朱文武,李九發(fā),姚弘毅,張曉鶴

（1 .華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海200062；2 .上海海事大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院,上海201306）

?

長(zhǎng)江河口北槽河道懸沙絮團(tuán)特性及其影響因素研究

朱文武1,2,李九發(fā)1 *,姚弘毅1,張曉鶴1

（1 .華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海200062；2 .上海海事大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院,上海201306）

摘要:利用多種先進(jìn)室內(nèi)外測(cè)量?jī)x器進(jìn)行河口現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和室內(nèi)電鏡掃描獲得相關(guān)資料,對(duì)長(zhǎng)江河口北槽河道細(xì)顆粒泥沙絮凝的水沙環(huán)境、絮團(tuán)的微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)、絮團(tuán)的粒徑組成及其主要影響因素進(jìn)行了綜合分析和討論。結(jié)果表明,北槽河道具有非常適宜細(xì)顆粒泥沙絮凝的潮流、鹽度、含沙量和懸沙顆粒粒徑等基本環(huán)境條件。北槽河道懸沙絮團(tuán)形態(tài)多樣,主要包括松散狀絮團(tuán)、蜂窩狀絮團(tuán)和密實(shí)狀絮團(tuán)。絮團(tuán)主要由細(xì)粉砂和黏土類細(xì)顆粒泥沙組成,表面多粗糙不平,結(jié)構(gòu)或密或疏。絮團(tuán)粒徑變化與潮周期動(dòng)力過(guò)程密切相關(guān),具有周期性變化特征。漲、落憩時(shí)絮團(tuán)粒徑較大,漲、落急時(shí)絮團(tuán)粒徑較小。絮團(tuán)粒徑漲憩大于落憩,小潮大于大潮。垂向上,絮團(tuán)粒徑由表層至底層逐漸增大。周期性潮流流速對(duì)北槽河道懸沙絮團(tuán)粒徑變化起到了控制作用。北槽細(xì)顆粒泥沙絮凝作用,是導(dǎo)致疏浚航道發(fā)生回淤的主要原因之一。

關(guān)鍵詞:長(zhǎng)江河口；北槽；潮流；懸沙；絮凝；絮團(tuán)粒徑

1 引言

沖積平原河口水體中的懸浮泥沙主要由粒徑小于63μm的細(xì)顆粒泥沙組成。在河口鹽淡水混合的作用下,細(xì)顆粒泥沙會(huì)發(fā)生絮凝,形成絮團(tuán),加速沉降［1］,對(duì)河口泥沙輸運(yùn)產(chǎn)生重要影響［2］,也是造成河口航道回淤的重要原因之一。長(zhǎng)江挾帶大量泥沙進(jìn)入河口,其中粒徑小于32μm的細(xì)顆粒泥沙占90 %以上,主要包括細(xì)粉砂和黏土類,中值粒徑約為8.6 μm［3］。有研究表明,長(zhǎng)江河口細(xì)顆粒泥沙極容易發(fā)生絮凝并形成浮泥,對(duì)河口最大渾濁帶的形成、攔門沙地形的發(fā)育以及港口、航道等工程的建設(shè)具有重要影響［3］。因此,自20世紀(jì)90年代以來(lái),許多學(xué)者對(duì)長(zhǎng)江河口細(xì)顆粒泥沙絮凝開展了大量研究工作,主要包括細(xì)顆粒泥沙的絮凝機(jī)理、細(xì)顆粒泥沙絮凝的影響因素、細(xì)顆粒泥沙絮團(tuán)的沉降速度等［4—15］。眾所周知,長(zhǎng)江河口北槽深水航道位于河口最大渾濁帶區(qū)域,細(xì)顆粒泥沙往往會(huì)發(fā)生絮凝沉降形成浮泥,造成航槽淤積進(jìn)而影響通航能力并增加疏浚成本［16—21］。目前,對(duì)于北槽12.5 m深水航道開通后細(xì)顆粒泥沙絮凝的研究相對(duì)較少,且由于受現(xiàn)場(chǎng)取樣和測(cè)量?jī)x器的限制,對(duì)于長(zhǎng)江河口天然絮團(tuán)的微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)和粒徑等特性的研究比較缺乏。

鑒于此,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)水文觀測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)絮團(tuán)取樣以及室內(nèi)電鏡掃描等新手段獲得一批新數(shù)據(jù),對(duì)長(zhǎng)江河口北槽河道細(xì)顆粒泥沙絮凝的水沙環(huán)境、絮團(tuán)的微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)、絮團(tuán)的粒徑大小及其主要影響因素進(jìn)行綜合分析和討論,以期為北槽航道合理維護(hù)和科學(xué)管理提供參考依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)資料和研究方法

于2012年4月15～23日分別在長(zhǎng)江河口北槽中游A和B兩測(cè)站同步進(jìn)行了小、中、大潮連續(xù)8 d的水文觀測(cè)和取樣,測(cè)站布置在目前航道回淤量最大的區(qū)域（圖1）。潮流速和流向由A D CP測(cè)量。同時(shí)利用SE Q U OIA激光粒度分析儀（Lisst-100）現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)測(cè)量絮團(tuán)粒徑的垂向分布和變化。采用相對(duì)水深六點(diǎn)法（0.0 H,0.2 H,0.4 H,0.6 H,0.8 H,1.0 H）在每小時(shí)整點(diǎn)時(shí)刻取水樣,在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量鹽度、含沙量和分散泥沙顆粒粒徑。測(cè)量分散泥沙顆粒粒徑時(shí),首先在懸沙樣品中加入過(guò)氧化氫溶液氧化去除有機(jī)質(zhì),再加入六偏磷酸鈉溶液并利用超聲波振動(dòng)進(jìn)行分散,最后用馬爾文激光粒度儀（M astersizer 2000）測(cè)量分散泥沙顆粒粒徑。

現(xiàn)場(chǎng)絮團(tuán)樣品的采集和處理過(guò)程要求極高,需盡量避免絮團(tuán)受到破壞?，F(xiàn)場(chǎng)采集水樣后,先用滴管吸取含有泥沙絮團(tuán)的水樣小心地滴于載玻片上,再將載玻片固定于培養(yǎng)皿中密封保存。在實(shí)驗(yàn)室對(duì)樣品進(jìn)行噴金鍍膜,最后用掃描電子顯微鏡（JS M-5610）掃描觀測(cè)絮團(tuán)的微觀形態(tài)和結(jié)構(gòu),并進(jìn)行拍照。

圖1 研究區(qū)域和測(cè)站位置圖Eig .1 Study area and station locations

3 研究區(qū)域流、沙、鹽基本特性

河口細(xì)顆粒泥沙發(fā)生絮凝以及絮團(tuán)粒徑變化與潮流、鹽度、含沙量、泥沙顆粒粒徑等基本物理特性及其變化過(guò)程密切相關(guān)。

3 .1 潮流

近期北槽實(shí)測(cè)潮流流速隨著漲落潮發(fā)生周期性變化,具有大潮流速大、小潮流速小、漲落急流速大、漲落憩流速小的潮流特性。小潮潮周期平均流速約為0.60 m/s,其中漲潮平均流速為0.41 m/s,落潮平均流速為0.75 m/s（圖2）。小潮漲落憩前后及漲潮期間流速較小,一般在0.65 m/s以下。相比較而言,大潮流速較大,潮周期平均流速約為0.99 m/s,接近小潮時(shí)的2倍,其中漲潮平均流速為0.86 m/s,落潮平均流速為1.06 m/s（圖2）,但是大潮憩流前后流速仍然較小。潮流流速變化是細(xì)顆粒泥沙絮凝及絮團(tuán)粒徑變化的主要影響因素之一［21］。

同時(shí),由潮流引起的河口縱向環(huán)流有利于細(xì)顆粒泥沙絮凝和聚集。圖3所示為觀測(cè)期間北槽小潮縱向環(huán)流圖?？芍?以B測(cè)站為界,上游河道優(yōu)勢(shì)流向海,下游河道下層優(yōu)勢(shì)流向陸,而中上層優(yōu)勢(shì)流向海,在懸沙絮團(tuán)觀測(cè)區(qū)域存在一個(gè)明顯的縱向環(huán)流區(qū),有利于鹽度鋒面的形成和泥沙的聚集,因此可為細(xì)顆粒泥沙絮凝和絮團(tuán)的持續(xù)存在創(chuàng)造極好的水動(dòng)力環(huán)境。

3 .2 鹽度

近期北槽河道鹽度分布及變化,總體上呈現(xiàn)漲潮時(shí)鹽水入侵,水體鹽度逐漸升高,落潮時(shí)水體鹽度逐漸降低的變化規(guī)律。小潮潮周期平均鹽度為4. 18。小潮漲潮時(shí)鹽度逐漸升高（圖4）,至漲憩時(shí)（9 h）達(dá)到最大值,此時(shí)垂向平均鹽度為7.47,近底層鹽度高達(dá)12.31,表層鹽度僅為2.80。落潮期間,鹽度逐漸降低。大潮潮周期平均鹽度為2.95。大潮落憩時(shí)（2 h）平均鹽度為1.10,同樣在漲憩時(shí)（7 h）鹽度達(dá)到最大值,平均為6.70,近底層鹽度為10.20,表層鹽度為3.08（圖4）?？梢?北槽河道鹽度大小符合細(xì)顆粒泥沙絮凝的基本鹽度范圍［6］,同時(shí)鹽度隨漲落潮發(fā)生周期性變化,是影響細(xì)顆粒泥沙絮凝的基本因素之一。

圖2 A測(cè)站垂向平均流速的潮周期變化圖Eig .2 Tidal variations of the vertically averaged velocity at Station A

圖3 北槽2012年4月小潮縱向環(huán)流示意圖Eig .3 Vertical circulation in the North Passage during neap tide in April of 2012

圖4 A測(cè)站垂向鹽度的潮周期變化圖Eig .4 Tidal variations of the vertical salinity at Station A

3 .3 含沙量

水體中的細(xì)顆粒泥沙是發(fā)生絮凝的基本物質(zhì)條件?？傮w上,近期北槽含沙量的潮周期變化特征和流速基本一致,大潮含沙量高、小潮含沙量低、漲落急含沙量高、漲落憩含沙量低。小潮潮周期平均含沙量為0.20 kg/m3,其中漲潮平均含沙量為0.24 kg/m3,落潮平均含沙量為0.18 kg/m3,垂向上含沙量由表層至底層逐漸增高（圖5）。大潮流速相對(duì)較大,含沙量遠(yuǎn)高于小潮,潮周期平均為0.83 kg/m3,其中漲、落潮平均含沙量分別為0.96 kg/m3和0.76 kg/m3。垂向上表、底層含沙量相差很大,落憩時(shí)表、底層含沙量分別為0.29 kg/m3和1.12 kg/m3,漲急時(shí)表、底層含沙量分別為0.18 kg/m3和2.73 kg/m3（圖5）。可知,總體上北槽水體具有較高的含沙量,可為細(xì)顆粒泥沙絮凝提供物質(zhì)基礎(chǔ)［8,14］。

圖5 A測(cè)站垂向含沙量的潮周期變化圖Eig .5 Tidal variations of the vertical suspended sediment concentration at Station A

3 .4 懸沙顆粒粒徑

懸沙顆粒越細(xì),其比表面積越大,懸沙顆粒之間的吸力越大,就越容易發(fā)生絮凝。由表1可知,長(zhǎng)江河口北槽近期懸沙顆粒中值粒徑在5.8～10.6μm之間,平均中值粒徑約為7.8μm。大潮時(shí)流速較大,較粗顆粒泥沙容易被再懸浮,因此大潮懸沙中值粒徑必然大于小潮。A、B兩站懸沙顆粒粒徑相比差異較小,表明北槽中游河道懸沙粒徑組成的空間分布較一致。總體而言,北槽懸沙顆粒很細(xì),為細(xì)粉砂和黏土類泥沙,屬于非常適宜絮凝的粒徑組成［8］。

表1 A、B測(cè)站懸沙顆粒粒徑Tab .1 Particle size of suspended sediment at Station A and B

4 懸沙絮團(tuán)形態(tài)結(jié)構(gòu)和粒徑組成

4 .1 懸沙絮團(tuán)形態(tài)結(jié)構(gòu)

長(zhǎng)江河口北槽河道位于陸海動(dòng)力相互作用區(qū)域,在周期性潮流、鹽度和含沙量等主要物理因素相互作用下,實(shí)測(cè)細(xì)顆粒泥沙絮團(tuán)形態(tài)結(jié)構(gòu)存在多樣性,主要?dú)w納為松散狀絮團(tuán)、蜂窩狀絮團(tuán)和密實(shí)狀絮團(tuán)等。圖6所示為松散狀絮團(tuán),該類絮團(tuán)主要由粗細(xì)不均的懸沙顆粒絮凝而成,多為細(xì)粉砂類泥沙,少量較粗的中粉砂類顆粒。絮團(tuán)的外表極為粗糙,形狀極不規(guī)則,結(jié)構(gòu)比較松散。圖7所示為蜂窩狀絮團(tuán),該類絮團(tuán)的懸沙顆粒組成均較細(xì),主要包括極細(xì)粉砂和黏土類泥沙。絮團(tuán)的輪廓比較明顯,形狀略不規(guī)則,結(jié)構(gòu)比較緊密,但存在很多孔隙。圖8所示為密實(shí)狀絮團(tuán),該類絮團(tuán)主要由黏性極細(xì)顆粒泥沙與有機(jī)質(zhì)組成。絮團(tuán)輪廓明顯,而且呈準(zhǔn)圓形狀,幾乎無(wú)孔隙,密實(shí)性好。

由此可知,利用高倍數(shù)高精度掃描電鏡所獲得的大量原始泥沙絮團(tuán)圖片資料,反映出長(zhǎng)江河口北槽在復(fù)雜的水沙環(huán)境下呈現(xiàn)多樣性絮團(tuán)的必然結(jié)果。

4 .2 懸沙絮團(tuán)粒徑組成

同時(shí),利用Lisst-100激光粒度分析儀現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)測(cè)量懸沙絮團(tuán)粒徑。由表2可知,長(zhǎng)江河口北槽實(shí)測(cè)懸沙絮團(tuán)較大,平均絮團(tuán)粒徑為59.4μm,約為分散懸沙顆粒粒徑的6倍,其中漲、落憩平均絮團(tuán)粒徑分別為105.6μm和83.9μm,漲、落急平均絮團(tuán)粒徑分別為29.5μm和18.7μm；實(shí)測(cè)懸沙絮團(tuán)最大粒徑為181.6μm,最小粒徑為12.9μm,兩者相差14倍之多。小潮平均絮團(tuán)粒徑為74.7μm,大潮平均絮團(tuán)粒徑為44.3μm。垂向上,憩流時(shí)實(shí)測(cè)表層絮團(tuán)粒徑為32.4～90.6μm,底層為92.1～154.2μm,平均粒徑由表層至底層逐漸增大（圖9）?？芍?在不同的潮流、鹽度和含沙量等條件下,長(zhǎng)江河口北槽水體存在大小不同的懸沙絮團(tuán)。

圖6 松散狀絮團(tuán)Eig .6 Loose floccules

圖7 蜂窩狀絮團(tuán)Eig .7 Porous floccules

圖8 密實(shí)狀絮團(tuán)Eig .8 Dense floccules

表2 A測(cè)站絮團(tuán)粒徑和懸沙顆粒粒徑統(tǒng)計(jì)表Tab .2 Floccule size and particle size of suspended sediment at Station A

圖9 A測(cè)站絮團(tuán)粒徑垂向分布圖Eig .9 Vertical distributions of floccule size at Station A

5 懸沙絮團(tuán)的變化及其影響因素分析

長(zhǎng)江河口北槽河道懸沙絮團(tuán)的形成及變化受多種因素影響［21］,其絮凝過(guò)程極其復(fù)雜而又屬于河口最基本的自然現(xiàn)象。由于河口潮流、鹽度、含沙量和懸沙顆粒組成等影響因素存在潮周期變化,必然導(dǎo)致懸沙絮團(tuán)粒徑和形態(tài)發(fā)生變化。

5 .1 懸沙絮團(tuán)的漲落潮變化

圖10所示為絮團(tuán)粒徑和平均流速潮周期變化圖。由圖可知,不論大、小潮,絮團(tuán)粒徑存在明顯的周期性變化規(guī)律,一個(gè)潮周期內(nèi)出現(xiàn)兩次峰值和兩次谷值,漲、落憩時(shí)絮團(tuán)粒徑較大,而漲、落急時(shí)絮團(tuán)粒徑較小。小潮漲、落憩時(shí)刻絮團(tuán)粒徑分別為120.2μm和88.3 μm,漲憩時(shí)刻絮團(tuán)粒徑大于落憩；漲、落急時(shí)刻絮團(tuán)粒徑分別為35.6μm和13.2μm,漲急時(shí)刻絮團(tuán)粒徑大于落急。大潮漲、落憩時(shí)刻絮團(tuán)粒徑分別為93.8μm和67.2μm,漲憩時(shí)刻絮團(tuán)粒徑大于落憩；漲、落急時(shí)刻絮團(tuán)粒徑分別為17.9μm和16.0μm,差異不大。

圖10 A測(cè)站絮團(tuán)粒徑和平均流速潮周期變化圖Eig .10 Tidal variations of floccule size and average current speed at Station A

圖11所示為大、小潮絮團(tuán)粒徑和平均流速的回歸分析圖,結(jié)合圖10可知,絮團(tuán)粒徑和平均流速總體呈較明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系,流速大時(shí)絮團(tuán)粒徑小,流速小時(shí)絮團(tuán)粒徑大,表明細(xì)顆粒泥沙在具備絮凝基本條件下形成絮團(tuán)后,潮流流速對(duì)絮團(tuán)粒徑變化起到了控制作用。研究表明,潮流流速是影響細(xì)顆粒泥沙絮凝的主要水動(dòng)力因素。在中低流速條件下,水流紊動(dòng)促進(jìn)泥沙絮凝成團(tuán)的同時(shí)剪切作用又不至于破碎絮團(tuán),容易形成并保持較大絮團(tuán)的存在［21］。因此,實(shí)測(cè)絮團(tuán)粒徑總是在憩流之后的中低流速條件下達(dá)到峰值（圖10）。由圖11得出大、小潮有利于形成最大絮團(tuán)的流速分別為0.56 m/s和0.41 m/s。而在高流速條件下,水流剪切作用很強(qiáng),絮團(tuán)很容易被破壞［14］。所以,大潮漲、落急時(shí)的絮團(tuán)粒徑和分散懸沙顆粒粒徑較一致,表明高流速時(shí)絮團(tuán)被徹底破碎并接近分散泥沙中值粒徑（表2）。

圖11 A測(cè)站絮團(tuán)粒徑和平均流速回歸分析圖Eig .11 Regression of floccule size and average current speed at Station A

除流速外,鹽度也是影響細(xì)顆粒泥沙絮凝的重要因素。一定的鹽度范圍內(nèi),細(xì)顆粒泥沙的絮凝作用隨著鹽度的增大而增強(qiáng)［6］。圖12所示為絮團(tuán)粒徑和平均鹽度潮周期變化圖。由圖可知,漲潮時(shí)鹽度逐漸增大,并在漲憩前后達(dá)到峰值,而漲憩時(shí)的鹽度峰值正好與潮周期內(nèi)較大的絮團(tuán)粒徑峰值對(duì)應(yīng),說(shuō)明鹽度可促進(jìn)懸沙絮凝成團(tuán)。

圖12 A測(cè)站絮團(tuán)粒徑和平均鹽度潮周期變化圖Eig .12 Tidal variations of floccule size and average salinity at Station A

同時(shí),絮團(tuán)形態(tài)結(jié)構(gòu)與漲落潮流速變化有關(guān)。表3所示為實(shí)測(cè)樣品組中各類絮團(tuán)出現(xiàn)的概率以及相關(guān)因素統(tǒng)計(jì)表。其中樣品組1和2多為松散狀絮團(tuán),取樣時(shí)間分別為漲急和落急之后2 h,代表較大流速時(shí)河床較粗顆粒泥沙被掀起后,在流速遞減與相關(guān)絮凝因素綜合作用下形成的松散狀絮團(tuán)（圖6）。樣品組3、4和5多為蜂窩狀絮團(tuán),取樣時(shí)間為憩流之前0.5 h,此時(shí)流速較小,較粗顆粒泥沙已經(jīng)下沉,細(xì)顆粒泥沙快速絮凝則形成蜂窩狀絮團(tuán)（圖7）,實(shí)測(cè)樣品中此類絮團(tuán)最多。樣品組6多為密實(shí)狀絮團(tuán),取樣時(shí)間為漲憩時(shí)刻,此時(shí)流速很小,極細(xì)顆粒泥沙容易發(fā)生絮凝,并在水體靜壓強(qiáng)作用下常常形成密實(shí)狀絮團(tuán)（圖8）,實(shí)測(cè)樣品中此類絮團(tuán)最少?？梢?漲落潮流速變化對(duì)絮團(tuán)形態(tài)結(jié)構(gòu)特征具有一定的影響。

表3 絮團(tuán)形態(tài)結(jié)構(gòu)類型及相關(guān)因素統(tǒng)計(jì)表Tab .3 Floccule types and the relevant factors

5.2 懸沙絮團(tuán)的大小潮變化

由表2可得,小潮平均絮團(tuán)粒徑為74.7μm,大潮平均絮團(tuán)粒徑為44.3μm,小潮絮團(tuán)粒徑大于大潮,這主要與大潮和小潮流速、鹽度和懸沙顆粒粒徑等主要影響因素有關(guān)。實(shí)測(cè)小潮平均流速為0.60 m/s,鹽度為4.18,懸沙顆粒粒徑為5.9μm；大潮平均流速為0.99 m/s,鹽度為2.95,懸沙顆粒粒徑為10.2 μm。如前所述,中低流速條件更有利于絮團(tuán)形成,因此小潮流速更有利于形成較大的絮團(tuán)。懸沙顆粒越細(xì),泥沙顆粒之間的吸力越大,就越容易發(fā)生絮凝,而小潮懸沙顆粒粒徑約為大潮的一半,所以小潮懸沙顆粒粒徑同樣有利于形成并保持較大絮團(tuán)。所以,就大、小潮水沙環(huán)境條件而言,長(zhǎng)江河口北槽小潮期水沙環(huán)境更有利于細(xì)顆粒泥沙發(fā)生絮凝,其絮團(tuán)粒徑明顯大于大潮。

圖9所示為大、小潮絮團(tuán)粒徑的垂向分布圖。小潮憩流時(shí)表、底層絮團(tuán)粒徑分別為37.7～90.6μm和139.5～154.2μm,且絮團(tuán)粒徑垂向波動(dòng)變化相對(duì)較大。大潮憩流時(shí)表、底層絮團(tuán)粒徑分別為32.4～55.2 μm和92.1～122.3μm,而絮團(tuán)粒徑垂向波動(dòng)變化相對(duì)較小。因此,不論大、小潮,平均絮團(tuán)粒徑由表層至底層逐漸增大,這主要與底層流速小于表層,而鹽度和含沙量高于表層等表、底層細(xì)顆粒泥沙絮凝環(huán)境差異,以及中上層絮團(tuán)不斷向底層沉降聚集有關(guān)。

6 結(jié)論

本研究所得主要結(jié)論:

（1）長(zhǎng)江口北槽河道位于最大渾濁帶區(qū)域,具有非常適宜細(xì)顆粒泥沙絮凝的潮流流速、鹽度、含沙量和泥沙顆粒粒徑等環(huán)境條件。

（2）北槽河道懸沙絮團(tuán)形態(tài)結(jié)構(gòu)多樣,主要包括松散狀絮團(tuán)、蜂窩狀絮團(tuán)和密實(shí)狀絮團(tuán),主要由細(xì)粉砂和粘土類細(xì)顆粒泥沙組成。絮團(tuán)或呈準(zhǔn)圓形、或呈橢圓形、或形狀不規(guī)則,表面多粗糙不平,結(jié)構(gòu)密實(shí)或疏松。

（3）北槽河道懸沙絮團(tuán)粒徑普遍較大,平均絮團(tuán)粒徑為59.4μm,約為分散懸沙顆粒粒徑的6倍。漲、落憩時(shí)平均絮團(tuán)粒徑分別為105.6μm和83.9 μm,而漲、落急時(shí)平均絮團(tuán)粒徑分別為29.5μm和18.7μm。

（4）北槽河道懸沙絮團(tuán)粒徑變化與潮周期動(dòng)力過(guò)程密切相關(guān),具有周期性變化特征。漲、落憩時(shí)絮團(tuán)粒徑較大,漲、落急時(shí)絮團(tuán)粒徑較小。絮團(tuán)粒徑漲憩大于落憩,小潮大于大潮。垂向上,絮團(tuán)粒徑由表層至底層逐漸增大。

（5）北槽河道周期性潮流流速對(duì)懸沙絮團(tuán)粒徑變化起到了控制作用,中低流速更有利于形成并保持較大絮團(tuán)。和大潮相比,小潮流速較低,懸沙顆粒粒徑較小,因此絮團(tuán)粒徑小潮大于大潮。

致謝:華東師范大學(xué)電鏡中心的倪兵老師在電鏡觀測(cè)過(guò)程中給予了指導(dǎo),上海河口海岸科學(xué)研究中心提供了部分相關(guān)數(shù)據(jù),課題組成員參與了實(shí)地觀測(cè)取樣工作,在此一并致謝！

參考文獻(xiàn):

［1］ Eisma D,Schuh macher T,Boekel H,et al. A camera and image-analysis system for in situ observation of flocs in natural waters［J］. Netherlands Journal of Sea Research,1990,27（1）:43 - 56 .

［2］ W ang Y,Voulgaris G,Li Y,et al. Sediment resuspension,flocculation,and settling in a macrotidal estuary［J］.Journal of Geophysical Research, 2013,118:5591 - 5608 .

［3］ 張志忠.長(zhǎng)江口細(xì)顆粒泥沙基本特性研究［J］.泥沙研究,1996（1）:67 - 73 . Zhang Zhizhong .Studies on basic characteristics of fine sedimentin Changjiang Estuary［J］.Journal of Sediment Research,1996（1）:67 - 73 .

［4］ 阮文杰.細(xì)顆粒泥沙動(dòng)水絮凝的機(jī)理分析［J］.海洋科學(xué),1991（5）:46 - 49 . Ruan W enjie . M echanistic analysis on hydrodynamic flocculation on fine sediments［J］. M arine Sciences,1991（5）:46 - 49 .

［5］ 阮文杰.長(zhǎng)江口天然水流中細(xì)顆粒泥沙的絮凝作用［J］.海洋科學(xué),1991（6）:39 - 43 . Ruan W enjie . Elocculation of fine sedimentin natural waters flow of Changjiang Estuary［J］. M arine Sciences,1991（6）:39 - 43 .

［6］ 關(guān)許為,陳英祖,杜心慧.長(zhǎng)江口絮凝機(jī)理的試驗(yàn)研究［J］.水利學(xué)報(bào),1996（6）:70 - 74 . Guan Xuwei,Chen Yingzu,Du Xinhui. Experimental study on mechanism offlocculation in Yangtze Estuary［J］.Journal of H ydraulic Engineering, 1996（6）:70 - 74 .

［7］ 蔣國(guó)俊,張志忠.長(zhǎng)江口陽(yáng)離子濃度與細(xì)顆粒泥沙絮凝沉積［J］.海洋學(xué)報(bào),1995,17（1）:76 - 82 . Jiang Guojun,Zhang Zhizhong . The cation concentration and flocculation offine sedimentin the Changjiang Estuary［J］. Haiyang Xuebao,1995,17 （1）:76 - 82 .

［8］ 金鷹,王義剛,李宇.長(zhǎng)江口粘性細(xì)顆粒泥沙絮凝試驗(yàn)研究［J］.河海大學(xué)學(xué)報(bào),2002,30（3）:61 - 63 . Jin Ying,W ang Yigang,Li Yu . Experimental study on flocculation of cohesive fine grain sediment at Yangtze River Estuary［J］.Journal of H ohai U niversity,2002,30（3）:61 - 63 .

［9］ 陳慶強(qiáng),孟翊,周菊珍,等.長(zhǎng)江口細(xì)顆粒泥沙絮凝作用及其制約因素研究［J］.海洋工程,2005,23（1）:74 - 82 . Chen Qingqiang,M eng Yi,Zhou Juzhen,et al. A review on flocculation offine suspended sediments and its controlling factorsin the Yangtze River Estuary［J］. The Ocean Engineering,2005,23（1）:74 - 82 .

［10］ 劉啟貞,李九發(fā),徐燦華,等.鹽度和腐殖酸共同作用下的長(zhǎng)江口泥沙絮凝過(guò)程研究［J］.海洋學(xué)報(bào),2008,30（3）:140 - 147 . Liu Qizhen,Li Jiufa,Xu Canhua,et al. Elocculation process of fine-grained sediments by the combining effect of salinity and hu mus in the Changjiang Estuary in China［J］. Haiyang Xuebao,2008,30（3）:140 - 147 .

［11］ Li Y,W ang Y Q,Lin Y A .Investigation on settling characteristics offlocsin the Changjiang Estuary,China［J］. China Ocean Engineering,1995, 9（3）:325 - 334 .

［12］ 時(shí)鐘,朱文蔚,周洪強(qiáng).長(zhǎng)江口北槽口外細(xì)顆粒懸沙沉降速度［J］.上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2000,34（1）:18 - 23 . Shi Zhong,Zhu W enwei,Zhou H ongqiang .Settling velocity offine suspended sedimentin the Changjiang Estuary［J］.Journal of Shanghai Jiaotong U niversity,2000,34（1）:18 - 23 .

［13］ 時(shí)鐘.長(zhǎng)江口北槽細(xì)顆粒懸沙絮凝體的沉速的近似估算［J］.海洋通報(bào),2004,23（5）:51 - 58 .Shi Zhong . Approximate estimations of settling velocities offine suspended mud flocs at the North Passage of the Changjiang Estuary［J］. M arine Science Bulletin,2004,23（5）:51 - 58 .

［14］ 蔣國(guó)俊,姚炎明,唐子文.長(zhǎng)江口細(xì)顆粒泥沙絮凝沉降影響因素分析［J］.海洋學(xué)報(bào),2002,24（4）:51 - 57 . Jiang Guojun,Yao Yan ming,Tang Ziwen . The analysis forinfluencing factors offine sedimentflocculation in the Changjiang Estuary［J］. Haiyang Xuebao,2002,24（4）:51 - 57 .

［15］ 鐘建軍,匡翠萍,陳思宇.長(zhǎng)江口粘性細(xì)泥沙有效沉速與相關(guān)因素的關(guān)系［J］.人民長(zhǎng)江,2008,39（20）:45 - 54 . Zhong Jianjun,Kuang Cuiping,Chen Siyu . Effective settling velocity of cohesive sediment and the influence factors in the Yangtze Estuary［J］. Yangtze River,2008,39（20）:45 - 54 .

［16］ 徐海根,徐海濤,李九發(fā).長(zhǎng)江口浮泥層“適航水深”初步研究［J］.華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,1994（2）:91 - 97 . Xu Haigen,Xu Haitao,Li Jiufa .Study on the nautical depth utilizing fluid mud layer ofthe Changjiang Estuary［J］.Journal of East China Normal U niversity（Natural Science）,1994（2）:91 - 97 .

［17］ 李九發(fā),何青,徐海根.長(zhǎng)江河口浮泥形成機(jī)理及變化過(guò)程［J］.海洋與湖沼,2001,32（3）:302 - 310 . Li Jiufa,He Qing,Xu Haigen . The fluid mud transportation processesin Changjiang River Estuary［J］. Oceanologia et Limnologia Sinica,2001,32 （3）:302 - 310 .

［18］ 李九發(fā),何青,向衛(wèi)華,等.長(zhǎng)江河口北槽浮泥消長(zhǎng)過(guò)程的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)［J］.長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境,2001,10（5）:407 - 412 . Li Jiufa,He Qing,Xiang W eihua,et al.Eluid mud processesin the North Passage ofthe Changjiang Estuary［J］. Resources and Environ mentin the Yangtze Basin,2001,10（5）:407 - 412 .

［19］ 蔣國(guó)俊,姚炎明.長(zhǎng)江口北槽浮泥周期性變化初探［J］.海洋學(xué)報(bào),2006,28（2）:135 - 139 . Jiang Guojun,Yao Yan ming .Periodical changes of mud fluid in the Northern Channel of Changjiang Estuary in China［J］. Haiyang Xuebao,2006, 28（2）:135 - 139 .

［20］ 戴志軍,朱文武,李為華,等.近期長(zhǎng)江口北槽河道浮泥變化及影響因素研究［J］.泥沙研究,2015（1）:49 - 54 . Dai Zhijun,Zhu W enwu,Li W eihua,et al. Research on recent changes offluid mud and itsimpacted factorsin the North Passage ofthe Changjiang Estuary［J］.Journal of Sediment Research,2015（1）:49 - 54 .

［21］ 李九發(fā),戴志軍,劉啟貞,等.長(zhǎng)江河口絮凝泥沙顆粒粒徑與浮泥形成現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)［J］.泥沙研究,2008（3）:26 - 32 . Li Jiufa,Dai Zhijun,Liu Qizhen,et al.In-situ observation of floccule size and fluid mud in the Changjiang Estuary［J］.Journal of Sediment Research,2008（3）:26 - 32 .

中圖分類號(hào):T V148

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):0253-4193（2016）03-0088-10

收稿日期:2015-06-03；

修訂日期:2015-07-17。

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51479074）。

作者簡(jiǎn)介:朱文武（1985—）,男,安徽省六安市人,博士,主要從事河口海岸泥沙輸運(yùn)及環(huán)境研究。E-mail:zhuwenwu @ yeah .net

*通信作者:李九發(fā),男,教授,主要從事河口海岸泥沙運(yùn)動(dòng)和河床演變研究。E-mail:jfli@ re .ecnu .edu .cn

朱文武,李九發(fā),姚弘毅,等.長(zhǎng)江河口北槽河道懸沙絮團(tuán)特性及其影響因素研究［J］.海洋學(xué)報(bào),2016,38（3）:88 - 97,doi: 10.3969/j.issn .0253-4193.2016.03.009

Zhu W enwu,Li Jiufa,Yao H ongyi,et al.Study on sediment floccules and the influence factors in the North Passage of the Changjiang Estuary［J］. Haiyang Xuebao,2016,38（3）:88 - 97,doi:10.3969/j.issn .0253-4193.2016.03.009

Study on sediment floccules and the influence factorsin the North Passage of the Changjiang Estuary

Zhu W enwu1,2,Li Jiufa1,Yao H ongyi1,Zhang Xiaohe1
（1 .State Key Laboratory of Estuarineand Coastal Research,EastChina Normal University,Shanghai200062,China；2 .Collegeof Ocean Science and Engineering,Shanghai Maritime University,Shanghai 201306,China）

Abstract:Based on the field observations in April 2012 in the North Passage of the Changjiang Estuary,as well as the data measured with scanning electron microscope,the characteristics offlow and sediment,the micromorphology and size of floccules and the main influence factors in the North Passage were investigated in this paper . The results show thatthe tidal current velocity,the salinity,the suspended sediment concentration and the sediment particle size in the North Passage are very suitable forflocculation . There are varied forms offloccules,mainly including loose floccules,porous floccules and dense floccules . They are mainly composed of fine silts and clays,with rough surfaces,loose or dense structures . The variations of floccule size are highly related to the flood - ebb process, showing periodic features . The floccule sizeis big during slacks,but small during peak currents . Usually,the floccule size during high water slacksis bigger than that during low water slacks；the floccule size during neap tidesis bigger than that during spring tides . Additionally,the floccule size is gradually increased from the surface to the bottom . The tidalcurrent velocity controls the variations offloccule size . The flocculation of suspended sedimentis one of the main reasons for the siltation in the navigation channel of North Passage .

Key words:Changjiang Estuary；North Passage；tidal current；suspended sediment；flocculation；floccule size