，C2站和C3站各为63%，61%和51%。另一方面，悬沙的优势粒径沿程变化比粘土和粉砂两组分的变化更清楚，C1站以极细粉砂(48m)组分为优势粒径，平均值约37%，C3站以粗粘土(24m)组分为优势粒径，平均值约33%，C2站的优势粒径似乎比C1和C3两站变宽，由粗粘土和极细粉砂组成，它们的平均值各占29%左右。图3椒江河口各测站(C1、C2、C3)悬沙粒径分布Particlesizedistributionsofsuspendedsedimentateachanchoredstation悬沙中径、平均粒径及标准偏差的区域分布比粉砂和粘土两组分变化复杂。沿河口方向，悬沙中径、平均粒径的平均值C1站表层稍大于C2、C3两站，而中、底两层C2站分别大于C1和C3两站；标准偏差平均值C2站的各层分别均大于C1和C3两站(表1)。垂直方向上，悬沙中径、平均粒径和标准偏差的平均值各测站均随水深增加而变大，说明悬沙粒径底层粗于表层，分选底层差于表层。表1悬沙粒径主要参数沿程为变化Principalparametersofsuspendedsedimentparticlesalongestuary站号层位样品数(个)中径(m)平均粒径(m)标准偏差C1表513.985.833.44中524.387.084.50底524.517.704.99表513.625.443.59C2中525.087.344.92底525.508.035.45表453.555.473.58C3中453.735.984.03底454.056.724.655悬沙粒径的潮周期变化5.1悬沙粒径的半月潮周期变化悬沙中径、平均粒径和标准偏差的变化相对一致，它们的平均值各站层大潮均大于小潮期(表2)，说明悬沙粒径大潮期粗于小潮期，分选程度大潮期差于小潮期。这表明潮流对悬沙粒径分布起着重要作用。表2各测站悬沙粒径主要参数统计值Principalparameterstatisticsofsuspendedsedimentsizes大潮小潮站号层位样品数(个)中径(m)平均粒径(m)标准偏差样品数(个)中径(m)平均粒径(m)标准偏差C1表254.336.813.95263.484.892.95中264.778.405.32263.995.773.69底264.868.975.88264.286.434.10表263.765.663.75253.475.213.35C2中265.588.165.68264.586.524.16底265.718.566.07265.297.524.84表263.655.483.53193.615.463.65C3中263.876.054.12193.805.893.92底264.207.024.98194.176.324.215.2悬沙粒径的半日潮周期变化从图4和图5看出，悬沙不同粒径组分的半日潮周期变化主要反映在4m(粉砂)两粒级组分的增减，并随着潮汛、区段和层次的不同存在着一定的差异性。大潮期间，最大浑浊带向陆侧(C1站)表、底层悬沙4m粒级组分则反之(图4(a)、(b)、(d)、(e)。向海侧(C3站)悬沙粒径分布变化，底层与C1站的性质相反，悬沙4m粒级组分则反之(图4(g)，(h)；表层与潮流强弱变化密切相关，在涨落潮流憩流前后约1h时，悬沙4m粒级组分则减少，在涨落潮流速较强时，4m粒级组分则相应增加，这种关系在颗粒组分中越粗越清晰(图4(j),(k)。而最大浑浊带(C2站)悬沙粒径分布底层属于另一种性质，4m粒级组分则反之，这两组组分在落潮时段保持相对稳定，涨潮时段因持续时间短暂无明显的变化规律(图5(a)，(b)；表层4m两粒级组分变化相对活跃，其中4m组分则相应增加，在涨潮流憩流前后它们增减不定。应该指出的是悬沙粒径分布变化与悬沙浓度增减十分一致，悬沙浓度高值时，粉砂组分含量一般相应增加，粘土组分含量相应减少，悬沙浓度低值时则反之(图5(d)、(e)。这种特征较底层明显。图4最大浑浊带向陆侧(C1站)，向海侧(C3站)大潮期悬沙粒度参数、浓度和潮流速的涨落潮变化过程图5最大浑浊带(C2站)大潮期悬沙粒度参数、浓度和潮流速全潮变化过程Changesincurrentvelocity,suspendedsedimentco