南黃海輻射沙脊群潮汐水道的懸沙輸運(yùn)特征

徐粲，高建華*，楊旸，汪亞平，高抒

（1.南京大學(xué)海岸與海島開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210093）

南黃海輻射沙脊群潮汐水道的懸沙輸運(yùn)特征

徐粲1，高建華1*，楊旸1，汪亞平1，高抒1

（1.南京大學(xué)海岸與海島開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210093）

根據(jù)南黃海輻射沙脊群定點(diǎn)站位的流速和濁度數(shù)據(jù)，利用通量分解方法，分析了潮汐水道的懸沙輸運(yùn)特征和輸運(yùn)機(jī)制。結(jié)果表明，輻射沙脊群海域潮汐水道中潮流為往復(fù)流，懸沙濃度較高，屬于強(qiáng)潮流控制的懸沙濃度相對(duì)較高的陸架淺海環(huán)境；懸沙輸運(yùn)主要受歐拉余流和潮汐捕捉效應(yīng)控制，再懸浮的沉積物通過(guò)平流作用進(jìn)行輸運(yùn)。其中，陳家塢槽和西洋水道的懸沙輸運(yùn)以潮汐捕捉效應(yīng)占優(yōu)，沉積物向潮汐水道外輸運(yùn)，處于沖刷狀態(tài)；苦水洋水道以歐拉余流輸運(yùn)為主，水道內(nèi)的再懸浮的沉積物在強(qiáng)潮流作用下向陸輸運(yùn)，主要堆積在蔣家沙和西洋西側(cè)岸灘等淺灘和潮間帶上。由此可見(jiàn)，在陸源物質(zhì)供應(yīng)減少背景下，南黃海輻射沙脊群內(nèi)部的物質(zhì)充當(dāng)了新的物源，短期內(nèi)能夠維持近岸潮灘和沙脊的持續(xù)增長(zhǎng)。

沉積物輸運(yùn)；通量分解；歐拉余流；懸沙濃度；臨界起動(dòng)流速；輻射沙脊群

1 引言

潮流沙脊是潮流作用形成的線狀沙體，其重要特征是沙體與潮流方向近于平行，沙脊多由砂質(zhì)沉積物構(gòu)成，其形體為高數(shù)米至數(shù)十米，寬度數(shù)百米至數(shù)千米，長(zhǎng)度數(shù)千米至數(shù)十千米或更大，常在海底成片分布［1］。南黃海輻射沙脊群多數(shù)沙脊在近岸部分，低潮時(shí)出露成為沙洲，在擴(kuò)大土地資源需求的背景下，這些沙洲成為圍海造陸的重要天然資源，其中東沙和高泥低潮灘面出露面積大、淤長(zhǎng)迅速，是潛在的圍墾區(qū)域。潮流主槽水道（或洋）、潮流支槽（又稱槽或洪）及潮流匯槽的三級(jí)潮流通道配置格局對(duì)于輻射沙脊群的演變起著決定作用［2—3］。輻射沙脊群沖淤頻繁，現(xiàn)代海岸條件下，其外來(lái)物源為廢黃河三角洲、長(zhǎng)江口入海沉積物向北擴(kuò)散和沿岸陸地徑流等，由于廢黃河三角洲沿岸海堤、長(zhǎng)江上游三峽大壩和小河流中港閘的修建，物質(zhì)供應(yīng)減少，大規(guī)模的圍墾需要對(duì)其水動(dòng)力系統(tǒng)、沖淤總體格局進(jìn)行進(jìn)一步的深入研究理解。近十年來(lái)對(duì)輻射沙脊群沉積動(dòng)力的觀測(cè)研究主要集中在春季和冬季［4—7］，而缺乏夏季大范圍的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料。輻射沙脊群地處暖溫帶季風(fēng)區(qū)，海洋性氣候，但受大陸性氣候影響較重，區(qū)域性氣候受溫帶天氣系統(tǒng)和副熱帶天氣系統(tǒng)交替影響，季風(fēng)環(huán)流顯著，冬夏季風(fēng)盛行。溫度、降水、入海徑流和風(fēng)等均有較大的季節(jié)差異，而這些因素對(duì)輻射沙脊群海區(qū)的沉積物輸運(yùn)有顯著影響［8］。本文基于2011和2012年夏季獲取的輻射沙脊群內(nèi)潮汐水道沉積動(dòng)力學(xué)觀測(cè)資料，利用通量分解方法，結(jié)合區(qū)域地貌演化，分析輻射沙脊群海域的動(dòng)力－地貌響應(yīng)特征和演化趨勢(shì)。

2 區(qū)域概況

輻射沙脊群分布于江蘇岸外，黃海南陸架海域，處于半封閉淺海（圖1）。自射陽(yáng)河口向南至長(zhǎng)江口北部的蒿枝港，南北范圍介于32°00′N～33°48′N，長(zhǎng)達(dá)199.6 km，東西范圍介于120°40′～122°10′E，寬度為140 km。以弶港為中心，沙脊呈褶扇狀向海輻射，有70多條沙脊，包括東沙、竹根沙、蔣家沙和太陽(yáng)沙等，其間分布著西洋、陳家塢槽、苦水洋、黃沙洋和爛沙洋等潮汐水道。沙脊群所占海域面積為22 470 km2，其中出露海面3 782 km2，其水深介于0～25 m［1，9］。

圖1 研究區(qū)地理區(qū)位（a）及觀測(cè)站位（b）（沙脊位置及岸線據(jù)2011年TM遙感影像，等深線據(jù)1979年海圖修改）Fig.1 The geographic location of study area（a）and detailed observation stations（b）

本海區(qū)潮汐屬正規(guī)半日潮，漲落潮歷時(shí)相差很小，但在近岸及沙脊群水道中潮流日不等現(xiàn)象比較明顯，平均潮差2.5～4 m；本海區(qū)受兩個(gè)潮波系統(tǒng)的影響，一是來(lái)自太平洋通過(guò)東海的前進(jìn)波，自南向北進(jìn)入南黃海，另一是東海前進(jìn)波在受山東半島的阻擋后，形成反時(shí)針的旋轉(zhuǎn)潮波，自北向南推進(jìn)，這兩個(gè)潮波系統(tǒng)在弶港岸外相會(huì)輻合［1，10］。

輻射沙脊群主要由分選良好的細(xì)砂組成，細(xì)砂含量達(dá)90%以上，沉積物組成自海向陸逐漸變細(xì)及自潮流通道主泓向兩側(cè)變細(xì)。西洋水道外端（北）黏土含量較高，為黏土質(zhì)粉砂，向內(nèi)（南）黏土含量驟減，變?yōu)榧?xì)砂［1］。本文涉及西洋水道的站位處于內(nèi)端，表層沉積物主要為細(xì)砂［11］。

長(zhǎng)江和黃河是蘇北平原形成和發(fā)育的主要物源［12—13］。從1128年到1854年之間的700余年中，黃河奪淮由江蘇北部入海，使江蘇海岸經(jīng)歷了動(dòng)力泥沙條件的突變，破壞了海岸長(zhǎng)期的穩(wěn)定性，海岸迅速淤長(zhǎng)向東遷移。江蘇海岸帶南端則是長(zhǎng)江入海口。南北兩方的豐富徑流帶來(lái)大量的泥沙，形成了廣闊的蘇北廢黃河三角洲、長(zhǎng)江三角洲和之間的濱海平原，總面積約12 500 km2［1］。豐富的沉積物供給也為南黃海輻射沙脊的形成提供了重要的物質(zhì)來(lái)源。初期廢黃河三角洲受到向南的蘇北沿岸流的沖蝕，大量沉積物被帶到輻射沙脊區(qū)，在獨(dú)特的潮流動(dòng)力場(chǎng)作用下塑造形成和演變發(fā)育了輻射沙脊群?，F(xiàn)代海底地形逐漸適應(yīng)了潮流動(dòng)力場(chǎng)的調(diào)整，沙脊群趨于相對(duì)的沖淤動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)［1］。

3 材料與方法

3.1 數(shù)據(jù)、樣品采集與分析

2011年7月在南黃海輻射沙脊群的S1～S6 6個(gè)站位進(jìn)行了大、小潮25 h全潮水文觀測(cè)，S10～S12 3個(gè)站位進(jìn)行大潮的25 h全潮水文觀測(cè)，2012年6月在S7～S9 3個(gè)站位進(jìn)行了大潮13 h、小潮25 h水文觀測(cè)（見(jiàn)圖1），其中S1～S3和S10～S12站在苦水洋中，S4～S6站位于陳家塢槽，S7～S9位于西洋水道，它們是輻射沙脊群海區(qū)主要的物質(zhì)輸運(yùn)通道。利用ADCP觀測(cè)流速、流向，ADCP探頭置于水下1 m，流速分辨率0.001 m／s，設(shè)定單元層厚度0.15 m。同時(shí)在S1、S3、S5、S6、S11和S12站使用YSI6920多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀對(duì)水體的溫度（T）、濁度、鹽度（S）等主要水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)；在S2、S4、S7、S8、S9和S10站用OBS-3A對(duì)水體的溫度（T）和濁度進(jìn)行觀測(cè)，并同步采用六點(diǎn)法獲取不同深度的水樣。水樣在室內(nèi)用0.45 um孔徑的濾膜進(jìn)行抽濾，記錄水樣體積、烘干、稱重，獲得水樣懸沙濃度。

為了便于分析主流向動(dòng)力過(guò)程，對(duì)ADCP獲取得到的流速分解成主流向和次流向速度。其中主流向與流速橢圓分布圖的長(zhǎng)軸方向一致，并以落潮流方向?yàn)檎?，次流向與長(zhǎng)軸方向垂直。為了消除紊流的影響，所有關(guān)于流速的結(jié)果都是經(jīng)過(guò)以1 min為時(shí)間步長(zhǎng)的平均。室內(nèi)對(duì)YSI和OBS-3A所測(cè)濁度進(jìn)行懸沙濃度標(biāo)定，現(xiàn)場(chǎng)采集的水樣靜置沉淀24 h后，將沉積物和海水分離，再將沉積物逐步加回到海水中，使懸沙濃度由低到高變化，同步進(jìn)行YSI 和OBS-3A的濁度測(cè)量和水樣過(guò)濾，記錄水樣體積、烘干、稱重后得到懸沙濃度，最終獲得濁度與懸沙濃度關(guān)系（圖2）。

圖2 懸沙濃度與濁度的關(guān)系Fig.2 The correlation between suspended sediment concentration and turbidity

3.2 數(shù)據(jù)處理

懸沙通量的分解根據(jù)Dyer［14］的物質(zhì)通量計(jì)算方法而進(jìn)行。對(duì)于一個(gè)固定站位的固定層位，實(shí)測(cè)流速u可以分解為：

其中uv是垂線偏差項(xiàng)，uˉ為垂線平均值：

T為潮周期。

河口單寬周期平均輸水量為：

物質(zhì)單寬潮周期凈輸運(yùn)率可以分解為7個(gè)主要的通量項(xiàng)：

式中，＜＞表示可積變量的潮平均值，上劃線表示垂向平均值。T1是非潮漂移輸運(yùn)通量，為歐拉余流貢獻(xiàn)，T2是潮流相關(guān)項(xiàng)，為斯托克斯漂移，T1＋T2是拉格朗日平流輸運(yùn)。T3＋T4＋T5是由漲落潮過(guò)程不對(duì)稱引起的潮泵效應(yīng)（Tidal pumping）的貢獻(xiàn)，它是由潮相位差引起的。T3是與物質(zhì)濃度和潮位之間的相位差相關(guān)項(xiàng)。T4主要是由沉積物的臨界滯后和侵蝕滯后引起的，是物質(zhì)的再懸浮與沉降的結(jié)果，亦稱為潮汐捕捉（Tidal trapping）。T5是與潮位、流速、物質(zhì)濃度之間的相位差相關(guān)項(xiàng)。T6＋T7是由流速和懸沙在垂向分布不均導(dǎo)致的貢獻(xiàn)項(xiàng)，與擴(kuò)散剪切有關(guān)。T6是河口垂向重力環(huán)流貢獻(xiàn)項(xiàng)。T7是由縱剖面上流速和物質(zhì)濃度在潮波作用下的變形引起，與沉降滯后與沖刷滯后有關(guān)。

底部流速的計(jì)算采用Von Karmen-Prandtl流速對(duì)數(shù)剖面模型［17－21］：

觀測(cè)期間流速剖面一般都符合對(duì)數(shù)分布，取定點(diǎn)站位近底層流速數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)數(shù)剖面擬合，計(jì)算獲得摩阻流速u*（m／s）和床底糙率或粗糙長(zhǎng)度z0（m），即可求得距離床底1 m處的流速u1。其中S9站大潮測(cè)量期間船舶位置出現(xiàn)了較大變化，數(shù)據(jù)質(zhì)量較差，未進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和作圖。

4 分析結(jié)果

4.1 流速

由各站位流速等值線圖（圖3～5）可以看出：輻射沙脊區(qū)潮流為往復(fù)流，漲潮歷時(shí)略小于落潮歷時(shí)（表1），漲潮時(shí)潮流呈輻聚狀匯聚到弶港海岸，落潮時(shí)潮流以弶港為中心呈放射狀向外擴(kuò)散；漲急和落急時(shí)在0.2H（H為對(duì)應(yīng)時(shí)刻水深，以下同）水深附近出現(xiàn)流速極大值，且有明顯的垂向分層；憩流時(shí)流速較?。ㄒ话阈∮?.3 m／s），垂向變化很??；次流向流速較小，一般小于0.1 m／s。

表1 各站位大潮漲、落潮歷時(shí)（h）Tab.1 The duration（h）of spring tidal period at observed stations

苦水洋和黃沙洋的S1、S2和S3站漲潮流方向均為南西；漲、落潮最大流速分別為1.6 m／s和1.2 m／s。S10、S11和S12站位漲潮流方向均為南南西，最大流速可達(dá)1.8 m／s。

陳家塢槽S4站漲潮流方向?yàn)槟衔鳎鳶5和S6站漲潮流方向?yàn)槟夏衔鳌q潮時(shí)最大流速大于1.6 m／s，其中S5站大潮時(shí)最大可達(dá)2 m／s；落潮時(shí)最大流速大于1.5 m／s，其中S6站大潮時(shí)最大可達(dá)1.9 m／s。

圖3 苦水洋各站位大潮流速（m／s）和懸沙濃度（mg／L）變化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S9三個(gè)站位漲潮流方向均為南偏東，基本平行于岸線方向。漲、落潮最大流速分別為2.1 m／s和1.8 m／s，均出現(xiàn)在S7站。這主要是因?yàn)槌绷鲝耐夂Ｏ虬秱鞑ミ^(guò)程中，受西洋水道束窄效應(yīng)影響，造成流速增大，水動(dòng)力變強(qiáng)。

圖4 陳家塢槽各站位大潮流速（m／s）和懸沙濃度（mg／L）變化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 懸沙濃度

研究區(qū)懸沙濃度潮周期分布有如下特點(diǎn)：懸沙濃度介于50～1 200 mg／L，總體看均由表層到底層逐漸增大；底部沉積物再懸浮顯著，在近底部形成懸沙濃度的高值中心，除部分站位出現(xiàn)滯后效應(yīng)外，多數(shù)站位的懸沙濃度最大值出現(xiàn)時(shí)刻與漲急和落急的最大流速時(shí)刻相對(duì)應(yīng)；漲急和落急時(shí)有明顯的垂向分層，憩流時(shí)垂向分布相對(duì)較為均勻；大潮期間懸沙濃度普遍高于小潮，憩流時(shí)懸沙濃度較小。

苦水洋和黃沙洋的S1站懸沙濃度介于50～800 mg／L之間，S2和S3站位則主要介于30～600 mg／L之間，其中S3站大潮期間最大懸沙濃度可達(dá)850 mg／L。小潮期間懸沙濃度垂向分布較均勻，而大潮期間的垂向分層較明顯。S10、S11和S12站介于50 ～1 200 mg／L之間，再懸浮作用尤其明顯，近底部或底部最大懸沙濃度均在1 000 mg／L以上。

陳家塢槽S4、S5和S6三個(gè)站位的大、小潮懸沙濃度分別介于50～1 200 mg／L和30～800 mg／L之間。大潮期間再懸浮作用更為顯著，最大懸沙濃度可達(dá)1 300 mg／L。最大懸沙濃度一般出現(xiàn)在流速極大值附近時(shí)刻，最小懸沙濃度出現(xiàn)在高平潮和低平潮后約1 h。

西洋水道S7、S8和S9三個(gè)站位的懸沙濃度介于200～1 200 mg／L之間，憩流時(shí)刻的懸沙濃度也較大，為200～600 mg／L。在漲急和落急時(shí)，底部懸沙濃度均大于1 000 mg／L。

4.3 余流

各站位余流計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2，結(jié)果顯示大潮平均余流大于或等于小潮，歐拉余流在拉格朗日余流中占絕對(duì)主導(dǎo)地位。歐拉余流表示流速垂線平均的潮平均項(xiàng)，斯托克斯余流表示流速垂線平均的潮偏差項(xiàng)，說(shuō)明雖然漲急和落急流速的垂向分層明顯，相對(duì)整個(gè)潮周期來(lái)看，流速的垂向分層相對(duì)較小。

苦水洋和黃沙洋內(nèi)側(cè)海域余流較大，最靠近岸的S12站歐拉余流為0.06 m／s，其余站位歐拉余流均大于0.10 m／s～0.20 m／s之間?？客夂５腟1、S2、S3 和S10四個(gè)站位歐拉余流方向向陸，而近岸的S11和S12站則向海。

圖5 西洋各站位大潮流速（m／s）和懸沙濃度（mg／L）變化Fig.5 Variations of the current speed（m／s）and suspended sediment concentration（mg／L）during spring tidal period in the Xiyang Channel

陳家塢槽的S4、S5和S6站的歐拉余流均小于0.10 m／s，S5站小潮期間余流沿水道方向向陸，其余站位均沿水道向海。

西洋水道中S9站歐拉余流為0.13 m／s，而S7和S8站歐拉余流均小于0.10 m／s。從歐拉余流的方向來(lái)看，S7站為北西方向，沿水道向外，S8站為北東離岸方向，指向東沙，S9站為北西方向，指向沿岸潮灘。

輻射沙脊群海域的入海徑流量較小，大部分河流下游已渠化建閘，控制徑流下泄，對(duì)余流格局影響較小；觀測(cè)月份為6～7月，是全年中海上風(fēng)速最小的月份［1，10］，風(fēng)對(duì)余流格局的影響較小，而在冬季，由于強(qiáng)勁的北風(fēng)或西北風(fēng)的影響，其可能會(huì)對(duì)余流格局產(chǎn)生較大影響；因此，沙脊群內(nèi)部海底地形是是影響余流的主要因素，如陳家塢槽是一個(gè)出水水道，余流方向基本沿水道向海。

表2 各站位余流計(jì)算結(jié)果Tab.2 The calculated residual currents at observed stations

續(xù)表2

表3 南黃海輻射沙脊群定點(diǎn)站位不同輸運(yùn)機(jī)制對(duì)懸沙輸運(yùn)的貢獻(xiàn)率（%）及單位寬度潮周期懸沙凈輸運(yùn)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

續(xù)表3

4.4 懸沙輸運(yùn)機(jī)制

總的來(lái)說(shuō)，T1和T4項(xiàng)對(duì)研究區(qū)的懸沙輸運(yùn)起主導(dǎo)作用，二者除在S7站小潮的貢獻(xiàn)率為61%外，其余站位的貢獻(xiàn)率均大于90%；T2、T5和T6項(xiàng)影響較小，T7項(xiàng)幾乎不起作用。

苦水洋和黃沙洋海域，懸沙凈輸運(yùn)整體態(tài)勢(shì)與歐拉余流相似，反映了余流對(duì)沉積物輸運(yùn)的重要影響，表3也顯示歐拉余流貢獻(xiàn)項(xiàng)（T1）均大于55%，且全部為正，即與凈懸沙輸運(yùn)方向相同。由此可以推論，本海域的懸沙凈輸運(yùn)主要來(lái)自歐拉余流的貢獻(xiàn)，潮汐捕捉項(xiàng)（T4）也對(duì)懸沙輸運(yùn)起重要作用。

陳家塢槽懸沙凈輸運(yùn)以潮汐捕捉項(xiàng)（T4）占優(yōu)，其次為歐拉余流項(xiàng)（T1），兩項(xiàng)之和大于90%，T1項(xiàng)全部向海，T4項(xiàng)除在S6站小潮期間向陸外，其余均向海。S6站小潮期間懸沙凈向陸輸運(yùn)，單寬輸運(yùn)率為61.4 g／s，相對(duì)于其余站位偏小，歐拉余流沿水道向海，分析通量分解各項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，向陸的懸沙凈輸運(yùn)主要來(lái)自T4項(xiàng)的貢獻(xiàn)。

西洋水道除S8站小潮期間凈懸沙輸運(yùn)方向與歐拉余流較為一致外，其余站位均有一定差異，其中S7站小潮期間歐拉余流和懸沙凈輸運(yùn)的方向幾乎相反。T1、T2和T4三項(xiàng)在西洋水道的懸沙輸運(yùn)中起作用較大，進(jìn)一步計(jì)算拉格朗日平流輸運(yùn)（T1＋T2）可發(fā)現(xiàn)，除余流最大的S9站外，拉格朗日平流輸運(yùn)并不是主要因素，潮汐捕捉項(xiàng)（T4）才是影響水道懸沙輸運(yùn)的主導(dǎo)因素。

潮汐捕捉項(xiàng)（T4）主要是由沉積物的沉降、沖刷滯后引起，是物質(zhì)的再懸浮和沉降的結(jié)果。由前述已知，本文觀測(cè)站位在漲急和落急時(shí)均出現(xiàn)明顯的再懸浮現(xiàn)象。在海洋環(huán)境中，距離床底1 m處的流速u1對(duì)沉積物搬運(yùn)有重要的指示作用［22］。為進(jìn)一步了解再懸浮作用在研究區(qū)懸沙輸運(yùn)中的作用，以S3站大潮、S5站大潮和S8站小潮為例，計(jì)算了距離床底1 m處的流速u1（見(jiàn)圖6），根據(jù)程珺等［11］的研究，獲得表層沉積物的中值粒徑，并由Miller等［23］提供的公式計(jì)算獲得臨界起動(dòng)流速u1cr（表4）。結(jié)果表明，u1、垂線平均流速和垂線平均懸沙濃度的數(shù)值變化同步，在漲急和落急時(shí)刻的u1達(dá)到極大值，憩流時(shí)最小；在漲落潮期間底部流速u1超過(guò)臨界起動(dòng)流速，懸沙濃度快速升高，正是這種沉積物的再懸浮作用決定了研究區(qū)的懸沙輸運(yùn)。

苦水洋和黃沙洋海域外側(cè)站位顯示漲潮流速大于落潮流速（見(jiàn)圖3），導(dǎo)致其懸沙輸運(yùn)方向?yàn)闈q潮方向，而內(nèi)側(cè)站位懸沙輸運(yùn)較復(fù)雜，可能與水道近岸端地形變化有關(guān)。陳家塢槽懸沙輸運(yùn)向海，與落潮方向一致，但是其漲、落潮流速?zèng)]有明顯的差別（見(jiàn)圖4），由懸沙濃度等值線圖可發(fā)現(xiàn)懸沙濃度分層現(xiàn)象特別明顯，并且各站位落潮平均底部流速u1均大于漲潮，其物質(zhì)輸運(yùn)主要來(lái)自底部的貢獻(xiàn)。西洋中懸沙輸運(yùn)方向并不一致，數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，廢黃河水下三角洲的沉積物經(jīng)西洋水道向弶港方向運(yùn)移的同時(shí)，有一個(gè)大型環(huán)流把沉積物向相反方向運(yùn)移［24］。由此可見(jiàn)，輻射沙脊群海域懸沙輸運(yùn)較為復(fù)雜，這主要是當(dāng)?shù)貜?fù)雜的地形造成的。

表4 典型站位表層沉積物中值粒徑與臨界起動(dòng)流速Tab.4 The median grain size of surficial sediment and its critical entrainment current speed at typical stations

5 討論

本文的研究結(jié)果（見(jiàn)圖7）顯示苦水洋和黃沙洋外側(cè)站位懸沙向陸凈輸運(yùn)，而內(nèi)側(cè)的站位向海凈輸運(yùn)，顯示此海域有沉積物匯聚、堆積的趨勢(shì)，造成蔣家沙東側(cè)水下沙脊的淤長(zhǎng)，與邢飛等［8］數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果一致。在南側(cè)的太陽(yáng)沙－爛沙洋海域，侯慶志等［25］通過(guò)斷面、地形測(cè)量研究發(fā)現(xiàn)爛沙洋水道動(dòng)力主軸南移，而且其南移并不是孤立的，北側(cè)的黃沙洋近岸深槽也向南擺動(dòng)?？梢酝普?，輻射沙脊群南翼海域潮汐水道被沖刷，沙脊區(qū)沉積物堆積，1979年至2006年蔣家沙沙脊區(qū)淤積速率為12 cm／a［26］，可見(jiàn)該區(qū)域一直處于淤積狀態(tài)。

圖7 各站位大潮期間懸沙凈輸運(yùn)圖Fig.7 The net suspended sediment transport rates at observed stations during spring tidal period

陳家塢槽處于輕微沖刷狀態(tài)，大潮期間單位寬度潮周期懸沙凈輸運(yùn)率在200～300 g／s之間，小潮期間較?。ㄒ?jiàn)表3），懸沙凈輸運(yùn)方向沿水道輸向槽外，具有落潮水道的特點(diǎn)。1977—1995年間陳家塢槽大幅度向西移動(dòng)，1995—2000年間陳家塢槽變化較小，潮溝深泓南段東移趨勢(shì)明顯，平均東移近300 m，潮溝溝頭和北段深泓線變化不大［27］。東沙東部岸線較為破碎，灘地處于開放的輻射沙脊群外圍，在波浪、潮流等作用下容易遭到侵蝕，侵蝕的沉積物被輸運(yùn)到輻射沙脊以外，東部灘面向西退縮［28］，部分潮汐水道可以深入到沙脊的內(nèi)部。所以陳家塢槽具有周期性擺動(dòng)變化的特點(diǎn)，近期在向西移動(dòng)，但是趨勢(shì)不明顯，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

西洋是輻射沙脊群中最大的一條潮汐水道，寬度12～25 km，長(zhǎng)約80 km［29］，走向約335°，溝形順直，水動(dòng)力較強(qiáng)，地形與潮流相互影響，潮流呈往復(fù)運(yùn)動(dòng)，最大流速可達(dá)2.1 m／s，最大懸沙濃度為1 200 mg／L，對(duì)東西兩側(cè)地貌演化有重要作用。觀測(cè)發(fā)現(xiàn)西洋水道西側(cè)海岸帶潮灘在淤長(zhǎng)而東沙西側(cè)受到侵蝕，王港一帶海岸潮灘淤積，向海推進(jìn)速率大約45 m／a，灘涂寬闊平坦，坡度約為1‰［9，30］，王港鹽沼的現(xiàn)代沉積速率為3.1 cm／a［31］，西洋水道中輸運(yùn)的沉積物是其淤長(zhǎng)或受蝕的物質(zhì)基礎(chǔ)。在西洋水道內(nèi)段，吳德安［32］研究發(fā)現(xiàn)，沉積物向輻射沙脊群中心輸運(yùn)，有利于條子泥和高泥的圍墾工程；S7站大、小潮懸沙凈輸運(yùn)方向分別為北西和南東，這主要是因?yàn)槲餮笤诖颂幏譃闁|西兩個(gè)通道，兩通道中部成為水流的滯流區(qū)［1］，S7站在西通道中，小潮時(shí)水動(dòng)力相對(duì)較弱，不足以將沉積物輸運(yùn)過(guò)這個(gè)滯流區(qū)，大潮時(shí)則可以，雖然S7站大小潮期間凈輸沙方向相反，但是大潮期間的輸運(yùn)率（592.1 g／s）是小潮（191.1 g／s）3倍以上，所以懸沙凈向北西輸運(yùn)，即沖刷西洋水道，有利于深槽的維持；最北緣的S9站小潮懸沙凈向岸輸運(yùn)，單寬懸沙凈輸運(yùn)率高達(dá)1 043.8 g／s，與2008年觀測(cè)結(jié)果基本一致［6］，說(shuō)明王港－大豐港近岸潮灘近幾年持續(xù)淤長(zhǎng)的趨勢(shì)沒(méi)有改變。這一結(jié)果與程珺等［11］根據(jù)粒徑趨勢(shì)模型計(jì)算結(jié)果比較符合，陳家塢槽輸運(yùn)趨勢(shì)也相同，說(shuō)明在輻射沙脊群北部?jī)煞N方法的結(jié)果較為一致；而在輻射沙脊南部，輸運(yùn)情況比較復(fù)雜，但均顯示了沉積物向輻射沙脊群中心輸運(yùn)的趨勢(shì)。

南黃海地區(qū)受兩個(gè)潮波系統(tǒng)的影響，太平洋前進(jìn)潮波與黃海受海岸地形影響形成的反射潮波共同作用形成了獨(dú)特的輻射狀潮流場(chǎng)，是影響本海區(qū)水動(dòng)力的主要因素。以弶港為界，研究區(qū)分為南北兩側(cè)，本文涉及站位位于北側(cè)海區(qū)，潮流為往復(fù)流，漲潮流方向?yàn)槟掀珫|或南偏西，均指向沙脊群中心；而在南側(cè)海區(qū)，潮流逐漸表現(xiàn)出旋轉(zhuǎn)流的特征，但其主流向依然指向沙脊群中心［8］，往復(fù)流性質(zhì)強(qiáng)弱的不同造成北部沙脊的面積及長(zhǎng)度大于南部，而其深槽斷面寬要小于南部［33］。地形作用的影響也相當(dāng)重要，漲潮期間潮流基本沿水道匯聚到輻射沙脊中心，在旋轉(zhuǎn)流為主的南側(cè)海區(qū)也是如此［25，34］，這種流場(chǎng)再反過(guò)來(lái)影響著沙脊未來(lái)的變遷和演化，它決定了沙脊徑向生長(zhǎng)的方向［35］。

現(xiàn)代海岸條件下，輻射沙脊群北部沉積物來(lái)源為廢黃河三角洲，由于沿岸工程防護(hù)作用，沉積物由廢黃河三角洲向輻射沙脊群區(qū)輸運(yùn)的過(guò)程逐漸減弱；三峽大壩工程使長(zhǎng)江入海沉積物量減少，直接造成由長(zhǎng)江口擴(kuò)散向北輸運(yùn)的沉積物量減少；沿岸陸地徑流的物質(zhì)供應(yīng)因?yàn)楹恿髑ㄩl大幅減少。結(jié)合前述分析可知，在這種物源減少的背景下，輻射沙脊群內(nèi)部的物質(zhì)作為新的物源，除陳家塢槽沉積物有向外海輸運(yùn)的趨勢(shì)之外，沉積物向輻射沙脊群中心或近岸潮灘輸運(yùn)，可以維持近岸潮灘和部分沙脊的持續(xù)增長(zhǎng)。另外，風(fēng)暴潮對(duì)沙脊的破壞作用是不可忽略的，雖然從長(zhǎng)期來(lái)看，潮流動(dòng)力場(chǎng)是控制輻射沙脊群水沙輸運(yùn)的主要因素，但每次風(fēng)暴潮的破壞都會(huì)影響沙脊的分布。影響本海區(qū)的臺(tái)風(fēng)每年約三次，較大的風(fēng)暴潮平均每三年一次以上，風(fēng)暴潮是海岸帶強(qiáng)大的海岸動(dòng)力與災(zāi)害，給沿海岸灘涂和輻射沙脊群造成劇烈的沖淤演變［1］，需要給予必要的關(guān)注。

6 結(jié)論

輻射沙脊群海域受正規(guī)半日潮控制，但在近岸及沙脊群水道中漲、落潮歷時(shí)日不等現(xiàn)象比較明顯，漲潮歷時(shí)略小于落潮歷時(shí)，潮流為往復(fù)流；最大流速為1.8 m／s左右，在西洋水道中最大可達(dá)2.1 m／s；懸沙濃度主要介于102～103mg／L之間，最大可達(dá)103mg／L以上，大潮時(shí)懸沙濃度普遍高于小潮?？嗨蠛忘S沙洋余流較大，可達(dá)0.2 m／s，陳家塢槽和西洋余流小于0.1 m／s。懸沙輸運(yùn)主要受歐拉余流貢獻(xiàn)項(xiàng)和潮汐捕捉效應(yīng)控制，以潮汐捕捉效應(yīng)的貢獻(xiàn)為主。

蔣家沙東測(cè)水下沙脊有淤長(zhǎng)趨勢(shì)；陳家塢槽受到?jīng)_刷，沉積物向槽外輸運(yùn)，東沙西側(cè)灘面受蝕退縮；西洋水道沉積物輸向西側(cè)潮灘或輸向槽外，為潮灘的淤積增長(zhǎng)提供物質(zhì)來(lái)源。

致謝：冉隆江、魏曉、石勇、王應(yīng)飛、張一乙、李明亮、陳景東、柳潤(rùn)啟等參加了現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和樣品分析，杜家筆、于欣、倪文斐在數(shù)據(jù)處理方面給予本文作者諸多幫助，謹(jǐn)致謝忱！

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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。

海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目“南黃海輻射沙脊群空間開發(fā)利用及環(huán)境生態(tài)評(píng)價(jià)技術(shù)”（2010418006）；江蘇省科技計(jì)劃項(xiàng)目基礎(chǔ)研究計(jì)劃重點(diǎn)研究專項(xiàng)（SBK201150144）；海洋沉積物與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金（MASEG201205）；江蘇省自然科學(xué)基金（BK2012315）。

徐粲（1986—），男，江蘇省邳州市人，主要從事海岸動(dòng)力、地貌過(guò)程研究。E-mail：cxu1221＠foxmail.com

*通信作者：高建華（1973—），男，副教授，主要從事海岸海洋科學(xué)研究。E-mail：jhgao＠nju.edu.cn

徐粲，高建華，楊旸，等.南黃海輻射沙脊群潮汐水道的懸沙輸運(yùn)特征［J］.海洋學(xué)報(bào)，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