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河口水文、环流及泥沙

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中国大陆18000 km的海岸线上,有众多的大小河流入海的河口分布,这里不仅是海、河水、沉积物交换的场所,有着广泛的生物、化学和沉积动力学问题,对交通运输等国民经济的发展有重要意义。

在中国的河口中,重要而具有典型意义的长江河口是一个三级分叉四口入海的三角洲河口,钱塘江河口是与其毗邻的一个喇叭型河口,杭州湾是钱塘江河口的口外海滨。

1980年进行了“中—美长江口和毗邻陆架海域沉积过程调查”,1986年进行了“中—法长江口和毗邻陆架水域的生物和地球化学循环调查”,“七五” 期间进行了 “中国河口主要沉积动力过程及应用研究”,“八五”期间进行了“长江口拦门沙航道演变规律与深水航道整治方案的研究”。调查研究发现长江河口北支以垂向均匀混合型为主。南支口门附近,除枯季大潮出现垂向均匀混合型,洪季小潮有时出现高度分层型外,全年以部分混型出现几率最多。长江河口的余环流复杂,落潮槽中的余流与落潮流流向一致,涨潮槽中的余流与涨潮汊流向一致,导致在平面上产生逆时针向的环流。在南、北槽和北港下段,受盐水楔和异重流的影响,在纵向上存在上层向海、下层向陆的垂向环流。潮不对称性对长江河口最大浑浊带形成有重要作用。长江口水系复杂,各水系界面处有河口锋、羽状锋和外海锋三级锋面存在。其中,羽状锋区内的盐度在20~27之间,是最主要的盐度锋面,对河口水文、泥沙和生物—地球化学过程有较大影响。

杭州湾口门宽约100 km,湾顶处宽20km以下。杭州湾口门处平均潮差约为2.5m,至湾内潮差迅速增大,在湾顶以西的河口段内形成举世闻名的钱塘江涌潮。1986年进行了 “杭州湾水系界面和悬浮物质输运研究”,1993年进行了“两江口对杭州湾和舟山渔场影响研究”。研究发现,杭州湾水文状况主要由其锋面架构及变化决定。该锋面由湾口北部的长江冲淡水次级锋面和湾顶的钱塘江冲淡水锋面组合而成,其主体终年呈NE—SW走向。当径流小又恰逢小潮时该锋面的两个组成部分明显可辨; 大潮时这两个组成部分连成一体。当径流较大时,即使在小潮期两者也浑然一体。全湾盐度展布总是由西北向东南递增,且金山咀东南水域和杭州湾口东南部长年分别存在一个走向相反的低、高盐舌。冬季温度由西北向东南递增,夏季则渐减。冬季风混合强烈,除湾口东南一隅小潮期呈弱层化外,余皆近乎垂直均匀;夏季小潮时几乎全域层化明显,南汇咀东南水域甚至可见块状淡水分布于表层。杭州湾的环流是由河川入海径流、锋面密度流、风生流及其伴生的坡度流、潮生流等组成。上层存在一支沿锋面的流向西南的海流,它是由密度流、风生流和潮余流组成。沿锋面之密度流在冬季为5 cm/s,夏季为8~10 cm/s。下层流场与上层相差较大,北区偏北,南区偏西,且以潮生余流为主。横锋截面环流,在锋区离岸侧存在由海水辐合引起的下降流,在沿岸侧下层水涌升; 上层水有离岸向海特征,下层水有由外向岸入侵的特点。

此外,国家海洋局第二海洋研究所自1990年起进行了“象山港低频波动和水交换研究”,使用实测水文资料对象山港的水交换研究中发现在潮振荡中水体层化、流动切变和垂向结构的余环流对水交换有重要贡献,并建立了数值模式和实测水文资料分析相结合的水交换研究方法,通过计算假设示踪物的对流-扩散过程计算海湾水交换过程。

杭州大学、南京水利科研院和国家海洋局第二海洋研究所等研究了泥沙组分、粒级、絮团特征和絮凝环境及生物地球化学过程与沉降速度的关系。天津大学研究了泥沙浓度在有波浪作用下的垂向分布状态。华东师范大学、南京水利科研院和国家海洋局第二海洋研究所在长江口和杭州湾海区研究了河口浊度锋、最大混浊带成因、悬浮泥沙的垂向分布及多河口相互作用关系的研究。

1993年进行了“椒江高浑浊水动力学研究”,1995年进行了 “河口底边界层输沙研究”。在这些研究中,使用现代观测技术对河口底部高混浊水中泥跃层的精细结构、泥跃层的形成和演变过程、泥跃层的高频波动、高浑浊水动力学与水动力学之间的相互作用关系及河口底边界层内的流动和输沙地位作了精细测量和研究。青岛海洋大学1985年开始进行了“中—美黄河口沉积动力学调查”,发现了黄河口水下的异重流和泥沙向海输运通道。

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