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福建东南海域夏季大潮期悬沙时空变化特征及输运机制

2024-11-18 66 上传者：管理员

摘要：根据福建东南海域夏季大潮期水文泥沙实测资料，分析了研究区海域悬浮泥沙浓度变化特征，探讨了悬浮泥沙输运机制。结果表明，研究区海域夏季大潮期内悬浮泥沙平均浓度变化较小；垂向上悬浮泥沙浓度的分布并无明显规律。研究区海域悬浮泥沙输运方向为东北向，平流输运在悬沙输运中占主导地位。正常天气下，研究区夏季的悬沙净输运方向与余流方向基本一致。闽浙沿岸流（夏季）对研究区悬浮泥沙的输运有促进作用。

关键词：
悬浮泥沙
时空变化
水质环境
生态系统
福建东南海域
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近岸水体中悬浮泥沙的变化对海水水质环境有着广泛而深远的影响。水体中的悬浮泥沙不仅会影响海域中的生态系统[1-3]，其输运过程还会影响河口、海岸和近海区域的地貌演变[4-6]。对近岸海域开展悬浮泥沙输运机制研究，对于保护生态系统、指导海洋工程建设以及研究海域的沉积动力环境都具有意义[7]。

悬浮泥沙的输运是一个复杂的过程，受多种因素的影响，包括但不限于水动力条件、地形特征以及人类活动等，这也导致了不同区域的水体中悬浮泥沙的输运机制存在着差异。在黄河和长江入海口水域，水体中的悬浮泥沙输运基本以平流输沙项为主[8,9]。而在围头湾、兴化湾等一些小海湾海域，潮泵作用产生的输沙量不可忽视[10,11]。

一、数据来源

2022年7月13日6:00至7月14日6:00（大潮）福建省水产研究所在福建东南海域进行了5个站位同步连续25小时海流观测工作（图1），并按照表层、中层、底层提取数据。同时，每小时按照三点法采集500m L水样。水样利用微孔滤膜进行过滤，过滤后的滤膜在恒温箱内烘干，随后以电子称进行质量测量。通过与标准膜的质量进行校准，计算悬浮泥沙含量。

二、研究方法

根据Ingram[12]和Uncles等[13]提出的计算方法，潮周期内悬浮泥沙输运项（T）可以表示为：

式中：T1—欧拉余流输运项；T2—斯托克斯漂移输运项；T1+T2—平流输运项；T3—潮汐与悬浮泥沙含量的潮变化相关项；T4—悬浮泥沙与潮流场变化相关项；T3+T4—潮泵输沙项；T5—垂向净环流输沙项；T6,T7—时均量和潮汐振动切变引起的剪切扩散；T8—垂向潮振荡切变作用项。

图1 研究区海域调查站位图

三、结果

1．潮流特征

研究区海域大潮期潮流表现出明显的往复流性质，流向以NE-SW为主。根据垂向平均海流矢量图（图2），研究区NE向潮流占主导地位。各站位的潮流流速由表至底逐渐递减，底层流速最小。

t'0t'在+近ht岸u't浅c'0海+海域htu,'t水ct'体中物质输运受潮余流的影响较大，是理解河口和近岸海域水动力过程的关键因素。根据各站位垂向余流矢量图（图3），大潮期间3#站位表层余流最大，流速为51.8cm/s，方向为48°；1#站位底层余流最小，流速为4.6cm/s，对应方向为357°。

大潮期间，各个站位余流流速由表层到底层逐渐减小，且以NE向为主。

表2 各站位余流流速流向统计表

图2 各站位垂向平均海流矢量图

图3 各站位垂向余流矢量图

2．悬浮泥沙时空变化特征

研究区海域大潮期间涨、落潮平均悬浮泥沙浓度差异介于1.1～4.7mg/L之间。潮周期内涨潮与落潮悬浮泥沙平均浓度差异较小（图4）。

对比各站位由表层到底层的平均悬沙浓度（表3），大潮期间表底层悬沙浓度变化最大的是4#站位，1#站位悬沙浓度在垂向上变化最小。

表3 各层位平均悬浮泥沙浓度表

图4 各站位涨、落潮垂向平均悬浮泥沙浓度图

3．悬浮泥沙输运通量

研究区各个站位的悬浮泥沙输运项输沙率见表5。大潮期间，研究区海域3#站位输沙率最大，净输沙率（T总）为153.36g·s-1·m-1，输沙方向为43°；1#站位输沙率最低，净输沙率（T总）为68.05g·s-1·m-1，输沙方向为29°。

研究区海域欧拉余流输沙项（T1）与净输沙（T总）的输运方向基本相同。斯托克斯漂流输沙项（T2）与净输沙（T总）的输沙方向差异较大。潮泵输沙项（T3+T4）除1#和2#外，其余站位的输沙方向与净输沙（T总）方向契合较好。