黃河口新口門附近海域的半日潮型

黃河口新口門附近海域的半日潮型

1流場觀測方法及資料采集1996年洪水發(fā)生前，黃河門位于清代八個斷面上，并對其進行了調(diào)整，使魏隆河從東南向東北延伸至東北。為了解新口門海域流場分布情況,1996年9月5日~6日進行了海上同步觀測。觀測采用斷面法布設(shè)站位,共布設(shè)了3個斷面,9個站位,分別位于新口門前方、左側(cè)和右側(cè)(圖1)。每個斷面上的3個站位又分別布設(shè)在2,6,10m等深線附近,站距0.9~1.8km,斷面間距分別為4.8km和3.2km。流場觀測歷時2個潮周期(25h),9條船同步進行。各站測點沿垂線(水深)上按表、中、底3點法,對水深、流速、流向進行逐時觀測,對含沙量、含鹽度及水溫則每隔2h觀測1次。為了掌握泥沙擴散分布情況,各站在進行觀測期間,分別采集了沙樣。懸移質(zhì)沙樣在相對水深0.6m處采集,沙樣容積1800~2000cm3;海底質(zhì)沙樣每站采集2次。所有沙樣均做粒度分析。觀測期間,黃河口丁字路站日平均流量1560~1570m3/s,含沙量21.7~25.0kg/m3。與多年平均值相比,含沙量偏小,流量接近。2潮位變化情況溝口以南不足30km,潮汐狀況受神仙溝口外M2分潮“無潮點”影響的程度比原口門更大。從孤東和北爛泥2處驗潮站的水位變化過程可以看出,兩站水位變化過程一致。測區(qū)的潮汐性質(zhì)屬不正規(guī)半日潮型,每天有一次波動較大的漲、落潮,歷時約13h,潮差分別為0.74m和0.90m;另有一次波動較小的漲、落潮,歷時近12h,潮位變化不甚規(guī)律,潮差分別為0.4m和0.3m。從高高潮漲落情況來看,存在潮時不等現(xiàn)象,漲潮歷時較長,落潮歷時較短,兩站相差60~90min。低高潮在漲潮期內(nèi)夾有5~10cm的波動。3流場分布黃河口海域流場受潮汐、季風(fēng)、地形及淡水徑流等因素影響,變化比較復(fù)雜?，F(xiàn)從3個方面對流場觀測結(jié)果進行分析。3.1流速分布情況表1是9個站位不同層次的實測流速25h平均值及最大和最小值。從表中可以看出,口門外各部位的流場強弱明顯不同:口門左側(cè)海域的3個站位,無論表層、中層或底層,流速普遍偏小,尤其是近岸的淺水區(qū)平均流速不到0.1m/s;5m以外深水區(qū)的流速也都在0.3m/s以下,海洋動力較弱。口門前Ⅱ號斷面的3個站位流速普遍較大,平均流速在0.5m/s以上;10m左右的深水區(qū)平均流速在0.6m/s以上,海洋動力相對較強?？陂T附近(Ⅱ—3站)表層流速達0.88m/s,中層和底層較小。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因是該站受徑流和潮流雙重影響,徑流入海后以舌狀鋒面沿表層下泄,使表層流速相應(yīng)加大;底層受鹽水楔上溯影響,對徑流起頂托作用,使底層流速相應(yīng)減小?？陂T右側(cè)流速比口門前偏小,比口門左側(cè)偏大。從流速數(shù)值分布來看,無論表層、中層或底層,都是由深水區(qū)到淺水區(qū)逐步減小。這一現(xiàn)象也是與徑流向口門右側(cè)擴散相關(guān)的。3.2潮幅、潮速特征在各站流速變化過程線上,較深水域(5~10m)的流速變幅較大,特別是口門前方和口門右側(cè),在1個潮周期內(nèi)的流速呈間歇性增減,最小流速不足0.1m/s,最大流速可達1.4m/s(Ⅱ—1站)。較淺水域(2m左右)流速變幅相對較小,在1個潮周期內(nèi)雖也有起伏波動,但0.5m/s以上的流速出現(xiàn)次數(shù)僅在口門前方偶然出現(xiàn),其余時間內(nèi)流速都在0.5m/s以下。出現(xiàn)這種情況的原因與口門附近徑流和潮流相互影響有關(guān)。由于新口門海域處在不正規(guī)半日潮區(qū),潮汐漲落規(guī)律性較差,潮流速的規(guī)律性也比較差。從表2統(tǒng)計的最大、最小流速出現(xiàn)時刻來看,其周期性很差,既有在漲潮期出現(xiàn)的,也有在落潮期出現(xiàn)的,還有在平潮期出現(xiàn)的。從各站漲、落潮平均流速計算結(jié)果看,口門左側(cè)漲潮流速大于落潮流速,但差值很小,不足0.1m/s;口門前方和口門右側(cè),除深水區(qū)(10m以上)漲潮流速偏大外,中淺水區(qū)(2~6m)的落潮流速大于漲潮流速。而中水區(qū)落潮流速又明顯偏大。3.3流速特征的描述口門外濱海區(qū)水體由于密度不同,使得水流速度在垂向上分布不均的現(xiàn)象十分明顯。水體密度不同的原因主要是鹽度、界面摩阻、徑流滲透范圍(咸、淡水混合程度)等因素造成的。從本次流場調(diào)查情況來看,表層流速大于底層流速的現(xiàn)象十分突出。據(jù)9個站位的觀測結(jié)果統(tǒng)計,表層流速大于底層的頻率為76%;底層流速大于表層流速的頻率為11%;中層流速較大的占9%;表、中、底3層流速近乎一致的僅占4%。這一情況顯示,在一個潮周期內(nèi)的絕大部份時間,水體是處在不均勻流動狀態(tài)。4顆粒細片造成的聚合反應(yīng)黃河徑流挾帶大量泥沙到達口門后,顆粒較粗部分被篩選沉淀,顆粒較細部分受海洋動力作用被搬運到遠離口門的海區(qū)。因此,海洋動力條件對泥沙的運移起著決定性作用。4.1潮周期內(nèi)平均含沙量的時段本次調(diào)查站位距口門最近的為3.2km,最遠的為10.4km。測點最大水深達11.6m,測點最小水深1.7m。9個站位共提取351次水樣。表3是各站在潮周期內(nèi)垂線平均含沙量的時段平均值。從表中可以看出,整個測區(qū)范圍內(nèi)無論漲潮或落潮,各站都有一定數(shù)量的泥沙懸浮漂移。特別是口門前方,不僅淺水區(qū)含沙量較高,深水區(qū)(Ⅱ—3站)含沙量亦達15kg/m3左右。口門兩側(cè)的深水區(qū)含沙量較小,一般在1.51~3.38kg/m3之間。上述情況說明,黃河泥沙進入濱海區(qū)后,以扇面形式無時無刻不在運移擴散,擴散距離達10km以外,且可到達水深10m或更深海區(qū)。4.2高、低含沙量的區(qū)域分布從各站含沙量過程線上可以看出它與潮汐漲落關(guān)系極為密切。從時間過程來看,大部分測站表現(xiàn)為漲潮過程的含沙量呈減小趨勢,落潮則呈增加趨勢。高含沙量出現(xiàn)的時刻一般是在落潮流后期,低含沙量出現(xiàn)的時刻一般是在憩流期(平潮)。從區(qū)域分布情況來看,口門左、右兩側(cè)小于5kg/m3的低含沙量持續(xù)時間長,大于5kg/m3的含沙量僅在深水區(qū)短時出現(xiàn)。而口門前方則不然,2m左右淺水區(qū)受徑流影響較大,整個觀測期含沙量都在10kg/m3以上;5m左右的中水區(qū)10kg/m3以上的含沙量累計時間達10h;10m水深外含沙量在5kg/m3以上的時間亦達17h。4.3同步觀測比明顯內(nèi)含沙量的垂向分布為上小下大,在9個站117條垂線含沙量取樣中,這種情況占57%。特別是含沙量較高的部位和時刻,這種情況更為突出。表4所列是各站同步觀測的含沙量數(shù)值。9個站位中有7個站位的含沙量都是表層小于中層和底層。其它兩個站位中,一個是表層偏大,另一個是中層偏大。由此也可以看出,含沙量在垂向上的分布形式與流速在垂向上的分布形式恰恰相反,二者之間呈現(xiàn)“剪刀差”關(guān)系:一個是上大下小,一個是上小下大。這一情況說明黃河口泥沙主要是以底部方式向外搬運。4.4沙方向上沙特性分析結(jié)果為泥沙運行方向與流向直接相關(guān)。由各站實測的流向可以看出,口門附近的Ⅱ—3站和Ⅲ—3站因徑流作用較強,流向變動較小(93°~113°),基本以東偏南方向輸沙,其它各站流向都不同程度地隨著潮汐漲落產(chǎn)生變更。流向變更幅度在90°~180°之間。由流向的指示可以看出,口門左側(cè)深水區(qū)(Ⅱ—1站)大部分時間輸沙方向以南為主,向東北方向輸沙時間很短;口門外其它水域都表現(xiàn)出雙向輸沙的方式,向北為主的輸沙和向南為主的輸沙,基本是周期性復(fù)迭。周期長短與潮汐漲落基本對應(yīng)。這種輸沙的不對稱性,與海域沉沙厚度的不對稱性是一致的。4.5泥沙粒徑大小的變化入海泥沙在口門附近經(jīng)過水力篩選,大部分粗沙沉淀淤積,只有細沙能夠隨海流懸浮漂移。從表5所列懸移質(zhì)取樣情況看出,粒徑小于0.025mm的泥沙占總量的70%左右,說明濱海區(qū)懸移質(zhì)的組合成份以細沙為主。當(dāng)然,由于各站潮流強弱不同,懸浮能力有大有小,咸淡水混合程度也對泥沙漂移產(chǎn)生影響,故泥沙的粒徑大小也不盡相同。本次實測的各站中值粒徑(d50)為0.006~0.013mm,平均粒徑(dcp)為0.018~0.024mm。前已述及,由于潮汐漲落對水流速度產(chǎn)生周期性影響,必然對泥沙運動也產(chǎn)生影響。從潮周期內(nèi)各站懸移質(zhì)中值粒徑變化情況可以看出兩大特征:(1)隨著時間的變化,泥沙粒徑出現(xiàn)相對粗化或細化,除口門右側(cè)5m以內(nèi)淺水區(qū)2個站外,其它各站都有中值粒徑超過0.025mm的粗粒度泥沙出現(xiàn),說明口門外流場在某些時刻也有能力搬運較粗顆粒的泥沙;(2)從泥沙粒徑在層次上的變化過程看,表、中、底3層粒徑達到均勻一致的時段較少,大部分時段呈現(xiàn)的情況是:或表層較粗(細)、或中層較粗(細)、或底層較粗(細)。這一情況反映出黃河口外水體內(nèi)部的垂向交換現(xiàn)象比較強烈。這種垂向交換作用,使得懸移質(zhì)中的粗顆粒泥沙時而浮向水面,時而又沉淀下落。從總體來看,這對泥沙向外海的輸送運移是有利的。4.6泥沙粒徑分布本次調(diào)查范圍內(nèi)的海底沉積物質(zhì)組成見表6?？陂T左側(cè)沉落海底的泥沙較細,粒徑0.025mm以上的泥沙占總量的30%左右,這與前面所述的該區(qū)流場較弱挾沙能力較小是對應(yīng)的。口門前方和右側(cè)海底沉積的泥沙相對較粗,粒徑0.05mm以上的泥沙占總量的30%~40%。這是由于該區(qū)流場相對較強,一般的細沙均可懸浮漂移而去,只有水流挾沙能力難以輸送的粗沙才沉落在海底。5門外高流速場的形成黃河口新口門外流場強度相對原口門外流場而言是較弱的。其主要原因一是現(xiàn)口門外海域處在清水溝口高流場的邊緣;二是河口沙嘴的突出程度還不明顯。眾所周知