黄茅海河口湾泥沙输移研究

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摘要：以珠江黄茅海河口为例，使用1988年4月、1992年洪、枯季表层沉积物颗粒分析成果，根据泥沙粒径统计特征值，运用McLaren模型分析河口泥沙输移趋势，并结合水动力及水下地形进行综合分析，确定泥沙来源、搬运方向，探讨泥沙输移机制。为进一步研究河口泥沙运动规律及泥沙通量提供背景，同时为研究河口湾出海航道、港口泥沙淤积及河口污染物输移扩散提供一条新途径。

关键词：黄茅海河口 泥沙输移趋势 McLaren模型

1 前言

泥沙粒径的空间分布是由各种动力、沉积过程综合作用产生的，它反映了这些过程的长周期和累积效应。通过对泥沙粒径空间分布的结构特征(如空间相关性、方向性等)进行研究，有助于对产生该结构的各种原因进行深入探讨，从而提高对泥沙运动的各种过程的认识。泥沙输移受颗粒的粒径、形状和密度等多种特性的影响，其中粒径的影响最重要(Robert Larson等，1997)。因此许多研究者试图通过分析泥沙粒径统计特征的空间变化即粒径趋势来确定净泥沙输运方向。如McLaren(1981，1985)提出依据输运中的泥沙粒径三个主要特征值(均值、分选系数和偏度)的空间变化来判断泥沙输运净方向(称为McLaren模型)。该模型已广泛应用于工程项目(McLaren和Powys,1989)、污染物质的输移(McLaren和Little，1987)和沉积物搬运方式及稳定性研究(McLaren和Collins，1989)。McLaren模型是在设定方向上来判断泥沙输移方向的概率大小，对于单一泥沙来源的输移趋势的判断的确是成功的，但对于有多种泥沙来源尤其是对多汊河口区的输移趋势的判断存在人为的随意性，在某些环境中不能成功地确定搬运泥沙输移路径(如Masselink,1992)。其原因主要是：①泥沙搬运路径的确定存在随意性；②使用不恰当的趋势分析方法。为此Gao和Collins(1991，1992，1994)基于粒径趋势沿沉积物搬运方向比其相反方向发生的频率高的假设，建立了在半定量滤波技术基础上的粒径趋势分析方法。从表层沉积物样品网格确定粒径趋势，然后通过滤波得到代表沉积物搬运路径的“余方式”(Residual patterns)。因此该方法的可行性依赖于恰当地选择粒径趋势和分析方法。上述两种方法均不考虑水下地形对泥沙输移路径的影响，而底床的形态方向、水动力特征等对泥沙的输移都产生直接的影响。实际上这两种方法都是通过粒径趋势的线状(Line by line)检验来确定相关的搬运方式(McLaren and Bowles, 1991)。

本文以珠江黄茅海河口为例，运用McLaren模型分析河口泥沙输移趋势，并结合水下地形及水动力进行综合分析，确定河口泥沙来源、搬运方向，探讨泥沙输移机制。为进一步研究河口泥沙运动规律及泥沙通量提供背景，同时为研究河口海湾出海航道及港口的泥沙来源和输运及河口污染物输移扩散提供一条新途径。

2 黄茅海河口湾概况

黄茅海位于珠江口西部，是一个喇叭形溺谷河口湾(图1)。在北部湾顶，通过崖门和虎跳门水道与珠江水系和潭江水系沟通，汇集了潭江的全部径流和西江的部分径流。在南部湾口有两列东东北—西西南向岛链，内侧岛链为南水、三角山、大芒和大襟诸岛；外侧岛链是高栏、荷包和畜诸岛。岛间峡口形成黄茅海河口湾三大出口：大襟以西水道称为西口，大襟至荷包之间为中口，荷包至高栏为东口。

2.1 水下地形

根据动力地貌学观点，可将黄茅海水下地形划分为几个单元：

(1)落潮冲刷槽，又称主槽。位于三虎以北的海湾北半部，长20km，宽300～900m，深5～12.4m。

(2)涨潮冲刷槽，包括东槽和西槽，分布在荷包岛的东侧和西侧。

(3)拦门浅滩。位于海湾中部宽展部位，顶部水深2.4～3.0m，滩顶位置偏北，形成内坡陡，外坡缓的形态。

(4)潮坪。水深小于2.0m的潮坪主要有三片：主槽以东的称东滩，以西的称西滩，第三片为南水岛以北的大海环浅滩。

图1 黄茅海河口地形及沉积物采样点分布

（等深线以米为单位，小襟岛位于大襟岛的西南）

Location,morphological structures and bathymetric features of Huangmaohai Estuary showing sampling sites for bottom sediment and locations of current meters.Contours are in meter.Xiao Island situiated Hebao Island beyond

H0：p≤0.125，不存在选择的输移方向；

H1：p>0.125，存在选择的输移方向。

使用单尾(边)Z得分检验(Spiegel,1961),如果

(0.05置信水平)

4.用于模型计算的表层沉积物应是受水动力作用输运中的泥沙，而不能是受强烈冲刷的河床底质，后者不是泥沙输运的结果，而是冲刷的结果。因此选点采样和计算结果的分析应考虑这个因素的影响。

5.模型计算的结果仅代表正常情况下长期的输移趋势，而对风暴、台风、特大洪水等突发事件情况下的泥沙输移规律还有待深入研究。

6.该模型是用定量的方法解决泥沙的部分定性问题，如泥沙的“源”与“汇”、输移方向和输移路径，而对于泥沙输移速率和通量等定量问题，泥沙运动的动力沉积过程等，则需要更好的模型进行研究。

参 考 文 献

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12 Gao,S.and Collins,M.,1991.A critique of the “McLaren Method”for defining sediment transport paths-Discussion.Journal of Sedimentary Petrology,61(1),p.143-146.

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