強(qiáng)潮海灣近岸表層沉積物粒度特征及其對(duì)高能水動(dòng)力環(huán)境的響應(yīng)

強(qiáng)潮海灣近岸表層沉積物粒度特征及其對(duì)高能水動(dòng)力環(huán)境的響應(yīng)

海岸或河口表面沉積物的基本特征反映了區(qū)域能源驅(qū)動(dòng)和地形反饋的相互結(jié)合機(jī)制。因而,通過(guò)分析沉積物的粒度特征來(lái)探討區(qū)域河口海岸沉積動(dòng)力、沉積物來(lái)源和沉積物輸移趨勢(shì)等環(huán)境信息,一直是近半個(gè)世紀(jì)來(lái)眾多海岸沉積學(xué)家研究的主要問(wèn)題之一。許多學(xué)者已分別就河口海岸地區(qū)表層沉積物的粒度特征、沉積物輸移以及沉積環(huán)境演化等進(jìn)行了較多的研究。然而,這些研究一般是基于河口或海岸地區(qū)的沉積環(huán)境在中、長(zhǎng)時(shí)間尺度(100～10000a)趨于穩(wěn)定的基礎(chǔ)上,局限于對(duì)某一次的大面積采樣進(jìn)行分析,即主要探討沉積物的空間分布和所反映的動(dòng)力環(huán)境,較少注意到沉積物季節(jié)性的變化特征。上海市杭州灣北岸為強(qiáng)潮粉砂淤泥質(zhì)海岸,該岸段的變化主要受控于杭州灣強(qiáng)勁的潮流作用、近岸的波浪以及長(zhǎng)江入海泥沙的影響。目前的不少研究主要集中在對(duì)杭州灣北岸的沖淤、深槽變化以及沉積柱狀物所反映的沉積動(dòng)力過(guò)程進(jìn)行分析。因而,本文利用近期在該區(qū)域不同季節(jié)時(shí)段采集的大面積沉積物和不同季節(jié)的水文資料探討杭州灣北岸近岸表層沉積物的時(shí)空分異特征,這不僅可促進(jìn)強(qiáng)潮作用下的河口灣邊岸沉積動(dòng)力過(guò)程的研究,而且能為長(zhǎng)江入海水沙近年急劇減少下的杭州灣北岸沖淤趨勢(shì)變化分析構(gòu)建基本數(shù)據(jù)庫(kù)。1北部灣植物群落杭州灣屬漏斗狀強(qiáng)潮海灣,至灣口向內(nèi)逐漸縮窄。杭州灣的形成與長(zhǎng)江三角洲的伸展密切相關(guān)。泥沙以海域來(lái)沙為主,并且長(zhǎng)江來(lái)沙對(duì)杭州灣的形成起著重要作用,該部分泥沙通過(guò)落潮科氏力的作用帶入杭州灣后,隨著漲潮流沿杭州灣北岸自東向西輸移。杭州灣北岸地處長(zhǎng)江三角洲南緣,包括上海岸段和浙江岸段。上海岸段自匯角(蘆潮港)——金絲娘橋全長(zhǎng)約70km,該岸段面臨開(kāi)闊的杭州灣,在強(qiáng)勁的潮流、波浪以及豐富的泥沙供給等條件影響下,發(fā)育了寬闊的粉砂淤泥質(zhì)潮灘。近年來(lái)上海經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略南移,在杭州灣北岸陸續(xù)建造了一系列大型工業(yè)區(qū),圍海造陸使得該岸段的高潮灘正在逐漸地減少;此外,長(zhǎng)江來(lái)沙條件的變化以及南匯嘴各期圈圍工程的實(shí)施,也使得長(zhǎng)江口進(jìn)入杭州灣北岸的泥沙因受到攔截而減少。從而導(dǎo)致該區(qū)域潮灘發(fā)育過(guò)程發(fā)生了相應(yīng)變化,沉積特征也隨之改變。2粒度參數(shù)分析及計(jì)算在上海市杭州灣北岸(南匯、奉賢和金山區(qū)岸段)近岸水域采用蚌式采樣器進(jìn)行表層沉積物采集,其中2005年7月(洪季)采集58個(gè)、2006年12月(枯季)采集109個(gè)表層沉積物樣品(圖1),布點(diǎn)范圍基本覆蓋了杭州灣北岸的整個(gè)上海段近岸海床。所采樣品經(jīng)由實(shí)驗(yàn)室處理之后,利用美國(guó)Coulter公司生產(chǎn)的LS100激光粒度分析儀進(jìn)行粒度分析,然后根據(jù)國(guó)家海洋調(diào)查技術(shù)規(guī)范計(jì)算出平均粒徑(Mz)、分選系數(shù)(σ)、偏度(Sk)等粒度參數(shù),并劃分粒級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和進(jìn)行沉積物命名。海岸動(dòng)力環(huán)境中,沿岸潮流和近岸波浪是引起近岸泥沙輸移的重要因素,為進(jìn)一步理解沉積物在動(dòng)力條件下的分布變化及兩者間的相互響應(yīng)機(jī)制,同時(shí)分析了該區(qū)域D1、D2、D3、D4(枯季)和W1、W2、W3(洪季)共7個(gè)站點(diǎn)的實(shí)測(cè)潮流資料,以及灘滸島水文站的波浪資料,其中潮流資料分別利用如下公式計(jì)算得到優(yōu)勢(shì)流A、余流U:A=QeQf+Qe×100%(1)U=1Τ0∫Τ00u(t)dt(2)其中:Qe為落潮流量,Qf為漲潮流量,A>50%為落潮優(yōu)勢(shì)流,A<50%為漲潮優(yōu)勢(shì)流;T0為潮周期,u(t)為t時(shí)刻流速。同時(shí)本文還對(duì)灘滸島水文站(圖1)所測(cè)波浪資料的主要波向、波高進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。3結(jié)果與分析3.1近底層余流和波浪杭州灣北岸水域?qū)儆诜钦?guī)淺海半日潮,至灣口向內(nèi)潮差逐漸增大,蘆潮港平均潮差3.18m,金山嘴為3.90m。近岸水域潮流橢圓長(zhǎng)軸基本與岸邊等深線平行,一般呈東—西向往復(fù)流。由實(shí)測(cè)水沙資料可知(表1):該區(qū)域枯季的漲、落潮歷時(shí)相當(dāng),洪季的漲潮歷時(shí)長(zhǎng)于落潮歷時(shí)1h左右;除W3之外,洪、枯季均以漲潮流占優(yōu)勢(shì),由于該區(qū)域內(nèi)的泥沙主要來(lái)自于由漲潮流挾帶而入的海域來(lái)沙,因此懸沙濃度總體上東高西低,并且受海洋水文要素制約,存在明顯季節(jié)性差異,枯季懸沙濃度略大于洪季濃度。近底層余流是影響海岸沉積物輸運(yùn)的重要因素,由表1可以看出:研究區(qū)域內(nèi)實(shí)測(cè)近底層余流流速大小不一,最大達(dá)0.19m·s-1、最小只有0.05m·s-1,但受地形因素限制,方向大致均為NE—SW向。此外,洪季的近底層漲、落潮平均流速均大于枯季,并且漲潮流速之間的差異更為顯著。除潮流之外近岸波浪也是引起岸灘變化的主控因子之一。杭州灣內(nèi)波浪主要以風(fēng)浪為主,占97%以上,涌浪僅占3%左右。該區(qū)域地處季風(fēng)氣候區(qū),故風(fēng)浪浪向季節(jié)變化十分明顯,對(duì)岸灘沉積物的作用也不同。波高(H1/10)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示(表2)區(qū)域內(nèi),冬半年以離岸浪為主,平均波高為0.4m,周期2.0s,最大波高為2.2m,常浪向?yàn)镹W—N;夏半年為向岸浪,平均波高為0.5m,周期2.1s,最大波高4.0m,常浪向?yàn)镾E—S。另外,臺(tái)風(fēng)造成的增水和暴風(fēng)浪也是該區(qū)域的重要環(huán)境影響因素。3.2潮灘表層沉積物的橫向組特征杭州灣北岸上海轄區(qū)自東向西分別由南匯、奉賢及金山三大岸段構(gòu)成。歷史觀測(cè)資料(1958、1975和1981年)顯示,蘆潮港—中港岸段潮灘多年來(lái)一直處于侵蝕期,而中港—漕涇、漕涇以西則分別為堆積和穩(wěn)定岸段。20世紀(jì)90年代以來(lái),南匯嘴人工半島、南匯東灘促淤等一系列圈圍工程使得南匯東灘岸線大規(guī)模外推,造成進(jìn)入杭州灣北岸的供沙量顯著下降。同時(shí),在人工半島屏障作用的影響下,南匯南灘潮流頂沖點(diǎn)逐漸西移至南奉界(南匯—奉賢)中港附近(圖2),致使人工半島以西蘆潮港—中港岸段低灘出現(xiàn)逐漸淤高態(tài)勢(shì),但在供沙量有所減少的背景下,該區(qū)域淤積強(qiáng)度不大,多屬輕淤。奉賢岸段屬弧形岸段,目前受人工半島工程影響,奉賢岸灘正進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整,并逐步轉(zhuǎn)為弱侵蝕期。金山岸段位于杭州灣北岸上海轄區(qū)的最西端,金山嘴以西上海石化岸段的變化態(tài)勢(shì)主要受制于岸外金山深槽,雖然大、小金山島間峽道效應(yīng)作用下深槽底床長(zhǎng)期處于沖刷狀態(tài),然而由于長(zhǎng)期以來(lái)深槽位置擺動(dòng)較小,深槽北邊坡近岸灘涂一直保持穩(wěn)定狀態(tài);岬角以東漕涇工業(yè)區(qū)岸段則主要受漲潮輸沙制約,加之人工岬角可以攔截奉賢岸灘侵蝕后向西輸移的部分泥沙,因而總體上金山岸段仍屬于穩(wěn)定型海岸。上述各岸段沖淤態(tài)勢(shì)以及水動(dòng)力作用時(shí)空的不同,導(dǎo)致底床表層沉積物的粒徑組成結(jié)構(gòu)在時(shí)空分布上存有明顯差異。由圖3所示可知,杭州灣北岸的表層沉積物普遍較細(xì),且洪、枯季均以粘土質(zhì)粉砂(YT)為主要類型,其分布范圍遍及整個(gè)研究區(qū)域,少量細(xì)砂(FS)、粉砂(T)、粉砂質(zhì)砂(TS)及砂質(zhì)粉砂(ST)等類型沉積物呈斑塊狀分布于南匯、奉賢以及金山岸段的近岸水域。分別受潮流頂托和峽道水流的長(zhǎng)期沖蝕作用,蘆潮港西部和大、小金山漲潮沖刷槽成為砂質(zhì)沉積物的主要分布區(qū)域。由于枯季近岸水域離岸波浪作用明顯,漲潮流速亦有所減小,更多近岸淺水區(qū)域內(nèi)的細(xì)顆粒物質(zhì)被帶走,造成沉積物顆粒發(fā)生明顯粗化,與其它測(cè)站相比D3站的水體中的細(xì)顆粒泥沙含量最小,因而D3附近金奉界(金山—奉賢)的柘林近岸水域沉積物粗化最為明顯(圖3)。杭州灣北岸潮灘表層沉積物自岸向海亦存有明顯的橫向分異特征:(1)洪季,斷面Ⅰ中表層細(xì)砂主要集中在大、小金山深槽附近,且沉積物中的粘土含量向外圍隨水深的減小而逐漸增大;斷面Ⅱ細(xì)砂則主要分布在近岸,且向海方向砂的含量逐漸變小,粘土含量逐漸增加;(2)枯季,潮流作用較洪季有所減弱,斷面Ⅰ所在區(qū)域沉積物中的細(xì)顆粒組分明顯增多,顆粒組成以粘土質(zhì)粉砂為主,并且砂質(zhì)范圍也向左下方向擴(kuò)移,與W3水文測(cè)點(diǎn)的近底層余流方向一致;斷面Ⅱ的砂質(zhì)范圍有所減小,粉砂范圍明顯增加,表明在較強(qiáng)離岸流的驅(qū)動(dòng)下區(qū)域內(nèi)部發(fā)生了大范圍的底沙交換;此外,位于柘林附近的斷面Ⅲ,其近岸淺水區(qū)沉積物被漲潮流掀動(dòng)之后隨落潮流及冬季離岸浪的作用向岸外輸移從而導(dǎo)致底質(zhì)發(fā)生明顯粗化,同時(shí)由于斷面Ⅲ大致位于金山-10m等深線外圍,水深較大,近岸泥沙被搬運(yùn)到深水區(qū)后發(fā)生停積,因而在由岸向海方向上呈現(xiàn)出“粗—細(xì)—粗”的變化趨勢(shì)。3.3沉積相環(huán)境動(dòng)力環(huán)境的特征沉積物的粒度參數(shù)是反映水動(dòng)力和沉積環(huán)境變遷的重要指標(biāo)。其中,衡量沉積物顆粒大小的中值粒徑(D50)在一定程度上可以指示動(dòng)力環(huán)境的平均強(qiáng)度,隨環(huán)境動(dòng)力條件的強(qiáng)、弱不同而發(fā)生粗、細(xì)變化;分選系數(shù)(σ)即標(biāo)準(zhǔn)偏差,表征沉積物粒度分布均勻程度,顯示沉積動(dòng)力環(huán)境對(duì)沉積物的篩選能力,該值越小說(shuō)明沉積物分選越好、越均勻;偏度(Sk)則用來(lái)衡量沉積物粒徑分布曲線的對(duì)稱程度,若沉積物偏粗即為正偏,反之亦然。簡(jiǎn)言之,通過(guò)分析沉積物的顆粒組成及其粒度參數(shù)(圖4)可以對(duì)研究區(qū)域內(nèi)底質(zhì)沉積過(guò)程中的動(dòng)力影響要素進(jìn)行良好驗(yàn)證。3.3.1粒度特征的空間變化洪季研究區(qū)海床的表層沉積物中值粒徑的分布存在一定的規(guī)律性。其中,<4?等值線主要分布在南匯蘆潮港西部及金山區(qū)大、小金山島,且?值向外呈環(huán)狀遞增。這主要因?yàn)樘J潮港一帶多年來(lái)一直是受潮流頂沖最強(qiáng)烈的部位,深水逼岸,0m以上潮灘基本缺失,故底質(zhì)較粗。而大、小金山島之間存有漲潮沖刷槽,槽深流急,較強(qiáng)的潮流作用帶走了床沙中的細(xì)顆粒組分。金匯港及奉賢水域的大部分區(qū)域中值粒徑主要集中在7?左右,相對(duì)較細(xì),且等值線方向大多為NE—SW方向,與實(shí)測(cè)近底層余流方向相吻合(表1);另外,在自岸向海方向上隨著動(dòng)力條件的變化,沉積物的粒度參數(shù)也存在著明顯的不同,由于潮流和波浪的共同作用淺水區(qū)域動(dòng)力較強(qiáng),而進(jìn)入深水區(qū)后波浪的底掀沙作用逐漸減弱,因而沉積物粒徑呈現(xiàn)出離岸逐漸變細(xì)的一定趨勢(shì)(圖4A)。絕大部分區(qū)域內(nèi),中值粒徑仍處于6～7.3?之間,且>7?區(qū)域覆蓋奉賢南門港以東整個(gè)岸段。另外,分選系數(shù)的分布特征與中值粒徑關(guān)系也比較密切,由圖4C可知整個(gè)研究區(qū)域內(nèi)表層沉積物的分選系數(shù)均在2左右,分選很差,且粒徑越粗的區(qū)域其沉積物分選性越差。圖4E顯示杭州灣北岸大部分區(qū)域表層沉積物的偏態(tài)系數(shù)介于1～1.5之間,屬于“極正偏”狀態(tài),表明沉積物中相對(duì)于平均粒徑的較粗組分含量較多,這和長(zhǎng)江三角洲潮灘沉積物大多呈正偏態(tài)的粒度特征是一致的?？偠灾?南匯段和金山岸段潮灘的表層沉積物的粒度參數(shù)空間變化比較明顯;并且絕大部分區(qū)域在由陸向海方向上呈現(xiàn)出中值粒徑逐漸變細(xì)、分選性逐漸變差的特征。3.3.2砂體的布對(duì)應(yīng)在枯季杭州灣北岸表層沉積物的中值粒徑?值有所減小,>7?粒徑區(qū)域明顯缺失,大部分區(qū)域中值粒徑處于6～6.75?之間。沉積物中值粒徑與沉積物類型分布對(duì)應(yīng)很好,砂質(zhì)沉積物集中區(qū)域中值粒徑?值明顯偏小,大都位于4?等值線以內(nèi)。蘆潮港西部-5m等深線以淺近岸水域的沉積物粒徑明顯變細(xì),中值粒徑?值由洪季4?增至枯季7?、偏態(tài)系數(shù)由2降至1.4。將圖4洪、枯季沉積物的粒度參數(shù)等值線進(jìn)行對(duì)比分析還可發(fā)現(xiàn),大、小金山附近的粗顆粒泥沙集中區(qū)位置在枯季發(fā)生明顯左偏移,且范圍有所擴(kuò)大,并且沉積物粒徑的分選系數(shù)也有所增大、粒徑分布曲線愈加不對(duì)稱,呈現(xiàn)出區(qū)域內(nèi)動(dòng)力條件季節(jié)性調(diào)整后的地貌響應(yīng)特征。3.3.3進(jìn)入北部灣的泥沙:年周期變化特征在欠缺我國(guó)曾于20世紀(jì)80年代進(jìn)行了第一次全國(guó)海岸帶和海涂資源綜合調(diào)查,該項(xiàng)目所得成果說(shuō)明杭州灣北岸上海轄區(qū)的潮灘沉積物存在較為明顯的年周期變化,表3資料顯示,洪季潮灘沉積物粒徑普遍粗于枯季,尤其高潮灘以下區(qū)域粗化非常明顯,低灘沉積物中的砂質(zhì)含量增加將近25%。然而,長(zhǎng)江入海水沙在近幾年持續(xù)降低,特別是2006年長(zhǎng)江流域發(fā)生百年不遇的特枯水情,大通各月徑流量和輸沙量均較多年平均值(1985～2000)發(fā)生顯著下降,尤其是7～11月輸沙量減少幅度均超過(guò)80%。長(zhǎng)江河口來(lái)沙是杭州灣北岸區(qū)域的重要沙源,可能受減少的長(zhǎng)江來(lái)水來(lái)沙情況影響,進(jìn)入杭州灣的泥沙亦存在量和質(zhì)上的差異,懸沙量在減少,同時(shí)進(jìn)入杭州灣的懸沙更趨于變細(xì),致使杭州灣北岸的表層沉積物粒度在年周期變化特征上發(fā)生微妙變化。就整個(gè)杭州灣北岸而言,枯季進(jìn)入杭州灣的懸沙量在減少,但潮流及波浪等動(dòng)力作用基本不變,致使本次枯季采集的沉積物在較大范圍內(nèi)存在粗化現(xiàn)象,尤其是粒徑>7?的極細(xì)粉砂在枯季明顯缺失。此外,洪枯兩季的分選系數(shù)、偏態(tài)系數(shù)的各自差值也較小,表明由于進(jìn)入杭州灣的懸沙在季節(jié)上的差異減少,導(dǎo)致沉積物的年周期變化差異亦在減小。當(dāng)然,這仍有待于基于其它更為可靠的途徑加以深入論證。4討論4.1近岸地區(qū)沉積物輸移特征McLaren和Bowles在研究泥沙輸移對(duì)粒度分布的影響時(shí)指出通過(guò)平均粒徑(Mz),分選系數(shù)(σ)和偏度(Sk)三個(gè)參數(shù)可以分析沉積物的搬運(yùn)方向,而且沉積物粒度參數(shù)的分布不受具體的搬運(yùn)過(guò)程和沉積環(huán)境的影響。Gao和Collins在此基礎(chǔ)上提出了二維粒徑趨勢(shì)分析模型(GSTA模型)。將杭州灣北岸沉積物的粒度參數(shù)帶入GSTA模型后即可得到該區(qū)域各采樣點(diǎn)表層沉積物的輸移矢量及方向,剔除邊界矢量后將其繪制成如圖5所示的粒徑運(yùn)移趨勢(shì)圖。圖示信息說(shuō)明杭州灣北岸表層沉積物主要有如下輸移趨勢(shì):由于潮致余流及波生離岸流的作用近岸地區(qū)沉積物主要做離岸輸移(圖5A、5B);由于研究區(qū)域從灣內(nèi)至灣口是逐漸放寬的,擴(kuò)散水流的作用下岸外大部區(qū)域內(nèi)沉積物向東北方向輸移,且總體上呈向岸運(yùn)移的趨勢(shì)。沿岸方向,灣口處的表層沉積物有向?yàn)硟?nèi)輸移的趨勢(shì),而灣內(nèi)金山深槽表層沉積物有向口外輸移趨勢(shì)。另外,由于灣口上游錢塘江河口下泄徑流量的季節(jié)性變化較大,據(jù)統(tǒng)計(jì),多年平均情況下10月至翌年1月水量?jī)H為全年的15.6%,因此柘林以西岸段的潮灘沉積物在枯季呈現(xiàn)出向?yàn)硟?nèi)輸移的明顯趨勢(shì)(圖5B)。沉積物的粒徑輸移趨勢(shì)在一定程度上也指明了杭州灣北岸區(qū)域內(nèi)沉積物的主要供應(yīng)途徑:第一部分來(lái)自上游岸段輸沙,由圖5箭頭所指示方向可以看出該部分沙源在枯季對(duì)本區(qū)域泥沙補(bǔ)給的作用較洪季更不明顯。第二部分為隨漲潮流進(jìn)入杭州灣的的口外海域來(lái)沙。該部分又主要由兩部分組成:首先為長(zhǎng)江河口的下泄徑流挾帶的懸浮泥沙,該部分泥沙粒徑普遍較細(xì),研究區(qū)域內(nèi)表層沉積物的中值粒徑?值呈現(xiàn)東高西低的趨勢(shì)恰好在某種程度上說(shuō)明了這一點(diǎn),由于長(zhǎng)江河口下泄徑流挾帶的懸沙通量相當(dāng)可觀,很大一部分泥沙會(huì)隨著漲潮流而進(jìn)入,通過(guò)重礦物組分進(jìn)行比對(duì)分析可以證明該部分泥沙是杭州灣北岸區(qū)域的主要沙源;其次,長(zhǎng)江口外水下三角洲的堆積床沙被掀動(dòng)后也會(huì)隨潮流進(jìn)入灣內(nèi),從沉積物粒度的偏態(tài)系數(shù)分布圖上可以看出,枯季沙樣中的偏粗組分所占比例較洪季有所增大。當(dāng)然,高、低灘等局部區(qū)域之間的泥沙交換也是研究區(qū)域內(nèi)泥沙達(dá)到協(xié)調(diào)平衡的重要途徑之一。然而,20世紀(jì)90年代以來(lái),由于受蘆潮港人工半島和東、西臨港促淤等工程影響,長(zhǎng)江口西進(jìn)杭州灣的泥沙有所減少,研究區(qū)域內(nèi)的潮流動(dòng)力條件也發(fā)生局部調(diào)整,導(dǎo)致岸灘沖淤變化呈現(xiàn)南匯淤漲、奉賢沖刷、金山相對(duì)穩(wěn)定的總體格局。因此,如何合理開(kāi)發(fā)布局、有效利用杭州灣北岸地區(qū)豐富的海岸帶資源,是今后實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中需要注意的核心問(wèn)題。4.2潮流推動(dòng)作用空間分布關(guān)于沉積物對(duì)環(huán)境水動(dòng)力作用的響應(yīng)過(guò)程,國(guó)內(nèi)一些學(xué)者已做過(guò)相應(yīng)研究。李向陽(yáng)等在探討黃河三角洲孤東海域沉積物及環(huán)境水動(dòng)力時(shí)發(fā)現(xiàn),岸邊丁壩的修建使得近岸流場(chǎng)發(fā)生了很大變化,并且區(qū)域內(nèi)潮流流速普遍較小(實(shí)測(cè)最大流速0.31m·s-1,潮流作用不足以造成底床泥沙顆粒的起動(dòng)。與上述地區(qū)情況不同,杭州灣屬漏斗狀海灣,其北岸地區(qū)潮差及潮流速度大小均比較顯著,另外區(qū)域內(nèi)底床沉積物以粘土質(zhì)粉砂為主,粒徑相對(duì)較細(xì),因此強(qiáng)勁的潮流作用是引起該區(qū)域表層沉積物輸移的重要原因。本文根據(jù)適用于粘性細(xì)顆粒泥沙的竇國(guó)仁起動(dòng)流速公式計(jì)算各采樣點(diǎn)表層沉積物的起動(dòng)流速:UC=0.74lg(11hΔ)[ρs-ρρgd+0.19(ghδ+εkd)]12(3)式中,δ=0.213×10-4cm,εk=2.56cm3/s2,h為水柱高度表示的大氣壓力,ρ、ρs分別為水和泥沙的容重,Δ=0.5mm;對(duì)實(shí)測(cè)潮流資料進(jìn)行調(diào)和分析獲取區(qū)域內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的潮流可能最大流速。當(dāng)某點(diǎn)沉積物的起動(dòng)流速小于潮流最大流速時(shí),即認(rèn)為該點(diǎn)潮流流速大小足以使泥沙顆粒起動(dòng),存在潮流掀沙作用。圖6為計(jì)算所得研究區(qū)域內(nèi)潮流掀沙作用的空間分布情況,由圖可知:目前,南匯、奉賢兩區(qū)的潮流掀沙作用范圍主要分布在5m水深線以外的近岸水域,且蘆潮港西部、奉賢區(qū)中部由于處于灣口及凹形岸段中部,受潮流頂沖故掀沙作用更強(qiáng)、展布范圍更廣;而金山岸段由于北岸深槽的存在,水深較大,潮流掀沙作用明顯減弱,掀沙范圍僅出現(xiàn)于深槽近岸側(cè)的淺水邊坡區(qū)。此外,由于該區(qū)域表層沉積物粒徑較細(xì)、起動(dòng)流速較小,波浪的沖刷作用亦不容忽視。波浪的掀沙作用主要與波浪要素、當(dāng)?shù)厮钜约俺练e物的分布特征有關(guān)。尤其是水深變淺所引起的近岸波浪破碎變形對(duì)沉積物運(yùn)動(dòng)有著深遠(yuǎn)影響。適當(dāng)討論各波浪要素下的波浪掀沙范圍亦顯得非常必要,本文通過(guò)公式(4)來(lái)計(jì)算泥沙顆粒的起動(dòng)水深h*:h*=L4πarcsh[πg(shù)Η2Μ2L(ρs-ρρgD+βεΚD)](4)式中?Μ={0.12(LD)1/3LD<2×1055.85LD>2×105L={gΤ22πL<2dgΤ22πth2πdLL>2dH為波高,ρs為泥沙密度,ρ為水體密度,D為泥沙顆粒粒徑,β為常系數(shù)0.039,εk取值2.56cm3/s2。若取樣點(diǎn)泥沙顆粒的起動(dòng)水深大于實(shí)際水深,則認(rèn)為存在波浪掀沙作用,將比對(duì)結(jié)果繪于圖7即可出該區(qū)域波浪掀沙作用的空間分布情況。由圖7所示可知:(1)0.5m、1.0m波級(jí)常浪掀沙范圍基本位于2m水深以淺;(2)1.5m波級(jí)波浪掀沙范圍沿岸線向外延伸,外邊界較不規(guī)則,但已覆蓋整個(gè)近岸破波帶;(3)2.0m波級(jí)波浪掀沙作用覆蓋范圍明顯增大,外邊界離岸距離6km左右,且與岸線基本保持平行;(4)2.5m波級(jí)波浪掀沙作用范圍較廣