崇明东滩盐沼近底层水流与悬沙变化过程研究

论文摘要

随着长三角城市的快速发展,长江河口潮滩盐沼潜在的可利用资源以及生态环境效益越来越被人们所关注,对其研究也逐渐受到专家学者们的重视。潮滩盐沼受海陆交互作用影响,潮流水动力作用强烈,泥沙输移和物质交换频繁。它不仅起着保护海岸带的屏障作用,同时对环境变化的响应也十分敏感。盐沼近底层是潮滩泥沙发生悬浮、沉降、交换最直接的场所,其水流泥沙的输移机制是潮滩冲淤和物质循环研究的热点问题。本文以长江口崇明东滩盐沼区作为研究区域,选择了春季（5月）和夏季（7-8月）为观测期,通过实测潮流水位、近底三维流速、近底悬沙浓度及平均粒径等多项指标,对潮汐过程中盐沼植物海三棱藨草作用下近底层的水流及悬沙特征变化情况进行了研究,获得以下主要结论:（1）根据春夏两季实测数据,盐沼近底层潮流的平均水平流速总体较小,为3.24cm/s-7.29cm/s,明显小于垂线平均流速（11.75cm/s）;大潮流速大于小潮,约其1.5-2.1倍;涨潮平均流速（5.73 cm/s）多大于落潮（4.03cm/s）。大潮涨落潮阶段分别形成一个向岸和离岸流速的峰值阶段,其中向岸流速峰值阶段更为明显;小潮涨落潮的峰值阶段不显著,流速基本在潮流中期较大。利用Vectrino流速仪实测的三维流速数据,通过TKE法计算得到近底层水流紊动能量及近底剪切应力,大潮平均近底剪切应力（1.2N/m2）大于小潮（0.7N/m2）。大、小潮近底剪切应力在过程图上分别呈现“双峰”及“单峰”变化,其中大潮涨急和落急阶段的流速和近底剪切应力都较大,但涨潮近底剪切应力（1.33N/m2）略大于落潮（1.08N/m2）。小潮近底剪切应力随潮位升高而增大,较大值一般出现在潮流中期。（2）利用Solitax sc100浊度仪测量盐沼近底层潮流浊度值,再通过现场泥沙标定方法获得悬沙浓度变化数据。春季潮周期的平均悬沙浓度为2.45g/L,涨潮阶段的平均悬沙浓度（2.64g/L）大于落潮阶段（2.25g/L）;夏季潮周期的平均悬沙浓度为0.8g/L,涨潮阶段的平均悬沙浓度（0.79g/L）略小于落潮阶段（0.8g/L）。利用LS 13 320激光衍射粒度分析仪对潮周期同步采集水样中的悬沙粒度进行测量。盐沼近底层悬沙颗粒总体较细,平均粒径为15.2μm,大潮周期平均粒径（16.6μm）大于小潮周期（13.8μm）;悬沙级配中细粉砂和粘土含量最大,占总体积的69.9%。（3）通过回归分析发现,盐沼近底层剪切应力（或紊动能量）与水平流速呈显著正相关,相关系数R2介于0.57～0.83。未发现盐沼近底层悬沙浓度与水平流速之间存在显著的直接相关关系,但在大潮周期高水位阶段,潮流流速较小,近底层悬沙浓度出现峰值,说明大潮高水位阶段上层悬沙沉降作用明显。盐沼近底层的悬沙粒径变化与水平流速存在正相关,两季相关系数R2分别为0.77和0.66。悬沙平均粒径在潮周期内的变化与流速变化类似:在大小潮周期中,平均粒径多呈现“双峰”和“单峰”变化。悬沙级配中以中粗粉砂为主的粗颗粒泥沙含量变化对流速的响应明显。（4）通过两季大小潮周期各项数据的比较,春季滩面盐沼植被海三棱藨草的高度（13.9cm）和密度（1056株/m2）均明显小于夏季（21cm、1854株/m2）,而春季盐沼近底层的平均流速（5.47cm/s）、剪切应力（1.27N/m2）、悬沙浓度（2.45g/L）和平均粒径（20μm）均大于夏季潮周期平均值（4.56cm/s、0.79N/m2、0.8g/L、12.6μm）。结果表明随植株生长,盐沼植被的缓流、消能以及对悬沙粘附和拦截作用逐渐增强。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.3 本文的研究内容
• 第二章 研究区概况与数据采集
• 2.1 研究区概况
• 2.2 野外观测、采样与实验分析
• 第三章 盐沼近底层潮流过程
• 3.1 潮流流速潮周期内变化
• 3.2 潮流流速大小潮变化
• 3.3 潮流流速紊动变化特征
• 3.4 小结
• 第四章 盐沼近底层悬沙输移变化
• 4.1 近底层悬沙浓度的变化特征
• 4.2 悬沙粒度特征
• 4.3 小结
• 第五章 盐沼近底层潮流与悬沙的输移关系
• 5.1 近底层流速与剪切应力的关系分析
• 5.2 流速与悬沙关系分析
• 5.3 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要工作
• 6.2 主要结论
• 6.3 创新之处
• 6.4 进一步工作及展望
• 参考文献
• 致谢