长江口床沙质与冲泻质划分的初步研究.doc

长江口床沙质与冲泻质划分的初步研究 王元叶，何青，程江，黄坚，张经 (华东师范大学 河口海岸国家重点实验室，上海200062) 摘要：作者采用拐点法、最大曲率法和从床沙质与冲泻质的造床性质区分的方法，利用2001年7月份长江口的采样资料，对长江口的床沙质和冲泻质进行了初步划分，并且对比了几种方法的划分结果，得出拐点法的临界值为1.04～1.09μm，平均值为2.41μm，标准偏差为0.76，在悬沙级配曲线中小于该粒径的百分含量为16.4%～42.6％，平均为24.8％；最大曲率法的临界粒径范围在1.65～4.34μm之间，平均值为1.25μm，标准偏差为0.19，在悬沙级配曲线中小于该粒径的百分含量为8.6%～16.8％，平均为11.4％；从床沙质与冲泻质的造床性质区分结果为1.65～2.4μm，在悬沙级配曲线中小于该粒径组的百分含量约为20.4%。 关键词：长江口；泥沙；颗粒特性；床沙质；冲泻质；临界粒径 1 前言 在理解并模拟悬沙和吸附污染物的悬沙（污染物包括重金属、营养盐、微生物和放射性核等 ）的输移方面，悬沙粒径的特征信息就显得相当重要［1］。从物理方面来看，悬沙粒径特征是悬沙沉速的基本控制因子［2］，同时也是悬沙挟运、输送及沉降方面的控制因素［3］。因此，在水域中的细颗粒泥沙会频繁地进行粒径分选作用，并且粗颗粒泥沙先在上游落淤，这样就导致了下游泥沙的细化。颗粒组成反映了泥沙来源、泥沙输运、沉积和悬沙输出之间的一种重要关系，所以它是流域中泥沙输移动力和泥沙收支平衡的重要特征［4］。河口地区由于同时受到径流和潮流两大动力因素的作用，强烈影响着水流和泥沙的运动特性，也影响着泥沙颗粒的分布及其组成特性。加之风浪以及盐水楔的作用，尤其是盐淡水的混合造成细颗粒泥沙絮凝，这些都使得河口地区的泥沙组成变得相当复杂。由于泥沙颗粒组成是研究泥沙运动的基本因子，泥沙的起动和沉降等关键指标的正确性在很大程度上依赖于代表粒径的正确选择。河口地区复杂的水动力环境使得泥沙代表粒径的研究长期以来对科学工作者一直具有挑战性。泥沙组成研究中的众多假定还有待更深入的研究工作［5］，如水流结构破碎影响、再悬浮的影响、初级生产力的影响和胶体的影响等研究。 作者试图从泥沙运动的概念出发研究河口床沙质与冲泻质的分布特征及判别标准。床沙质与冲泻质是按照泥沙的相对粗细及来源的不同而提出的。David S. Biedenharn等指出影响河道平衡比降的一个重要因素即是水流输送的泥沙。这部分泥沙（称为全沙）根据其来源的不同可以分为两部分：第一部分在河道床面上大量存在，称为床沙质；另一部分是冲泻质，它远比床沙质更细，其主要来源是流域侵蚀［6］。实际上，悬沙中较细的那部分泥沙基本上不参与造床，在床沙组成中没有或者很少，其输沙率主要取决于上游来沙量而与本河段水流条件无明显关系，它们因一泻千里而得名冲泻质［7］。区分床沙质和冲泻质的重要性不仅在于常用的输沙率计算的需要，水库淤积和分析河床演变时侧重处理对象更需要对泥沙进行划分［8］。随着人们对生存环境的日益关注，对极细过境 泥沙冲泻质的明确定义，无疑将对生态环境研究产生影响，因为泥沙，尤其是极细颗粒的泥沙往往是生化要素的重要载体。 传统的划分床沙质和冲泻质的方法较多，有拐点法、床沙和悬沙级配曲线上下叠绘法、公切线法、自动悬浮论［9］等，这些方法在河流上较常用。钟德钰［10～12］ 根据多沙河流冲泻质常与床沙质相互转化的事实及试验研究成果，指出在一定的水流条件下，当一定粒径的来流冲泻质浓度超过相应挟沙力时，冲泻质泥沙就会淤积转化为床沙质。郭庆彤［13］等进行了床沙质和冲泻质划分方法的验证比较，认为拐点法推求分界粒径主要问题是床沙代表性问题，尤其在河口地区，细颗粒泥沙易发生絮凝，淤积物颗粒分析级配不能反映絮凝后状况。总之，床沙质和冲泻质的划分标准因地而异，因时而异，在一条河流的不同河段床沙质与冲泻质的范围各有不同，就是在同一河段上床沙质及冲泻质的划分也可能因流量而异［9］。当床发生较强烈的调整，床沙组成有显著的改变时，床沙质和冲泻质也会相互转化。所以，不仅两者在水动力环境中表现的作用不同，在一定的条件下两者还会互相转化。在河口地区，特别是长江口这样的大河河口，依据天然情况下的资料应该如何区分床沙质和冲泻质，床沙质和冲泻质的划分粒径如何，这都是我们想知道的，然而这方面相关的研究尚不多见。所以，本文在前人研究基础上采用传统划分床沙质和冲泻质的方法和从冲泻质造床性质的概念出发的方法，对长江口的床沙质和冲泻质进行初步的划分，以期得出长江口床沙质和冲泻质划分的临界范围。希望通过这方面的工作达到以下几个目的：①比较划分床沙质和冲泻质的各种传统方法及它们在河口地区的适应性；②通过对床沙质和冲泻质的划分研究，得到长江口床沙质和冲泻质