摘要：在长江口区主航槽中利用悬浮物浓度测定系统(ACP 1)第一次获得了近底紊流“猝发”(burst)和床面泥沙喷发(ejection)的连续时间序列可视图像和数据，同时利用高分辨率流速仪以及旁侧声纳、热敏式双频测深仪等手段获得了大量底形沙波的实测图像和数据。这些图像和数据结果表明：长江口南支 南港之间粗粉砂至极细砂在涨落潮流的作用下，呈现静止——细颗粒泥沙起、悬扬——粗颗粒喷发运移的同时进行大尺度底形运动—细颗粒起扬、悬扬—静止的输移循环模式，即当U＜50cm/s，泥沙在底床上基本不运动；50cm/s＜U＜65cm/s，小尺度紊流猝发发生，泥沙开始小尺度起扬，并有幕式猝发现象；65cm/s＜U＜100cm/s时，小尺度紊流猝发强度和持续宽度急剧增大，床面细颗粒泥沙开始喷发导致床面开始冲淤，形成中小尺度沙波；100cm/s＜U＜110cm/s时，大尺度紊流形成，床面粗颗粒泥沙开始喷发；到了U＞110cm/s时，宏观紊流规模更大，床面粗颗粒泥沙的喷发强度和持续宽度急剧增大，导致床面形成大尺度沙波运动。由于U＞110cm/s的落潮流速远远大于涨潮流速，且落潮最大流速达137cm/s，落急(流速＞100cm/s)历时(3小时16分)长，因而发育了大量陡坡朝向下游的大尺度底形沙波，尤其是波长＞10m的大尺度沙波都是朝向落潮流方向；而涨潮最大流速仅113cm/s，涨急(流速＞100cm/s)历时仅约40分钟，因而没有发育朝向上游方向的沙波。
关键词：粗粉砂 极细砂 幕式再悬浮 猝发 喷发 底形运动 输移模式 1 引言 与波流共同作用下的砂质河口[1～3]相比，长江河口是一个悬沙浓度较高、底质分布较复杂的潮汐河口，有泥、粉砂、极细砂和浮泥、细砂等，且各河槽底床表层泥沙的平面分布存在较大差异(图1)[4]。中值粒径d50在0.125～0.03mm的粗粉砂和极细砂在长江河口区分布广，如南支下游、南港、北港，北支及滩槽交界处，水深均在10～15m左右[5]。根据现代普遍采用的美国地球物理学会(AGU)泥沙分类标准[6]和国际沉积学会(SEPM)的底形分类标准[7]，粒级为0.03～0.125mm的粗粉砂至极细砂由于其粒度太细，粘滞力较大，一般以冲泻质、平床方式运动，仅低流速时有波高0.03mm的沙纹运动，与悬浮泥沙基本无交换[8]。甚至在Komar and Reiners (1978)的图解中被归到了粘性斯托克斯域(viscous Stokes regime)[9]内，亦无大尺度底形发育。图1 长江口底质沉积物类型分布图
Distribution of bed sediment types in the Changjiang Estuary3 研究方法 调查时使用80t木质渔船，船速3节，所有观测仪器除了探测器外，其它设备均安装在船舱内。航线和测点定位采用美国Del Norte Inc.公司的1008/586 D.GPS(实时定位)。河槽床面形态的纵剖面特征由测深仪和浅地层剖面仪获得，前者为美国Inner space Inc.公司的热敏式测深仪(449M Thermal Depth Sounder Recorder)沿两条测线(剖面AA’、BB’)展开，后者为英国Geo Acoustics Limited公司的Geo Chirp Sub Bottom Profiler System沿测线2展开，这两种仪器的探测器垂直悬挂在船右舷水面以下1m处。河槽床面形态的平面分布则利用英国Ultra Electronics公司的旁侧声纳(3050L W scan Side scan Sonar)进行测量，拖鱼状探测器放置在船尾水面漂浮。 1997年12月4日至5日14小时连续定点定位测量主要有两项内容：一为底沙输移随时间的变化过程；二为底沙上部水体流速流向随时间的变化过程。底沙随时间的输移变化过程采用中国科学院东海研究站设计出品的ACP 1声学浓度剖面仪测定，探测器(发射/接收共用换能器)与加重铅鱼垂直悬挂在船右舷水面以下6m。底沙上部水体随时间的变化(流速、流向)过程则利用美国Endeco/YSI Inc公司的流速仪(174SSM Currernt Meter)进行测量，将其垂直悬挂在调查船左舷离水面以下1m处；同时进行的传统流速、流向测量仪与加重铅鱼垂直悬挂在左舷床面以上1m。水样的采集点为0.6H，0.8H，1.0H(H为水体深度)，采集时间间隔为30min,其将作为悬浮物的浓度和粒度分析之用，前者采用0.45μm定性滤纸过滤法，后者采用TAⅡ Coulter计数器分析。底质粒度分析采用标准筛析法。4 结果4.1 底沙粒径组成 根据粒度分析结果，本次调查区域的底沙在枯季为粉砂至细砂，以粗粉砂至极细砂为主(图3)，Mz=0.125mm～0.031mm，部分采样点则以细砂为主，Mz=0.083mm，且粗粉砂至极细砂中仍含有20～30%的细砂。因此长江口南支 南港沉积物粒度组成有较宽的粒度分布区间。表1 长江口南支-南港底沙沉积物粒度参数Grain size parameters of bed sediment in South Branch and South Channel in the Changjiang Estuary5 长江口粗粉砂至极细砂输移模式讨论 通过上述对长江河口南支下游——南港上游主槽及其附近的粗粉砂和极细砂质底床床面形态以及其上部水体运动进行三维立体观测时所获得大量可靠底沙再悬浮和大尺度底形沙波数据和图像资料研究结果，可以提出这样一个关于长江口粉砂和极细砂的输移模式(图8)，即在涨落潮流的作用下，呈现静止——细颗粒泥沙起、悬扬——粗颗粒喷发运移的。同时进行大尺度底形运动—细颗粒起扬、悬扬—静止的输移循环模式，即当U＜50cm/s，泥沙在底床上基本不运动；50cm/s＜U＜65cm/s，微观紊流猝发(microturbulent burst)发生，泥沙开始小尺度起扬，并有幕式猝发现象；65cm/s＜U＜100cm／s时，小尺度紊流猝发强度和持续宽度急剧增大，床面细颗粒泥沙开始喷发(ejection)导致床面开始冲淤，形成中小尺度沙波；100cm/s＜U＜110cm/s时，大尺度紊流形成，床面粗颗粒泥沙开始喷发(ejection or kolks)；到了U＞110cm/s时，大尺度紊流规模更大，床面粗颗粒泥沙的喷发强度和持续宽度急剧增大，导致床面形成大尺度沙波运动。图8 长江口粗粉砂和极细砂输移概化模式
Conceptual model of coarse silt and very fine sand transport in the Changjiang Estuary