徐粲,高建华*,杨旸,汪亚平,高抒
(1.南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室,江苏南京 210093)
南黄海辐射沙脊群潮汐水道的悬沙输运特征
徐粲1,高建华1*,杨旸1,汪亚平1,高抒1
(1.南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室,江苏南京 210093)
根据南黄海辐射沙脊群定点站位的流速和浊度数据,利用通量分解方法,分析了潮汐水道的悬沙输运特征和输运机制。结果表明,辐射沙脊群海域潮汐水道中潮流为往复流,悬沙浓度较高,属于强潮流控制的悬沙浓度相对较高的陆架浅海环境;悬沙输运主要受欧拉余流和潮汐捕捉效应控制,再悬浮的沉积物通过平流作用进行输运。其中,陈家坞槽和西洋水道的悬沙输运以潮汐捕捉效应占优,沉积物向潮汐水道外输运,处于冲刷状态;苦水洋水道以欧拉余流输运为主,水道内的再悬浮的沉积物在强潮流作用下向陆输运,主要堆积在蒋家沙和西洋西侧岸滩等浅滩和潮间带上。由此可见,在陆源物质供应减少背景下,南黄海辐射沙脊群内部的物质充当了新的物源,短期内能够维持近岸潮滩和沙脊的持续增长。
沉积物输运;通量分解;欧拉余流;悬沙浓度;临界起动流速;辐射沙脊群
潮流沙脊是潮流作用形成的线状沙体,其重要特征是沙体与潮流方向近于平行,沙脊多由砂质沉积物构成,其形体为高数米至数十米,宽度数百米至数千米,长度数千米至数十千米或更大,常在海底成片分布[1]。南黄海辐射沙脊群多数沙脊在近岸部分,低潮时出露成为沙洲,在扩大土地资源需求的背景下,这些沙洲成为围海造陆的重要天然资源,其中东沙和高泥低潮滩面出露面积大、淤长迅速,是潜在的围垦区域。潮流主槽水道(或洋)、潮流支槽(又称槽或洪)及潮流汇槽的三级潮流通道配置格局对于辐射沙脊群的演变起着决定作用[2—3]。辐射沙脊群冲淤频繁,现代海岸条件下,其外来物源为废黄河三角洲、长江口入海沉积物向北扩散和沿岸陆地径流等,由于废黄河三角洲沿岸海堤、长江上游三峡大坝和小河流中港闸的修建,物质供应减少,大规模的围垦需要对其水动力系统、冲淤总体格局进行进一步的深入研究理解。近十年来对辐射沙脊群沉积动力的观测研究主要集中在春季和冬季[4—7],而缺乏夏季大范围的现场观测资料。辐射沙脊群地处暖温带季风区,海洋性气候,但受大陆性气候影响较重,区域性气候受温带天气系统和副热带天气系统交替影响,季风环流显著,冬夏季风盛行。温度、降水、入海径流和风等均有较大的季节差异,而这些因素对辐射沙脊群海区的沉积物输运有显著影响[8]。本文基于2011和2012年夏季获取的辐射沙脊群内潮汐水道沉积动力学观测资料,利用通量分解方法,结合区域地貌演化,分析辐射沙脊群海域的动力-地貌响应特征和演化趋势。
辐射沙脊群分布于江苏岸外,黄海南陆架海域,处于半封闭浅海(图1)。自射阳河口向南至长江口北部的蒿枝港,南北范围介于32°00′N~33°48′N,长达199.6 km,东西范围介于120°40′~122°10′E,宽度为140 km。以弶港为中心,沙脊呈褶扇状向海辐射,有70多条沙脊,包括东沙、竹根沙、蒋家沙和太阳沙等,其间分布着西洋、陈家坞槽、苦水洋、黄沙洋和烂沙洋等潮汐水道。沙脊群所占海域面积为22 470 km2,其中出露海面3 782 km2,其水深介于0~25 m[1,9]。
图1 研究区地理区位(a)及观测站位(b)(沙脊位置及岸线据2011年TM遥感影像,等深线据1979年海图修改)Fig.1 The geographic location of study area(a)and detailed observation stations(b)
本海区潮汐属正规半日潮,涨落潮历时相差很小,但在近岸及沙脊群水道中潮流日不等现象比较明显,平均潮差2.5~4 m;本海区受两个潮波系统的影响,一是来自太平洋通过东海的前进波,自南向北进入南黄海,另一是东海前进波在受山东半岛的阻挡后,形成反时针的旋转潮波,自北向南推进,这两个潮波系统在弶港岸外相会辐合[1,10]。
辐射沙脊群主要由分选良好的细砂组成,细砂含量达90%以上,沉积物组成自海向陆逐渐变细及自潮流通道主泓向两侧变细。西洋水道外端(北)黏土含量较高,为黏土质粉砂,向内(南)黏土含量骤减,变为细砂[1]。本文涉及西洋水道的站位处于内端,表层沉积物主要为细砂[11]。
长江和黄河是苏北平原形成和发育的主要物源[12—13]。从1128年到1854年之间的700余年中,黄河夺淮由江苏北部入海,使江苏海岸经历了动力泥沙条件的突变,破坏了海岸长期的稳定性,海岸迅速淤长向东迁移。江苏海岸带南端则是长江入海口。南北两方的丰富径流带来大量的泥沙,形成了广阔的苏北废黄河三角洲、长江三角洲和之间的滨海平原,总面积约12 500 km2[1]。丰富的沉积物供给也为南黄海辐射沙脊的形成提供了重要的物质来源。初期废黄河三角洲受到向南的苏北沿岸流的冲蚀,大量沉积物被带到辐射沙脊区,在独特的潮流动力场作用下塑造形成和演变发育了辐射沙脊群。现代海底地形逐渐适应了潮流动力场的调整,沙脊群趋于相对的冲淤动态平衡状态[1]。
3.1 数据、样品采集与分析
2011年7月在南黄海辐射沙脊群的S1~S6 6个站位进行了大、小潮25 h全潮水文观测,S10~S12 3个站位进行大潮的25 h全潮水文观测,2012年6月在S7~S9 3个站位进行了大潮13 h、小潮25 h水文观测(见图1),其中S1~S3和S10~S12站在苦水洋中,S4~S6站位于陈家坞槽,S7~S9位于西洋水道,它们是辐射沙脊群海区主要的物质输运通道。利用ADCP观测流速、流向,ADCP探头置于水下1 m,流速分辨率0.001 m/s,设定单元层厚度0.15 m。同时在S1、S3、S5、S6、S11和S12站使用YSI6920多参数水质监测仪对水体的温度(T)、浊度、盐度(S)等主要水质指标进行观测;在S2、S4、S7、S8、S9和S10站用OBS-3A对水体的温度(T)和浊度进行观测,并同步采用六点法获取不同深度的水样。水样在室内用0.45 um孔径的滤膜进行抽滤,记录水样体积、烘干、称重,获得水样悬沙浓度。
为了便于分析主流向动力过程,对ADCP获取得到的流速分解成主流向和次流向速度。其中主流向与流速椭圆分布图的长轴方向一致,并以落潮流方向为正,次流向与长轴方向垂直。为了消除紊流的影响,所有关于流速的结果都是经过以1 min为时间步长的平均。室内对YSI和OBS-3A所测浊度进行悬沙浓度标定,现场采集的水样静置沉淀24 h后,将沉积物和海水分离,再将沉积物逐步加回到海水中,使悬沙浓度由低到高变化,同步进行YSI 和OBS-3A的浊度测量和水样过滤,记录水样体积、烘干、称重后得到悬沙浓度,最终获得浊度与悬沙浓度关系(图2)。
图2 悬沙浓度与浊度的关系Fig.2 The correlation between suspended sediment concentration and turbidity
3.2 数据处理
悬沙通量的分解根据Dyer[14]的物质通量计算方法而进行。对于一个固定站位的固定层位,实测流速u可以分解为:
其中uv是垂线偏差项,u¯为垂线平均值:
T为潮周期。
河口单宽周期平均输水量为:
物质单宽潮周期净输运率可以分解为7个主要的通量项:
式中,<>表示可积变量的潮平均值,上划线表示垂向平均值。T1是非潮漂移输运通量,为欧拉余流贡献,T2是潮流相关项,为斯托克斯漂移,T1+T2是拉格朗日平流输运。T3+T4+T5是由涨落潮过程不对称引起的潮泵效应(Tidal pumping)的贡献,它是由潮相位差引起的。T3是与物质浓度和潮位之间的相位差相关项。T4主要是由沉积物的临界滞后和侵蚀滞后引起的,是物质的再悬浮与沉降的结果,亦称为潮汐捕捉(Tidal trapping)。T5是与潮位、流速、物质浓度之间的相位差相关项。T6+T7是由流速和悬沙在垂向分布不均导致的贡献项,与扩散剪切有关。T6是河口垂向重力环流贡献项。T7是由纵剖面上流速和物质浓度在潮波作用下的变形引起,与沉降滞后与冲刷滞后有关。
底部流速的计算采用Von Karmen-Prandtl流速对数剖面模型[17-21]:
观测期间流速剖面一般都符合对数分布,取定点站位近底层流速数据进行对数剖面拟合,计算获得摩阻流速u*(m/s)和床底糙率或粗糙长度z0(m),即可求得距离床底1 m处的流速u1。其中S9站大潮测量期间船舶位置出现了较大变化,数据质量较差,未进行数据计算和作图。
4.1 流速
由各站位流速等值线图(图3~5)可以看出:辐射沙脊区潮流为往复流,涨潮历时略小于落潮历时(表1),涨潮时潮流呈辐聚状汇聚到弶港海岸,落潮时潮流以弶港为中心呈放射状向外扩散;涨急和落急时在0.2H(H为对应时刻水深,以下同)水深附近出现流速极大值,且有明显的垂向分层;憩流时流速较小(一般小于0.3 m/s),垂向变化很小;次流向流速较小,一般小于0.1 m/s。
表1 各站位大潮涨、落潮历时(h)Tab.1 The duration(h)of spring tidal period at observed stations
苦水洋和黄沙洋的S1、S2和S3站涨潮流方向均为南西;涨、落潮最大流速分别为1.6 m/s和1.2 m/s。S10、S11和S12站位涨潮流方向均为南南西,最大流速可达1.8 m/s。
陈家坞槽S4站涨潮流方向为南西,而S5和S6站涨潮流方向为南南西。涨潮时最大流速大于1.6 m/s,其中S5站大潮时最大可达2 m/s;落潮时最大流速大于1.5 m/s,其中S6站大潮时最大可达1.9 m/s。
图3 苦水洋各站位大潮流速(m/s)和悬沙浓度(mg/L)变化Fig.3 Variations of the current speed(m/s)and suspended sediment concentration(mg/L)during spring tidal period in the Kushuiyang Channel
西洋水道的S7、S8和S9三个站位涨潮流方向均为南偏东,基本平行于岸线方向。涨、落潮最大流速分别为2.1 m/s和1.8 m/s,均出现在S7站。这主要是因为潮流从外海向岸传播过程中,受西洋水道束窄效应影响,造成流速增大,水动力变强。
图4 陈家坞槽各站位大潮流速(m/s)和悬沙浓度(mg/L)变化Fig.4 Variations of the current speed(m/s)and suspended sediment concentration(mg/L)during spring tidal period in the Chenjiawu Channel
4.2 悬沙浓度
研究区悬沙浓度潮周期分布有如下特点:悬沙浓度介于50~1 200 mg/L,总体看均由表层到底层逐渐增大;底部沉积物再悬浮显著,在近底部形成悬沙浓度的高值中心,除部分站位出现滞后效应外,多数站位的悬沙浓度最大值出现时刻与涨急和落急的最大流速时刻相对应;涨急和落急时有明显的垂向分层,憩流时垂向分布相对较为均匀;大潮期间悬沙浓度普遍高于小潮,憩流时悬沙浓度较小。
苦水洋和黄沙洋的S1站悬沙浓度介于50~800 mg/L之间,S2和S3站位则主要介于30~600 mg/L之间,其中S3站大潮期间最大悬沙浓度可达850 mg/L。小潮期间悬沙浓度垂向分布较均匀,而大潮期间的垂向分层较明显。S10、S11和S12站介于50 ~1 200 mg/L之间,再悬浮作用尤其明显,近底部或底部最大悬沙浓度均在1 000 mg/L以上。
陈家坞槽S4、S5和S6三个站位的大、小潮悬沙浓度分别介于50~1 200 mg/L和30~800 mg/L之间。大潮期间再悬浮作用更为显著,最大悬沙浓度可达1 300 mg/L。最大悬沙浓度一般出现在流速极大值附近时刻,最小悬沙浓度出现在高平潮和低平潮后约1 h。
西洋水道S7、S8和S9三个站位的悬沙浓度介于200~1 200 mg/L之间,憩流时刻的悬沙浓度也较大,为200~600 mg/L。在涨急和落急时,底部悬沙浓度均大于1 000 mg/L。
4.3 余流
各站位余流计算结果见表2,结果显示大潮平均余流大于或等于小潮,欧拉余流在拉格朗日余流中占绝对主导地位。欧拉余流表示流速垂线平均的潮平均项,斯托克斯余流表示流速垂线平均的潮偏差项,说明虽然涨急和落急流速的垂向分层明显,相对整个潮周期来看,流速的垂向分层相对较小。
苦水洋和黄沙洋内侧海域余流较大,最靠近岸的S12站欧拉余流为0.06 m/s,其余站位欧拉余流均大于0.10 m/s~0.20 m/s之间。靠外海的S1、S2、S3 和S10四个站位欧拉余流方向向陆,而近岸的S11和S12站则向海。
图5 西洋各站位大潮流速(m/s)和悬沙浓度(mg/L)变化Fig.5 Variations of the current speed(m/s)and suspended sediment concentration(mg/L)during spring tidal period in the Xiyang Channel
陈家坞槽的S4、S5和S6站的欧拉余流均小于0.10 m/s,S5站小潮期间余流沿水道方向向陆,其余站位均沿水道向海。
西洋水道中S9站欧拉余流为0.13 m/s,而S7和S8站欧拉余流均小于0.10 m/s。从欧拉余流的方向来看,S7站为北西方向,沿水道向外,S8站为北东离岸方向,指向东沙,S9站为北西方向,指向沿岸潮滩。
辐射沙脊群海域的入海径流量较小,大部分河流下游已渠化建闸,控制径流下泄,对余流格局影响较小;观测月份为6~7月,是全年中海上风速最小的月份[1,10],风对余流格局的影响较小,而在冬季,由于强劲的北风或西北风的影响,其可能会对余流格局产生较大影响;因此,沙脊群内部海底地形是是影响余流的主要因素,如陈家坞槽是一个出水水道,余流方向基本沿水道向海。
表2 各站位余流计算结果Tab.2 The calculated residual currents at observed stations
续表2
表3 南黄海辐射沙脊群定点站位不同输运机制对悬沙输运的贡献率(%)及单位宽度潮周期悬沙净输运率(g/s)Tab.3 The suspended sediment transport contribution(%)and net rate(g/s)under different transport mechanisms at observed stations in the southern Yellow Sea
续表3
4.4 悬沙输运机制
总的来说,T1和T4项对研究区的悬沙输运起主导作用,二者除在S7站小潮的贡献率为61%外,其余站位的贡献率均大于90%;T2、T5和T6项影响较小,T7项几乎不起作用。
苦水洋和黄沙洋海域,悬沙净输运整体态势与欧拉余流相似,反映了余流对沉积物输运的重要影响,表3也显示欧拉余流贡献项(T1)均大于55%,且全部为正,即与净悬沙输运方向相同。由此可以推论,本海域的悬沙净输运主要来自欧拉余流的贡献,潮汐捕捉项(T4)也对悬沙输运起重要作用。
陈家坞槽悬沙净输运以潮汐捕捉项(T4)占优,其次为欧拉余流项(T1),两项之和大于90%,T1项全部向海,T4项除在S6站小潮期间向陆外,其余均向海。S6站小潮期间悬沙净向陆输运,单宽输运率为61.4 g/s,相对于其余站位偏小,欧拉余流沿水道向海,分析通量分解各项发现,向陆的悬沙净输运主要来自T4项的贡献。
西洋水道除S8站小潮期间净悬沙输运方向与欧拉余流较为一致外,其余站位均有一定差异,其中S7站小潮期间欧拉余流和悬沙净输运的方向几乎相反。T1、T2和T4三项在西洋水道的悬沙输运中起作用较大,进一步计算拉格朗日平流输运(T1+T2)可发现,除余流最大的S9站外,拉格朗日平流输运并不是主要因素,潮汐捕捉项(T4)才是影响水道悬沙输运的主导因素。
潮汐捕捉项(T4)主要是由沉积物的沉降、冲刷滞后引起,是物质的再悬浮和沉降的结果。由前述已知,本文观测站位在涨急和落急时均出现明显的再悬浮现象。在海洋环境中,距离床底1 m处的流速u1对沉积物搬运有重要的指示作用[22]。为进一步了解再悬浮作用在研究区悬沙输运中的作用,以S3站大潮、S5站大潮和S8站小潮为例,计算了距离床底1 m处的流速u1(见图6),根据程珺等[11]的研究,获得表层沉积物的中值粒径,并由Miller等[23]提供的公式计算获得临界起动流速u1cr(表4)。结果表明,u1、垂线平均流速和垂线平均悬沙浓度的数值变化同步,在涨急和落急时刻的u1达到极大值,憩流时最小;在涨落潮期间底部流速u1超过临界起动流速,悬沙浓度快速升高,正是这种沉积物的再悬浮作用决定了研究区的悬沙输运。
苦水洋和黄沙洋海域外侧站位显示涨潮流速大于落潮流速(见图3),导致其悬沙输运方向为涨潮方向,而内侧站位悬沙输运较复杂,可能与水道近岸端地形变化有关。陈家坞槽悬沙输运向海,与落潮方向一致,但是其涨、落潮流速没有明显的差别(见图4),由悬沙浓度等值线图可发现悬沙浓度分层现象特别明显,并且各站位落潮平均底部流速u1均大于涨潮,其物质输运主要来自底部的贡献。西洋中悬沙输运方向并不一致,数值模拟发现,废黄河水下三角洲的沉积物经西洋水道向弶港方向运移的同时,有一个大型环流把沉积物向相反方向运移[24]。由此可见,辐射沙脊群海域悬沙输运较为复杂,这主要是当地复杂的地形造成的。
表4 典型站位表层沉积物中值粒径与临界起动流速Tab.4 The median grain size of surficial sediment and its critical entrainment current speed at typical stations
本文的研究结果(见图7)显示苦水洋和黄沙洋外侧站位悬沙向陆净输运,而内侧的站位向海净输运,显示此海域有沉积物汇聚、堆积的趋势,造成蒋家沙东侧水下沙脊的淤长,与邢飞等[8]数值模拟计算结果一致。在南侧的太阳沙-烂沙洋海域,侯庆志等[25]通过断面、地形测量研究发现烂沙洋水道动力主轴南移,而且其南移并不是孤立的,北侧的黄沙洋近岸深槽也向南摆动。可以推论,辐射沙脊群南翼海域潮汐水道被冲刷,沙脊区沉积物堆积,1979年至2006年蒋家沙沙脊区淤积速率为12 cm/a[26],可见该区域一直处于淤积状态。
图7 各站位大潮期间悬沙净输运图Fig.7 The net suspended sediment transport rates at observed stations during spring tidal period
陈家坞槽处于轻微冲刷状态,大潮期间单位宽度潮周期悬沙净输运率在200~300 g/s之间,小潮期间较小(见表3),悬沙净输运方向沿水道输向槽外,具有落潮水道的特点。1977—1995年间陈家坞槽大幅度向西移动,1995—2000年间陈家坞槽变化较小,潮沟深泓南段东移趋势明显,平均东移近300 m,潮沟沟头和北段深泓线变化不大[27]。东沙东部岸线较为破碎,滩地处于开放的辐射沙脊群外围,在波浪、潮流等作用下容易遭到侵蚀,侵蚀的沉积物被输运到辐射沙脊以外,东部滩面向西退缩[28],部分潮汐水道可以深入到沙脊的内部。所以陈家坞槽具有周期性摆动变化的特点,近期在向西移动,但是趋势不明显,基本处于稳定状态。
西洋是辐射沙脊群中最大的一条潮汐水道,宽度12~25 km,长约80 km[29],走向约335°,沟形顺直,水动力较强,地形与潮流相互影响,潮流呈往复运动,最大流速可达2.1 m/s,最大悬沙浓度为1 200 mg/L,对东西两侧地貌演化有重要作用。观测发现西洋水道西侧海岸带潮滩在淤长而东沙西侧受到侵蚀,王港一带海岸潮滩淤积,向海推进速率大约45 m/a,滩涂宽阔平坦,坡度约为1‰[9,30],王港盐沼的现代沉积速率为3.1 cm/a[31],西洋水道中输运的沉积物是其淤长或受蚀的物质基础。在西洋水道内段,吴德安[32]研究发现,沉积物向辐射沙脊群中心输运,有利于条子泥和高泥的围垦工程;S7站大、小潮悬沙净输运方向分别为北西和南东,这主要是因为西洋在此处分为东西两个通道,两通道中部成为水流的滞流区[1],S7站在西通道中,小潮时水动力相对较弱,不足以将沉积物输运过这个滞流区,大潮时则可以,虽然S7站大小潮期间净输沙方向相反,但是大潮期间的输运率(592.1 g/s)是小潮(191.1 g/s)3倍以上,所以悬沙净向北西输运,即冲刷西洋水道,有利于深槽的维持;最北缘的S9站小潮悬沙净向岸输运,单宽悬沙净输运率高达1 043.8 g/s,与2008年观测结果基本一致[6],说明王港-大丰港近岸潮滩近几年持续淤长的趋势没有改变。这一结果与程珺等[11]根据粒径趋势模型计算结果比较符合,陈家坞槽输运趋势也相同,说明在辐射沙脊群北部两种方法的结果较为一致;而在辐射沙脊南部,输运情况比较复杂,但均显示了沉积物向辐射沙脊群中心输运的趋势。
南黄海地区受两个潮波系统的影响,太平洋前进潮波与黄海受海岸地形影响形成的反射潮波共同作用形成了独特的辐射状潮流场,是影响本海区水动力的主要因素。以弶港为界,研究区分为南北两侧,本文涉及站位位于北侧海区,潮流为往复流,涨潮流方向为南偏东或南偏西,均指向沙脊群中心;而在南侧海区,潮流逐渐表现出旋转流的特征,但其主流向依然指向沙脊群中心[8],往复流性质强弱的不同造成北部沙脊的面积及长度大于南部,而其深槽断面宽要小于南部[33]。地形作用的影响也相当重要,涨潮期间潮流基本沿水道汇聚到辐射沙脊中心,在旋转流为主的南侧海区也是如此[25,34],这种流场再反过来影响着沙脊未来的变迁和演化,它决定了沙脊径向生长的方向[35]。
现代海岸条件下,辐射沙脊群北部沉积物来源为废黄河三角洲,由于沿岸工程防护作用,沉积物由废黄河三角洲向辐射沙脊群区输运的过程逐渐减弱;三峡大坝工程使长江入海沉积物量减少,直接造成由长江口扩散向北输运的沉积物量减少;沿岸陆地径流的物质供应因为河流渠化建闸大幅减少。结合前述分析可知,在这种物源减少的背景下,辐射沙脊群内部的物质作为新的物源,除陈家坞槽沉积物有向外海输运的趋势之外,沉积物向辐射沙脊群中心或近岸潮滩输运,可以维持近岸潮滩和部分沙脊的持续增长。另外,风暴潮对沙脊的破坏作用是不可忽略的,虽然从长期来看,潮流动力场是控制辐射沙脊群水沙输运的主要因素,但每次风暴潮的破坏都会影响沙脊的分布。影响本海区的台风每年约三次,较大的风暴潮平均每三年一次以上,风暴潮是海岸带强大的海岸动力与灾害,给沿海岸滩涂和辐射沙脊群造成剧烈的冲淤演变[1],需要给予必要的关注。
辐射沙脊群海域受正规半日潮控制,但在近岸及沙脊群水道中涨、落潮历时日不等现象比较明显,涨潮历时略小于落潮历时,潮流为往复流;最大流速为1.8 m/s左右,在西洋水道中最大可达2.1 m/s;悬沙浓度主要介于102~103mg/L之间,最大可达103mg/L以上,大潮时悬沙浓度普遍高于小潮。苦水洋和黄沙洋余流较大,可达0.2 m/s,陈家坞槽和西洋余流小于0.1 m/s。悬沙输运主要受欧拉余流贡献项和潮汐捕捉效应控制,以潮汐捕捉效应的贡献为主。
蒋家沙东测水下沙脊有淤长趋势;陈家坞槽受到冲刷,沉积物向槽外输运,东沙西侧滩面受蚀退缩;西洋水道沉积物输向西侧潮滩或输向槽外,为潮滩的淤积增长提供物质来源。
致谢:冉隆江、魏晓、石勇、王应飞、张一乙、李明亮、陈景东、柳润启等参加了现场观测和样品分析,杜家笔、于欣、倪文斐在数据处理方面给予本文作者诸多帮助,谨致谢忱!
[1]王颖.黄海陆架辐射沙脊群[M].北京:中国环境科学出版社,2002.
[2]张忍顺,陈才俊.江苏岸外沙洲演变与条子泥并陆前景研究[M].北京:海洋出版社,1992.
[3]汪亚平,张忍顺.江苏岸外沙脊群的地貌形态及动力格局[J].海洋科学,1998(3):43-47.
[4]黄惠明,王义刚,尚进,等.冬季苏北辐射沙洲水域悬沙分布及输运特征分析[J].河海大学学报(自然科学版),2011,39(2):201-205.
[5]吴德安,马林艺.江苏辐射沙洲水道含沙量变化动力响应[J].泥沙研究,2010(5):32-40.
[6]刘运令,汪亚平,吴祥柏,等.南黄海苏北近岸西洋水道水沙输运机制分析[J].海洋科学,2011,35(11):120-127.
[7]邢飞,汪亚平,高建华,等.江苏近岸海域悬沙浓度的时空分布特征[J].海洋与湖沼,2010,41(3):459-468.
[8]Xing F,Wang Y P,Wang H V.Tidal hydrodynamics and fine-grained sediment transport on the radial sand ridge system in the southern Yellow Sea[J].Marine Geology,2012:291-294:192-210.
[9]任美锷.江苏省海岸带和海涂资源综合调查报告[M].北京:海洋出版社,1986.
[10]乔方利.中国区域海洋学-物理海洋学[M].北京:海洋出版社,2012:89,117.
[11]程珺,高抒,汪亚平,等.苏北近岸海域表层沉积物粒度及其对环境动力的响应[J].海洋地质与第四纪地质,2009,29(1):7-12.
[12]傅命佐,朱大奎.江苏岸外海底沙脊群的物质来源[J].南京大学学报(自然科学版),1986,22(3):536-544.
[13]王腊春,陈晓玲,储同庆.黄河、长江泥沙特性对比分析[J].地理研究,1997,16(4):72-80.
[14]Dyer K R.Estuarine-A Physical Introduction[M].New York:John Wiley and Stons,1997.
[15]汤毓祥.潮汐余流研究简况[J].黄渤海海洋,1987,5(3):73-80.
[16]Tee K T.Tide-induced residual current-verification of a numerical model[J].Journal of Physical oceanography,1977,7:396-402.
[17]Biron P M,Lane S N,Roy A G,et al.Sensitivity of bed shear stress estimated from vertical velocity profiles:the problem of sampling resolution [J].Earth Surface Processes and Landforms,1998,23(2):133-139.
[18]Kabir M R,Torfs H.Comparison of different methods to calculate bed shear stress[J].Water Science and Technology,1992,25(8):131-140.
[19]Soulsby R L,Dyer K R.The form of the near-bed velocity profile in a tidally accelerating flow[J].Journal of Geophysical Research,1986,86 (C9):8067-8074.
[20]汪亚平,高抒,贾建军.海底边界层水流结构及底移质搬运研究进展[J].海洋地质与第四纪地质,2000,20(3):101-106.
[21]王爱军,汪亚平,柯贤坤,等.潮间带水沙多层位同步测量系统应用的初步研究[J].海洋通报,2003,22(3):61-68.
[22]Gadd P E,Lavelle JW,Swift DJP.Estimate of sand transport on the New York shelf using near-bottom current meter observations[J].Journal of Sedimentary Petrology,1978,48(1):239-252.
[23]Miller M C,McCave I N,Komar P D.Threshold of sediment motion under unidirectional currents[J].Sedimentology,1977,24(4):507-527.
[24]江苏省908专项办公室.江苏近海海洋综合调查与评价总报告[R].北京:科学出版社,2012.
[25]侯庆志,徐敏,陆培东.辐射沙洲南翼“水道-沙洲”系统与西太阳沙的稳定[J].海洋科学,2006,30(6):16-22.
[26]高敏钦.南黄海辐射沙脊群冲淤变化研究[D].南京:南京大学,2011.
[27]黄海军.南黄海辐射沙洲主要潮沟的变迁[J].海洋地质与第四纪地质,2004,24(2):1-8.
[28]陈君,王义刚,张忍顺,等.江苏岸外辐射沙脊群东沙稳定性研究[J].海洋工程,2007,25(1):105-113.
[29]吴曙亮,蔡则健.江苏省沿海沙洲及潮汐水道演变遥感分析[J].国土资源遥感,2002,53(3):29-32.
[30]贾建军,汪亚平,高抒,等.江苏大丰潮滩推移质输运与粒度趋势信息解译[J].科学通报,2005,50(22):2546-2554.
[31]王爱军,高抒,贾建军,等.江苏王港盐沼的现代沉积速率[J].地理学报,2005,60(1):61-70.
[32]吴德安,张忍顺,严以新,等.辐射沙洲东大港潮流水道悬沙输移机制分析[J].河海大学学报(自然科学版),2006,34(2):216-222.
[33]李家彪.中国区域海洋学-海洋地质学[M].北京:海洋出版社,2012:112.
[34]何华春,邹欣庆,李海宇.江苏岸外辐射沙脊群烂沙洋潮流通道稳定性研究[J].海洋科学,2005,29(1):12-16.
[35]Off T.Rythmic linear sand bodies caused by tidal currents[J].Bulletin of the American Association of Petroleum Geology,1963,47:324-341.
Suspended sediment transport patterns in the tidal channels in the southwestern Yellow Sea
Xu Can1,Gao Jianhua1,Yang Yang1,Wang Yaping1,Gao Shu1
(1.Key Laboratory of Coast and Island Development of Ministry of Education,Nanjing University,Nanjing 210093,China)
Based on the measured current velocities and suspended sediment concentration data for the tidal channels between the radial sand ridges in the southwestern Yellow Sea,this study analyzed the mechanism of suspended sediment transport in the channels.The flow in the study area was rectilinear,and the suspended sediment concentration was relatively high.The decomposition of sediment fluxes suggested that the Eulerian effect and tidal trapping were the main factors affecting suspended sediment transport.In the Chenjiawu and Xiyang tidal channels,tidal trapping was a dominant mean for suspended sediment transport,and sediments were entrained from the channels by tides,which indicated the existence of the process of seabed scour.In contrast,the main controlling factor for suspended sediment transport in the Kushuiyang channel was the Eulerian effect,and the resuspended sediments were transported towards onshore by the strong tide flow and then piled up at Jiangjiasha and over shoal or intertidal areas on the western coast of Xiyang.Thus,under the circumstances for reducing terrigenous material input,sediments in the radial sand ridges became a new source of material supply and played an important role on the continued accretion of the sand ridges and the adjacent tidal flats.
sediment transport;flux decomposition;Euler residual current;suspended sediment concentration;threshold for sediment motion;radial sand ridges
P736.21+2
A
0253-4193(2014)11-0150-13
2013-04-18;
2013-11-25。
海洋公益性行业科研专项经费项目“南黄海辐射沙脊群空间开发利用及环境生态评价技术”(2010418006);江苏省科技计划项目基础研究计划重点研究专项(SBK201150144);海洋沉积物与环境地质国家海洋局重点实验室开放基金(MASEG201205);江苏省自然科学基金(BK2012315)。
徐粲(1986—),男,江苏省邳州市人,主要从事海岸动力、地貌过程研究。E-mail:cxu1221@foxmail.com
*通信作者:高建华(1973—),男,副教授,主要从事海岸海洋科学研究。E-mail:jhgao@nju.edu.cn
徐粲,高建华,杨旸,等.南黄海辐射沙脊群潮汐水道的悬沙输运特征[J].海洋学报,2014,36(11):150—162.doi.10.3969/j.issn.0253-4193.2014.11.017
Xu Can,Gao Jianhua,Yang Yang,et al.Suspended sediment transport patterns in the tidal channels in the southwestern Yellow Sea [J].Acta Oceanologica Sinica(in chinese),2014,36(11):150—162.doi.10.3969/j.issn.0253-4193.2014.11.017