潮溝系統(tǒng)水沙輸運(yùn)研究
——以長江口崇明東灘為例

謝衛(wèi)明，何青*，王憲業(yè)，郭磊城，郭超

(1.華東師范大學(xué) 河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實驗室，上海 200062)

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潮溝系統(tǒng)水沙輸運(yùn)研究
——以長江口崇明東灘為例

謝衛(wèi)明1，何青1*，王憲業(yè)1，郭磊城1，郭超1

(1.華東師范大學(xué) 河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實驗室，上海 200062)

本研究以崇明東灘2015年4月實測潮間帶水沙數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析了潮溝、鹽沼及光灘的水沙特征，重點(diǎn)研究了潮溝系統(tǒng)及鄰近潮灘潮周期內(nèi)懸沙通量情況。結(jié)果表明：(1)潮溝表層沉積物比潮灘細(xì)，二者平均中值粒徑分別為21.7 μm和33.0 μm，懸沙粒徑由海向陸逐漸變?。?2)大、小潮溝潮周期內(nèi)潮流均以往復(fù)流為主，垂向平均流速分別為15.4 cm/s和34.6 cm/s；鹽沼界和光灘則以旋轉(zhuǎn)流為主，平均流速分別為11.3 cm/s和28.9 cm/s；(3)潮溝中的高懸沙濃度出現(xiàn)在漲潮初期，最大可達(dá)7.5 kg/m3，而潮灘高懸沙濃度則出現(xiàn)在潮落潮中期和高水位時刻；大、小潮溝和鹽沼界站漲潮階段平均懸沙濃度大于落潮階段，光灘站則相反。潮溝懸沙主要來自鄰近水域，而潮灘懸沙則與灘面表層沉積物密切相關(guān)；(4)潮溝在潮周期內(nèi)凈輸沙方向均指向灘地，大潮溝潮周期單寬凈輸沙量可達(dá)4.0 t/m；鹽沼界處垂直岸線和沿岸輸沙強(qiáng)度相近，凈輸沙由海向陸，潮周期離岸輸沙強(qiáng)度為1.0 t/m；光灘沿岸輸沙強(qiáng)度遠(yuǎn)大于垂直岸線輸沙，光灘凈輸沙由陸向海。研究揭示了潮間帶潮溝系統(tǒng)的強(qiáng)供沙能力以及研究區(qū)域光灘沖蝕，鹽沼植被帶淤積的動力地貌過程。

長江口；鹽沼；光灘；潮溝；泥沙；水動力

1 引言

河口潮灘位處陸海交界過渡地帶，是海岸帶資源的重要組成部分。潮間帶則是潮灘的重要組成部分，其初級生產(chǎn)力高，生物種類豐富，是很多鳥類、魚類及底棲生物的棲息地[1]。同時，受波浪潮流共同作用，潮間帶泥沙起動、搬運(yùn)、堆積、絮凝及再懸浮等沉積動力過程復(fù)雜[2—5]；加之海陸相互作用激烈，影響水沙輸運(yùn)的動力因素眾多，譬如潮泵輸沙等[6]?；诖耍遍g帶在諸多因素下的水沙動力過程和地貌演變規(guī)律也一直是海岸帶研究的熱點(diǎn)。

潮溝及鹽沼植被帶是潮間帶的重要地貌單元，二者在潮灘地貌發(fā)育過程中的作用日益受到重視[7]。以往的研究往往是孤立地對潮間帶不同單元進(jìn)行研究。蔣豐佩基于崇明東灘南北部光灘異質(zhì)特性，研究了南北部不同的水沙過程[8]，發(fā)現(xiàn)異質(zhì)潮灘潮流強(qiáng)度和方向、波浪衰減存在較大不同；賀寶根[9]與辛沛等[10]對崇明東灘的潮溝水沙過程進(jìn)行了觀測研究；李鵬等[11]基于九段沙某一潮溝夏冬兩季的實測數(shù)據(jù)，探討了潮間帶水、沙、鹽交換過程；吉曉強(qiáng)等[12]和Shi等[13]研究了崇明東灘鹽沼植被帶的水沙特征。而對完整包含光灘、潮溝、鹽沼植被帶的潮間帶區(qū)域的水沙動力過程，特別是對于各區(qū)域之間懸沙通量的研究還很少，對光灘、潮溝、鹽沼植被帶在灘地發(fā)育過程中的作用還缺乏深入研究。

本文在崇明東灘潮間帶光灘、潮溝、鹽沼植被帶分別布置站位進(jìn)行水沙特征觀測，通過計算潮周期內(nèi)各站的懸沙通量，以期探討潮間帶各區(qū)域在其地貌發(fā)育過程中所起作用。

2 區(qū)域概況與方法

2.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于長江口崇明東灘(圖1)。崇明東灘是長江口最大的潮灘，自形成以來逐年淤漲擴(kuò)大，是國際重要濕地與鳥類保護(hù)區(qū)。崇明東灘南靠長江口北港水道，北鄰北支水道，東臨東海，受徑流和潮流共同作用，潮汐為不正規(guī)半日淺海潮，多年平均潮差為2.6 m，屬于中等潮差[8,14]。年均表層懸沙濃度為1.33 kg/m3[15]。觀測站點(diǎn)所在的潮間帶位于崇明東灘南部潮灘，范圍覆蓋鹽沼植被帶、潮溝以及光灘區(qū)域，植被主要為蘆葦、糙葉苔草以及海三棱藨草。

圖1 研究區(qū)域及站位示意圖Fig.1 Sketch of study area

圖2 觀測潮溝斷面示意圖以及潮灘站位示意圖Fig.2 Cross-sections in the tidal creeks and the locations of field measurements

2.2 野外觀測

2014年4月7-8日大潮期間，分別在大潮溝、鄰近支汊小潮溝(位于大潮溝下游，即更靠海處，以下簡稱“小潮溝”)、鹽沼界、光灘布設(shè)4個定點(diǎn)三腳架進(jìn)行同步觀測(圖1c)。觀測時段跨越兩個潮周期：日潮從7日11時至15時30分；夜潮從7日23時至8日4時。其中，4個站位的水深、濁度、鹽度由OBS-3A測量，其探頭距灘面距離皆為0.2 m，采樣間隔為10 min。對于潮流流速、流向的測量，大潮溝站采用HR-Profiler，探頭距底0.2 m，向上測量，盲區(qū)0.1 m，采樣間隔為10 min；小潮溝與光灘站采用ADCP，探頭距底距離都為0.5 m，向下測量，盲區(qū)0.15 m，采樣間隔10 min；鹽沼界站ADCP設(shè)置為向上測量，采樣間隔同為10 min，探頭距底0.03 m，盲區(qū)0.1 m。觀測期間，對各站位附近的灘面表層沉積物進(jìn)行采樣，利用捆綁在三腳架上的廣口瓶(瓶口距灘面距離20 cm)在觀測期間收集一次懸沙樣品。研究區(qū)域的地形高程數(shù)據(jù)由河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實驗室的三維激光掃描系統(tǒng)測得[16](圖2)，觀測期間潮溝觀測水深皆小于潮溝深度，即潮溝水體未溢出潮溝(圖2)。

2.3 數(shù)據(jù)處理

2.3.1 粒度分析

在實驗室對采集的表層沉積物與懸浮泥沙加入濃度為4%的偏磷酸鈉([NaPO3]6)，然后用超聲波振蕩對樣品進(jìn)行分散處理。通過Coulter-LS100Q激光粒度儀(0.4～1 000 μm)測試，得到樣品的分散粒徑。對測試結(jié)果分別統(tǒng)計出中值粒徑和不同粒徑組分(黏土0.5～4 μm，粉砂4～62.5 μm，砂62.5～2 000 μm)，并采用Folk和Ward方法計算分選性、偏度和峭度。

2.3.2 懸沙濃度計算

利用采集的懸浮泥沙以及表層沉積物樣品，在實驗室標(biāo)定OBS，獲得OBS濁度與懸沙濃度相關(guān)曲線，并利用最小二乘法線性擬合。OBS標(biāo)定曲線如圖3所示。大潮溝、小潮溝、鹽沼界、光灘4個站位的線性擬合方程分別為：

C1=0.003 2X1+0.001 3，R2=0.991 9，n=27，

(1)

C2=0.001 9X2+0.007 1，R2=0.987 8，n=27，

(2)

C3=0.006 5X3+0.011 5，R2=0.951 5，n=23，

(3)

C4=0.005 7X4+0.010 2，R2=0.995 7，n=23，

(4)

式中，C1～C4和X1～X4分別為4個站位標(biāo)定的懸沙濃度和OBS濁度值，R2為回歸系數(shù)，n為標(biāo)定數(shù)據(jù)組數(shù)。

圖3 各站位OBS濁度標(biāo)定曲線(濁度值-水體含沙量)Fig.3 OBS calibration line between turbidity and suspended sediment concentration value

2.4 泥沙通量分解計算

研究區(qū)域內(nèi)，小潮溝走向大致為75°～255°N；而大潮溝走向120°～300°N，基本與岸線垂直。為研究該區(qū)域泥沙通量，將潮灘上兩站點(diǎn)(鹽沼界、光灘)的流速分量分解為沿大潮溝走向(300°N)與垂直大潮溝方向(210°N)，也即對應(yīng)垂直岸線與沿岸線方向(圖1c)；大、小潮溝泥沙通量則以各自潮溝走向為準(zhǔn)。利用垂向平均流速(u)，距底20 cm懸沙濃度(c)以及實時水深(h)計算各站單寬輸沙率。單寬輸沙率對時間積分就是該段時間內(nèi)(t)的單寬輸沙量(Qs)。

(5)

就大、小潮溝兩站而言，正值表示向陸輸移，負(fù)值表示向海輸移；就潮灘兩站垂直岸線輸沙量而言，正值表示向陸輸移，負(fù)值表示向海輸移；而對于沿岸輸沙率來說，正值表示向北港輸移，負(fù)值表示向崇頭潮下帶輸移。

3 結(jié)果

3.1 粒度

3.1.1 表層沉積物粒徑分布特點(diǎn)

研究區(qū)域內(nèi)，潮溝與潮灘表層沉積物粒徑分布特點(diǎn)存在較大差別，潮灘沉積物粒徑要顯著粗于潮溝沉積物，如圖4所示。大、小潮溝兩站的表層沉積物粒度差別不大，大潮溝沉積物中值粒徑為21.9μm，略粗于小潮溝站中值粒徑21.5μm；鹽沼界站與光灘站粒度分布相似，但前者中值粒徑34.36μm，略粗于后者的31.64μm(表1)。對沉積物進(jìn)一步進(jìn)行3組分含量分析，潮溝內(nèi)表層沉積物以粉砂為主，其次為黏土，再次為砂；潮灘表層沉積物以粉砂為主，砂含量與潮溝內(nèi)相近，但黏土含量較少，僅為潮溝內(nèi)的一半(表1)。4站表層沉積物分選性都較差，潮灘略好于潮溝。沉積物偏度4站皆為極正偏，粒徑分布曲線的不對稱性明顯。分布曲線峭度小潮溝窄尖，大潮溝寬平，鹽沼界與光灘皆為很窄尖(表1)。

表1 研究區(qū)域各站位表層沉積物參數(shù)表

圖4 各站位表層沉積物粒徑級配曲線Fig.4 Distributions of surficial sediment grain size

圖5 各站位懸沙級配曲線Fig.5 Distributions of suspended sediment grain size

3.1.2 懸沙粒徑分布特點(diǎn)

懸沙粒徑由海向陸粒徑逐漸變小(圖5，表2)，光灘懸沙中值粒徑(30.19 μm)是鹽沼界(19.25 μm)的1.5倍。大潮溝站懸沙中值粒徑為17.97 μm，與鹽沼界較為接近，但細(xì)于小潮溝(24.67 μm)。進(jìn)一步對比懸沙3組分含量發(fā)現(xiàn)，光灘的懸沙構(gòu)成與鹽沼界站有較明顯差異(表2)，光灘懸沙粉砂含量78.6%，其次為砂12.9%，再次為黏土8.5%，而鹽沼界站粉砂和黏土含量都有所增加(分別為82.2%和14.4%)，砂含量則較大幅度減少至3.4%。大、小潮溝兩站的懸沙組成則與鹽沼界站較為接近(表2)。

表2 研究區(qū)域各站位懸沙參數(shù)表

3.2 潮流

3.2.1 流向

大潮溝、小潮溝兩站受地形限制，潮流主要以往復(fù)流為主。觀測期間，大潮溝站的漲潮流流向約為293°N，落潮流向約為119°N；小潮溝站漲潮流向約為259°N，落潮流向約為72°N(圖6)。潮溝的漲落潮歷時相差不明顯，平均落潮歷時略大于漲潮歷時(表3)。

圖6 各站位水深與流向時間序列關(guān)系Fig.6 Time series of water depth and current direction

表3 各站漲落潮歷時、最大水深、流速及懸沙濃度統(tǒng)計表

而潮灘上鹽沼界、光灘兩站的潮流則呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)流特性(圖6，表3)。鹽沼界漲潮約從240°N順時針變化至310°N，落潮則約從160°N順時針旋轉(zhuǎn)至230°N；漲落潮歷時較為接近。光灘站旋轉(zhuǎn)特性較鹽沼界站稍強(qiáng)，漲潮階段約從350°N順時針變化至45°N，落潮則約從60°N順時針旋轉(zhuǎn)至180°N；與其他站不同，光灘站落潮歷時顯著大于漲潮歷時，平均漲落潮歷時分別為100 min和130 min(表3)。

3.2.2 流速

圖7a、7c為潮周期內(nèi)大潮溝、小潮溝流速水深變化過程線。大潮溝流速變化范圍(0～60 cm/s)大于小潮溝(0～40 cm/s)。兩站流速過程均呈“雙峰型”特點(diǎn)，在漲落潮中期的中潮位附近，流速峰非常明顯。但二者不同點(diǎn)在于，對于小潮溝，整個周期內(nèi)的最大流速出現(xiàn)在落潮階段，而大潮溝則是出現(xiàn)在漲潮階段。小潮溝處的落潮平均流速大于漲潮平均流速，落潮大概是漲潮的1.5倍；大潮溝處則是漲潮平均流速大于落潮平均流速(表3)。小潮溝的轉(zhuǎn)流階段(流速最小)出現(xiàn)在高潮位初期；大潮溝轉(zhuǎn)流階段則出現(xiàn)在高潮位后約10～20 min。

鹽沼界站因為地形較高的原因，淹沒時間在4站中最短，僅為165 min，流速也相對較小，變化范圍為0～30 cm/s(圖7b，7d)。流速過程線表明，在漲落潮中期同樣存在流速峰值。漲潮平均流速要大于落潮平均流速(表3)。光灘站流速過程線呈“雙峰型”，峰值分別出現(xiàn)在漲落潮中期，最大流速值為54 cm/s，轉(zhuǎn)流時刻出現(xiàn)在高潮位后，漲潮平均流速約是落潮平均流速的1.3倍(圖7b，7d，表3)。

圖7 小潮溝(a)、大潮溝(c)、鹽沼界(b)和光灘站(d)流速與水深的時間序列關(guān)系Fig.7 Time series of velocity and depth in the creek(a)， lateral(c)， the marsh edge(b) and mudflat (d)

3.3 懸沙濃度

觀測期間，大潮溝、小潮溝水體懸沙濃度變化過程線如圖8a與8c所示。潮周期內(nèi)，潮溝兩站的懸沙濃度有明顯的“單峰型”特征。在漲潮初期，均可見到明顯的濃度峰值，潮周期內(nèi)其他時刻，如漲落潮中期，可以看到懸沙濃度略有波動，但幅度都較小。大潮溝站的最高懸沙濃度可達(dá)7.5 kg/m3，潮周期平均懸沙濃度在1.5 kg/m3左右，漲潮平均懸沙濃度2.2 kg/m3約是落潮平均懸沙濃度0.9 kg/m3的2.3倍(表3)。小潮溝站的最高和潮周期平均懸沙濃度相較大潮溝都偏小，分別為2.3 kg/m3和0.9 kg/m3，漲潮平均懸沙濃度1.2 kg/m3略大于落潮時段的0.8 kg/m3。潮溝的懸沙濃度峰值出現(xiàn)在漲潮初期，此時水位較低且流速相對較小，所以該懸沙濃度峰值既不是懸沙沉降也不是流速變大再懸浮所致，可能是由于漲潮水流從附近水域挾帶大量泥沙所造成的。

潮灘鹽沼界、光灘站的平均懸沙濃度皆高于潮溝兩站(表3)，兩站的懸沙過程與潮溝有著較明顯的不同(圖8b，d)。相比于潮溝的懸沙“單峰”，潮灘上兩站的懸沙濃度呈現(xiàn)為兩峰型。其中，鹽沼界站懸沙濃度峰值分別出現(xiàn)在漲落潮中期，表明該處懸沙峰值與此時刻的流速峰值相關(guān)；而光灘站的峰值除了一個出現(xiàn)在落潮中期外，在高潮位階段也出現(xiàn)了一個峰值(圖8b，8d)，可能是由于較高水位下，水動力較弱懸沙沉降所致。兩個潮周期內(nèi)，光灘站在漲潮階段都出現(xiàn)了一個時長約90 min的較高懸沙濃度(3 kg/m3)過程。鹽沼界站的最大懸沙濃度為4.3 kg/m3，出現(xiàn)在漲潮中期，光灘站的最大懸沙濃度為5.9 kg/m3，出現(xiàn)在高潮位時刻。鹽沼界的漲潮平均懸沙濃度3.1 kg/m3大于落潮2.8 kg/m3；而光灘是落潮平均懸沙濃度3.5 kg/m3大于漲潮3.2 kg/m3。

3.4 潮灘懸沙通量

潮溝與潮灘的單寬懸沙通量差異較大。由表4可知，潮溝兩站漲潮單寬懸沙通量大于落潮，泥沙輸運(yùn)凈通量均為正值，表明潮溝起著向灘地凈輸沙的作用。特別是大潮溝，一個潮周期內(nèi)單寬凈輸沙可達(dá)4 t/m(圖9)；小潮溝潮周期內(nèi)凈輸沙則為0.1 t/m。潮灘鹽沼界站垂直岸線單寬泥沙凈通量也為正值，表明該站懸沙也是向灘地凈輸移，沿岸泥沙凈通量也為正值，說明沿岸凈輸沙指向北港；該站沿岸懸沙凈通量0.75 t/m與垂直岸線1 t/m相差不大，說明鹽沼界泥沙向岸輸運(yùn)與沿岸輸運(yùn)強(qiáng)度相近(圖9，表4)。雖然鹽沼界的單寬向岸懸沙輸移量相較大潮溝小，但考慮到潮灘寬度要比潮溝大很多，其向岸輸沙量也十分可觀。光灘站與其他3站不同，其潮周期內(nèi)垂直岸線泥沙單寬凈通量為負(fù)值，即懸沙垂直岸線輸移是向海凈輸運(yùn)的，一個潮周期內(nèi)凈輸沙量可達(dá)0.9 t/m；光灘站與鹽沼界站不同，其沿岸輸沙強(qiáng)度要明顯強(qiáng)于垂直岸線輸沙強(qiáng)度，可達(dá)9.2 t/m，該處以向崇頭潮下帶沿岸輸沙為主(圖9)。

圖8 小潮溝(a)、大潮溝(c)、鹽沼(b)和光灘(d)懸沙濃度與水深的時間序列關(guān)系Fig.8 Time series of suspended sediment concentration and depth in the creek (a)， lateral (b)， the marsh edge (c) and mudflat (d)

圖9 各站潮周期平均單寬懸沙通量示意圖Fig.9 Schematic diagram of sediment flux per-unit width in four field stations

表4 各站單寬懸沙通量

4 討論

4.1 潮間帶不同區(qū)域懸沙的來源

表層沉積物與懸沙級配特性對比對于探討潮灘泥沙的再懸浮過程和懸沙輸移都具有很重要的指示意義[17—18]。研究普遍認(rèn)為，表層泥沙發(fā)生再懸浮時，會導(dǎo)致懸沙級配相應(yīng)變化，即再懸浮過程會在級配特性上有所表現(xiàn)。圖10a為小潮溝、大潮溝站表層沉積物與懸沙粒徑級配對比圖?？梢钥闯?，潮溝兩站的沉積物與懸沙級配曲線相似度都不高，峰值粒徑均有一定的偏移。可以說明，對于潮溝來說，表層沉積物再懸浮率較低，溝內(nèi)懸沙或主要來自它處。圖10b對比光灘、鹽沼界站表層沉積物與懸沙粒徑級配，光灘沉積物與懸沙級配高度相似，說明光灘站沉積物與懸沙的交換比較頻繁，即沉積物發(fā)生再懸浮以及懸沙沉降參與造床。而對于鹽沼界站來說，沉積物與懸沙的級配特性差異較大，說明此處二者交換強(qiáng)度相較光灘處已經(jīng)減弱，原因在于灘面水流流至鹽沼界處時強(qiáng)度減弱，對灘面泥沙的作用相應(yīng)變小。總體而言，靠海一側(cè)光灘由于水動力較強(qiáng)，表層沉積物與懸沙的交換強(qiáng)度大，懸沙相應(yīng)包含較多底沙成分；而潮溝以及鹽沼帶的懸沙則主要受泥沙平流輸運(yùn)影響。

圖10 各站表層沉積物懸沙粒徑級配對比Fig.10 Comparisons between surficial and suspended sediment grain size distributions

4.2 潮間帶不同區(qū)域水沙動力過程

潮間帶不同區(qū)域，如潮溝和潮灘，水沙過程有較大不同，分別以大潮溝、光灘兩站為例代表潮溝與潮灘區(qū)域。對比大潮溝站流速與懸沙濃度過程曲線(圖7c，圖8c)可知，漲潮初期，潮流自潮下帶挾帶高含沙量水體進(jìn)入潮溝，由于該時段水動力較弱不足以維持高含沙量狀態(tài)導(dǎo)致懸沙濃度隨流速的增加反而減??；漲急時刻，由于此時水體懸沙濃度仍維持較高值，即使流速較大，也僅能造成懸沙濃度的小幅增加；漲潮后期與憩流時刻，低流速作用下，含沙量降至最小值；落潮時刻，水體懸沙濃度遠(yuǎn)小于漲潮時段，隨著流速增加，懸沙濃度僅有小幅的增加。光灘站的懸沙濃度則與水動力有較強(qiáng)的相關(guān)性(圖7d，圖8d)，漲潮初期，由于上灘水體泥沙背景值較高，整個階段光灘都維持較高的懸沙濃度，但還是可以看出隨著流速的增加，懸沙濃度有微幅增加；憩流時刻，水動力最弱，懸沙沉降，導(dǎo)致懸沙濃度明顯增加；落潮時刻，懸沙濃度在落急時刻有較大幅度增加，說明此時刻發(fā)生了底沙再懸浮。鄰近水域的高含沙漲潮水流是潮溝泥沙輸運(yùn)的主要來源；此外，上述潮溝漲落潮水沙過程的不對稱性也對潮溝向岸輸沙起著重要作用[19]。相比潮溝，灘面水體的懸沙濃度除了受外部水流挾帶泥沙影響外，還受懸沙沉積和底沙再懸浮作用影響；光灘落潮時刻較強(qiáng)的再懸浮作用也容易造成下灘水流的含沙量高于漲潮時刻的上灘水流，進(jìn)而造成光灘的沖蝕。

4.3 潮間帶懸沙輸移機(jī)制

潮間帶海陸相互作用頻繁，影響懸沙輸運(yùn)的因素眾多。對懸沙輸運(yùn)過程進(jìn)行機(jī)制分解討論，利于定量研究各項動力因子對懸沙輸運(yùn)的貢獻(xiàn)?；?995年沈健等推導(dǎo)公式[6]，可得由海向岸方向單寬懸沙輸移量為：

T1 T2 T3 T4

T5 T6 T7 T8

(6)

式中，T1表示平均流引起的懸沙輸運(yùn)；T2表示潮汐與潮流相關(guān)項，即斯托克斯漂移量；T1+T2為平流輸移，即拉格朗日輸移；T3為潮汐與懸沙含量的潮變化相關(guān)項；T4為懸沙與潮流場變化相關(guān)項，通常稱為潮泵輸移。T5至T8在潮灘量級較小，在此不加討論。

機(jī)制分解的統(tǒng)計結(jié)果(表5)表明：(1)從總輸沙量來看，潮溝及鹽沼向岸凈輸沙，而光灘向海凈輸沙；(2)潮溝輸沙以拉格朗日輸移和潮泵輸移為主；光灘和鹽沼懸沙輸運(yùn)則以拉格朗日輸移為主，潮泵輸移并不明顯；(3)鹽沼區(qū)域斯托克斯漂移輸運(yùn)不明顯，與之相對的是潮溝和光灘展現(xiàn)了較強(qiáng)的斯托克斯漂移懸沙輸運(yùn)過程。基于上述結(jié)果可知，潮溝、光灘和鹽沼輸沙機(jī)制存在較大的差異，這些差異導(dǎo)致潮間帶各區(qū)域動力地貌過程不盡相同。

表5 各站單寬懸沙輸運(yùn)因子及主要輸沙項作用分析

4.4 潮溝與植被在潮間帶地貌發(fā)育中的作用

前人的研究成果表明，崇明東灘南部處于侵蝕狀態(tài)[8,20]。根據(jù)本文的計算，光灘區(qū)域泥沙確實處于侵蝕狀態(tài)(圖9，表4)；但鹽沼界以上，大潮溝、小潮溝以及鹽沼界3站的泥沙凈輸移都指向灘地，表明這些區(qū)域是處于淤積狀態(tài)的。潮溝系統(tǒng)在潮灘地貌發(fā)育過程中起著重要作用[21—22]。研究區(qū)域內(nèi)的大潮溝及其支汊小潮溝向岸單寬凈輸沙每個潮周期可達(dá)4.1 t/m，是維持該區(qū)域潮間帶發(fā)育的重要因素(圖9)。植被同樣在潮間帶發(fā)育過程中起著十分重要作用，例如捕集泥沙以及減緩水流等[23—24]。研究區(qū)域植被以密集的糙葉苔草、蘆葦及海三棱藨草為主[16]。鹽沼界的懸沙通量結(jié)果表明，一次潮周期內(nèi)，流經(jīng)鹽沼植被帶的大部分懸沙都沉積在潮灘上(圖9)；與之相對的是光灘，泥沙反而被沖蝕帶離。潮溝與植被之間的相互作用也是潮間帶地貌發(fā)育的重要組成部分。研究表明，密集的植被可以束縛水流，從而促進(jìn)植被帶內(nèi)潮溝系統(tǒng)的侵蝕發(fā)育[5]，穩(wěn)定發(fā)育的潮溝系統(tǒng)通過向岸輸水輸沙維持著灘地的穩(wěn)定；穩(wěn)定的地貌環(huán)境反過來促進(jìn)鹽沼植被的發(fā)育，從而進(jìn)入了一個植被-地貌相互促進(jìn)發(fā)育的良性循環(huán)。值得注意的是，潮溝向灘地輸送的泥沙來自附近水域可能性較大，在上游來沙減少導(dǎo)致河口懸沙濃度降低的條件下，崇明東灘南部潮灘的發(fā)育是否會受到影響？崇明東灘作為國際重要濕地以及國家級鳥類保護(hù)區(qū)，在未來對其地貌變化進(jìn)行高精度監(jiān)測很有必要。

5 結(jié)論

本文基于崇明東灘南部潮間帶大潮期間的現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)，對潮灘不同區(qū)域的水沙特征及懸沙通量開展研究。得到主要認(rèn)識如下：

(1)潮溝表層沉積物相較潮灘表層沉積物細(xì)，懸沙粒徑由海向陸逐漸變小。潮溝中的懸沙主要來自鄰近水域，而潮灘的懸沙則與灘面表層沉積物密切相關(guān)。

(2)大、小潮溝潮周期內(nèi)潮流以往復(fù)流為主，鹽沼界和光灘則以旋轉(zhuǎn)流為主。大潮溝、鹽沼界和光灘3站漲潮平均流速大于落潮，小潮溝站則是落潮平均流速大于漲潮，說明鄰近灘面在落潮時段的排水對小潮溝影響較大。

(3)漲潮初期，潮溝水體懸沙濃度較高，最高值可達(dá)7.5 kg/m3。潮溝的懸沙濃度主要受鄰近水域的漲潮水流影響。潮溝漲落潮輸沙存在較明顯的不對稱性，即漲潮輸沙強(qiáng)度大于落潮，這是潮溝向岸輸沙的原因。潮灘平均懸沙濃度要高于潮溝，潮灘懸沙濃度除了受外部水流挾帶泥沙影響外，還受懸沙沉積和底沙再懸浮作用影響。

(4)對潮灘單寬懸沙通量進(jìn)行垂直岸線和沿岸進(jìn)行分解。鹽沼界沿岸與垂直岸線輸沙強(qiáng)度相近，垂直岸線輸沙與潮溝輸沙相同，均為向灘地輸沙；光灘則以沿岸輸沙為主，垂直岸線輸沙次之，且垂直岸線輸沙為由陸向海，一個潮周期單寬輸沙強(qiáng)度可達(dá)0.9 t/m。潮灘(鹽沼界和光灘)與潮溝的懸沙通量對比揭示了潮溝系統(tǒng)的強(qiáng)供沙能力，表明其在潮灘發(fā)育過程中占主要作用。此外，基于垂直岸線的懸沙輸移機(jī)制分解結(jié)果發(fā)現(xiàn)，潮溝輸沙以拉格朗日輸移和潮泵輸移為主，光灘和鹽沼懸沙輸運(yùn)則以拉格朗日輸移為主，潮泵輸移并不明顯，表明潮灘不同區(qū)域輸沙機(jī)制存在差異，進(jìn)而導(dǎo)致潮間帶各區(qū)域不同的動力地貌過程。

致謝：本文野外觀測工作得到河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實驗室泥沙課題組成員張迨、邢超鋒、陳語、鄧智瑞、林建良、朱春燕幫助，在此一并表示感謝!

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Hydrodynamic process and sediment transport in a tidal creek system over the Easten Chongming Island, Yangtze Estuary

Xie Weiming1， He Qing1， Wang Xianye1， Guo Leicheng1， Guo Chao1

(1.StateKeyLaboratoryofEstuarineandCoastalResearch，EastChinaNormalUniversity，Shanghai200062，China)

To speculate about the hydrodynamic process and sediment transport within the intertidal zone， we conducted a two-day survey in the Eastern Chongming Island in April， 2014 during a spring tide. Four tripods were deployed in three main morphological domains: one in the salt marshes， one in the mudflats and two in the tidal creeks. Our results show that: (1) the median particle size of surficial sediment in the creeks is 21.7 μm and is finer than that in the salt marshes and mudflats which is 33.0 μm. The particle size of suspended sediment decreases landward; (2) the dominant currents are rectilinear currents in the tidal creeks while are often rotational flows in the flats. The average vertical velocity in the lateral， creek， salt marsh， and mudflat is 15.4 cm/s， 34.6 cm/s， 11.3 cm/s， and 28.9 cm/s， respectively; (3) the highest suspended sediment concentration appears in the early flood periods in the tidal creeks while occurs during slack water or in the middle of the ebb periods in the flats. The suspended sediment in the tidal creeks mostly derives from adjacent sea rather than resuspension which is the main suspended sediment source in the flats; (4) over a tidal cycle， net landward sediment transport is observed in the creeks and the average sediment flux per tidal cycle could be 4.0 t/m. There is also a net import of sediment with 1.0 t/m per tidal cycle driven through the salt marsh. On the contrary， the net sediment flux in the mudflat is seaward along the creek and the dominant sediment transport in the mudflat is perpendicular to the creek rather than along the creek which the lateral， creek and salt marsh are. Our results also indicate that the salt marshes experience deposition while the mudflats are eroded in our study site．

Yangtze Estuary; salt marsh; mudflat; tidal creek; sediment; hydrodynamics

2016-09-27；

2017-01-11。

國家自然科學(xué)基金項目(51320105005，41406094，41506105，41276080)；國家科技支撐計劃課題(2013BAB12B05-02)；中國博士后科學(xué)基金面上資助(2016T90351)。

謝衛(wèi)明(1990—)，男，湖南省邵陽市人，博士研究生，主要從事河口海岸水沙運(yùn)動方面研究。E-mail:tse_inzaghi@sina.com

*通信作者：何青，博士，教授，從事河口海岸學(xué)研究。E-mail:qinghe@sklec.ecnu.edu.cn

10.3969/j.issn.0253-4193.2017.07.008

P736.21

A

0253-4193(2017)07-0080-12

謝衛(wèi)明，何青，王憲業(yè)，等. 潮溝系統(tǒng)水沙輸運(yùn)研究——以長江口崇明東灘為例[J]. 海洋學(xué)報， 2017，39(7): 80-91，

Xie Weiming， He Qing， Wang Xianye， et al. Hydrodynamic process and sediment transport in a tidal creek system over the Easten Chongming Island, Yangtze Estuary[J]. Haiyang Xuebao， 2017， 39(7): 80-91， doi：10.3969/j.issn.0253-4193.2017.07.008