鹽度影響沉積物抗侵蝕性的環(huán)形水槽試驗研究

代馨楠，賈永剛,2，張少同，張淑玉，張皓清，單紅仙,2

1.中國海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，青島 266100

2.山東省海洋環(huán)境地質(zhì)工程重點試驗室，青島 266100

河口地區(qū)是咸淡水交匯和相互作用的過渡地帶，下泄的淡水與上溯的咸水在此混合，引起河口區(qū)域水體鹽度的沿程變化[1]。由于黃河水下三角洲地理位置特殊，所處渤海是半封閉海區(qū)，使得該海域鹽度場的變化受黃河徑流沖淡水與外海高鹽度海水共同控制，具有徑流性、季節(jié)性和年變幅大3個基本特征[2]。河口區(qū)鹽度場的變化不僅會影響營養(yǎng)鹽、污染物的運輸和動植物的豐度[3]，還會影響沉積物的沉降、固結(jié)、侵蝕再懸浮過程。

沉積物的侵蝕受礦物成分、有機質(zhì)含量、生物活動、孔隙水和侵蝕流體的成分以及底床固結(jié)歷史的影響，隨時空而變化[4]，其中鹽度條件對沉積物的抗侵蝕性有很大的影響[5]。鹽度環(huán)境的變化不僅會影響該海域海水的密度分布，從而影響海水的黏滯性，改變其侵蝕切應(yīng)力，而且還會影響沉積物的含鹽量，改變其自身性質(zhì)，從而影響入海泥沙的抗侵蝕性，其中較高的含鹽量使得沉積物具有較大的抗侵蝕性[6]。描述沉積物抗侵蝕性常用的兩個參數(shù)是侵蝕速率和臨界切應(yīng)力[7]。國內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)為隨著鹽度環(huán)境的增加，沉積物侵蝕速率降低[8-10]，甚至可能降為淡水環(huán)境下的1/5[5]。而對于臨界切應(yīng)力而言，由于黏性沉積物臨界侵蝕狀態(tài)的判斷較為復(fù)雜[11]，不同學(xué)者對此有不同看法。Parchure T M 認(rèn)為鹽度環(huán)境增加會提高沉積物的臨界切應(yīng)力，增加其抗侵蝕性，且在鹽度較小時（小于10‰）這種影響更加明顯[6]。單紅仙[12]，熊傳芳[13]等認(rèn)為細(xì)粒沉積物的臨界切應(yīng)力值與鹽度變化呈線性相關(guān)，當(dāng)水體鹽度增加1‰，沉積物的臨界切應(yīng)力值增加0.02 Pa[14]。與此同時，也有學(xué)者認(rèn)為鹽度環(huán)境與沉積物臨界切應(yīng)力呈弱相關(guān)性，鹽度環(huán)境的改變并不能影響沉積物的臨界切應(yīng)力[10]。以上，對于沉積物臨界切應(yīng)力的研究主要是利用黏結(jié)力儀（CSM）[15]或者原位水槽試驗[16-17]進行現(xiàn)場測定，由于沉積物本身性質(zhì)不一，且沉積物臨界切應(yīng)力的測定容易受到其含水率、平均粒徑、剪切強度等物理力學(xué)性質(zhì)的影響[14]，所得結(jié)論各不相同。針對于此，本文采用黃河口附近沉積物作為底床材料進行了室內(nèi)環(huán)形水槽試驗，模擬不同鹽度環(huán)境下沉積物侵蝕再懸浮過程，給出了不同鹽度條件下沉積物的臨界切應(yīng)力，定量評估了鹽度環(huán)境對沉積物抗侵蝕性的影響程度，為更好的理解細(xì)顆粒沉積物動力特性提供了可靠的參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

本研究區(qū)選自黃河水下三角洲近岸海域（37.4°N～38.4°N、118.8°E～120.3°E）。由于渤海灣為半封閉海灣，該海域潮汐主要是受大洋潮汐脅迫振動，大部分岸段為不正規(guī)半日潮，平均潮差為0.73～1.77 m；波浪以風(fēng)浪為主，全年最強的風(fēng)向為東北向，平均風(fēng)速 6.8 m/s，最大風(fēng)速可達(dá) 20.9 m/s，極易形成風(fēng)暴潮[18]。由于黃河水下三角洲廣泛存在著欠固結(jié)沉積物，表層沉積物固結(jié)時間較短，容易在水動力作用下發(fā)生侵蝕破壞[19]。

本研究搭載中國海洋大學(xué)“東方紅2號”科研考察船所開展的2017年夏季國家自然科學(xué)基金委共享航次，利用溫鹽深儀（CTD）獲得黃河水下三角洲各個站位底層鹽度值，并繪制該海域鹽度分布圖（圖1）。黃河入海后低鹽度的沖淡水只局限于河口區(qū)，整體沿海岸朝向南延伸，并在渤海灣南部形成低鹽度堆積區(qū)，鹽度約為29‰。隨著潮流的攜帶作用，低鹽度沖淡水向北最遠(yuǎn)可擴散至38°1′N一帶，向西邊界被限制在119°7′E以東，渤海中部與北部容易形成高鹽度堆積區(qū)，整個海域鹽度為29‰～33‰。由于該航次站位選取的局限性，故無法觀測到黃河入?？诟浇}度分布。根據(jù)多年實測資料統(tǒng)計，黃河水下三角洲海域鹽度變化范圍約為3.4‰～35‰[20]，鹽度為3‰～9‰低鹽度沖淡水只局限于黃河入?？诟浇?。通過黃河水下三角洲鹽度場及沉積物固結(jié)狀態(tài)的調(diào)查，為室內(nèi)試驗參數(shù)的設(shè)定提供參考。

2 試驗儀器與方法

2.1 試驗儀器

本次試驗是在中國海洋大學(xué)自主研發(fā)的環(huán)形水槽中進行的，如圖2所示。環(huán)形水槽長1.8 m，寬1.1 m，其沖刷系統(tǒng)由水流通道和土槽兩部分組成。水流通道寬0.3 m，高0.2 m；土槽位于水流路徑末端，長 0.4 m，寬 0.3 m，高 0.3 m。通過發(fā)動機驅(qū)動槳葉旋轉(zhuǎn)可以模擬5級遞增的流速（0～0.29 m/s）。流速通過便攜式流速計進行測量，將其光纖傳感器固定在水流通道中央，測量床面正上方的流速剖面，進而估算逐級流速對應(yīng)的近底切應(yīng)力。濁度計的OBS探頭被固定在床面正上方9 cm處，位于土槽右側(cè)，記錄水體濁度變化。濁度數(shù)據(jù)通過標(biāo)定公式轉(zhuǎn)換為懸浮泥沙濃度。除此之外，在土床內(nèi)部距表面 10 cm 處埋置一個精度為 0.01 Pa 的孔壓傳感器，以1 Hz 的頻率進行采集，試驗后根據(jù)標(biāo)定公式將電壓值轉(zhuǎn)換為孔壓值，進而推測土床固結(jié)程度，得到沉積物孔壓消散曲線，如圖3。

圖1 黃河水下三角洲底層鹽度場分布 （2017.07）Fig.1 Distribution of bottom salinity field in the Yellow River Delta （2017.07）

圖2 環(huán)形水槽（a）及水槽試驗系統(tǒng)（b）土槽側(cè)視圖， 沖刷過程產(chǎn)生凹坑（c）Fig.2 The annular flume （a） flume experimental system （b） soil flume side view pits and produced in erosion （c）

圖3 沉積物超孔隙水壓力的消散曲線Fig.3 Dissipation curve of sediment pore water pressure

2.2 試驗方法

本次試驗所用沉積物取自現(xiàn)代黃河三角洲東部新灘葉瓣。通過密度計法測得沉積物粒徑分布，其中細(xì)砂（29.29%），粉砂（64.87%）和黏土（5.52%）組成，中值粒徑為0.044 mm，屬于砂質(zhì)粉土。根據(jù)黃河水下三角洲海域鹽度變化范圍，確定環(huán)形水槽試驗所配置水體的鹽度梯度為0、4‰、9‰、18‰、27‰、36‰；根據(jù)前期固結(jié)試驗得到不同固結(jié)時間下的不同固結(jié)程度的土床，為研究不同固結(jié)程度下鹽度變化對沉積物抗侵蝕性影響，故確定環(huán)形水槽試驗所配置土體固結(jié)時間為 5 h、24 h，表征欠固結(jié)與完全固結(jié)狀態(tài)沉積物。

首先將所取得沉積物風(fēng)干，以1∶3.3的水土比與不同鹽度梯度（0、4‰、9‰、18‰、27‰、36‰）的水混合，制備含水率為30%的均勻土床，土床約為30 cm。然后向環(huán)形水槽中加入與配置土床相同鹽度的水體至10 cm深度，開始進行不同時間的靜水固結(jié)（5 h、24 h）。達(dá)到預(yù)期的固結(jié)時間后，開始沖刷試驗，每一級流速持續(xù)沖刷15 min，共5級，觀察水體懸浮泥沙的變化，如此重復(fù)進行10輪試驗。模擬在不同鹽度環(huán)境下沉積物固結(jié)并發(fā)生侵蝕的過程。每一輪試驗過程中持續(xù)記錄水槽中的懸沙濃度演變，同時測量距底1.5 cm處的流速。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 孔隙水壓力

在正式的沖刷試驗之前，預(yù)先開展了沉積物固結(jié)試驗，確定沉積物的固結(jié)狀態(tài)。如圖3所示，回填后的泥漿，僅在前8 h內(nèi)經(jīng)歷了顯著的孔壓消散過程，距土床 10 cm 處的超孔壓從 1 kPa 下降到 0.15 kPa，隨后保持不變。

超孔壓表征海床固結(jié)程度的關(guān)鍵指標(biāo)，可以通過計算得到。pex=ptot―psta。其中，pex為超孔壓，ptot為實測總孔壓，psta為上覆靜水壓。

即，僅在前9 h內(nèi)，沉積物就已經(jīng)完成了排水固結(jié)的過程，這與在黃河口觀測到的沉積物展現(xiàn)的快速固結(jié)過程一致[21]。在此固結(jié)過程中，土槽中的沉積物快速壓縮排水，超孔壓迅速降低，土床變密實。

3.2 近底切應(yīng)力

鹽度環(huán)境的變化會改變水體的密度，進而影響其施加在土床表面的近底切應(yīng)力。本文是通過測定水流流速，計算摩阻流速，然后根據(jù)摩阻流速計算施加在土床上的近底切應(yīng)力。本試驗所使用的便攜式流速計測得最靠近底床的距離為1.5 cm，故采用距底1.5 cm處的實測流速來估計近底切應(yīng)力。環(huán)形水槽發(fā)動機的1檔、2檔、3檔、4檔、5檔分別對應(yīng)實測流速為 0.16、0.21、0.22、0.28、0.29 m/s。由于便攜式流速計的精度為0.01 m/s，第2檔與第3檔、第4檔與第5檔實測流速之間變化很小，故將五檔流速分為3個階段。階段Ⅰ為第1檔，實測流速為 0.16 m/s；階段Ⅱ為第2、3 檔，實測流速為0.21～0.22 m/s，階段Ⅲ為第4、5檔，實測流速為0.28～0.29 m/s，由此得到不同鹽度環(huán)境下近底切應(yīng)力值見表1。

黃河三角洲大部分海岸為潮控海岸[22]，其侵蝕再懸浮主要受控于摩阻流速與海床沉積物顆粒之間的摩擦[23]。對于光滑平坦海床，可利用馮卡曼—普蘭特方程將實測點的流速轉(zhuǎn)換為摩阻流速u*：

其中，u*是摩阻流速；u是距海底z=0.015 m處的實測流速，m/s；k=0.4是卡曼常數(shù)；z0是床面粗糙長度，取決于海床性質(zhì)，本試驗中的粉質(zhì)土海床相對平坦，z0=0.75 mm[24]。

根據(jù)水力學(xué)公式，得到近底切應(yīng)（τb）：

其中，ρw是水體密度；不同鹽度環(huán)境下水體密度不同；CD是摩阻系數(shù)，約為0.02。

由于水體鹽度的變化，導(dǎo)致其密度存在差異，水體鹽度越高，密度相應(yīng)增大。所以盡管每輪試驗水體流速變化相同，但由于水體密度的差異，使得不同鹽度水體施加在土床上近底切應(yīng)力各有不同，高鹽度環(huán)境下水體所施加的近底切應(yīng)力大于低鹽度環(huán)境。

表1 不同鹽度環(huán)境近底切應(yīng)力分布Table 1 Near-bottom shear stress distribution under different salinity conditions

3.3 不同鹽度環(huán)境下懸浮泥沙濃度演變

3.3.1 固結(jié) 5 h

通過3個階段沖刷試驗，得到了固結(jié)5 h沉積物不同鹽度條件下沖刷時水體懸浮泥沙濃度隨近底切應(yīng)力的時間演變（圖4），可以發(fā)現(xiàn)，隨著近底切應(yīng)力的增加，水體中懸沙濃度也經(jīng)歷了從0.032 g/L到1.424 g/L的逐級增長。每一級切應(yīng)力持續(xù)作用15 min，在各級切應(yīng)力作用下，低鹽度條件下的懸浮泥沙濃度普遍高于高鹽度條件的懸沙濃度。

土床靜水固結(jié)5 h后開始進行沖刷試驗（圖2b），其中淡水條件下的初始懸沙濃度為0.032 g/L，明顯高于咸水環(huán)境，并且當(dāng)開始沖刷之后，淡水環(huán)境中懸沙濃度迅速增加至約0.116 g/L，依舊高于咸水環(huán)境。在前兩階段切應(yīng)力作用下，懸浮泥沙濃度隨著作用時間緩慢增加，然而當(dāng)流速超過某一閾值之后，水體懸沙濃度突增，且在該流速持續(xù)作用下顯著增加，水體迅速變渾濁。在第Ⅲ階段近底切應(yīng)力作用下，淡水條件下懸浮泥沙濃度增長劇烈，從初始的 0.291 g/L增加到1.039 g/L，是本級初始懸浮泥沙濃度的3.6倍。隨著作用時間的推移，咸水環(huán)境中的懸浮泥沙增量減緩慢，甚至有所下降，這是由于水體流速不穩(wěn)定，使得一部分沉積物發(fā)生沉淀，而在此流速下新侵蝕的量小于沉降量，則會使得水體中懸浮泥沙濃度降低。與此同時，淡水環(huán)境中的懸浮泥沙濃度持續(xù)升高，主要是由于在近底切應(yīng)力為 0.027 Pa作用 7 min 時，土床表面產(chǎn)生凹坑（如圖2c）。隨著近底切應(yīng)力的持續(xù)作用，凹坑周圍的沉積物沖起，進一步向下向右進行擴展。但由于被沖起的大顆粒沉積物不足以被水流攜帶運輸?shù)礁h(yuǎn)的地方，故在凹坑的下游沉降，產(chǎn)生略高于土床面的堆積區(qū)，該區(qū)沉積物的粒徑明顯大于土床表面，且水體中懸浮泥沙濃度持續(xù)增加。在第Ⅲ級切應(yīng)力作用下，由于凹坑的產(chǎn)生，淡水環(huán)境中懸浮泥沙濃度明顯高于含鹽水體。

3.3.2 固結(jié) 24 h

通過重復(fù)3個階段的沖刷試驗，得到了固結(jié)24 h沉積物不同鹽度條件下沖刷時水體懸浮泥沙濃度隨近底切應(yīng)力的時間演變（圖5）。

土床靜水固結(jié)24 h后開始進行沖刷試驗，水體中初始懸浮泥沙濃度極低，約為0.003 g/L，明顯小于固結(jié)5 h時水體的初始懸沙濃度。在此情況下，不同鹽度水體中的初始懸沙濃度差別不大，即水體中的懸浮泥沙在24 h內(nèi)已完全沉降。在前兩階段切應(yīng)力作用下，水體始終較為澄清，懸浮泥沙濃度隨著作用時間緩慢增加，總懸沙濃度增長量不超過0.124 g/L，明顯低于固結(jié) 5 h的懸沙濃度增量，土床強度較高。在第Ⅲ階段近底切應(yīng)力作用下，當(dāng)流速超過某一閾值之后，懸浮泥沙濃度突增，在此近底切應(yīng)力作用下，淡水環(huán)境中的懸浮泥沙濃度突增為0.411 g/L，是本級初始懸浮泥沙濃度的3.4倍，土床被侵蝕。水體中懸浮泥沙濃度隨著近底切應(yīng)力作用時間持續(xù)增加，淡水環(huán)境中的懸沙濃度明顯高于含鹽水體，且鹽度越大，水體中的懸浮泥沙濃度越小。固結(jié)24 h沉積物在開展沖刷試驗后，懸沙濃度也經(jīng)歷了從0.003 g/L到0.622 g/L的逐級增長，明顯小于固結(jié)5 h的懸沙濃度變化，可以看出隨著固結(jié)時間的增加，沉積物侵蝕量減小，抗侵蝕性增加。

圖4 不同鹽度條件下懸浮泥沙濃度隨近底切應(yīng)力的時間演變圖 （5 h）Fig.4 Time series of the SSCs and applied near-bed shear stresses under different salinity conditions （5 h）

圖5 不同鹽度條件下懸浮泥沙濃度隨近底切應(yīng)力的時間演變圖 （24 h）Fig.5 Time series of the SSCs and applied near-bed shear stresses under different salinity conditions （24 h）

3.4 不同鹽度環(huán)境下臨界切應(yīng)力變化

沖刷試驗過程中，根據(jù)每一級水流近底切應(yīng)力與懸浮泥沙的關(guān)系，可以得到沉積物臨界切應(yīng)力。本文采用線性回歸法來定義臨界切應(yīng)力，即利用懸浮泥沙濃度和切應(yīng)力進行線性回歸，將回歸線與懸浮泥沙濃度變化量始終大于0.01 g/L時的初始濃度的 直線的交 點定義為 臨界侵蝕 切應(yīng)力[4,11,19]。

3.4.1 固結(jié) 5 h

土床固結(jié)5 h的各組近底切應(yīng)力與最大濁度之間的關(guān)系如圖6，盡管各組水槽試驗水體鹽度不同，導(dǎo)致所施加的近底切應(yīng)力不同，但是對于任意一輪試驗，水體的近底切應(yīng)力都與每一級切應(yīng)力作用下的最大懸沙濃度呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R為0.91～0.98。

根據(jù)以上方法，得到不同鹽度環(huán)境下固結(jié)5 h沉積物的臨界侵蝕切應(yīng)力，如表2。

固結(jié)5 h沉積物，在鹽度為0～36‰的條件下發(fā)生固結(jié)及侵蝕過程，其臨界切應(yīng)力值為0.055 6～0.069 3 Pa。淡水環(huán)境中，沉積物臨界切應(yīng)力相對較低，僅為 0.055 6 Pa。隨著鹽度環(huán)境的增高，沉積物的臨界切應(yīng)力隨之增加。鹽度為0～9‰時，沉積物臨界切應(yīng)力增長較快，鹽度為9‰時的沉積物臨界切應(yīng)力是淡水條件下的1.18倍，隨著鹽度的持續(xù)升高沉積物臨界切應(yīng)力緩慢增加，增量較小。

3.4.2 固結(jié) 24 h

土床固結(jié)24 h的各組近底切應(yīng)力與最大濁度之間的關(guān)系如圖7，水體的近底切應(yīng)力都與每一級切應(yīng)力作用下的最大懸沙濃度呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R為0.91～0.93。

根據(jù)以上方法，得到不同鹽度環(huán)境下固結(jié)24 h沉積物的臨界侵蝕切應(yīng)力，如表3。

固結(jié)24 h沉積物，在鹽度為0～36‰的條件下發(fā)生固結(jié)、侵蝕過程，其臨界切應(yīng)力值為0.069 5～0.080 6 Pa，大于固結(jié) 5 h 的沉積物，即隨著固結(jié)時間的推移，沉積物臨界切應(yīng)力增加。淡水條件下，沉積物臨界切應(yīng)力相對較低，僅為 0.069 5 Pa，隨著鹽度增高，沉積物的臨界切應(yīng)力也相應(yīng)增加。鹽度為0～9‰時，沉積物臨界切應(yīng)力增長較快，鹽度為9‰時的沉積物臨界切應(yīng)力是淡水條件下的1.12倍。

圖7 不同鹽度環(huán)境下近底切應(yīng)力與懸浮泥沙濃度關(guān)系（24 h）Fig.7 Relation between near-bed shear stress and SSCs under different salinity conditions （24 h）

表3 不同鹽度條件下沉積物臨界切應(yīng)力 (24 h)Table 3 Critical shear stress of sediments under different salinity conditions (24 h)

前人統(tǒng)計的世界河口沉積物的臨界切應(yīng)力為0.012～0.196 Pa[11]，0.025～0.245 Pa[25]，更大和更小的取值也有報道[26-27]。由于前人對河口沉積物臨界切應(yīng)力的現(xiàn)場測試多用黏結(jié)力儀（CSM）進行測定，與循環(huán)水槽所得沉積物臨界切應(yīng)力得原理不同，此方法形成的侵蝕水流形態(tài)與自然水流結(jié)構(gòu)相比，缺乏相似性，通常會產(chǎn)生一個比自然流更大的剪切力，使得所測沉積物臨界切應(yīng)力偏大。故本試驗得到的臨界切應(yīng)力處于正常偏低范圍。

4 討論

圖8 沉積物臨界切應(yīng)力分布圖a.固結(jié) 5 h，b.固結(jié) 24 h。Fig.8 Sediment critical shear stress distribution a.consolidation 5 h,b.consolidation 24 h.

通過對每一輪試驗沉積物臨界切應(yīng)力的計算可知，不同固結(jié)程度的沉積物的臨界切應(yīng)力都隨著鹽度環(huán)境的變化而變化（圖8）。在本試驗研究的范圍（0～36‰）內(nèi)，黃河水下三角洲細(xì)粒沉積物的臨界切應(yīng)力為 0.055 6～0.080 6 Pa，其抗侵蝕性隨著鹽度環(huán)境的增加而增強。由于河口區(qū)鹽度較低，使得該區(qū)沉積物抗侵蝕性較弱，容易發(fā)生侵蝕再懸浮過程，隨著距離河口區(qū)位置越遠(yuǎn)，海水鹽度升高，該區(qū)域沉積物抗侵蝕性也相應(yīng)增強。相同固結(jié)程度的沉積物的臨界切應(yīng)力均隨著鹽度環(huán)境的增加而呈對數(shù)增長趨勢，關(guān)系式為y=a×ln（?b×ln（x）），相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.98，a、b與沉積物的固結(jié)程度有關(guān)。當(dāng)?shù)望}度條件（小于9‰）下，鹽度環(huán)境改變對沉積物的臨界切應(yīng)力影響尤其顯著，即黃河入?？诟浇Ｓ螓}度較低，在該區(qū)工程建設(shè)時應(yīng)充分考慮鹽度對沉積物抗侵蝕性影響。沉積物固結(jié)時間為5 h、24 h時，鹽度環(huán)境變化對其抗侵蝕性影響程度不同，高鹽度（鹽度36‰）條件下的臨界切應(yīng)力分別為淡水條件下的1.24倍、1.16倍。說明隨著固結(jié)過程的進行，鹽度環(huán)境的增加對沉積物臨界切應(yīng)力的促進作用減小。

本試驗所用沉積物為砂質(zhì)粉土，土顆粒以粉粒為主，黏粒起到聯(lián)結(jié)的作用。隨著鹽度環(huán)境的增加，固結(jié)形成的沉積物顆粒間孔隙流體的鹽度也相應(yīng)增加，壓縮了顆粒之間的雙電層。雙電層的大小影響著土體的穩(wěn)定性，大的雙電層使得土體不穩(wěn)定，容易發(fā)生破壞[28]；而較小的雙電層使得土顆粒與顆粒之間相互接近，排斥力減小，形成化學(xué)膠結(jié)，使土體強度增大。因此，水體鹽度環(huán)境越高，使得在此條件下固結(jié)而成的沉積物含鹽量越大，土床更加穩(wěn)定，在相同近底切應(yīng)力的作用下，水體中的懸浮泥沙濃度較低，再懸浮量更小，使得土床具有較高的抗侵蝕性?？紫读黧w含鹽量越大，顆粒聚集越多，當(dāng)鹽度增大到一定程度時，更多顆粒聚集搭建起顆粒骨架并形成較大孔隙，使得顆粒與顆粒之間距離增大，沉積物結(jié)構(gòu)變松散，強度降低[29]。通過對沉積物掃描電鏡圖像可知[13,30],低鹽度環(huán)境中沉積物骨架顆粒較大，容易顆粒間形成較大的孔隙，鹽度環(huán)境的升高會增加土體的含鹽量，使得顆粒間孔隙流體離子濃度增強，壓縮了雙電層，土顆粒間變密集，沉積物變穩(wěn)定，從而導(dǎo)致土床抗侵蝕性增強[9-10]，而隨著鹽度環(huán)境的繼續(xù)升高，更多顆粒聚集形成了大的孔隙，改變了沉積物的結(jié)構(gòu)。

黃河水下三角洲新沉積的沉積物固結(jié)速度很快，在正常固結(jié)完成后，受周圍環(huán)境的影響，沉積物的強度仍隨著固結(jié)時間的增加持續(xù)增長，呈現(xiàn)與原狀土體類似的超固結(jié)狀態(tài)[21]。Tan和Wang等[31]通過水槽試驗研究了固結(jié)時間對沉積物侵蝕速率的影響，發(fā)現(xiàn)在相同水動力條件下，沉積物侵蝕速率隨著干容重和固結(jié)時間的增加持續(xù)增長。楊秀娟等[21]通過自制沉降柱研究鹽度環(huán)境對入海泥沙固結(jié)過程的影響，發(fā)現(xiàn)隨著固結(jié)時間的推移，顆粒間逐漸形成化學(xué)膠結(jié)，導(dǎo)致沉積物結(jié)構(gòu)逐漸增強。與世界其他河口相比，黃河水下三角洲沉積物雖具有快速固結(jié)特性，但由于其獨特的物質(zhì)來源與水動力條件[18]，使得該區(qū)域侵蝕現(xiàn)象顯著，除了現(xiàn)行河口緩慢向外淤進，其他海岸幾乎均處于蝕退狀態(tài)。

5 結(jié)論

（1）固結(jié)時間相同，沉積物的臨界切應(yīng)力隨著鹽度環(huán)境的增加而呈對數(shù)增長趨勢，且在低鹽度條件（小于9‰）下，鹽度環(huán)境的變化對其抗侵蝕性影響顯著，關(guān)系式為y=a×ln（?b×ln（x）），其中a、b與沉積物的固結(jié)程度有關(guān)。即在進行工程設(shè)計時，應(yīng)在低鹽度條件下對于鹽度變化予以充分考慮。

（2）固結(jié)時間不同，鹽度環(huán)境變化對沉積物抗侵蝕性影響不同，隨著固結(jié)時間的推移，鹽度環(huán)境的增加對沉積物臨界切應(yīng)力的促進作用減小。