浙江象山港海域懸沙濃度分布變化及其水動力影響分析

周鴻權，孫昭晨，李伯根，武小勇，鞏明，楊輝

（1.大連理工大學 海岸與近海工程國家重點實驗室，遼寧 大連 116024；2.國家海洋局第二海洋研究所 國家海洋局工程海洋學重點實驗室，浙江 杭州 310012）

海岸河口地區(qū)水體懸沙濃度分布變化通常與底床泥沙沖淤調整之間可起到平衡作用，而這種作用往往是通過泥沙補給和水動力條件變化實現的。當泥沙補給豐富或水流挾沙能力降低時，懸沙易于沉降，底床趨于淤積，岸灘處于淤漲狀態(tài)；當泥沙補給貧乏或水流挾沙能力增強時，底床趨于沖刷，沉積物隨之部分再懸浮和再搬運，岸灘處于侵蝕狀態(tài)，以達到水體懸沙濃度分布平衡。這種平衡在有潮海域隨漲落潮水流循環(huán)調整。與此同時，黏性顆粒懸沙往往又是污染物的重要載體。因而，海岸河口地區(qū)水體懸沙濃度分布長期以來引起海岸沉積地貌學者、水利和港口航道工程師及環(huán)境學者的濃厚興趣。

象山港位于浙江沿海北部南緣，地處寧波市境內，縱深約60 km，呈東北-西南走向，東南、西南和西北三面環(huán)低山丘陵，東北口外有六橫、佛渡及梅山等眾多島嶼作天然屏障，環(huán)境隱蔽，屬于一種典型的狹長半封閉型海灣。該灣平面形態(tài)以象山角至雙岙一斷面為界，分為內灣和外灣；內灣潮汐汊道發(fā)育，以西滬港、黃墩港和鐵港等三個次級海灣為主要特征；外灣呈喇叭狀態(tài)勢，口門向東北經佛渡水道朝西過螺頭、金塘等水道和往東過頭洋港和蝦峙門等水道分別與杭州灣和外海連通，向東南經牛鼻山水道與外海連接，構成象山港與杭州灣和東海水沙交換的主要通道（圖1）。

圖1 研究區(qū)位置及測驗站位示意

象山港潮汐屬于不正規(guī)半日淺海潮汐區(qū)，西澤平均潮差3.18 m，最大潮差5.65 m（蔡偉章等，1985），屬于中等到強潮海區(qū)。潮流運動方式以往復流為主，據2005年冬季大小潮期實測資料計算結果顯示，漲、落潮流垂線平均流速分別為0.36～1.03 m/s 和0.50～1.10 m/s（周鴻權 等，2007）。懸沙顆粒主要由粉砂和黏土兩種組分構成，前者含量占約48.95%～53.53%，后者占約32.86%～34.48%，中值粒徑5.70～6.75 μm，屬于黏性細顆粒泥沙范疇。象山港海域環(huán)境隱蔽，口外受穿山半島、舟山群島掩護，牛鼻山水道東南海域相對開闊，夏季易受臺風浪影響，2012年7月-2013年6月實測資料顯示，象山港口門附近海域全年波浪主要集中于S-SE 向范圍，出現頻率約占50%，強浪向以SSE向為主，其次為E、ENE 向，全年平均有效波高0.25 m（國家海洋局第二海洋研究所，2013）；象山港內隱蔽程度高，波浪作用微弱（高抒等，1990）。

自1980 以來，對象山港的潮流特性（蔡偉章等，1985；董禮先等，1999）、水體交換（董禮先等，1999；姚炎明等，2014）、細顆粒泥沙沉積作用（高抒 等，1990）、生態(tài)環(huán)境（蔣國昌 等，1987；寧修仁等，1999）、海洋資源開發(fā)前景（李家芳等，1985） 以及航道沖淤特征（周鴻權 等，2007） 等多方面進行了調查研究，進入21 世紀以后，隨著該海灣內灣頂部強蛟國華寧海電廠、中部大唐烏沙山電廠及近口門象山港大橋等海岸工程建設，開展了數次較大規(guī)模的水文泥沙調查，但對該海灣海域的懸沙濃度分布變化規(guī)律尚未進行報道。本文根據2011年7月24日-8月1日（夏季） 和2012年2月16-23日（冬季） 水文泥沙調查資料，較系統(tǒng)地探討懸沙濃度分布變化規(guī)律及其受控水動力因素。這對象山港沿岸的灘涂短周期沖淤性質分析、排污口污染物擴散趨勢預評、海洋資源合理開發(fā)及生態(tài)環(huán)境保護可起到積極作用，并具重要意義。

1 資料獲取與處理

為了了解和掌握象山港海域的懸沙濃度分布變化基本規(guī)律及其受控水動力因素，采用點面相結合的方式布設測站（圖1）。在象山港及鄰近海域冬、夏季大、小潮期分別布設15 個同步連續(xù)（25 h）站采用ADCP 海流計采集潮流數據，分表、0.6H及底3 層和個別典型測站（S10） 分表、0.2H、0.4H、0.6H、0.8H 及底6 層采用橫式取采水器每小時按整點采集水樣；夏季大、小潮期和冬季大潮期各布置60 個準同步大面站分表、0.6H 及底3 層也采用橫式采水器采集水樣。選擇典型地貌部位8個連續(xù)站（S2、S5、S8、S10、S11、S13、S14、S15） 測定鹽度。

采集的所有水樣在事先經萬分之一電子天平稱重的直徑60 mm、孔徑0.45 μm 的微孔濾膜上過濾，用蒸餾水沖洗3 次，清除鹽分，取出懸沙樣品，自然晾干；然后把懸沙樣品放入烘箱用40 ℃～42 ℃恒溫8 h 后，取出并移入干燥器內，自然晾干，再稱重計算懸沙濃度。

2 結果

2.1 大面懸沙濃度分布變化

2.1.1 夏季大面懸沙濃度分布

該季節(jié)象山港大面懸沙濃度普遍很低，但存在大小潮周期和空間分布變化的特征。懸沙濃度小潮期表層最小和最大值分別為8.6 mg/L 和113.8 mg/L，出現在象山港口門和牛鼻山水道東口海域，平均為35.6 mg/L；底層最小和最大值分別為29.2 mg/L 和650.0 mg/L，分別發(fā)生在灣內雙德山西側和佛渡水道北側海域，平均為98.9 mg/L；垂向平均最小和最大值分別為21.0 mg/L 和291.0 mg/L，出現在西瀘港口門和牛鼻山水道，整體平均為60.9 mg/L。懸沙濃度大潮期表層最小和最大值分別為13.3 mg/L和124.5mg/L，出現在西瀘港內和佛渡島東南側海域，平均為45.5 mg/L；底層最小和最大分別為34.2 mg/L和936.7 mg/L，發(fā)生在西澤外側和牛鼻山水道東嶼山西側海域，平均為217.9 mg/L；垂向平均最小和最大分別為31.1 mg/L 和345.7 mg/L，出現在梅山島南側和牛鼻山水道西嶼山西北側海域，整體平均為113.3 mg/L。上述數據表明大潮期懸沙濃度明顯大于小潮期，約為小潮期1.9 倍左右。

由夏季大面站懸沙濃度平面分布圖可知，象山港懸沙濃度總體上近口門海域大于灣內，并在一定程度上具有自灣外向灣頂沿程逐漸減小的特征（圖2、圖3）。大潮期，象山港口外的牛鼻山水道和佛渡水道懸沙濃度大多在100 mg/L 以上，牛鼻山水道最大懸沙濃度超過300 mg/L，佛渡水道最大懸沙濃度也超過200 mg/L；近口門至西澤海域表現出北部低、南部高的特征，北部局部海域懸沙濃度低于50 mg/L，西澤前沿海域最大懸沙濃度局部可超過250 mg/L；內灣（雙岙-象山角以內） 懸沙濃度明顯減小，大多小于100 mg/L；灣頂進一步減小，西瀘港口門局部海域、鐵港懸沙濃度小于50 mg/L（圖2）。小潮期象山港懸沙濃度明顯低于大潮期，灣外牛鼻山水道和佛渡水道實測最大懸沙濃度均超過200 mg/L，向灣內懸沙濃度逐步減小，灣內懸沙濃度大多在50 mg/L 以下，最小懸沙濃度發(fā)生在缸爿山西側海域，局部懸沙濃度可低于25 mg/L，而黃墩港口門附近局部海域懸沙濃度超過50 mg/L（圖3）。

2.1.2 冬季大面懸沙濃度分布

冬季大潮期大面懸沙濃度普遍高于夏季，同樣存在空間分布變化特征。懸沙濃度大潮期表層最小和最大分別為8.5 mg/l 和907.5 mg/L，出現在口內野龍山西側和梅山島西南側海域，平均為224.6 mg/L；底層最小和最大分別為57.1 mg/L 和1 577.8 mg/L，分別發(fā)生在內灣黃墩港口門和梅山島西南側海域，平均為394.8 mg/L，約為表層的1.8倍；垂向平均最小和最大分別為46.3 mg/L 和1 011.3 mg/L，出現在內灣黃墩港口門和梅山島西南側海域，整體平均為394.8 mg/L，為夏季大潮期的3.5 倍，冬季懸沙濃度明顯大于夏季。

圖2 夏季大潮期懸沙垂線平均濃度平面分布（mg/L）

圖3 夏季小潮期懸沙垂線平均濃度平面分布（mg/L）

圖4 冬季大潮期懸沙垂線平均濃度平面分布（mg/L）

由冬季大潮期大面站懸沙濃度平面分布可知，象山港口門附近懸沙濃度明顯大于灣內海域，與夏季相似，總體上具有自灣外向灣頂沿程逐漸減小的特征（圖4），但懸沙濃度明顯高于夏季（圖2）。西澤-橫山斷面以外海域懸沙濃度普遍超過500 mg/L，出現兩個相對高值區(qū)，分別位于梅山島西南側海域和牛鼻山水道東南部，前者懸沙濃度超過900 mg/L，后者最大懸沙濃度值為646 mg/L，口門北部懸沙濃度高于南部；西澤-橫山斷面以內懸沙濃度向灣頂逐漸減小，在烏沙山外側局部海域一般大于200 mg/L，而西瀘港、灣頂的鐵港口門懸沙濃度均在100 mg/L左右，黃墩港內局部海域最小，懸沙濃度可低于50 mg/L。

2.2 連續(xù)站懸沙濃度分布變化

據連續(xù)站懸沙濃度統(tǒng)計顯示，與大面站相似，象山港海域懸沙濃度分布具有明顯的季節(jié)和潮周期變化特征。

2.2.1 夏季連續(xù)站懸沙濃度分布

該季節(jié)連續(xù)站懸沙濃度普遍較低，無論大潮期還是小潮期，均存在空間分布特征。小潮期全潮垂線平均懸沙濃度最小和最大值分別為29.5 mg/L 和246.2 mg/L，出現在內灣歷試山南側海域（S14 站，測站位置見圖1） 和佛渡水道（S4 站），整體平均為75.9 mg/L。平面分布上，佛渡水道懸沙濃度較高，象山港近口門海域總體上大于灣內；懸沙濃度分布與流速基本一致，一般流速較大的海域，懸沙濃度大多也相對較高（圖5）。大潮期全潮垂線平均懸沙濃度最小和最大值分別為61.9 mg/L 和382.7 mg/L，出現在近象山港口門、野龍山北部海域（S7 站）和佛渡水道（S4 站），整體平均為166.7 mg/L，為小潮期的2.2 倍，大潮期各站懸沙垂線平均濃度均大于小潮期（圖5、圖6）；平面分布上，懸沙濃度總體上具有口外大于口內外灣、外灣大于內灣的特征；大潮期流速明顯較大，懸沙濃度分布與流速總體上一致，但個別站位也存在例外（圖6）。

2.2.2 冬季連續(xù)站懸沙濃度分布

冬季連續(xù)站懸沙濃度明顯高于夏季，同樣存在大小潮周期和空間分布變化特征。小潮期全潮垂線平均懸沙濃度最小和最大值分別為29.8 mg/L 和723.1 mg/L，出現在內灣歷試山南側海域（S14 站）和佛渡水道（S5 站），整體平均為268.9 mg/L，為夏季小潮期的3.5 倍；平面分布上，佛渡水道懸沙濃度較高，其次為牛鼻山水道，口門附近總體上大于灣內；懸沙濃度分布與流速也有較好的一致，口外流速較大，懸沙濃度也較高，灣內流速較小，懸沙濃度也較低（圖7）。大潮期懸沙濃度明顯較高，全潮懸沙垂線平均濃度最小和最大值分別為70.0 mg/L 和790.0 mg/L，出現在灣頂鐵港內（S15站） 和近口門、野龍山北側海域（S7 站），整體平均為482.9 mg/L，為同季小潮期的1.8 倍，為夏季大潮期的2.9 倍；大潮期流速明顯大于小潮期（圖8），但總體上略低于夏季大潮期（圖6），口門附近及口外海域流速普遍超過60 cm/s，懸沙濃度相應普遍較高，大多超過600 mg/L，口內懸沙濃度較小，尤其是內灣，懸沙濃度減小至200 mg/L 以下。

圖5 夏季小潮期連續(xù)站全潮垂向平均流速、懸沙濃度、鹽度對比

圖6 夏季大潮期連續(xù)站全潮垂向平均流速、懸沙濃度、鹽度對比

圖7 冬季小潮期連續(xù)站全潮垂向平均流速、懸沙濃度、鹽度對比

圖8 冬季大潮期連續(xù)站全潮垂向平均流速、懸沙濃度、鹽度對比

3 討論

3.1 懸沙濃度分布受泥沙補給變化影響

海域懸沙濃度分布通常受局地水動力強度的影響，一般認為，波浪掀沙、潮流輸沙（趙今聲等，1993），然而，泥沙補給也對懸沙濃度變化產生直接影響。如前所述，在本次調查期間，象山港海域大面站和連續(xù)站懸沙濃度分布均具有冬季明顯高于夏季的季節(jié)變化特征，這在象山港口門附近海域尤為顯著（圖2-圖4），大面站和連續(xù)站兩季節(jié)的差值分別達3.5 倍和3.1 倍。但是，象山港海域三面環(huán)山，環(huán)境隱蔽，口外受穿山半島、舟山群島的掩護，北向浪受到阻擋，而牛鼻山水道東南海域相對開闊，夏季易受臺風浪影響，據近期實測資料顯示，象山港口門附近海域常浪向一般為SSE 向范圍，強浪向以SSE 向為主，其次為E、ENE 向，大浪主要集中于夏季，實測最大波高3.36 m，方向為SSE 向，發(fā)生在夏季，夏季平均有效波高0.3 m，冬季平均有效波高0.2 m，夏季中浪出現概率0.72%，冬季無中浪以上波況發(fā)生，總體而言，夏季波浪稍強于冬季（國家海洋局第二海洋研究所，2013）。而各連續(xù)站的平均流速變化與懸沙濃度的這種變化特征也幾乎呈相反趨勢（圖5-圖8），連續(xù)站平均流速大潮期夏季大于冬季，小潮期兩者相近（圖9）。由此可見，象山港海域冬、夏季懸沙濃度與水動力強度呈相反趨勢，懸沙濃度季節(jié)分布變化應不為局地波浪掀沙引起，很大程度上可能受控于泥沙補給的變化。

圖9 連續(xù)站不同潮時平均流速、懸沙濃度、鹽度對比

從區(qū)域地理環(huán)境分析，象山港海域泥沙補給主要來自沿岸流域產沙、長江入海細顆粒泥沙南移擴散和鄰近海域沉積物再懸浮。象山港海域流域年產沙量約僅有14.5×104t（中國海灣志編委會，1992），主要集中在4-9月的梅汛或臺風汛期輸入象山港水域，但通常被沿岸源近流短的山澗溪流入口處所建水閘攔截，因此這種泥沙補給對象山港海域懸沙濃度分布的影響范圍和程度均很有限。夏季黃墩港局部海域懸沙濃度略高于周邊海域（圖2、圖3），流域來沙或許是其影響因素。其它兩個泥沙補給方式對象山港海域的影響程度主要受制于沿岸流系變化，以往的研究成果表明，沿岸流系主要受冬季閩浙沿岸流和夏季臺灣暖流的交替影響（中國海岸帶地貌編寫組，1996）。冬季閩浙沿岸流具有低溫、低鹽和高懸沙濃度的特征，發(fā)育于長江和錢塘江沖淡水，以約0.5 km 速度向南流動。而長江口與杭州灣海域，冬季波浪強于夏季，波浪掀沙作用較強，懸沙濃度冬高夏低（陳沈良等，2004），底部部分沉積物再懸浮泥沙及長江口入海泥沙隨著沿岸流向南輸移（惲才興等，1981；蔡愛智，1982）。象山港海域冬季受該沿岸流控制，在這種水流的作用下，致使象山港海域水體較渾濁，懸沙濃度普遍較高。夏季臺灣暖流具有高溫、高鹽和低懸沙濃度的特征，為黑潮流的分支，出現在長江口以南的閩浙近海，主軸以0.5 km 速度往北流動，象山港海域夏季在該沿岸流控制之下，水體鹽度明顯大于冬季（圖9），流速總體上也較冬季大，但水體變得清澈，懸沙濃度普遍較低。由此可見，象山港海域懸沙濃度的冬夏季節(jié)變化明顯受閩浙沿岸流和臺灣暖流交替影響。

3.2 懸沙濃度受潮流動力變化影響

如前所述，不論冬季還是夏季，象山港懸沙濃度大潮期大于小潮期，大面站夏季大潮期懸沙平均濃度約為小潮期的1.9 倍；連續(xù)站夏季大潮期懸沙平均濃度約為小潮期的2.2 倍，冬季大潮期約為小潮期的1.8 倍。同一季節(jié)連續(xù)站全潮平均流速與懸沙濃度之間保持較好的一致性，潮流強度大，懸沙濃度也較高（圖5-圖8），反映出半月潮周期懸沙濃度分布一定程度上受潮流作用強度的影響。

從圖10 中不難看出，無論大潮期還是小潮期，漲落潮流流速稍呈不對稱分布，在全潮周期中出現兩個漲潮流最大流速和兩個落潮流最大流速，大潮期均可超過100 cm/s，小潮期一般可超過60 cm/s；漲落潮流流速對比相差不大，落潮流流速總體稍大于漲潮流流速，但漲、落潮流轉流的時刻很短暫。大潮期，在最大漲落潮流流速出現時刻后1～2 h，水體中懸沙濃度有較明顯的增加，中、上部多超過50 mg/L，局部超過100 mg/L，底部懸沙濃度明顯大于中上部，最大懸沙濃度可超過600 mg/L，最低懸沙濃度一般出現在落憩發(fā)生時刻前后；前半日潮周期流速總體大于后一個周期，懸沙濃度前者總體上也相應稍高于后者（圖10a）。小潮期，水體最大懸沙濃度與最大漲落潮流流速基本同時出現，中、上部很少超過50 mg/L，底部水體也很少超過60 mg/L，明顯低于大潮期；上下水體懸沙濃度相對均勻（圖10b）。這些特征可認為主要是由于潮流動力強弱變化所致，在一定程度上底部部分沉積物受水流擾動發(fā)生再懸浮作用，這種作用在大潮期比小潮期更趨明顯。換言之，在大小潮周期中，底部沉積物與水體懸浮泥沙之間存在再懸浮與沉降的交換過程。冬季懸沙濃度受潮流作用影響也具有類似的特性，由于篇幅限制，不再贅述。

圖10 典型連續(xù)站S10 站夏季流速、懸沙濃度時間過程剖面

由典型連續(xù)站（S10） 站位表層沉積物粒度分析結果可知，無論夏季還是冬季，細砂和粉砂兩組份的相對百分比含量大潮期比小潮期均有所增加，黏土組份相對百分比含量大潮期比小潮期則有所減小（表1）；說明在潮流動力的作用下，海底表層沉積物大潮期趨于沖刷、粗化和再懸浮，小潮期則接受水體懸浮泥沙沉降、落淤和趨于細化。這在很大程度上佐證了如前所述的大小潮周期中底部沉積物與水體懸浮泥沙之間存在再懸浮與沉降交換過程的事實。由此可見，象山港懸浮泥沙濃度分布除了受冬夏季沿海流系變化驅動影響外，還受到大小潮和半日潮周期的潮流動力變化的影響。

表1 S10 站位表層沉積物粒度級配相對含量（%）

4 結論

（1） 象山港懸浮泥沙濃度分布具有較明顯的時間和區(qū)域變化，冬季大于夏季、大潮期高于小潮期，口門附近高于灣內的水域，在一定程度上自口門向灣頂呈逐漸減小的趨勢。

（2） 象山港懸浮泥沙濃度分布主要受制于閩浙沿岸流和臺灣暖流冬夏季交替變化作用的影響，其中受冬季隨閩浙沿岸流南下的長江入海細顆粒泥沙擴散南移的影響深刻；其次受制于大?。ò朐拢?潮和半日潮周期潮流動力變化的影響。

（3） 在潮流動力作用下，大小潮周期中底部沉積物與水體懸浮泥沙之間存在再懸浮與沉降的交換過程。

致謝：國家海洋局第二海洋研究所張俊彪、施偉勇、袁迪等數十位同志參加了水文泥沙野外測驗工作，鄭智佳、陳燕萍等同志參加了實驗分析工作，謹此致謝。

蔡愛智，1982.長江入海泥沙的擴散.海洋學報，4（1）：78-88.

蔡偉章，陳耕心，丁錦仁，1985.象山港潮汐潮流特征及成因探討.海洋通報，4（3）：8-12.

陳沈良，張國安，楊世倫，等，2004.長江口水域懸沙濃度時空變化與泥沙再懸浮.地理學報，59（2）：260-266.

董禮先，蘇紀蘭，1999.象山港水交換數值研究I.對流-擴散型的水交換模式.海洋與湖沼，30（4）：400-415.

董禮先，蘇紀蘭，王麗婭，1999.象山港潮波響應和變形研究Ⅲ.潮灘位置和平流效應對M4 分潮的作用.海洋學報，21（3）：1-6.

高抒，謝欽春，馮應俊，1990.浙江象山港潮汐汊道細顆粒物質的沉積作用.海洋學報，12（4）：463-469.

國家海洋局第二海洋研究所，2013.寧波-舟山港域六橫至梅山疏港公路工程項目浪、潮、流綜合觀測分析報告.35-56.

蔣國昌，王玉衡，董恒霖，等，1987.浙江沿海富營養(yǎng)化程度的初步探討.海洋通報，6（4）：38-46.

李家芳，馮應俊，1985.象山港海洋自然資源分析及其開發(fā)利用前景.海洋環(huán)境科學，4（1）：18-25.

寧修仁，劉子琳，1999.象山港潮灘底棲微型藻類現存量和初級生產力.海洋學報，16（9）：109-115.

姚炎明，彭輝，杜雅杰，等，2014.象山港分區(qū)水交換數值研究.海洋學報，36（1）：126-130.

惲才興，蔡孟裔，王寶全，1981.利用衛(wèi)星象片分析長江入海懸浮泥沙擴散問題.海洋與湖沼，12（5）：391-404.

趙今聲，趙子丹，等，1993.海岸河口動力學.海洋出版室，281-307.

中國海岸帶地貌編寫組，1996.中國海岸帶地貌.海洋出版社，20-21.

中國海灣志編委會，1992.中國海灣志：（第五分冊） .海洋出版室，166.

周鴻權，李伯根，2007.象山港航道沖淤變化初步分析.海洋通報，26（4）：34-41.