長(zhǎng)江口沙波統(tǒng)計(jì)特征及輸移規(guī)律

郭興杰，程和琴，莫若瑜，楊忠勇

(1. 華東師范大學(xué) 河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200062；2. 上海市地質(zhì)調(diào)查研究院，上海 200072；3. 中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院，上海 200032；4. 三峽大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

長(zhǎng)江口沙波統(tǒng)計(jì)特征及輸移規(guī)律

郭興杰1，2，程和琴1*，莫若瑜3，楊忠勇4

(1. 華東師范大學(xué) 河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200062；2. 上海市地質(zhì)調(diào)查研究院，上海 200072；3. 中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院，上海 200032；4. 三峽大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

利用多波束測(cè)深系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)江口南港、北槽、橫沙通道和北港水下地貌進(jìn)行測(cè)量，對(duì)沙波波高、波長(zhǎng)、迎流傾角、背流傾角、水深和沉積物特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)流速、沉積物粒徑及水深估算其潮周期內(nèi)凈位移。結(jié)果表明：長(zhǎng)江口沙波基本都為大型沙波，且沙波大小與其所在區(qū)域沉積物粒徑呈正比關(guān)系；長(zhǎng)江口各個(gè)區(qū)域沙波的對(duì)稱性不同，漲、落潮優(yōu)勢(shì)流越明顯，則沙波對(duì)稱性越差，凈位移越大；沙波對(duì)稱性能反映此區(qū)域水動(dòng)力強(qiáng)弱及潮周期內(nèi)沙波凈位移大小。

沙波；長(zhǎng)江口；漲潮；落潮；位移

1 引言

沙波是一種河流和淺海中常見(jiàn)的水下微地貌[1]，是重要的沉積地貌，其成因與動(dòng)力沉積過(guò)程緊密相關(guān)。沙波的本質(zhì)是推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)[2]，當(dāng)河床推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)達(dá)到一定的規(guī)模就會(huì)產(chǎn)生沙波[3]。長(zhǎng)江河口底沙活動(dòng)頻繁，在江中堆積的水下沙體變化會(huì)引起河床劇烈演變，導(dǎo)致航道淤淺和港口碼頭阻塞[4]，所以對(duì)長(zhǎng)江口沙波輸移規(guī)律研究有重要的工程意義。

目前國(guó)外對(duì)沙波的研究主要集中在沙波背流面橫軸渦流引起的泥沙再懸浮[5—6]，利用多波束測(cè)深系統(tǒng)對(duì)沙波進(jìn)行測(cè)量研究[7—11]，沙波形態(tài)學(xué)結(jié)合水動(dòng)力數(shù)值模擬的研究[7—9]。國(guó)內(nèi)從沉積學(xué)和潮動(dòng)力的角度對(duì)海底沙波進(jìn)行研究[12—15]，由于儀器條件的限制，對(duì)長(zhǎng)江口沙波研究一直比較少，研究位置主要為南支和南港，其中比較有代表性的研究有沙波形態(tài)統(tǒng)計(jì)特征[4，16]、長(zhǎng)江口沙波底形相圖[17]、沉積物粒徑和水動(dòng)力[4，18]和底沙輸移特征[4，19]。

本文通過(guò)高分辨率多波束測(cè)深系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)江口沙波進(jìn)行測(cè)量，統(tǒng)計(jì)其形態(tài)特征，利用其沉積物粒徑、水深、動(dòng)力計(jì)算得到長(zhǎng)江口不同分汊區(qū)域沙波遷移位移，研究不同區(qū)域沙波位移的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及影響因素。

2 現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)與資料來(lái)源

地貌數(shù)據(jù)采集于長(zhǎng)江口洪季(2013年6月28日至7月1日)，利用Reson SeaBat 7125 SV2多波束和SMC S-108姿態(tài)傳感器對(duì)水下地貌進(jìn)行測(cè)量，Hemisphere VS110 GPS羅經(jīng)為多波束提供精確的艏向數(shù)據(jù)，Trimble SPS351信標(biāo)機(jī)主要為多波束提供精確的脈沖同步信號(hào)，而Thales Z-Max RTK GPS為多波束測(cè)深系統(tǒng)提供厘米級(jí)的高精度定位數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)質(zhì)量的可靠性。頻率選用400 kHz，波束密度選擇最大512個(gè)、120°條帶寬度。流速數(shù)據(jù)利用美國(guó)RDI公司1 200 kHz Work Horse ADCP，并結(jié)合DGPS(全球差分定位系統(tǒng))進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)水文數(shù)據(jù)采集，南港、北槽流速數(shù)據(jù)采集于2013年7月26-29日；橫沙通道數(shù)據(jù)采集于2013年6月30日至7月1日，北港數(shù)據(jù)采集于2012年6月6-7日，采用定點(diǎn)測(cè)量方法，測(cè)站位置如圖1所示，采集六層垂向流速，并計(jì)算得到垂向平均速度。底沙樣品用帽式抓斗采集。

床面地貌數(shù)據(jù)利用PDS2000Liteview收集和后處理。河床沙樣品經(jīng)偏磷酸鈉浸泡和超聲波打散后，采用LS100型激光粒度儀進(jìn)行粒度分析。

3 結(jié)果

3.1 沙波分布

本次走航測(cè)量到大量沙波，基本以沙波群形式出現(xiàn)。統(tǒng)計(jì)其中16個(gè)較完整的沙波群，共988個(gè)沙波。Q1～Q5五個(gè)沙波群出現(xiàn)在南港中下段；北槽觀測(cè)到的沙波群很少，只在北槽入口段觀測(cè)到兩個(gè)小沙波群，為B1、B2；橫沙通道3個(gè)沙波群H1～H3；北港上段六個(gè)沙波群G1～G6，集中于上海長(zhǎng)江大橋附近(圖1)。

圖1 研究區(qū)域及沙波圖Fig.1 Sketch of study area and sand waves

3.2 沙波統(tǒng)計(jì)方法

由于沙波形態(tài)差異較大，沙波形態(tài)參數(shù)借鑒knaapen等[7—9]統(tǒng)計(jì)方法，通過(guò)沙波波峰與波谷的相鄰位置水平距離計(jì)算得到沙波波長(zhǎng)(L)，波高(H)及對(duì)稱性(As)(圖2)。

圖2 沙波形態(tài)參數(shù)Fig.2 Definitions of bedform parameters

(1)

(2)

(3)

式中，L1為落潮向沙波相鄰波谷與波峰的水平距離，L2為漲潮向沙波相鄰波峰與波谷的水平距離，H為沙波背流面波峰與波谷的高差h1，由于河口水動(dòng)力主要由漲落潮影響，且一般認(rèn)為沙波的迎水面比較平緩，背水面比較陡峻[2]，沙波的對(duì)稱性(As)能很好的反映沙波輸運(yùn)優(yōu)勢(shì)向[7—9]，當(dāng)As<0時(shí)，沙波運(yùn)動(dòng)向?yàn)闈q潮流優(yōu)勢(shì)向；當(dāng)As>0時(shí)，沙波輸移向?yàn)槁涑绷鲀?yōu)勢(shì)向；當(dāng)As=0時(shí)，沙波對(duì)稱性較好，輸移優(yōu)勢(shì)向不明顯。

3.3 沙波的幾何特征

以前的研究認(rèn)為南港主槽[16—19]、橫沙通道以西[20]存在大量的沙波。利用多波束測(cè)深系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)江口進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)南港中下段發(fā)育大量沙波；北槽沙波分布較少，只在入口段發(fā)育兩個(gè)沙波群；橫沙通道內(nèi)存在大量的沙波；北港上段尤其是上海長(zhǎng)江大橋附近發(fā)現(xiàn)大量的沙波。其中南港共統(tǒng)計(jì)沙波數(shù)325個(gè)，波長(zhǎng)7.5～20.2 m，平均波長(zhǎng)約12.5 m，波高0.17～1.09 m，平均波高0.37 m；北槽統(tǒng)計(jì)沙波數(shù)143個(gè)，波長(zhǎng)6.12～6.65 m，平均波長(zhǎng)6.4 m，波高0.19～0.23 m，平均波高0.21 m；橫沙通道內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量沙波群且發(fā)育良好，共統(tǒng)計(jì)沙波數(shù)174個(gè)，波長(zhǎng)7.73～21.92 m，平均波長(zhǎng)16 m，波高0.21～0.82 m，平均波高0.6 m；北港統(tǒng)計(jì)沙波數(shù)346個(gè)，波長(zhǎng)9.8～21.23 m，平均波長(zhǎng)13.1 m，波高0.21～0.68 m，平均波高0.46 m(表1)。

沙波傾角可以直接由PDS2000Liteview測(cè)量，南港背流傾角2.44°～7.81°，迎流傾角0.5°～4.2°；北槽背流傾角5.75°～6.5°，迎流傾角4.6°～5.1°；橫沙通道背流傾角5.07°～7.57 °，迎流傾角3.04°～4.58°；北港背流傾角4.47°～9.69°，迎流傾角0.28°～4.78°(表1)。

根據(jù)1987年國(guó)際沉積學(xué)會(huì)提出的原則：按照波長(zhǎng)劃分為不同的尺度，小型：0.6～5 m，中型：5～10 m；大型：10～100 m[21]。統(tǒng)計(jì)沙波群可知：南港、橫沙通道、北港發(fā)育大量沙波，為波長(zhǎng)基本在10～20 m之間的大型沙波，北槽上段發(fā)現(xiàn)少量沙波群，基本都是中型沙波(表1)。以前對(duì)長(zhǎng)江口沙波研究可知，單一沙波的波高和波長(zhǎng)之間存在良好的正相關(guān)關(guān)系[16，19]，本次測(cè)量沙波也可以證明這一點(diǎn)(見(jiàn)圖3a)。波形指數(shù)(L/H)主要集中在10～50之間，約占90%(見(jiàn)圖3b)。

3.4 沙波對(duì)稱性

沙波的對(duì)稱性用3.2節(jié)公式3進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖4所示。北槽和橫沙通道的沙波對(duì)稱性較好，南港對(duì)稱性一般，北港的沙波對(duì)稱性較差(見(jiàn)表1、圖4)。

3.5 沙波形態(tài)

根據(jù)多波束測(cè)深系統(tǒng)的觀測(cè)結(jié)果，長(zhǎng)江口沙波在平面形態(tài)上有堆狀沙波(G6沙波)、帶狀沙波(G1沙波)和斷績(jī)蛇曲狀沙波(H2沙波)(圖5)[2]。其中，以帶狀沙波居多(見(jiàn)圖1、6)。

圖3 波高、波長(zhǎng)以及波形指數(shù)Fig.3 Wave height，wave length and percentage histogram of sand waves

圖4 沙波對(duì)稱性Fig.4 The symmetry of sand waves

圖5 不同形態(tài)的沙波Fig.5 Different shapes for sand waves

圖6 多波束測(cè)深系統(tǒng)沙波記錄Fig.6 The sand waves recorded by multi-beam sounding system

長(zhǎng)江口沙波多以沙波群的形式出現(xiàn)，取一個(gè)比較完整的沙波群(G1沙波群)，長(zhǎng)約1.5 km，在沙波上游、中游、下游各取相等距離的一段，長(zhǎng)170 m，上游沙波觀察到14個(gè)完整的沙波，其中混有少量復(fù)合沙波，平均波長(zhǎng)12.3 m；中游觀察到12個(gè)比較清晰的沙波，平均波長(zhǎng)14.2 m，且沙波對(duì)稱性良好；下游觀察到13個(gè)清晰的沙波，平均波長(zhǎng)13.1 m，但其對(duì)稱性較差，且向堆狀沙波形態(tài)演變(見(jiàn)圖6)。在同一個(gè)沙波群中，沙波波長(zhǎng)變化較小，中間略大于兩側(cè)。

3.6 沙波的沉積物組成

沙波是推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的集體形式[22]，床沙性質(zhì)是決定沙波發(fā)育的先決條件。一般認(rèn)為小波紋可形成于粉沙床底，砂質(zhì)床底是形成大沙波的必要條件[23]。在沙波發(fā)育良好區(qū)域取樣，通過(guò)粒度分析，沙波分布區(qū)域的中值粒徑基本都處于極細(xì)沙(62.5～125 μm)和細(xì)沙(125～250 μm)之間，為沙波的發(fā)育提供了先決條件。橫沙通道和北港中值粒徑相對(duì)較高，基本處于細(xì)沙范圍內(nèi)，其次為南港，部分細(xì)沙，部分極細(xì)沙，北槽沙波區(qū)域的泥沙中值粒徑相對(duì)較小，在極細(xì)沙范圍內(nèi)(圖7)。

圖7 中值粒徑Fig.7 The median diameter for sand waves

3.7 ADCP測(cè)量流速及優(yōu)勢(shì)流

根據(jù)ADCP定點(diǎn)測(cè)量流速數(shù)據(jù)，長(zhǎng)江口不同區(qū)域測(cè)站流速過(guò)程線有較大區(qū)別(見(jiàn)圖8)，基本以落潮優(yōu)勢(shì)為主，計(jì)算其優(yōu)勢(shì)流：優(yōu)勢(shì)流=平均落潮歷時(shí)×平均落潮流速/(平均落潮歷時(shí)×平均落潮流速+平均漲潮歷時(shí)×平均漲潮流速)。計(jì)算結(jié)果如下(表2)：橫沙通道和北槽上段分別為50.65%和53.63%，落潮優(yōu)勢(shì)不明顯；南港落潮優(yōu)勢(shì)較大，為57.17%；北港落潮優(yōu)勢(shì)最明顯，達(dá)72.87%。

圖8 不同測(cè)站流速過(guò)程線Fig.8 The velocities of flow hydrograph in different survey stations

表2 長(zhǎng)江口優(yōu)勢(shì)流統(tǒng)計(jì)表

Tab.2 The preferential flows in the Yangtze Estuary

南港北槽橫沙通道北港優(yōu)勢(shì)流/%57 1753 6350 6572 87

3.8 河口沙波輸移規(guī)律

泥沙運(yùn)動(dòng)速度與流速、水深、粒徑以及水流的動(dòng)粘滯系數(shù)有很大的關(guān)系，沙波運(yùn)動(dòng)是一種特殊的泥沙運(yùn)動(dòng)形式。沙波的運(yùn)動(dòng)速度與波長(zhǎng)的-1/2次方成正比例，當(dāng)水流流速相同時(shí)，小的沙波比大的沙波運(yùn)動(dòng)速度更快一些[3]。現(xiàn)今計(jì)算沙波運(yùn)行速度公式基本都是基于水流弗勒德數(shù)Fr，對(duì)沙波形態(tài)、粒徑及水流動(dòng)粘滯系數(shù)考慮相對(duì)較少。本文取張瑞瑾公式[2]：

(4)

式中，c為沙波運(yùn)動(dòng)速度，Uc為垂向平均流速，h為水深。

長(zhǎng)江口水流受到徑流和潮流的雙重影響，水流呈往復(fù)流動(dòng)狀態(tài)。漲憩、落憩附近時(shí)段水流流速很小，沙波沒(méi)有起動(dòng)，所以水流流速不能直接取漲潮或落潮平均速度，應(yīng)該先計(jì)算沙波的起動(dòng)速度。根據(jù)王尚毅和李大鳴[24]公式，沙波起動(dòng)的垂向平均流速Uc(m/s)與單顆粒泥沙起動(dòng)速度v0(m/s)之間關(guān)系式：

(5)

本文泥沙起動(dòng)公式采用張瑞瑾[2]：

(6)

河口沙波的運(yùn)動(dòng)與沙波起動(dòng)后的漲落潮流速和歷時(shí)有很大的關(guān)系。南港的漲落潮平均流速基本相等，但落潮歷時(shí)大于漲潮，其兩個(gè)潮周期內(nèi)的凈位移在0.98～2.22 m之間；北槽單向位移比較大，但由于其漲潮流速大于落潮，落潮歷時(shí)大于漲潮，所以在兩個(gè)潮周期內(nèi)凈位移相對(duì)較小，在0.76～0.98 m之間；橫沙通道內(nèi)漲落潮平均流速和歷時(shí)相對(duì)均衡，流速較小，所以其單向位移和凈位移均相對(duì)不大，甚至出現(xiàn)負(fù)的凈位移，在-0.04～0.56 m之間；北港漲落潮流速相近，但其落潮歷時(shí)遠(yuǎn)大于漲潮。所以其凈位移最大(見(jiàn)表4)。

表3 長(zhǎng)江口泥沙起動(dòng)速度和沙波起動(dòng)速度

表4 長(zhǎng)江口洪季潮周期內(nèi)沙波起動(dòng)后平均流速、歷時(shí)以及遷移距離

注：負(fù)號(hào)代表與漲潮方向相同，正號(hào)表示與落潮方向一致。

4 討論

4.1 長(zhǎng)江口沙波幾何特征及影響因素

4.1.1 長(zhǎng)江口沙波幾何特征

根據(jù)本航次觀察到的沙波情況，長(zhǎng)江口沙波平均波長(zhǎng)L=12.61 m，平均波高為H=0.43 m，基本都為大、中型沙波，但其尺度遠(yuǎn)小于舊金山海灣L=80 m[8]、蒙特雷大峽谷和羅瓦爾河口L=100～1 000 m[10]。但各個(gè)汊道沙波有不同的特點(diǎn)。南港沙波波長(zhǎng)和波高變化較大，北槽沙波尺度較小，橫沙通道和北港的沙波基本都為大型沙波。長(zhǎng)江口波形指數(shù)為10～50的沙波占90%左右。這與以前對(duì)南港研究沙波波形指數(shù)15～30占94%[16]，20～80占85%[19]接近。

沙波迎水坡面一般比較平整，背水坡面接近水下休止角[3]。由于長(zhǎng)江口沙波受到漲落潮影響，迎水傾角和背水傾角經(jīng)?；Q，河口沙波的對(duì)稱性與漲落潮優(yōu)勢(shì)流有很大的關(guān)系，漲落潮優(yōu)勢(shì)流越明顯，則沙波對(duì)稱性越差，河口地區(qū)沙波的對(duì)稱性能很好地說(shuō)明各個(gè)汊道的漲落潮優(yōu)勢(shì)流強(qiáng)弱(見(jiàn)圖11a)。

4.1.2 沉積物粒徑與沙波幾何特征關(guān)系

一般認(rèn)為，沙波的大小與床沙粒徑有很大的關(guān)系[23]。長(zhǎng)江口沙波分布區(qū)的床沙中值粒徑基本都在細(xì)沙范圍內(nèi)，集中于170 μm附近，沙波的大小與床沙中值粒徑基本呈正相關(guān)(見(jiàn)圖9)。

4.1.3 水動(dòng)力變化對(duì)沙波幾何特征的影響

水動(dòng)力的強(qiáng)弱直接影響河床沉積物粒徑，當(dāng)水動(dòng)力較強(qiáng)時(shí)，河床沖刷，河床粗化，河床粗化為沙波發(fā)育提供先決條件。當(dāng)水動(dòng)力較弱，河床淤積，細(xì)顆粒泥沙落淤，則不發(fā)育沙波或沙波較小。

長(zhǎng)江口造床水動(dòng)力以徑流和潮流為主，漲落潮過(guò)程中水流的相對(duì)強(qiáng)弱是決定床面形態(tài)的主要因素[18，27]。由于長(zhǎng)江口河槽的歷史演變及近年來(lái)興建河口工程的影響，不同汊道水動(dòng)力差異較大。由表2可知，長(zhǎng)江口落潮優(yōu)勢(shì)北港最強(qiáng)，其次為南港、北槽，橫沙通道漲落潮優(yōu)勢(shì)不明顯。北港沙波多集中于上海長(zhǎng)江大橋附近，1998年以來(lái)北港主槽進(jìn)行了一系列的河口工程，北港中央沙圈圍工程(2006年至今)、青草沙水源地工程(2007-2010年)、上海長(zhǎng)江大橋(2005-2007年)和橫沙東灘促淤圈圍工程(2003年至今)，這些河口工程對(duì)北港河槽有束窄效應(yīng)，增加了北港的落潮優(yōu)勢(shì)，且由于上海長(zhǎng)江大橋橋墩的建設(shè)，周圍的渦流運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致河床局部沖刷，大橋附近河床粗化最嚴(yán)重，所以此河段沙波發(fā)育最大，且沙波對(duì)稱性最差；橫沙通道為潮汐汊道，近年來(lái)刷深較大，河床較粗[26]，為沙波發(fā)育提供了必要條件。橫沙通道由于2004年長(zhǎng)興島潛堤工程的建設(shè)，落潮優(yōu)勢(shì)減弱，河勢(shì)整體進(jìn)入穩(wěn)定期，流速較小[25—26]，所以橫沙通道發(fā)育大量沙波，且沙波尺度較大，但其對(duì)稱性最好；北槽由于處于長(zhǎng)江口最大渾濁帶，其位置與漲落潮流優(yōu)勢(shì)的轉(zhuǎn)換帶以及水流滯留點(diǎn)的變動(dòng)范圍基本一致，此河段水動(dòng)力相對(duì)較弱，細(xì)顆粒泥沙易在此落淤沉積，當(dāng)水流流速增強(qiáng)時(shí)，沉積的細(xì)顆粒泥沙易再懸浮，且伴隨著細(xì)顆粒泥沙絮凝作用，很難有粗顆粒泥沙在河床底部發(fā)生集體運(yùn)動(dòng)，形成沙波，所以北槽河段沙波很少，且沙波分布規(guī)模及尺度都較??；南港河段由于河道曲率較大，導(dǎo)致各個(gè)區(qū)域水動(dòng)力差別較大，所以南港的沙波尺度及對(duì)稱性差別最大，南港上游沙波對(duì)稱性較差，下游對(duì)稱性較好(見(jiàn)表1，圖4)，由于南港上游落潮優(yōu)勢(shì)大于下游，也可以說(shuō)明落潮優(yōu)勢(shì)越明顯，沙波對(duì)稱性越差的關(guān)系。

圖9 沙波波長(zhǎng)與沉積物中值粒徑關(guān)系Fig.9 The relationship between wavelength of sand waves and the median diameter of sediments

4.2 長(zhǎng)江口沙波運(yùn)動(dòng)規(guī)律及影響因素

4.2.1 長(zhǎng)江口沙波運(yùn)動(dòng)特征

Bartholdy在潮汐通道研究中發(fā)現(xiàn)，在每個(gè)落潮時(shí)中型沙波的波陡面與漲潮時(shí)不同，而波陡面的指向往往是沙波的運(yùn)移方向[8]。沙波的運(yùn)動(dòng)速度與波長(zhǎng)的-1/2次方成正比例，當(dāng)水流流速相同時(shí)，小沙波要比大沙波運(yùn)動(dòng)更快一點(diǎn)[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)：長(zhǎng)江南京河段沙波移動(dòng)速度為3.5～13 m/d，黃河花園口河段為90～120 m/d，密西西比河為7～12 m/d[13]。本文根據(jù)估算結(jié)果可知，長(zhǎng)江口沙波移動(dòng)速度為0.04～5.82 m/d，由于潮流影響，凈位移小于其他河段。沙波單向位移由大到小依次是北槽、北港、南港、橫沙通道。同區(qū)域水動(dòng)力相同時(shí)，沙波的單向位移與沙波的大小成反比。由于長(zhǎng)江口每個(gè)區(qū)域沙波起動(dòng)后的漲落潮優(yōu)勢(shì)的不同。沙波凈位移由大到小依次為北港、南港、北槽、橫沙通道。其原因由沙波起動(dòng)后平均流速大小和歷時(shí)決定。

圖10 長(zhǎng)江口潮周期內(nèi)沙波運(yùn)動(dòng)方向及速率Fig.10 The motion direction and rate of sand waves in the Yangtze Estuary during tidal cycle

4.2.2 長(zhǎng)江口沙波對(duì)稱性與凈位移關(guān)系

凈位移大小結(jié)果恰好與各個(gè)區(qū)域沙波對(duì)稱性相吻合，即沙波對(duì)稱性越差，水動(dòng)力越強(qiáng)，凈位移越大(圖11)。沙波對(duì)稱性可以反映各個(gè)區(qū)域的水動(dòng)力強(qiáng)弱和凈遷移大小。

圖11 漲落潮優(yōu)勢(shì)流與沙波對(duì)稱性及凈位移關(guān)系Fig.11 The relationship between preferential flow and the symmetry of sand waves with the net displacement

4.2.3 長(zhǎng)江口沙波運(yùn)動(dòng)規(guī)律影響因素

河口地區(qū)水動(dòng)力主要由潮流與徑流的共同作用，且潮流的量值在水流流動(dòng)中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，但其周期運(yùn)動(dòng)對(duì)物質(zhì)長(zhǎng)期輸運(yùn)所起貢獻(xiàn)不大，它所起作用主要是潮混合及潮致余流所產(chǎn)生的定向輸運(yùn)。余流量值一般較小，但在長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)中對(duì)河口物質(zhì)輸運(yùn)起十分重要的作用。在潮流和余流的聯(lián)合作用下，對(duì)河口地區(qū)沙波輸移有重要的影響。

根據(jù)4.1.2節(jié)所述，長(zhǎng)江口沙波的大小與床沙中值粒徑基本呈正相關(guān)，且沙波的運(yùn)動(dòng)速度與沙波尺度呈反比，則影響沙波運(yùn)動(dòng)速度的另一個(gè)重要因素就是沉積物粒徑，床沙越粗，形成沙波尺度較大，則其運(yùn)動(dòng)速度越慢。

總之，河口余流及沉積物粒徑是影響沙波運(yùn)動(dòng)的主要因素。

5 結(jié)論

利用多波束測(cè)深系統(tǒng)在長(zhǎng)江口南港、橫沙通道、北港上段測(cè)量到大量不同類型的沙波，其中以帶狀沙波為主。長(zhǎng)江口沙波分布區(qū)沉積物粒徑與沙波尺度相對(duì)較小，波形指數(shù)在10～50占90%。北槽沙波很少，只在入口段發(fā)現(xiàn)少量中型沙波。沙波各個(gè)區(qū)域的對(duì)稱性不同，北港的沙波對(duì)稱性很差，南港對(duì)稱性一般，北槽和橫沙通道對(duì)稱性良好，床沙粒徑與沙波尺度呈正相關(guān)，影響沙波對(duì)稱性的主要因素為潮流優(yōu)勢(shì)向。

由于地理位置不同及一些河口工程的影響，各個(gè)區(qū)域水動(dòng)力有很大的區(qū)別，導(dǎo)致沙波凈位移大小不同。潮周期內(nèi)北港沙波落潮向凈位移最大，其次為南港，最后為北槽和橫沙通道。長(zhǎng)江口不同汊道優(yōu)勢(shì)流越大，則沙波對(duì)稱性越差，凈位移越大。沙波的對(duì)稱性能反映長(zhǎng)江口各個(gè)區(qū)域的水動(dòng)力強(qiáng)弱和沙波的凈遷移大小。長(zhǎng)江口沙波運(yùn)動(dòng)與泥沙粒徑、余流有很大的關(guān)系。

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Statistical characteristics and transport law of sand waves in the Yangtze Estuary

Guo Xingjie1，2，Cheng Heqin1，Mo Ruoyu3，Yang Zhongyong4

(1.StateKeyLaboratoryofEstuarineandCoastalResearch，EastChinaNormalUniversity，Shanghai200062，China; 2.ShanghaiInstituteofGeologicalSurvey，Shanghai200072，China; 3.TheThirdHaberEngineeringInvestigationandDesignoftheMinistryofCommunications，Shanghai200032，China; 4.CollegeofHydraulic&EnvironmentalEngineering，ChinaThreeGorgesUniversity，Yichang443002，China)

The underwater topography at the South Channel，North Passage，Channel of Hengsha and North Channel of the Yangtze Estuary were surveyed by using multibeam echo-sounding system，wave height，wavelength，inflow angle，the dorsal stream angle and sediment characteristics of sand waves in these areas were calculated statistically，and the net displacement of sand waves in one tidal period was estimated on the basis of data for flow rate，grain sizes of sediments and water depths. The results showed that the sand waves in the Yangtze Estuary were basically large，and there took on a proportional relationship between wavelengths with sediment particle sizes. The symmetry of sand waves is different among all surveyed area in the Yangtze Estuary. The more obvious the ebb flow is，the worse the symmetry of sand wave and the more net displacement is. The symmetry of sand waves can reflect the power of water and net displacement of sand waves．

sand waves；Yangtze Estuary；flood；ebb；displacement

10.3969/j.issn.0253-4193.2015.05.014

2014-05-18；

2014-10-18。

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41476075)；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41340044)；國(guó)家自然科學(xué)基金中荷合作專項(xiàng)(51061130544)。

郭興杰(1986年-)，男，山西省晉中市人，主要從事港口、海岸及近海工程研究。E-mail：tjguoxingjie@126.com

*通信作者：程和琴，女，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事河口海岸工程地貌研究。E-mail：hqch@sklec.ecnu.edu.cn

P737.14

A

0253-4193(2015)05-0148-11

郭興杰，程和琴，莫若瑜，等.長(zhǎng)江口沙波統(tǒng)計(jì)特征及輸移規(guī)律[J].海洋學(xué)報(bào)，2015，37(5)：148-158，

Guo Xingjie，Cheng Heqin，Mo Ruoyu，et al.Statistical characteristics and transport law of sand waves in the Yangtze Estuary[J]. Haiyang Xuebao，2015，37(5)：148-158，doi：10.3969/j.issn.0253-4193.2015.05.014