某河口的鹽度特征分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u8592某河口的鹽度特征分析案例 24291221.1鹽度時(shí)間序列特征 24316611.2鹽度空間變化特征 289141.3水體分層特征 29315891.4鹽度對(duì)流速和懸沙濃度的影響 311.1鹽度時(shí)間序列特征觀測(cè)期間各站位水體鹽度變化剖面圖見(jiàn)圖3-16所示，整體上各站位鹽度主要介于4.8~24psu之間，從圖中可以看出各個(gè)站位大、中、小潮期間水體平均鹽度值差異很小，而對(duì)于漲落潮方面，水體鹽度差異較大。數(shù)據(jù)顯示各站位漲潮期間水體平均鹽度均小于落潮。在一個(gè)潮周期內(nèi)，鹽度對(duì)應(yīng)潮位也出現(xiàn)兩個(gè)峰值和兩個(gè)谷值，一般在漲潮轉(zhuǎn)落潮期間垂線(xiàn)平均鹽度達(dá)到最大值，在落潮轉(zhuǎn)漲潮時(shí)段達(dá)到最小值。如此周期性的變化也是導(dǎo)致落潮階段水體垂線(xiàn)平均鹽度一般大于漲潮的原因。位于南槽上部的N1站點(diǎn)水體最大鹽度值出現(xiàn)在漲憩時(shí)段，小潮時(shí)的最大值約為13.5psu，中潮和大潮的最大值均為17psu，總體上從小潮到大潮水體平均鹽度略微增大，中潮和大潮水體鹽度幾乎相同，略大于小潮。觀測(cè)期間漲落潮水體鹽度分別為5.8psu和8.9psu，落潮的水體鹽度明顯大于漲潮，各個(gè)潮周期內(nèi)的漲落潮鹽度差異主要介于2.7~4psu之間，在小潮期間水體漲落潮鹽度差異較大潮時(shí)大。在單個(gè)漲落潮周期內(nèi)，水體鹽度變化較大，觀測(cè)到的鹽度最小值約為1psu左右，與最大值相差十幾倍，與潮周期的平均鹽度水平相比也相差巨大。中段N2站位水體潮周期平均鹽度主要在15psu左右，最大值達(dá)到19psu，可以看出在各個(gè)潮周期內(nèi)水體平均鹽度的變化十分有限；漲落潮水體鹽度分別為14.5psu和16.6psu，落潮期間鹽度平均值略大于漲潮。不同于N1站位，單個(gè)潮周期內(nèi)水體鹽度的變化并不顯著。下段N3站位水體鹽度總體上較高，潮周期平均鹽度主要在18psu左右，最大值高達(dá)22psu，各個(gè)潮周期內(nèi)水體平均鹽度變化特征和N2站位相同，變化幅度非常小。不同于N1和N2站位，該站位水體鹽度漲落潮變化也十分有限，變化幅度小于1psu，落潮階段鹽度略大于漲潮。綜上所述，各個(gè)站位水體潮周期平均鹽度變化十分有限，小、中、大潮潮周期平均鹽度基本持平，差值均維持在1psu以?xún)?nèi)，而對(duì)于N1站位來(lái)說(shuō)，潮周期內(nèi)的鹽度變化幅度很大，最大值是最小值的十幾倍，主要是受徑流作用的影響。而N2和N3站位在中下段，潮流作用較小，所以漲落潮差異較小。各站位漲落潮鹽度差異表現(xiàn)為落潮大于漲潮，鹽度最大值也是如此，從N1到N3站位，觀測(cè)區(qū)域越靠近外海，水體鹽度平均值越高，這與長(zhǎng)江口的鹽水分布特征一致。N2站位的流速變化特征顯示在大多數(shù)潮周期里，漲潮流速均大于落潮，但是水體平均鹽度依舊表現(xiàn)為落潮大于漲潮，說(shuō)明漲落潮流速不對(duì)稱(chēng)不是引起鹽度漲落潮差異的因素。圖3-15各站位漲落潮鹽度統(tǒng)計(jì)圖Fig.3-15Floodandebbtidalmeansalinityofstationsatthreestations值得注意的是，觀測(cè)期間各個(gè)站位均發(fā)現(xiàn)在T8~T10這幾個(gè)潮周期內(nèi)，水體鹽度有明顯的升高（圖3-16），各個(gè)站位平均鹽度分別從8.9psu、16.5psu和18.7psu升高至10psu、18psu和20psu，通過(guò)查閱當(dāng)?shù)仫L(fēng)速資料顯示（圖3-1），從T7潮周期開(kāi)始，風(fēng)向由原來(lái)的西北風(fēng)轉(zhuǎn)變?yōu)闁|北風(fēng)，且風(fēng)速急劇升高，最大風(fēng)速達(dá)到將近10m/s，平均風(fēng)速也有7m/s。受風(fēng)向變動(dòng)的影響，東北風(fēng)會(huì)促使南槽口外的潮流偏向南運(yùn)動(dòng)，并逐漸產(chǎn)生?？寺斶\(yùn)，向口內(nèi)移動(dòng)（Lietal.,2012;丁磊等,2016），這會(huì)導(dǎo)致口外更多的鹽水進(jìn)入南槽，從而引起水體鹽度的升高。圖3-16觀測(cè)期間N1（a）、N2（b）和N3（c）站位鹽度的時(shí)間變化Fig.3-16TimeseriesofsalinityatN1(a),N2(b)andN3(c)stationsduringtheobservationperiod1.2鹽度空間變化特征長(zhǎng)江口區(qū)域由于不同位置下徑流與潮流動(dòng)力條件各不相同，水體鹽度呈現(xiàn)出顯著的空間上的差異，表現(xiàn)為越往南槽口外水體鹽度越大。從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，N1站位水體平均鹽度約為8psu，N2站位平均鹽度約為16psu，N3站位平均鹽度約為19psu?？臻g上看從N1到N3站位，水體平均鹽度呈現(xiàn)明顯升高趨勢(shì)，這與張釗在2016年枯季南槽相鄰測(cè)點(diǎn)觀測(cè)所采集的數(shù)據(jù)大體相同（張釗，2017），說(shuō)明在長(zhǎng)江口南槽中下部海域，鹽水入侵現(xiàn)象較為嚴(yán)重。在一般情況下，由于鹽水密度較大，觀測(cè)期間各站位底層水體鹽度均大于表中層，大多數(shù)情況下最大鹽度也均出現(xiàn)在底層，垂線(xiàn)上水體鹽度總體表現(xiàn)為表層低底層高的特點(diǎn)。上段N1站位靠近南槽口內(nèi)，大小潮周期內(nèi)的水體垂線(xiàn)鹽度變化幅度較明顯，說(shuō)明該區(qū)域存在明顯的鹽度密度分層，表底層鹽度差異最大高達(dá)4psu，底層鹽度約為表層的1.6倍。在小潮期間，表底層鹽度差異沒(méi)有中潮和大潮階段大。該區(qū)域受徑流的影響較強(qiáng)，徑流量是影響鹽水入侵和水體鹽度時(shí)空分布的重要因素，當(dāng)徑流量越大時(shí)，鹽水沿著河口上溯的距離則越短。根據(jù)大通水文站數(shù)據(jù)顯示本次觀測(cè)期間平均徑流量約為1.79×104m3/s，大體上接近長(zhǎng)江口枯季的徑流量水平，在其他時(shí)段平均徑流量通常都會(huì)高于該值，這就意味著在大多數(shù)時(shí)間段內(nèi)N1站位附近的鹽度值都會(huì)低于本次觀測(cè)水平。張釗在南槽相鄰測(cè)點(diǎn)觀測(cè)得出結(jié)論為，洪季的水體受徑流沖淡水影響，鹽度值明顯低于枯季（張釗，2017），這一結(jié)論也與本次觀測(cè)結(jié)果相同，但是在受徑流影響不明顯的區(qū)域，較大的徑流量并不能明顯降低水體的鹽度值。中段的N2站位水體鹽度總體較N1站位顯著升高，約為N1的2倍。與N1站位不同的是，該區(qū)域垂線(xiàn)鹽度變化有限，大多數(shù)時(shí)間里表層與底層鹽度差異不超過(guò)1psu，表明水體在大部分時(shí)間內(nèi)混合較好。盡管如此，該區(qū)域水體鹽度在潮州其內(nèi)依舊有著一定的特點(diǎn)。從小潮漲潮中期階段起至落潮中期，水體鹽度持續(xù)升高，在落急期間鹽度達(dá)到最大，而后逐漸降低，中潮和大潮階段亦是如此。下段的N3站位水體鹽度達(dá)到20psu，部分時(shí)段甚至超過(guò)該值，該區(qū)域受鹽水入侵的影響水體鹽度明顯大于N1和N2站位。小潮期間水體垂向混合較為均勻，且漲落潮鹽度差異很小，到了中潮階段鹽度突然增加，在落潮初期達(dá)到最大值，垂線(xiàn)上鹽度分層現(xiàn)象依舊不明顯，到了大潮，由于部分時(shí)間段內(nèi)水體鹽度降低較明顯，導(dǎo)致大潮總體上平均鹽度低于中潮，略高于小潮。1.3水體分層特征在河口區(qū)域由于鹽水入侵所產(chǎn)生的水體密度分層能夠抑制水沙的垂向擴(kuò)散，本文利用實(shí)測(cè)剖面鹽度數(shù)據(jù)對(duì)分層系數(shù)N進(jìn)行了計(jì)算，該系數(shù)是能夠反應(yīng)水體垂線(xiàn)上的混合程度的重要參數(shù)。圖3-17展示了南槽3個(gè)觀測(cè)站位所有時(shí)段內(nèi)水體分層系數(shù)的變化過(guò)程。結(jié)果顯示，N1站位從小潮到大潮的過(guò)程中分層系數(shù)呈現(xiàn)出先減小后增大再減小的趨勢(shì)，小潮期間分層系數(shù)平均值為0.28，為緩混合型，風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)。在西北風(fēng)影響下的T8和T9潮周期，分層系數(shù)升高至1.3，說(shuō)明水體存在高度分層現(xiàn)象，該潮周期內(nèi)平均值為0.52，約為小潮的1.85倍。在T10~T12潮周期內(nèi)，風(fēng)向轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，分層系數(shù)對(duì)比T8和T9潮周期有所減小，平均值約為0.41。N2和N3站位整體分層系數(shù)較底，觀測(cè)期間的平均值分別為0.07和0.05，均為強(qiáng)混合型。如圖3-17顯示，N2站位分層系數(shù)在時(shí)間序列上整體波動(dòng)不大，而N3站位在前T1~T7潮周期內(nèi)，鹽度分層系數(shù)僅為0.02，從T9潮周期后分層系數(shù)顯著升高，平均值升高至0.07，為前7個(gè)潮周期的3倍，這個(gè)時(shí)間段內(nèi)風(fēng)向由西南風(fēng)變?yōu)槲鞅憋L(fēng)，這個(gè)現(xiàn)象和N1得到的結(jié)果類(lèi)似。圖3-17各站點(diǎn)鹽度分層系數(shù)變化圖Fig.3-17Changesinsalinitystratificationcoefficientofeverystationsatthethreestations從漲落潮角度看，各站位漲潮期間分層系數(shù)的平均值分別為0.39、0.08和0.05，落潮階段的平均值為0.28、0.06和0.05，總體上N1和N2站位落潮鹽度混合均強(qiáng)于漲潮階段，這與張釗（2017）在洪枯季南槽中段站位觀測(cè)所得結(jié)果相同。N3站位漲落潮鹽度混合幾乎相同。綜上所述，N1站位除了個(gè)別時(shí)段分層系數(shù)大于1，其他時(shí)段主要為緩混合型，N2和N3站位部分時(shí)段為緩混合型，總體上為強(qiáng)混合型。此外各站位在前7個(gè)潮周期內(nèi)水體鹽度分層系數(shù)均低于觀測(cè)期間的平均值，而在西北風(fēng)影響下的T8~T11，分層系數(shù)有明顯的升高。由此可見(jiàn)，西北風(fēng)會(huì)增強(qiáng)長(zhǎng)江口南槽水體的垂線(xiàn)鹽度分層，而西南風(fēng)則有利于鹽淡水垂線(xiàn)混合。徐圣（2020）曾在臺(tái)風(fēng)期間在長(zhǎng)江口南槽中段觀測(cè)到類(lèi)似的現(xiàn)象，除了西南風(fēng)，東北風(fēng)也有利于長(zhǎng)江口南槽水體垂線(xiàn)混合。Bechereretal.（2016）在瓦登海某河口的研究結(jié)果也表明，在強(qiáng)西風(fēng)的影響下，波浪的紊動(dòng)作用可以增強(qiáng)觀測(cè)點(diǎn)水體的垂線(xiàn)混合，并抑制斜壓流。圖3-18N1站位小潮（a）、中潮（b）、大潮（c），N2站位小潮（d）、中潮（e）、大潮（f），N3站位小潮（g）、中潮（h）和大潮（i）的不同時(shí)段的鹽度垂線(xiàn)變化剖面Fig.3-18ThesalinityprofilesofN1stationneaptidal(a),medtidal(b),springtidal(c),N2stationneaptidal(d),mediumtidal(e),springtidal(f),N3stationneaptidal(g),medium(h)andspring(i)1.4鹽度對(duì)流速和懸沙濃度的影響鹽淡水混合會(huì)使水體產(chǎn)生層化，通過(guò)對(duì)各個(gè)站點(diǎn)大小潮期間的水體鹽度分層系數(shù)可知各站點(diǎn)均有鹽度垂線(xiàn)分層現(xiàn)象，鹽度的垂線(xiàn)分層會(huì)導(dǎo)致水體表底層密度差而可能形成鹽水異重流，導(dǎo)致各層位水體發(fā)生轉(zhuǎn)流的時(shí)刻不一樣，底層最先發(fā)生轉(zhuǎn)流，于是垂線(xiàn)上各層水體的流向就因此產(chǎn)生了差別，表現(xiàn)為底層向陸，表層向海，從而形成一種交錯(cuò)流，稱(chēng)為“上升流”（沈煥庭等，1992；時(shí)鐘等，2019）。同時(shí)這種上升流也會(huì)對(duì)底床產(chǎn)生作用，促使沉降在底部的沉積物發(fā)生再懸浮，引起水體懸沙濃度的升高。張文祥等（2008）也在長(zhǎng)江口南槽最大渾濁帶海域觀測(cè)到類(lèi)似的現(xiàn)象。鹽水入侵改變了水體的垂線(xiàn)密度結(jié)構(gòu)，間接影響到流速過(guò)程和結(jié)構(gòu)，從流速的垂線(xiàn)剖面變化看（圖3-19）：南槽N1站點(diǎn)處，在小、中和大潮期間，漲急和落急階段的流速最大，且落急大于漲急，最大流速均出現(xiàn)在水體上層，對(duì)應(yīng)的表底層流速差值也達(dá)到最大。在漲急和落急時(shí)刻，表底層鹽度差值較大，水體分層現(xiàn)象顯著，便會(huì)影響到流速的垂線(xiàn)剖面。小、中和大潮的漲急和落急時(shí)刻的流速典型剖面反映了鹽水入侵造成的密度斜壓效應(yīng)對(duì)于流速的強(qiáng)烈影響。從這些典型流速剖面可以看出流速在中上層發(fā)生突變，導(dǎo)致表底層流速的差值巨大，其原因是密度斜壓效應(yīng)強(qiáng)烈地抑制了近底部的流速，導(dǎo)致中下層水體的流速明顯小于上層水體。而在漲憩和落憩階段，表底層流速差值較小。對(duì)于N2和N3站位，雖然水體分層現(xiàn)象并不顯著，但從典型流速剖面中可以觀察到，表底層流速差仍舊明顯。孫運(yùn)佳等（2016）的研究表明層化效應(yīng)會(huì)對(duì)水體的紊動(dòng)產(chǎn)生抑制作用，減少水體在垂向上的交換，促進(jìn)剪切流的發(fā)育，導(dǎo)致上下層水體之間的流速梯度變大，這與本文的觀測(cè)結(jié)果保持一致。圖3-19N1站位小潮流速（a）、中潮流速（b）、大潮流速（c），N2站位小潮流速（d）、中潮流速（e）、大潮流速（f），N3站位小潮流速（g）、中潮流速（h）和大潮流速（i）的不同時(shí)段的垂線(xiàn)變化剖面Fig.3-19ProfilesofN1stationneaptidalvelocity(a),medtidalvelocity(b),springtidalvelocity(c),N2stationneaptidalvelocity(d),mediumtidalvelocity(e),springtidalvelocity(f),N3stationneaptidalvelocity(g),mediumvelocity(h)andspringvelocity(i)在通常情況下，徑流、潮流和鹽淡水混合環(huán)境會(huì)對(duì)水體的懸沙濃度的變化產(chǎn)生較大的影響（潘定安等，1999；Lietal.,2015）。當(dāng)水體鹽度垂線(xiàn)分層現(xiàn)象十分顯著時(shí)，由此產(chǎn)生的紊流抑制會(huì)減弱水體的挾沙量，導(dǎo)致大量沉積物積聚在底層，使得懸沙濃度急劇升高（Geyer,1993）。其他學(xué)者的相關(guān)研究也表明，當(dāng)水體出現(xiàn)鹽度分層現(xiàn)象時(shí)，會(huì)抑制水體的紊動(dòng)，從而打破原有的水體垂線(xiàn)懸沙濃度結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致表層的懸沙向底層運(yùn)動(dòng)（孫運(yùn)佳等，2016）。圖3-20反映了各個(gè)站位典型懸沙剖面的變化特征：在大潮的漲急和落急期間，由于潮流流速較強(qiáng)，再懸浮作用顯著，高濃度懸沙主要集中在水體中下層，和表層水體懸沙濃度差值較大；而在流速處于極低水平、表底層流速差異微小的憩