崇明東灘水沙輸移及植被影響分析.pdf

1、本文通過2005年9月和2006年9月兩次在崇明東灘的現(xiàn)場水文泥沙觀測,利用ADP、ADV等流速儀、OBS濁度儀,通過對潮流、懸沙、沉積物以及波浪要素的分析,探討了潮灘泥沙輸運過程及植被影響,主要研究結果如下。 (一)潮流過程。 潮流動力較強且流速與潮差相關。在光灘外側,大潮時觀測到最大流速113cm/s,大潮時漲潮平均流速36cm/s,落潮62cm/s：小潮時潮周期內(nèi)流速全線下降,平均流速為大潮的1/3～1/2。流向在

2、光灘外側基本與周圍海域流向一致,靠北為沿岸往復流、靠南為近似旋轉(zhuǎn)流?？臻g上流速沿向岸方向遞減,大潮時海三棱蔗草帶(外側植被)平均流速約為10cm/s,到互花米草帶(內(nèi)側植被)平均流速不足1cm/s。由于淺水環(huán)境(水深小于30cm)下潮位變化引起加速效應,漲潮初、落潮末流速較高,比其他時間的平均值高出1～3倍,形成潮鋒。漲潮中后期高水位時和落潮中期潮位變率大時流速也小幅上升。潮波為駐波型,中潮位時潮位變率最大,潮鋒作用在光灘位置最強,至植

3、被帶減弱。 近底流速垂線分布很好的符合對數(shù)分布,擬合相關系數(shù)大于95％以上的垂線占總數(shù)的78.6％。計算得出潮流摩阻流速u·c范圍為0.39～6.8cm/s,粗糙長度Z0=0.31cm。 (二)泥沙過程。 平均含沙量受到潮汐控制。在潮水上灘階段,水體極度混濁,最大含沙量高達14.2kg/m3。潮周期平均含沙量在0.7～3.8 kg/m3范圍內(nèi)。大潮動力條件強,光灘上平均含沙量范圍為2.5～3.8kg/m3,小潮時

4、含沙量均變小,光灘上范圍為0.7～2.3kg/m3。含沙量值空間分布復雜,多數(shù)情況下從光灘外起,向岸方向沿程增大,到植被帶略為減小。 流速變化影響含沙量大小,流速的增大引起泥沙再懸浮。含沙量一般在漲潮初和落潮中期較大。漲潮初由高速水流及灘涌作用,含沙量高達5～14 kg/m3。落潮時由于落潮流速的上升,及潮灘上部高含沙量水經(jīng)過,在落潮中期含沙量達到峰值。在植被帶也有此規(guī)律,但峰態(tài)平緩,峰值較小,一般3～5 kg/m3。含沙量與流

5、速做簡單線性回歸可看出,在光灘處相關性好,植被帶關系差,說明光灘處泥沙再懸浮作用強,顯著影響含沙量水平,在植被帶,含沙量更多的依賴于潮流強弱,靠潮流平移輸沙,再懸浮作用弱。 表層沉積物由于潮流分選搬運作用沿向岸方向由粗變細。在光灘外側為鐵板沙帶,D50為76μm,至光灘靠內(nèi)側泥沙顆粒迅速變小,成為泥灘,D50為10μm,至植被帶粒徑變化不大。 (三)波浪作用。 本區(qū)觀測期間大部分時間風速小于10m/s,波浪作用中

6、弱。光灘外側最大有效波高0.74m。高潮位時波浪在光灘傳播未發(fā)現(xiàn)明顯衰減,但進入植被帶衰減迅速。 波浪引起近底水層瞬時流速呈與波浪周期(2.8～8.5s)相近的軌跡運動。利用流速瞬時值推求出浪、流共同作用的摩阻流速是單純潮流摩阻流速的1.3～5.6倍。近底層的含沙量過程密切響應摩阻變化,剪切力增大引起泥沙起動。通過對懸沙過程分析,得出灘地臨界剪切力tcr=0.48 N/m2,并計算多種情況下灘地臨界流速。由于波浪存在,泥沙更易被

7、潮流起動,光灘距底1m高度層處流速使泥沙大量再懸浮的臨界值從31.8cm/s降至6.9～8.4cm/s。 波浪加強了傳統(tǒng)的潮流搬運分選。在鐵板沙帶,強動力條件導致此處泥沙顆粒粗并伴有沙紋出現(xiàn)。至光灘靠內(nèi)側,由于波浪的迅速衰減,D50從79μm突降至10μm,突變對應了波高迅速衰減的分布格局。 (四)植被影響。 植被有緩流消能以及滯留泥沙的作用。 通過估算,有植被區(qū)域流速衰減速度比光灘快10倍以上,海三棱蔗