Impacts of the large amount of sand mining on riverbed morphology and tidal dynamics in lower re

第60卷第1期2024年1月地质与勘探GEOLOGY AND EXPLORATIONVol. 60 No. 1January，2024河流冲积平原饱和砂土区地下管线渗漏诱发地面塌陷机制研究李云峰1，2，张庆1，2，陆远志1，2，葛伟亚1，2，周小平1，2，侯莉莉1，2，郭纪祥3（1.中国地质调查局南京地质调查中心，江苏南京210016；2.自然资源部城市地下空间探测评价工程技术创新中心，江苏南京210016；3.吉林大学建设与工程学院，吉林长春130000）［摘要］河流冲积平原区是我国城市建设的主要区域，地层以松散冲洪积物为主，该地区地下管网破损带走松散地层极易形成隐蔽性很高的地下空洞，进而诱发地面塌陷，威胁人身财产和基础设施安全。

以安庆市长风路地面塌陷为例，建立渗流、应力多场可控的等比实体模型箱，开展城市地面塌陷仿真实验，分析带水管线破损后地层中孔洞发育过程及孔洞周边各个方向应力变化特征，旨在揭示地面塌陷形成机制。

结果表明：（1）安庆市长风路地面塌陷从孕育到塌陷，经历了小孔、竖直孔洞、塌陷坑三种形态，可将地下异常孔洞当作前兆进行预警；（2）河流冲积平原区城市地面塌陷的孕灾环境是地层的高渗透性地层和地下水位，诱发因子是管道的破损，尤其是污水排水管道破损；（3）城市地面塌陷危害大小主要受控于管道及地下水位相对埋深，且可以根据地层性质对塌陷坑的大小进行计算评估。

该成果可为城市地面塌陷风险评价、防治区划等提供理论基础。

［关键词］城市地面塌陷饱和砂土致灾机制冲积平原长风路安庆市［中图分类号］P642.5；P954 ［文献标识码］A［文章编号］0495-5331(2024)01-0105-08Li Yunfeng, Zhang Qing, Lu Yuanzhi, Ge Weiya, Zhou Xiaoping, Hou Lili, Guo Jixiang. The mechanism of ground collapse induced by leakage of underground pipelines in saturated sandy soilareas of river alluvial plains[J]. Geology and Exploration, 2024, 60(1): 0105-0112.0 引言我国大部分人口和城市都分布在河流冲积平原地区，大量资源要素和人口不断向城市聚集，对城市地下空间资源开发利用的需求越来越大，地下管线的密集部署使得脆弱的地质环境发生了系列地质问题（葛伟亚等，2021；顾展飞和李莲秀，2022）。

河流泥沙对污染物迁移转化的影响研究综述摘要：河道内水流和泥沙是污染物迁移转化的主要载体。

通过对河道中污染物的种类及其来源进行简介，并总结了国内外在泥沙对好氧有机物、重金属、有毒有机物以及氮、磷等污染物迁移行为的影响研究。

关键词：河流泥沙；污染物；迁移转化；影响机制0 引言河流是人类文明的主要环境基础条件。

人类的生存与发展从根本上依赖于对水的获取和控制。

由于现代工业的快速发展、人民生活水平的大幅提高导致工业废水及生活污水排放量、污染物种类和浓度急剧增加，对河流水质及水生环境造成极大的影响，为河流的水污染治理敲响了警钟。

河流细颗粒泥沙因富含有机质、矿物元素或者表面的藓苔、微生物等对重金属、磷、有机物等污染物都有很强的亲和力[2-3]。

因此，在对河流污染物的迁移转化研究中就必须将泥沙考虑在内，研究河流污染物与泥沙之间的相互用机理。

治理被污染的水环境和防止水资源进一步被污染是当前迫切需要解决的问题。

泥沙是河流中的重要媒介，它们跟随水流前进、沉浮，不仅参与了对河床的塑造，还携带各种物质、影响各种物质在水环境中的状态与进程。

因此，在河流污染控制方面，河流泥沙的环境效应必须受到重视。

1 河流污染物的种类及存在形式1.1 河流水环境的污染特性河流水环境由水、各种介质、水生生物及底泥构成,其中包括各种污染物和泥沙。

悬移质泥沙和底泥是污染物的重要载体。

因此，河流泥沙可以作为水环境污染的指示剂，反映水质状况。

1.2 河流中的主要污染物河流中的污染物基本可分为 3 类[1]:（1）耗氧有机污染物、石油类等，河流对这类污染物具有一定的自净能力；目前一般用 COD 值来判断其污染程度，它是在一定条件下采用一定的氧化剂处理水样时所需要的氧化剂量，表示的是水中还原性物质含量的一个指标。

水中还原性物质主要是指有机物，COD 值越大，说明水体的有机物污染程度越高。

（2）重金属、砷等，河流对这类物质没有自净能力或者自净量很小，一旦进入人体或动物体内就会产生积累，造成危害；（3）有毒有机物，如硝基物、有机氯化物等。

凌河保护区水量综合管理研究——凌河流域水沙特性分析胡庆武【摘要】通过对凌河流域代表水文站的实测径流量和输沙量分析,得出凌河流域的水沙变化规律.探讨了凌河流域典型水文站(朝阳水文站)流域径流量、输沙量和含沙量的年内和年际变化趋势,比较了不同水文站径流量、输沙量和含沙量的年际变化.同时,探讨了凌河流域径流量、输沙量的沿程变化规律,并对大、小凌河流域的径流量和输沙量等水沙特性进行了比较.结果表明,凌河流域径流量和输沙量年内分配不均,多集中于汛期(6～9月),且年际变化较大,径流量随沿程增大;而输沙量在山丘区随沿程增大,到达平原区随沿程减小.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2015(000)020【总页数】4页(P230-232,258)【关键词】凌河流域;水量管理;水沙特性;径流;输沙量【作者】胡庆武【作者单位】辽宁省水文水资源勘测局朝阳分局,辽宁朝阳 122000【正文语种】中文【中图分类】S181.3Research on the Integrated Water Management of Linghe Reserve——Analysis of the Changing Characteristics of Sediment and Water in Linghe River BasinHU Qing-wu (Chaoyang Branch of Liaoning Province Hydrology and Water Resources Investigation Bureau, Chaoyang, Liaoning 122000)Key words Linghe River Basin; Water management; Characteristics of sediment and water; Runoff; Sediment discharg凌河是辽宁西部地区最大的河流，被誉为辽西人民的“母亲河”，对辽西地区经济社会发展和人民生活等方面具有重要影响。

长江口潮滩水动力过程、泥沙输移与冲淤变化长江口潮滩水动力过程、泥沙输移与冲淤变化一、引言长江口是我国重要的河口区域之一，也是世界上最大的河口之一。

长江口潮滩是长江河口入海前形成的泥沙富集区，其水动力过程、泥沙输移与冲淤变化对河口地区的生态环境和人类活动有着重要影响。

本文旨在探究长江口潮滩的水动力过程、泥沙输移机制与冲淤变化规律。

二、长江口潮滩的水动力过程长江口潮滩区域水动力过程主要受长江入海口水动力条件和潮汐作用影响。

长江入海口水动力条件直接影响着潮滩水动力过程的形成和发展。

长江水势的强弱、潮汐的幅度与周期等因素，决定了潮滩区域的水动力过程。

长江入海口水势的强弱对潮滩水动力过程具有重要影响。

在长江入海口，由于江水和海水相互作用，形成了一股定向的排泄流。

入海口的水势强度主要由长江入海流量、堤防水位等参数决定。

水势强度大时，排泄流速度快，可带动泥沙向海洋输移，促进潮滩的冲淤过程。

水势弱时，则泥沙沉积于潮滩区域，导致潮滩发生淤积。

潮滩区域的潮汐作用也对水动力过程产生影响。

潮汐作用主要体现在潮滩区域的潮汐波动过程中。

潮滩地区处在潮汐影响最为显著的沙坪嘴潮滩和梅洲潮滩之间，潮汐波动频繁。

潮滩区域潮汐波动产生的涌浪和涨潮漩涡，影响了水流的速度和方向，导致泥沙的输移与冲淤。

三、长江口潮滩的泥沙输移机制长江口潮滩的泥沙输移主要受水流能力和沉积能力的相互作用影响。

水流能力是指水流对泥沙运动的推动能力，沉积能力是指泥沙在水流的作用下沉积和积聚的能力。

水流能力主要受水势和潮汐作用影响。

长江入海口的水势与潮汐波动的变化会引起泥沙运动的差异。

水势强劲时，水流的能力增大，可将泥沙向外输移；水势较弱时，泥沙沉积于潮滩区域。

潮汐作用则通过潮汐波浪和漩涡的形成，增大了水流对泥沙的推动力，促进了泥沙的输移。

沉积能力主要受泥沙颗粒特性和水流动力学效应影响。

泥沙的颗粒大小和密度决定了其沉积能力。

较细小的泥沙颗粒可以在水流中悬浮，沉积能力较弱；粗大的泥沙颗粒则更容易沉积于潮滩区域。

㊀㊀文章编号:１００５￣９８６５(２０２０)０４￣００６１￣１２潮致泥沙全沙净输运解析模式储㊀鏖１ꎬ２ꎬ徐㊀怡１ꎬ３ꎬ陈永平１ꎬ郁夏琰１ꎬ王㊀彪４(１.河海大学港口海岸与近海工程学院ꎬ江苏南京㊀２１００９８ꎻ２.江苏省海岸海洋资源开发与环境安全重点实验室(河海大学)ꎬ江苏南京㊀２１００９８ꎻ３.中交上海航道勘察设计研究院有限公司ꎬ上海㊀２００１２０ꎻ４.上海市环境科学研究院ꎬ上海㊀２００２３３)摘㊀要:泥沙运动作为水流和底床相互作用的纽带ꎬ是河流㊁河口及海岸工程研究的重要内容ꎮ在潮波作用明显的河口㊁海岸地区ꎬ周期性的动力作用下的泥沙运动具有往复和可逆的特征ꎬ因此研究这类水域的泥沙的净输运更具有实际的意义ꎮ基于泥沙输运和流速呈指数关系假设ꎬ建立潮流环境下的泥沙全沙净输运的解析解公式ꎬ并对该公式的计算结果和数值计算以及数学模型的结果进行了检验和验证ꎬ结果表明本研究提出的公式能较好地反应潮流环境下的泥沙净输运ꎮ由此ꎬ基于本公式采用潮流分潮调和常数可计算得到全沙净输运ꎬ并可以分析各分潮流及其相互作用与泥沙净输运的关系ꎮ研究结果显示ꎬ在受径流影响较大的半日潮河口ꎬＳ２㊁ＭＳ４㊁Ｍ２三潮相互作用对全沙净输运的贡献显著高于通常的潮流不对称作用ꎬ即Ｍ２㊁Ｍ４的相互作用ꎮ此外ꎬ河口区域径流导致的余流对泥沙净输运的贡献不可忽略ꎬ特别是在洪季ꎬ大径流量条件下往往导致余流较大ꎬ其对泥沙净输运的贡献所占比例较大ꎮ关键词:泥沙净输运ꎻ全沙输沙公式ꎻ潮流分潮ꎻ余流ꎻ长江口中图分类号:ＴＶ１４８㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀ＤＯＩ:１０.１６４８３/ｊ.ｉｓｓｎ.１００５￣９８６５.２０２０.０４.００８收稿日期:２０１９￣１２￣２１基金项目:国家重点研发计划项目(２０１７ＹＦＣ０４０５４００)ꎻ国家自然科学基金项目(４１９７６１５６ꎬ５１６２０１０５００５)ꎻ江苏省海岸海洋资源开发与环境安全重点实验室开放基金资助项目(ＪＳＣＥ２０１５１０)ꎻ上海市科委资助项目(１８ＤＺ１２０６５００)ꎻ河海大学中央高校基本科研业务费项目(２０２００４０１７)作者简介:储㊀鏖(１９７６￣)ꎬ博士ꎬ主要从事河口海岸动力学研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ａｏ＿ｃｈｕ＠ｈｈｕ.ｅｄｕ.ｃｎ通信作者:徐㊀怡(１９９５￣)ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事河口海岸水动力学研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｘｕｙｉｊｕｌｉａ＠１６３.ｃｏｍＡｎａｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｔｉｄａｌ￣ｉｎｄｕｃｅｄｎｅｔｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔＣＨＵＡｏ１ꎬ２ꎬＸＵＹｉ１ꎬ３ꎬＣＨＥＮＹｏｎｇｐｉｎｇ１ꎬＹＵＸｉａｙａｎ１ꎬＷＡＮＧＢｉａｏ４(１.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＨａｒｂｏｒꎬＣｏａｓｔａｌａｎｄＯｆｆｓｈｏｒｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＨｏｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＮａｎｊｉｎｇ２１００９８ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＪｉａｎｇｓｕＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｏａｓｔＯｃｅａｎＲｅｓｏｕｒｃｅｓＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＳｅｃｕｒｉｔｙ(ＨｏｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ)ꎬＮａｎｊｉｎｇ２１００９８ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＳｈａｎｇｈａｉＷａｔｅｒｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｓｉｇｎａｎｄＣｏｎｓｕｌｔｉｎｇＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＳｈａｎｇｈａｉ２００１２０ꎬＣｈｉｎａꎻ４.ＳｈａｎｇｈａｉＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓꎬＳｈａｎｇｈａｉ２００２３３ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔꎬａｓａｌｉｎｋｏｆｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｂｅｄꎬｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｓｓｕｅｏｆｒｉｖｅｒꎬｅｓｔｕａｒｙａｎｄｃｏａｓｔａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｒｅｓｅａｒｃｈ.Ｉｎｔｉｄｅ￣ｄｏｍｉｎａｔｅｄｅｓｔｕａｒｉｅｓａｎｄｃｏａｓｔａｌａｒｅａｓꎬｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｄｒｉｖｅｎｂｙｐｅｒｉｏｄｉｃｄｙｎａｍｉｃｆｏｒｃｅｓｉｓｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇａｎｄｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ.Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅꎬｓｔｕｄｙｏｎｎｅｔｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｔｈｅｓｅａｒｅａｓｉｓｒａｔｈｅｒｐｒａｃｔｉｃａｌ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｈｙｐｏｔｈｅｓｉｓｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｔｏｔｈｅｅｘｐｏｎｅｎｔｏｆｃｕｒｒｅｎｔｖｅｌｏｃｉｔｙꎬｔｈｅａｎａｌｙｔｉｃａｌｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｎｅｔｔｏｔａｌｌｏａｄｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｗｉｔｈｔｉｄｅｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓｉｓｄｅｒｉｖｅｄ.Ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔａｎａｌｙｔｉｃａｌｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｖｅｒｉｆｉｅｄａｇａｉｎｓｔｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｍａｔｈｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｎａｌｙｔｉｃａｌｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｃａｎｒｅｐｒｅｓｅｎｔｔｈｅｎｅｔｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｗｅｌｌｉｎｔｉｄａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ.Ｔｈｕｓꎬｔｈｅｎｅｔｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｃａｎｂｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｂｙｕｓｉｎｇｔｉｄａｌｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓꎬａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆｔｉｄａｌｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｃａｎｂｅａｃｈｉｅｖｅｄ.ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｒｅｖｅａｌｓｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｒｉｐｌｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆＳ２ꎬＭＳ４ａｎｄＭ２ｔｏｔｈｅｎｅｔｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｃｌａｓｓｉｃｔｉｄａｌａｓｙｍｍｅｔｒｙ(ｉ.ｅ.ꎬｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆＭ２ａｎｄＭ４).Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎꎬｔｈｅｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｒｅｓｉｄｕａｌｃｕｒｒｅｎｔｉｎｅｓｔｕａｒｉｅｓｃａｕｓｅｄｂｙｌａｒｇｅｒｕｎｏｆｆｆｒｏｍ第３８卷第４期２０２０年７月海洋工程ＴＨＥＯＣＥＡＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＶｏｌ.３８Ｎｏ.４Ｊｕｌ.２０２０２６海㊀㊀洋㊀㊀工㊀㊀程第３８卷ｕｐｓｔｒｅａｍｔｏｔｈｅｎｅｔｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｃａｎｎｏｔｂｅｎｅｇｌｅｃｔｅｄ.Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｎｔｈｅｆｌｏｏｄｓｅａｓｏｎꎬｔｈｅｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｒｅｓｉｄｕａｌｆｌｏｗｉｎｃｒｅａｓｅｓｏｂｖｉｏｕｓｌｙ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｎｅｔｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔꎻｔｏｔａｌｌｏａｄｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｆｏｒｍｕｌａꎻｔｉｄａｌｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓꎻｒｅｓｉｄｕａｌｃｕｒｒｅｎｔꎻＹａｎｇｔｚｅｅｓｔｕａｒｙ水流和底床相互作用的往往通过泥沙运动体现出来ꎮ而在河口㊁海岸地区的水下地形变化往往受到径流㊁潮流㊁波浪㊁人类活动等的影响ꎬ是河口泥沙在水动力驱动下输运的结果ꎮ在此类地区ꎬ潮流作用明显ꎬ周期性的潮波动力驱动的泥沙输运呈可逆和往复的特征ꎬ往往是滤除周期性作用后得到的泥沙净输运在很大程度上决定了河口动力地貌的改变[１￣２]ꎮ以往的研究成果显示ꎬ潮波进入河口及浅海区域时ꎬ因水深㊁径流㊁地形等因素的影响发生变形ꎬ出现潮汐和潮流不对称现象[３]ꎬ其中潮流动力导致的不对称输运㊁潮泵等机制是泥沙净输运的主要组成部分[４￣６]ꎮｖａｎｄｅＫｒｅｅｋｅ和Ｒｏｂａｃｃｚｅｗｓｋａ(简称ＶＤＫ＆Ｒ)研究了Ｍ０余流㊁Ｍ２㊁Ｍ４㊁Ｍ６㊁Ｓ２分潮流相互作用对粗沙净输运的影响ꎬ并提出粗沙净输运解析解[７]ꎬ该方法无需复杂模型ꎬ能够通过潮流分潮调和常数ꎬ即振幅和相位ꎬ快速㊁直观地计算泥沙净输运ꎬ其解析解亦揭示了在Ｍ０作用较小的海域ꎬ泥沙净输运仅与Ｍ０㊁Ｍ２㊁Ｍ４㊁Ｍ６有关ꎮＶＤＫ＆Ｒ进一步采用Ｍ０㊁Ｍ２㊁Ｍ４㊁Ｍ６分潮流组合和全分潮流组合代表潮波动力ꎬ驱动ＥＭＳ河口水沙动力模型ꎬ其计算结果显示两者模拟得到的泥沙净输运差别不大ꎮ其研究成果被视作动力地貌模型中潮波动力概化的理论依据ꎬ即潮波动力为主的海域动力地貌模型中可单纯的考虑Ｍ０㊁Ｍ２㊁Ｍ４㊁Ｍ６分潮流的作用[２ꎬ８]ꎮＳｏｎｇ等研究了Ｍ２㊁Ｓ２㊁ＭＳ４分潮之间的相互作用对潮汐不对称的影响[９]ꎮ李谊纯从偏度出发ꎬ结合推移质泥沙输沙公式ꎬ推导了利用潮流调和常数估算河口推移质输沙的解析方法ꎬ经对比ꎬ解析方法与直接采用推移质输沙率公式结果一致[１０]ꎮＧｕｏ等研究了长江一维模型下径流和潮流不对称对地貌的影响ꎬ提出了受径流影响较大地区的河口在Ｍ０余流㊁Ｍ２㊁Ｍ４分潮流作用下的泥沙解析解净输运[８]ꎮ在以上及更多潮流对泥沙净输运影响的研究中ꎬ普遍认为Ｍ０㊁Ｍ２㊁Ｍ４分潮流相互作用引起的潮流不对称是潮平均泥沙净输运的主要成因[１１￣１５]ꎮＣｈｕ等拓展了ＶＤＫ＆Ｒ对泥沙净输运解析解并在河口地区进行应用ꎬ提出了考虑Ｍ０余流ꎬＭ２㊁Ｍ４㊁Ｍ６㊁Ｓ２㊁Ｎ２㊁ＭＳ４㊁ＭＮ４㊁Ｋ１㊁Ｏ１分潮流作用下的粗沙解析解净输运[１６]ꎬ并指出分潮流的三重相互作用(Ｍ２ꎬＳ２ꎬＭＳ４ꎻＭ２ꎬＮ２ꎬＭＮ４ꎻＭ２ꎬＫ１ꎬＯ１)对粗沙输运有净的贡献ꎬ并且在河口地区各分潮流和Ｍ０的相互作用的贡献不可忽略ꎮ现有有关泥沙净输运的解析解多基于粗沙输运为主的情形ꎬ虽然Ｇｕｏ等[８]提出了适用于全沙输运的公式ꎬ但该公式仅仅考虑了Ｍ０余流㊁Ｍ２㊁Ｍ４分潮流作用ꎬ与Ｃｈｕ等[８]的研究结论相悖ꎬ其计算结果与数值计算结果存在差异(见后文)ꎮ这里拟采用以Ｅｎｇｌｕｎｄ￣Ｈａｎｓｅｎ经验公式为基础[１７￣１８]ꎬ即全沙输运是流速的５次方的函数ꎬ考虑Ｍ０ꎬＭ２㊁Ｍ４㊁Ｍ６㊁Ｓ２㊁Ｎ２㊁ＭＳ４㊁ＭＮ４㊁Ｋ１㊁Ｏ１等分潮流组合的作用ꎬ推导全沙净输运解析解ꎮ该公式可以反应河口地区泥沙粒径较细ꎬ泥沙输运以全沙输运为主的特征ꎮ此外ꎬ以推导的公式为基础ꎬ计算分析分潮流相互作用对泥沙净输运的贡献ꎬ确定泥沙净输运的主要驱动力ꎮ１㊀潮致泥沙净输运解析解在受潮汐波作用影响的河口海岸地区ꎬ水流和底床的相互作用ꎬ即泥沙输运呈周期性变化ꎮ因此ꎬ某一时刻甚至于某一时间段的泥沙输运并不能体现水流和底床的相互作用ꎬ往往需要通过时间积分ꎬ滤除周期性潮动力引起的波动性的泥沙输运ꎬ得到泥沙的净输运ꎮ滤除了周期性作用得到的泥沙净输运除了包含非周期驱动动力的贡献外ꎬ亦包含了具有不同周期的周期性驱动力相互作用的结果[７ꎬ１６]ꎮ现有大量关于泥沙输沙率及输沙率公式研究的成果ꎬ主要有动力学派㊁运动学派和能量学派ꎬ本研究基于能量学派的理论以及经验方法ꎬ假设输沙公式的一般形式为[７]:Ｓ＝ｆｕｎｓｉｇｎｕ()(１)式中:Ｓ为单宽体积输沙率ꎬｍ２/ｓꎻｆ为泥沙和流体特征参数ꎬ仅与泥沙和水的性质有关ꎬ不同经验公式取法不同ꎻｕ为流速ꎬｍ/ｓꎻｎ为指数ꎮ此处ｎ的取值代表了不同的泥沙输移模式ꎬ适用于不同情况ꎬ当ｎ＝３时ꎬ适用于类似Ｂａｇｎｏｌｄ推移质输沙率公式[２０]ꎻ当ｎ＝５ꎬ则有Ｅｎｇｌｕｎｄ￣Ｈａｎｓｅｎ全沙输沙率公式[１８]ꎮｎ采用采用奇数时ꎬ输沙率为流速的奇数阶函数ꎬ在潮周期内ꎬ当流速对称分布时ꎬ净输沙率为零ꎻ当存在潮流不对称等情况时ꎬ净输沙率不为零[１０]ꎮ河口及近岸地区的水流受潮流作用ꎬ往往呈往复流ꎬ流速可以表达为[４]:ｕ(ｔ)＝ｕＭ０＋ðｉｕｉｃｏｓ(ωｉｔ－φｉ)(２)式中:ｕＭ０为欧拉余流流速ꎬｍ/ｓꎻｕｉ为分潮流流速振幅ꎬｍ/ｓꎻωｉ为分潮流角频率ꎬｒａｄ/ｓꎻφｉ为分潮流相对于Ｍ２分潮流的相位角ꎮ式(２)等号两侧都除以Ｍ２分潮流速振幅ꎬ可得到:ｕ(ｔ)ｕＭ２＝εＭ０＋ｃｏｓ(ωＭ２ｔ)＋ðｉεｉｃｏｓ(ωｉｔ－φｉ)(３)其中ꎬεＭ０＝ｕＭ０ｕＭ２ꎻεｉ＝ｕｉｕＭ２ꎮ本研究基于Ｃｈｕ等[１６]的研究成果ꎬ拟采用分潮序列ꎬ表１中列出了用于拟采用的潮流分潮序列及其角频率和相位关系ꎮ将式(３)代入输沙率公式(１)并进行无量纲化ꎬ可得Φ＝<Ｓ>ｆｕｎＭ２＝<εＭ０＋ｃｏｓ(ωＭ２ｔ)＋ðｉεｉｃｏｓ(ωｉｔ－φｉ)[]ｎ>(４)式中:<㊀>＝１Ｔʏｔ１＋Ｔ２ｔ１－Ｔ２ｄｔꎻＳ为单宽体积输沙率ꎻＴ为整数倍的Ｍ２分潮周期ꎬ通常取２倍ꎬ即２４ｈ５０ｍｉｎꎮ将Φ＝<Ｓ>ｆｕｎＭ２定义为无量纲输沙率ꎬ后文中输沙率均指无量纲输沙率ꎮ进行积分时ꎬ根据以往研究ꎬ假设两潮相互作用的角频率差值Δσ相关的余弦函数ｃｏｓ(Δσｔ)在积分时段内近似为恒定[７ꎬ１６]ꎬ即:εｉＴʏｔ１＋Ｔ２ｔ１－Ｔ２ｃｏｓ(Δσｔ)Ｆｄｔ＝εｉＴｃｏｓ(Δσｔ１)ʏｔ１＋Ｔ２ｔ１－Ｔ２Ｆｄｔ(５)其中ꎬＦ为与角频率差值Δσ无关的余弦函数ꎮ采用三角函数积分求解Φꎬ可以得到泥沙输运解析解ꎮ表１㊀潮流分潮序列Ｔａｂ.１㊀Ｔｉｄａｌｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓｓｅｔ分潮流振幅原始ｕｉ/ｕＭ２角频率相位Ｍ０ｕ０εＭ０－－Ｍ２ｕＭ２１σφＭ２Ｓ２ｕＳ２εＳ２σ＋Δσ１α１＝φＭ２－φＳ２Ｎ２ｕＮ２εＮ２σ－Δσ２α２＝φＭ２－φＮ２Ｍ４ｕＭ４εＭ４２σβ＝２φＭ２－φＭ４ＭＳ４ｕＭＳ４εＭＳ４２σ＋Δσ１α３＝２φＭ２－φＭＳ４ＭＮ４ｕＭＮ４εＭＮ４２σ－Δσ２α４＝２φＭ２－φＭＮ４Ｍ６ｕＭ６εＭ６３σγ＝３φＭ２－φＭ６Ｋ１ｕＫ１εＫ１σ/２＋Δσ３α５＝φＭ２/２－φＫ１Ｏ１ｕＯ１εＯ１σ/２－Δσ３α６＝φＭ２/２－φＯ１３６第４期储㊀鏖ꎬ等:潮致泥沙全沙净输运解析模式㊀㊀ＶＤＫ＆Ｒ采用ｎ＝３ꎬ即考虑粗沙(底沙推移质)输运ꎬ研究了粗沙在Ｍ０㊁Ｍ２㊁Ｍ４㊁Ｍ６㊁Ｓ２分潮流相互作用下的输沙率ꎬ其认为在一般海岸地区Ｍ０的作用较小ꎬ并忽略了Ｏ(ε３)ꎬ得到的粗沙输运解析解结果共计５项ꎬ其中净输运有３项ꎮＣｈｕ等[８]基于ＶＤＫ＆Ｒ的输沙率求解方法ꎬ在考虑Ｍ０余流ꎬＭ２㊁Ｍ４㊁Ｍ６㊁Ｓ２㊁Ｎ２㊁ＭＳ４㊁ＭＮ４㊁Ｋ１㊁Ｏ１分潮流的情况下ꎬ提出了粗沙解析解输沙率计算公式ꎬ共计５１项ꎬ其中净输运项１５项ꎮ而对于一般河口ꎬ如长江口ꎬ泥沙输运以细沙呈悬移质为主ꎬ以上适用于粗沙的解析解公式的适用需谨慎ꎮ通常认为ꎬ河口地区悬浮泥沙粒径较细ꎬ其运动形式主要以悬沙为主ꎬ而底床泥沙粒径分布较宽ꎬ泥沙运动形式兼有悬移质和推移质运动[２１]ꎬ因此ꎬ河口海岸地区的泥沙输运应以全沙输运做考虑ꎮ因此ꎬ输沙率可取流速的５次方ꎬ即取ｎ＝５ꎬ采用经典的ＥｎｇｅｌｕｎｄａｎｄＨａｎｓｅｎ公式计算输沙率精度较高[１７]ꎮ根据ＥｎｇｅｌｕｎｄａｎｄＨａｎｓｅｎ输沙率公式[１８]ꎬ输沙率可表示为:ＳＥ－Ｈ＝Ｓｓ＋Ｓｂ＝０.０５αＵ５ｇＣ３Δ２Ｄ５０(６)式中:ＳＥ￣Ｈ为Ｅ￣Ｈ公式计算得到的单宽体积输沙率ꎻＳｓ和Ｓｂ分别为悬移质和推移质单宽体积输沙率ꎬｍ２/ｓꎻα为校正系数ꎻＵ为流速ꎬｍ/ｓꎻＣ为谢才系数ꎬｍ１/２/ｓꎻΔ表示相对密度ꎬΔ＝(ρｓ－ρｗ)/ρｗꎻＤ５０为泥沙中值粒径ꎬｍꎮ类似于Ｃｈｕ等[８]的推导过程ꎬ本研究在考虑Ｍ０ꎬＭ２㊁Ｍ４㊁Ｍ６㊁Ｓ２㊁Ｎ２㊁ＭＳ４㊁ＭＮ４㊁Ｋ１㊁Ｏ１分潮流的情况下ꎬ推导基于ＥｎｇｅｌｕｎｄａｎｄＨａｎｓｅｎ公式的无量纲全沙净输运解析解表达式ꎮ潮致泥沙输运解析解公式中每一项都代表了分潮流之间的相互作用对净输沙率的贡献ꎬ这些相互作用可分为两种:第一种是恒定项ꎬ这些项不随时间变化ꎬ即对泥沙净输运有所贡献ꎬ共计１２９项ꎻ第二种是波动项ꎬ分潮流相互作用产生泥沙输运随着时间产生波动ꎬ对泥沙净输运没有影响ꎬ共有８０７项ꎬ限于篇幅ꎬ本研究列出对泥沙净输运有贡献的恒定项ꎬ公式见式(７)ꎮΦｎｅｔ＝<Ｓ>ｎｅｔｆｕ５Ｍ２＝ð１１ｉ＝１Φｉ(７)式中:Φｉ为根据相关分潮流对１２９个分项进行归纳整理得到的全沙净输运合并项ꎬ分别与１１类不同分潮流相互作用有关ꎮΦｉ表达式及其相关分潮流见表２ꎮ表２㊀合并项表达式及其相关分潮流Ｔａｂ.２㊀ＥｘｐｒｅｓｓｉｏｎａｎｄｒｅｌａｔｅｄｔｉｄａｌｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｏｆΦｉ合并项合并项表达式相关分潮流Φ１Φ１＝εＭ０５Ｍ０Φ２Φ２＝５/８εＭ０(３＋３εＭ４４＋３εＭ６４＋１２εＭ４２＋１２εＭ６２＋１２εＭ４２εＭ６２＋４εＭ６ｃｏｓγ＋１２εＭ４２εＭ６ˑ㊀㊀ｃｏｓ(２β－γ))＋１５/２εＭ０２εＭ４(ｃｏｓβ＋２εＭ６ｃｏｓ(β－γ))＋５εＭ０３(１＋εＭ４２＋εＭ６２)Ｍ０ꎬＭ２及其倍潮Φ３Φ３＝５/８εＭ４ｃｏｓβ(２＋６εＭ６２＋３εＭ４２)＋１５/４εＭ４εＭ６ｃｏｓ(β－γ)(１＋εＭ４２＋εＭ６２)＋㊀㊀５/８εＭ４３εＭ６２ｃｏｓ(３β－２γ)Ｍ２及其倍潮Φ４Φ４＝１５/８εＭ０(εＳ２４＋εＮ２４＋εＭＳ４４＋εＭＮ４４＋４εＮ２２εＳ２２＋４εＳ２２εＭＳ４２＋４εＭＮ４２εＳ２２＋４εＮ２２εＭＮ４２＋㊀㊀４εＮ２２εＭＳ４２＋４εＭＮ４２εＭＳ４２＋８εＮ２εＭＮ４εＳ２εＭＳ４ｃｏｓ(α１－α２－α３＋α４))＋５εＭ０３(εＳ２２＋㊀㊀εＮ２２＋εＭＳ４２＋εＭＮ４２)Ｍ０ꎬＳ２ꎬＮ２及其倍潮Φ５Φ５＝１５/２εＭ０(εＳ２２＋εＮ２２＋εＭＳ４２＋εＭＮ４２)(１＋εＭ４２＋εＭ６２)＋１５εＭ０２(εＳ２εＭＳ４ｃｏｓ(α１－α３)＋㊀㊀εＮ２εＭＮ４ｃｏｓ(α２－α４))＋１５εＭ０εＭ４(εＳ２εＭＳ４(ｃｏｓ(α１－α３＋β)＋εＭ６ｃｏｓ(α１－α３－β＋γ))＋㊀㊀εＮ２εＭＮ４(ｃｏｓ(α２－α４＋β))＋εＭ６ｃｏｓ(α２－α４－β＋γ)))Ｍ０ꎬＳ２ꎬＮ２ꎬＭ２及其倍潮４６海㊀㊀洋㊀㊀工㊀㊀程第３８卷(续表)合并项合并项表达式相关分潮流Φ６Φ６＝１５/４εＳ２εＭＳ４ｃｏｓ(α１－α３)(１＋εＳ２２＋εＭＳ４２＋２εＮ２２＋２εＭＮ４２＋２εＭ４２＋２εＭ６２)＋㊀㊀１５/４εＮ２εＭＮ４ｃｏｓ(α２－α４)(１＋εＮ２２＋εＭＮ４２＋２εＳ２２＋２εＭＳ４２＋２εＭ４２＋２εＭ６２)＋㊀㊀１５/４εＭ４ｃｏｓβ(εＳ２２＋εＮ２２＋εＭＳ４２＋εＭＮ４２)＋１５/８εＭ４(εＳ２２εＭＳ４２ｃｏｓ(２α１－２α３＋β)＋㊀㊀εＮ２２εＭＮ４２ｃｏｓ(２α２－２α４＋β)＋４εＮ２εＭＮ４εＳ２εＭＳ４ｃｏｓ(α１＋α２－α３－α４＋β))＋㊀㊀１５/４εＭ６(εＳ２εＭＳ４ｃｏｓ(α１－α３＋γ)＋εＮ２εＭＮ４ｃｏｓ(α２－α４＋γ))＋(１５/２εＭ４εＭ６εＳ２２ˑ㊀㊀ｃｏｓ(β－γ)(εＳ２２＋εＮ２２＋εＭＳ４２＋εＭＮ４２)＋１５/４εＭ４２εＭ６(εＳ２εＭＳ４ｃｏｓ(α１－α３＋２β－γ)＋㊀㊀εＮ２εＭＮ４ｃｏｓ(α２－α４＋２β－γ))Ｓ２ꎬＮ２ꎬＭ２及其倍潮Φ７Φ７＝１５/８εＭ０(４εＫ１２＋４εＯ１２＋εＫ１４＋εＯ１４＋４εＫ１２εＯ１２)＋５εＭ０３(εＫ１２＋εＯ１２)Ｍ０ꎬＫ１ꎬＯ１Φ８Φ８＝１５/２εＭ０(εＭ４２＋εＭ６２)(εＫ１２＋εＯ１２)＋１５εＭ０εＫ１εＯ１(εＭ０ｃｏｓ(α５＋α６)＋εＭ４ˑ㊀㊀ｃｏｓ(α５＋α６－β)＋εＭ４εＭ６ｃｏｓ(α５＋α６＋β－γ))Ｍ０ꎬＫ１ꎬＯ１ꎬＭ２及其倍潮Φ９Φ９＝１５/４εＫ１εＯ１ｃｏｓ(α５＋α６)(１＋εＫ１２＋εＯ１２＋２εＭ４２＋２εＭ６２)＋１５/４εＭ４ｃｏｓ(β)(εＫ１２＋εＯ１２)㊀㊀＋１５/８εＫ１εＯ１(εＭ４εＫ１εＯ１ｃｏｓ(２α５＋２α６－β)＋２εＭ６ｃｏｓ(α５＋α６－γ)＋２εＭ４２εＭ６ｃｏｓ(α５＋㊀㊀α６－２β＋γ))＋１５/２εＭ４εＭ６ｃｏｓ(β－γ)(εＫ１２＋εＯ１２)Ｋ１ꎬＯ１ꎬＭ２及其倍潮Φ１０Φ１０＝１５/２εＭ０(εＫ１２＋εＯ１２)(εＳ２２＋εＮ２２＋εＭＳ４２＋εＭＮ４２)＋１５εＭ０εＫ１εＯ１(εＳ２εＭＳ４ｃｏｓ(α１－㊀㊀α３＋α５＋α６)＋εＮ２εＭＮ４ｃｏｓ(α２－α４＋α５＋α６))Ｍ０ꎬＫ１ꎬＯ１ꎬＳ２ꎬＮ２及其倍潮Φ１１Φ１１＝１５/２εＫ１εＯ１ｃｏｓ(α５＋α６)(εＳ２２＋εＮ２２＋εＭＳ４２＋εＭＮ４２)＋１５/２(εＫ１２＋εＯ１２)(εＳ２εＭＳ４㊀㊀ｃｏｓ(α１－α３)＋εＮ２εＭＮ４ｃｏｓ(α２－α４))＋１５/２εＭ４εＫ１εＯ１(εＳ２εＭＳ４ｃｏｓ(α１－α３－α５－α６＋㊀㊀β)＋εＮ２εＭＮ４ｃｏｓ(α２－α４－α５－α６＋β))Ｋ１ꎬＯ１ꎬＳ２ꎬＮ２ꎬＭ２及其倍潮２㊀结果分析及讨论如式(７)所示ꎬ本研究推导得到了的潮致全沙净输运公式ꎬ该公式相比以往的粗沙输运公式[７ꎬ１６]及部分全沙公式[８]有所改进ꎬ适用性更强ꎮ本研究首先通过设定相同的参数ꎬ采用不同泥沙输运解析解公式计算得到了解析解输沙率Φꎬ并将式(３)代入式(１)可以计算得到无量纲化输沙率数值解Φｎｕｍｅｒｉｃａｌꎬ通过对比解析解和数值解的计算结果ꎬ可对不同公式的结果进行对比以及验证本研究提出的解析解公式ꎮ此外ꎬ通过计算可以得到式(７)中每一项的值以及其对净输运贡献的占比ꎬ可以评估不同分潮流相互作用对净输运的贡献度即重要性ꎮ２.１㊀不同输沙率公式的差异首先ꎬ采用ＶＤＫ＆Ｒ[７]ꎬＣｈｕ等[１６]以及本研究的公式基于不同条件计算泥沙净输运的解析解结果ꎬ分析比较三个公式的计算结果和采用分潮流直接计算的数值解ꎮ主要分成以下两种情况进行讨论ꎮ１)ＶＤＫ＆Ｒ经典假设改进:在ＶＤＫ＆Ｒ的经典假设基础上ꎬ考虑Ｍ０的影响ꎬ设定参数为:εＭ０＝０.１ꎬεＭ４＝０.１ꎬεＳ２＝０.１ꎬβ＝１５０ʎꎬ其他参数均为零ꎮ计算结果如图１所示ꎮ图１(ａ)为粗沙输沙率的数值计算结果与解析解对比图ꎻ图１(ｂ)为本研究的全沙输沙率解析公式和数值计算结果的对比图ꎮ从图１可以看出ꎬ当仅考虑Ｍ０㊁Ｍ２㊁Ｍ４㊁Ｓ２分潮流时ꎬ假设ｕＭ２＝１.０ｍ/ｓꎬ基于不同公式的泥沙净输沙率与数值计算结果吻合良好ꎮ该情况下ꎬ粗沙和全沙输沙率的净输运项相差不大ꎬ全沙解析解输沙率波动项绝对值稍大于粗沙ꎮ５６第４期储㊀鏖ꎬ等:潮致泥沙全沙净输运解析模式图１㊀假设情况下的泥沙净输运数值计算结果与不同公式计算结果对比Ｆｉｇ.１㊀ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃａｌｃｕｌａｔｅｄｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｂａｓｅｄｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓｕｎｄｅｒｔｈｅＶＤＫ＆Ｒａｓｓｕｍｐｔｉｏｎ㊀㊀２)洪季长江口北槽:采用Ｃｈｕ等[１６]对长江口北槽站点２００４年洪季潮流调和分析结果进行计算ꎬ长江口典型站点调和分析结果见表３ꎮ假设ｕＭ２＝１.０ｍ/ｓ时ꎬ以表３的北槽枯季潮流速计算泥沙输运ꎬ计算结果如图２所示ꎮ从图２可以看出ꎬ该情况下不同公式的计算结果存在明显差异ꎬ采用本研究公式计算得到的全沙净输沙率是粗沙净输沙率的３倍ꎮ对比两者公式亦可发现ꎬ全沙公式中由于ｎ的取值不同导致分潮流组合的增加是造成两者输沙率差异的原因ꎮ大㊁小潮差异明显:即大潮海向输沙率较大ꎬ小潮时期较小ꎮ采用全沙输沙率公式时ꎬ相邻的大潮的输沙率之间差异显著于其他公式的结果ꎬ两次小潮期间ꎬ两式计算得到的输沙率均较小且接近于零ꎮ表３㊀北槽及徐六泾站点潮流分潮振幅及相对于Ｍ２的相位差Ｔａｂ.３㊀ＡｍｐｌｉｔｕｄｅａｎｄｐｈａｓｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｉｄａｌｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓｒｅｌａｔｉｖｅｔｏＭ２ａｔＮｏｒｔｈＰａｓｓａｇｅａｎｄＸｕｌｉｕｊｉｎｇｓｔａｔｉｏｎ站点分潮流枯季Ｍ０洪季Ｍ０Ｍ２Ｓ２Ｎ２Ｍ４ＭＳ４ＭＮ４Ｍ６Ｋ１Ｏ１北槽振幅/(ｍ ｓ－１)０.１３０.２９１.０３０.５５０.２６０.０９０.１１０.０５０.０３０.１７０.１１相位/(ʎ)２４０２７７２９４２５６１６２１２６７９徐六泾振幅/(ｍ ｓ－１)０.２５０.８８１.１００.５３０.２４０.３１０.３１０.１４０.０６０.２１０.１４相位/(ʎ)２０５２０９２９０２２０１１６７７７２０图２㊀北槽枯季泥沙净输运数值计算结果与不同公式计算结果对比Ｆｉｇ.２㊀ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃａｌｃｕｌａｔｅｄｒｅｓｉｄｕａｌｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｔｈｅＮｏｒｔｈＰａｓｓａｇｅｏｆｔｈｅＹａｎｇｔｚｅｅｓｔｕａｒｙ(ｄｒｙｓｅａｓｏｎ)采用三个不同公式ꎬ可以计算得到以上两种情况各分潮流相互作用对净输沙的贡献ꎬ结果见表４ꎮ由表４可以看出ꎬ无论采用何种公式ꎬ不同的分潮流相互作用对泥沙净输运的贡献表现不尽相同ꎮ在改进的经典６６海㊀㊀洋㊀㊀工㊀㊀程第３８卷假设情况下ꎬ涉及Ｓ２分潮流的潮潮相互作用对泥沙净输运的贡献较少ꎬＭ０㊁Ｍ２分潮流相互作用导致泥沙的海向输运ꎬＭ４㊁Ｍ２的相互作用占比较大ꎮ考虑洪季长江口北槽实际条件时ꎬ由于潮流不对称作用(９０ʎ<β<１８０ʎ)ꎬ导致了泥沙的陆相输运ꎻ粗沙输运公式ꎬ即ＶＤＫ＆Ｒ[７]和Ｃｈｕ等[１６]公式中ꎬＭ０㊁Ｍ２相互作用是主要贡献项ꎮ此外ꎬ基于Ｃｈｕ等[１６]公式和本文公式ꎬ都可以发现Ｓ２㊁ＭＳ４㊁Ｍ２和Ｍ０㊁Ｓ２相互作用对输沙率的贡献不可忽视ꎮ表４㊀不同公式的分潮流组合对泥沙净输运的贡献率Ｔａｂ.４㊀Ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆｔｉｄａｌｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｏｒｍｕｌａｓ相关分潮流净输沙占比/(％)假设北槽洪季ＶＤＫ＆Ｒ公式Ｃｈｕ等公式本文公式ＶＤＫ＆Ｒ公式Ｃｈｕ等公式本文公式Ｍ０ꎬＭ２１７６.４１６８.４２１８.５９３.９５８.４２９.３Ｍ４ꎬＭ２－７６.４－７２.９－１２４.７５.９３.７２.０Ｍ４ꎬＭ６ꎬＭ２０.００.００.００.２０.１０.１Ｍ０－１.１０.０－３.１０.１Ｍ０ꎬＭ４－１.７０.１－０.４０.０Ｍ０ꎬＮ２－０.００.０－３.７０.４Ｎ２ꎬＭＮ４ꎬＭ２－０.００.０－－１.１－１.０Ｓ２ꎬＭＳ４ꎬＭ２－０.００.０－１１.４１２.２Ｍ０ꎬＫ１－０.００.０－１.２０.１Ｍ０ꎬＳ２－１.７０.１－１６.７３.４Ｍ０ꎬＭＳ４－０.００.０－０.７０.１Ｋ１ꎬＯ１ꎬＭ２－０.００.０－０.８０.７其他分潮组合－０.０６.１－０.８５２.５其次ꎬ本研究对比了Ｇｕｏ等[８]公式和本研究公式的差异ꎮ同样采用ＥｎｇｅｌｕｎｄａｎｄＨａｎｓｅｎꎬＧｕｏ等[８]对长江口全沙净输运也进行了初步的研究ꎬ其考虑了Ｍ０余流㊁Ｍ２㊁Ｍ４分潮流对泥沙净输运的影响ꎬ推导出全沙净输运解析解公式ꎬ见式(８)ꎮΦｎｅｔｆｕ５Ｍ２＝ʏＴ０Ｕ５ｄｔ/Ｔ＝ｕＭ０５＋５ｕＭ０３(ｕＭ２２＋ｕＭ４２)＋１５８ｕＭ０(ｕＭ２４＋ｕＭ４４)＋５４ｕＭ２４ｕＭ４ｃｏｓβ(８)㊀㊀Ｇｕｏ等[８]提出的式(８)仅考虑了余流和Ｍ２㊁Ｍ４分潮流的影响ꎬ共计６项ꎮ采用同样的假设ꎬ在仅考虑余流和两个分潮流的影响时ꎬ式(７)可以简化为９项ꎬ见式(９)ꎮ相较于Ｇｕｏ等[８]的公式ꎬ多了３项Ｍ０㊁Ｍ２㊁Ｍ４相互作用对泥沙净输运的贡献ꎮΦｎｅｔｆｕ５Ｍ２＝ʏＴ０Ｕ５ｄｔ/Ｔ＝ｕＭ０５＋５ｕＭ０３(ｕＭ２２＋ｕＭ４２)＋１５２ｕＭ０２ｕＭ２２ｕＭ４ｃｏｓβ＋１５８ｕＭ０(ｕＭ２４＋㊀㊀㊀㊀ｕＭ４４＋４ｕＭ２２ｕＭ４２)＋５８ｕＭ２２(２ｕＭ２２ｕＭ４＋３ｕＭ４３)ｃｏｓβ(９)㊀㊀采用表３中北槽站点枯季参数ꎬ首先计算仅考虑Ｍ０余流㊁Ｍ２㊁Ｍ４分潮流时ꎬ假设ｕＭ２＝１.０ｍ/ｓꎬεＭ０＝０.２８ꎬεＭ４＝０.１ꎬβ＝２９４ʎꎬ其他参数均为零ꎬ图３(ａ)给出了计算结果ꎻ图３(ｂ)则给出了考虑所有分潮流计算结果ꎮ由图３(ａ)可知ꎬ当仅考虑Ｍ０余流㊁Ｍ２㊁Ｍ４分潮流时ꎬＧｕｏ等[８]提出的净输沙率公式计算结果与泥沙净输沙率数值计算结果有所差异ꎬ误差约为５％ꎬ采用式(９)计算得到的结果与数值计算的结果吻合更贴切ꎬ在某种假设条件下ꎬＧｕｏ等[８]的公式亦可以用来计算泥沙的净输沙率ꎮ但实际上ꎬ正如Ｃｈｕ等[１６]早已证明ꎬ分潮流的三重相互作用(Ｍ２ꎬＳ２ꎬＭＳ４ꎻＭ２ꎬＮ２ꎬＭＮ４ꎻＭ２ꎬＫ１ꎬＯ１)对泥沙净输运有贡献ꎬ包括了粗沙输运以及全沙净输运并且在河口地区各分潮流和Ｍ０的相互作用的贡献不可忽略ꎮ如图３(ｂ)所示ꎬ当考虑Ｍ０余流ꎬＭ２㊁Ｍ４㊁Ｍ６㊁Ｓ２㊁Ｎ２㊁ＭＳ４㊁ＭＮ４㊁Ｋ１分潮流时ꎬ本文公式的计算结果与数值计算的结果吻合良好ꎬ而采用Ｇｕｏ等[８]的７６第４期储㊀鏖ꎬ等:潮致泥沙全沙净输运解析模式公式得到的输沙率明显偏小ꎬ且仅为本文公式(７)结果的１/３ꎬ并且与数值解的中值相差过大ꎮ由此ꎬＧｕｏ等[８]的简易公式一般不适合实际的河口海岸地区ꎬ在实际应用中ꎬ采用式(８)计算河口泥沙净输运需慎重ꎮ图３㊀假设情况和实际站点的泥沙净输运数值计算结果与不同公式计算结果对比Ｆｉｇ.３㊀ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃａｌｃｕｌａｔｅｄｒｅｓｉｄｕａｌｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｂａｓｅｄｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓａｔＢｅｉｃａｏ(ｄｒｙｓｅａｓｏｎ)２.２㊀分潮流相互作用对净输沙率的贡献采用式(７)可利用潮流分潮调和常数不仅可以直接快速计算净输沙率ꎬ还可以针对式中每一项不同分潮流及其相互作用对泥沙净输运的贡献进行研究ꎬ确定对不同径流强度㊁分潮流振幅㊁相位对泥沙净输运大小及方向的影响ꎮ以往研究发现有些分潮流之间相互作用(如Ｍ２ꎬＭ４相互作用)对泥沙净输运影响较大ꎬ而有些相互作用仅对泥沙输运产生波动性影响ꎬ在进行潮周期平均后对泥沙净输运无贡献作用ꎬ这些都可以通过式(７)进行分析和计算ꎮ表４为了对比不同公式的差异ꎬ仅仅列出小部分的分潮流相互作用ꎬ由表４可以看出不同分潮流之间的相互作用对净输沙的贡献不甚相同ꎮ为了较为全面的分析不同分潮流相互作用对输沙率的贡献ꎬ分析计算了不同径流条件下的各分潮流相互作用ꎬ即采用表２中Ｃｈｕ等[１６]对长江口北槽和徐六泾站点２００４年的洪㊁枯季潮流调和分析结果进行计算ꎮ表５中列出了对净输沙贡献率超过１％的余流分潮流组合贡献项及其贡献率ꎮ表５㊀分潮流组合对泥沙净输运的贡献Ｔａｂ.５㊀Ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆｔｉｄａｌｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓ相关分潮流净输沙占比/(％)北槽徐六泾枯季(１.１６)洪季(２.１８)枯季(２.９０)洪季(１２.３７)Ｍ０ꎬＭ２２２.０２９.２１６.９３２.８Ｍ４ꎬＭ２４.０２.１４.６１.１Ｍ０ꎬＭ６ꎬＭ２０.９１.０１.１０.９Ｓ２ꎬＭＳ４ꎬＭ２２３.５１２.５２１.９５.１Ｎ２ꎬＭＮ４ꎬＭ２－１.８－１.０－０.２０.０Ｋ１ꎬＯ１ꎬＭ２１.３０.７－０.４－０.１Ｍ０ꎬＭ２ꎬＭ４１.１１.８６.０７.５Ｍ０ꎬＭ２ꎬＳ２２３.７２７.１１３.７１１.２Ｍ０ꎬＭ２ꎬＮ２５.３６.０２.９２.３Ｍ０ꎬＭ２ꎬＫ１１.９２.２２.１１.８８６海㊀㊀洋㊀㊀工㊀㊀程第３８卷(续表)相关分潮流净输沙占比/(％)北槽徐六泾枯季(１.１６)洪季(２.１８)枯季(２.９０)洪季(１２.３７)Ｍ０ꎬＭ２ꎬＯ１１.０１.２１.２１.０Ｍ０ꎬＭ２ꎬＭＳ４１.０１.２４.７３.８Ｍ４ꎬＳ２ꎬＭ２３.３１.８２.８０.７Ｍ０ꎬＳ２ꎬＭＳ４ꎬＭ２１.２３.０３.５１０.１Ｍ０ꎬＭ４ꎬＫ１ꎬＯ１ꎬＭ２－０.２－０.２－０.９－０.７Ｎ２ꎬＭＮ４ꎬＳ２ꎬＭ２－１.０－０.５－０.１０.０Ｎ２ꎬＳ２ꎬＭＳ４ꎬＭ２２.３１.２１.６０.４Ｍ４ꎬＳ２ꎬＭＳ４ꎬＭ２０.３０.２２.６０.６Ｍ０ꎬＳ２１.９３.３１.３５.４Ｍ０ꎬＮ２ꎬＳ２１.５１.７０.７０.５注:洪枯季右侧括号内为该站点泥沙净输运值ꎮ１)主要贡献项:由表５可看出ꎬ在北槽中部ꎬ两潮(Ｍ０㊁Ｍ２)相互作用ꎬ三潮(Ｓ２㊁ＭＳ４㊁Ｍ２)和(Ｍ０㊁Ｓ２㊁Ｍ２)相互作用对净输沙率的贡献较大ꎬ枯㊁洪季贡献率均达到６８％以上ꎮ而相较北槽站点ꎬ位于更上游的徐六泾站点ꎬ倍潮相互作用的贡献率明显增加ꎬ如:三潮(Ｍ０㊁Ｍ４㊁Ｍ２)相互作用在徐六泾约为６％~７.５％ꎻ在北槽则是１％~２％ꎮ在以往的研究中ꎬ往往认为潮流不对称(Ｍ２和Ｍ４相互作用)对泥沙净输运的贡献较大ꎬ本研究发现ꎬ在长江口典型站点三潮(Ｓ２㊁ＭＳ４㊁Ｍ２)相互作用对泥沙净输运的贡献显著高于两潮(Ｍ４㊁Ｍ２)相互作用ꎮ比较各分潮流与Ｍ０㊁Ｍ２相互作用对泥沙净输运的贡献ꎬＭ０㊁Ｓ２㊁Ｍ２相互作用对泥沙净输运的贡献显著高于Ｍ０㊁Ｍ４㊁Ｍ２相互作用ꎬ且Ｍ０㊁Ｓ２㊁Ｍ２相互作用的贡献与相位无关ꎬＭ０㊁Ｍ４㊁Ｍ２相互作用与Ｍ４㊁Ｍ２相位差β有关ꎮ该结果表明在受径流影响较大的河口地区ꎬＳ２及其倍潮相互作用㊁余流与其他分潮流相互作用对泥沙净输运的贡献较大且不可忽略ꎬ在分析潮流不对称及泥沙净输运问题时应考虑除Ｍ４㊁Ｍ２以外更多的分潮流以全面分析不同分潮流组合的影响ꎮ２)季节变化:洪枯季径流量变化对泥沙净输运的影响较大ꎮ通过比较表５中两站分潮流相互作用贡献在洪枯季的变化ꎬ可以看出随着洪季Ｍ０增大ꎬ与Ｍ０相关的分潮流相互作用对泥沙净输运的贡献均有所增长ꎮ与余流无关的潮流分潮组合导致的泥沙净输运值不变ꎬ使得其对总泥沙净输运的占比即贡献显著减少ꎮ由于徐六泾站点洪㊁枯季节余流变化更大ꎬ其相互作用的贡献率变化也更大ꎮ不同的余流与分潮流相互作用贡献率对余流变化的响应有所不同ꎬ由表５可以看出ꎬＭ０㊁Ｓ２相互作用对余流变化的响应比Ｍ０㊁Ｍ２相互作用显著ꎬ即Ｍ０变化对Ｍ０㊁Ｓ２相互作用的影响更大ꎮ３)相位对输沙率的影响:部分分潮流相互作用的泥沙输运方向取决于分潮流之间相位差ꎬ如表５所示ꎬ观察三潮(Ｋ１㊁Ｏ１㊁Ｍ２)相互作用的贡献率可以发现ꎬ在北槽站点产生的是向海方向的泥沙净输运ꎬ而在徐六泾站点产生的向陆方向的泥沙净输运ꎮ该相互作用贡献项由公式中的３个分项组成ꎬ具体表达式如下:(１５εＫ１εＯ１ｃｏｓ(α５＋α６))/４＋(１５εＫ１３εＯ１ｃｏｓ(α５＋α６))/４＋(１５εＫ１εＯ１３ｃｏｓ(α５＋α６))/４ꎬ可得该相互作用的泥沙净输运方向取决于Ｋ１㊁Ｏ１与Ｍ２相互作用的相位差之和ꎬ即α５＋α６ꎮ对于部分分潮流相互作用ꎬ分潮流之间的相位差对其贡献项的大小也有影响ꎮ例如(１５εＳ２εＭＳ４ｃｏｓ(α１－α３))/４为Ｓ２㊁Ｍ２㊁ＭＳ４分潮流相互作用的贡献项ꎬ其大小和方向与Ｓ２㊁ＭＳ４之间的相位差α１－α３有关ꎮ除此之外ꎬ还有部分分潮流相互作用ꎬ其贡献项的大小方向与分潮流之间的相位差均无关ꎮ例如(１５ε０εＳ２２)/２为Ｍ０㊁Ｓ２㊁Ｍ２相互作用产生的贡献项ꎬ且和Ｓ２㊁Ｍ２之间的相位差α１无关ꎮ９６第４期储㊀鏖ꎬ等:潮致泥沙全沙净输运解析模式因此ꎬ采用不同地区的分潮流相位参数计算得到的净输沙率差异较大ꎬ且每一项净输沙率贡献项对相位差的反应都不同ꎮ３㊀公式验证及应用采用长江口三个站点２０１６年７月２１－２２日㊁２７－２８日大小潮期间流速及潮输沙率资料对公式进行验证ꎬ三个站点分别位于南港㊁北槽㊁南槽的１＃(３１ʎ２０.３２ᶄＮꎬ１２１ʎ４０.２６ᶄＥ)㊁２＃(３１ʎ１４.７５ᶄＮꎬ１２２ʎ１.６０ᶄＥ)㊁３＃(３１ʎ７.７９Ｎᶄꎬ１２１ʎ５３.７０ᶄＥ)三个测站ꎬ站点位置分布见图４ꎮ由于缺乏较长的实测流速资料ꎬ本研究利用基于Ｄｅｌｆｔ３Ｄ的长江口二维水动力模型[１６]进行模拟得到一个月的流速资料ꎮ并将流速在涨急㊁落急流速的方向上进行分解ꎬ并利用基于Ｔ－Ｔｉｄｅ的调和分析工具包进行调和分析计算得到分潮流调和常数ꎬ进而可采用式(７)计算可得到解析解净输沙率Φꎮ采用如图４所示站点的模型模拟流速ꎬ可以直接代入Ｅ￣Ｈ公式计算得到经验输沙率ＳＥ￣Ｈꎬ计算时ꎬ取ρｓ＝２６５０ｋｇ/ｍ３ꎬ糙率ｎ＝０.０１３[１９]ꎮ泥沙中值粒径选取可根据实测的粒配曲线(见图５)ꎬ根据图５取３个站点的Ｄ５０分别为０.０１１３ｍｍ㊁０.０１１ｍｍ㊁０.０１０７ｍｍꎮ图４㊀站点位置示意Ｆｉｇ.４㊀Ｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｓｔａｔｉｏｎｓ图５㊀站点悬沙粒径累积曲线图Ｆｉｇ.５㊀Ｇｒａｉｎｓｉｚｅａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｏｆｓｕｓｐｅｎｄｅｄｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔａｔｉｏｎｓ对比计算得到的解析解输沙率Φ㊁基于模型结果的Ｅ￣Ｈ公式经验输沙率ＳＥ￣Ｈ以及基于实测流速和含沙量计算得到的实际输沙率Ｓｏｂｓ作对比ꎬ结果见图６ꎮ图６㊀输沙率公式验证结果Ｆｉｇ.６㊀Ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｎｆｏｒｍｕｌａｓｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｒａｔｅ０７海㊀㊀洋㊀㊀工㊀㊀程第３８卷由图６可以看出ꎬ采用Ｅ￣Ｈ公式基于模型模拟流速计算得到的经验输沙率和基于实测流速和含沙量得到实测输沙率基本吻合ꎬ说明Ｅ￣Ｈ公式在该河口可以适用ꎬ此外Ｅ￣Ｈ公式结果与解析公式结果吻合较好ꎮ大潮期间涨急时刻Ｅ￣Ｈ公式输沙率绝对值高于实测输沙率ꎬ但落急时刻则低于实测输沙率ꎮ因此与实测输沙率相比ꎬ基于Ｅ￣Ｈ公式的解析解净输沙率与实测数据基本吻合ꎬ但略微偏高ꎬ误差的可能原因是文中研究的净输沙公式未考虑起动切应力的影响ꎮ４㊀结㊀语以Ｅｎｇｅｌｕｎｄ￣Ｈａｎｓｏｎ公式为基础ꎬ即泥沙输运与流速的５次方成正比ꎬ假设河口地区水流以往复流为主ꎬ通过潮周期时间积分推导得到了潮致泥沙全沙净输运公式ꎮ该公式考虑了多分潮流情况下的全沙输运ꎬ完善并改进了已有研究提出的公式ꎬ拓展了潮致泥沙解析解的适用范围ꎮ通过该公式可以利用潮流分潮流调和常数直接计算泥沙净输运ꎬ分析分潮流和余流产生变化时对输沙率的影响ꎬ研究各分潮流及其相互作用与泥沙净输运之间的关系ꎮ主要结论如下:１)公式计算结果与数值计算结果十分吻合ꎬ表明净输运公式的正确性ꎮ与已有的泥沙粗沙净输运解析解比较发现ꎬ在长江口典型站点情况下ꎬ本文公式计算得到的净输沙是粗沙净输沙的３倍左右ꎻ大㊁小潮时期输沙率差异较大ꎬ两次相邻大潮的输沙率之间存在显著差异ꎻ两次小潮期间ꎬ两式计算得到的输沙率均较小且接近于零ꎮ对比Ｇｕｏ等[８]的全沙净输运公式ꎬ本文的公式更加完善ꎬ适用性更广ꎮ２)研究发现在长江口区域ꎬ潮不对称作用(Ｓ２㊁ＭＳ４㊁Ｍ２)和三潮相互作用(Ｍ０㊁Ｓ２㊁Ｍ２)等的相互作用对泥沙净输运的贡献显著高于通常意义上的潮流不对称㊁即两潮(Ｍ２和Ｍ４)相互作用对泥沙净输运的贡献ꎬ该结果可适用于受径流影响的半日潮河口地区ꎮ３)余流㊁分潮流的相互作用对泥沙输运的贡献率随着洪㊁枯季变化有所不同ꎮ洪季时ꎬ与Ｍ０相关的相互作用对泥沙净输运的贡献均有所增长ꎬ其对总泥沙净输运的占比即贡献显著增大ꎮ４)分潮流相互作用对输沙的贡献大部分表现为受Ｍ０控制ꎬ即向海输运ꎬ但是部分潮潮相互作用对泥沙输运的贡献其方向取决于分潮流之间的相位差ꎬ即可能会导致向岸输沙ꎬ而输沙率的大小由分潮流振幅和相位差共同决定ꎮ文中得到的泥沙净输运解析解公式建立在输沙率与流速的五次方成正比的经验公式基础上ꎬ该公式适用于部分河口ꎬ未考虑河流中的泥沙过饱和和不饱和现象ꎬ且输沙率还与起动切应力等因素有关ꎬ文中假设该因素在一段时间内为不变量ꎬ未考虑该因素变化对泥沙净输运的影响ꎬ这些都会影响到泥沙的净输运ꎬ需要进行进一步的研究ꎮ参考文献:[１]㊀ＰＯＳＴＭＡＨ.ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｎｄａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｕｓｐｅｎｄｅｄｍａｔｔｅｒｉｎｔｈｅＤｕｔｃｈＷａｄｄｅｎＳｅａ[Ｊ].ＮｅｔｈｅｒｌａｎｄｓＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｅａＲｅｓｅａｒｃｈꎬ１９６１:１４８￣１９０.[２]㊀ＤＥＲＷＥＧＥＮＭＶꎬＲＯＥＬＶＩＮＫＪＡ.Ｌｏｎｇ￣ｔｅｒｍｍｏｒｐｈｏｄｙｎａｍｉｃｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆａｔｉｄａｌｅｍｂａｙｍｅｎｔｕｓｉｎｇａｔｗｏ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌꎬｐｒｏｃｅｓｓ￣ｂａｓｅｄｍｏｄｅｌ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏｐｈｙｓｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２００８ꎬ１１３(３):２１５６￣２２０２.[３]㊀ＦＲＩＥＤＲＩＣＨＳＣＴꎬＡＵＢＲＥＹＤＧ.Ｔｉｄａｌｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｉｎｓｔｒｏｎｇｌｙｃｏｎｖｅｒｇｅｎｔｃｈａｎｎｅｌｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏｐｈｙｓｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈꎬ１９９４:３３２１￣３３３６.[４]㊀谢东风ꎬ高抒ꎬ潘存鸿ꎬ等.杭州湾沉积物宏观输运的数值模拟[Ｊ].泥沙研究ꎬ２０１２(３):５１￣５６.(ＸＩＥＤＦꎬＧＡＯＳꎬＰＡＮＣＨꎬｅｔａｌ.Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇｍａｃｒｏ￣ｓｃａｌｅｓｕｓｐｅｎｄｅｄｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｐａｔｔｅｒｎｓｉｎＨａｎｇｚｈｏｕｂａｙꎬＣｈｉｎａ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｅｄｉｍｅｎｔＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２０１２(３):５１￣５６.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[５]㊀陈炜ꎬ李九发ꎬ李占海ꎬ等.长江口北支强潮河道悬沙运动及输移机制[Ｊ].海洋学报ꎬ２０１２ꎬ３４(２):８４￣９１.(ＣＨＥＮＷꎬＬＩＪＦꎬＬＩＺＨꎬｅｔａｌ.ＴｈｅｓｕｓｐｅｎｄｅｄｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎａｎｄｉｔｓｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｎｓｔｒｏｎｇｔｉｄａｌｒｅａｃｈｅｓｏｆｔｈｅＮｏｒｔｈＢｒａｎｃｈｏｆｔｈｅＣｈａｎｇｊｉａｎｇＥｓｔｕａｒｙ[Ｊ].ＡｃｔａＯｃｅａｎｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａꎬ２０１２ꎬ３４(２):８４￣９１.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[６]㊀杜家笔ꎬ裴艳东ꎬ高建华ꎬ等.弱动力浅海中的悬沙输运机制:以天津港附近海域为例[Ｊ].海洋学报ꎬ２０１２ꎬ３４(１):１３６￣１４４.(ＤＵＪＢꎬＰＥＩＹＤꎬＧＡＯＪＨꎬｅｔａｌ.Ｔｈｅｓｕｓｐｅｎｄｅｄｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｌｏｗｆｌｏｗｐａｔｔｅｒｎｓｉｎｓｈａｌｌｏｗｗａｔｅｒｓ:ａｃａｓｅｓｔｕｄｙｆｒｏｍｔｈｅＴｉａｎｊｉｎｓｕｂｔｉａｌａｒｅａ[Ｊ].ＡｃｔａＯｃｅａｎｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａꎬ２０１２ꎬ３４(１):１３６￣１４４.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[７]㊀ＶＡＮＤＥＫＲＥＥＫＥＪＶꎬＲＯＢＡＣＺＥＷＳＫＡＫ.Ｔｉｄｅ￣ｉｎｄｕｃｅｄｒｅｓｉｄｕａｌｔｒａｎｓｐｏｒｔｏｆｃｏａｒｓｅｓｅｄｉｍｅｎｔꎻＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｏｔｈｅＥＭＳ１７第４期储㊀鏖ꎬ等:潮致泥沙全沙净输运解析模式。

采砂对河道生态与环境的影响以及对策【摘要】采砂对河道生态与环境造成的影响较为严重，包括破坏河床、破坏水生物栖息地等问题。

采砂导致水流速度增加，水中悬浮物增多，影响了河道生态系统的平衡。

为了解决这一问题，需要加强监管与执法力度，严格控制采砂的数量和方式，同时推动绿色开采与再生资源利用，减少对自然环境的破坏。

只有在政府、企业和社会各方的共同努力下，才能实现河道生态与环境的可持续发展。

对于采砂对河道生态与环境的影响，应该引起重视，并积极采取有效的对策来减轻其负面影响。

【关键词】采砂, 河道生态, 环境影响, 对策, 监管与执法, 绿色开采, 再生资源利用, 结论1. 引言1.1 引言采砂是指利用机械设备或工具从河床、湖底等水域中采取石子、沙土等材料的行为，通常用于建筑、道路等工程。

随着采砂活动的频繁进行，对河道生态与环境造成了严重的影响。

采砂导致河道生态系统遭受破坏，许多珍稀物种的栖息地被破坏，生态平衡遭到破坏。

采砂过程中产生大量粉尘、噪音、废水等污染物，严重影响了周围环境的质量。

为了应对采砂对河道生态与环境造成的负面影响，必须采取有效的对策。

应加强监管与执法力度，建立健全的监管机制，制定相关政策法规，加大对采砂违法行为的打击力度。

推动绿色开采与再生资源利用，倡导绿色环保的采砂方式，开发利用再生资源，减少对自然资源的开采压力。

通过采取这些对策，可以有效减轻采砂对河道生态与环境的影响，保护生态环境，促进可持续发展。

加强对采砂活动的监管与管理，推动绿色开采方式的应用，是保护河道生态与环境的关键措施。

只有全社会共同努力，才能实现生态与经济的双赢。

2. 正文2.1 采砂对河道生态的影响采砂对河道生态的影响是非常严重的。

采砂会破坏河道的自然生态系统，影响水生植物和动物的生存环境。

大面积的采砂活动会导致河床的剧烈变化，使得水流受阻、水质恶化，进而影响河道生态平衡。

特别是对一些珍稀物种和濒危物种的栖息地造成灾难性的破坏，加剧生物多样性的丧失。

沿海地区潮汐动力对海滩沙岸演变的影响沿海地区潮汐动力是指潮汐引起的海洋水流在沿岸地区产生的动力作用。

潮汐动力对海滩沙岸的演变具有重要影响。

本文将探讨潮汐动力对海滩沙岸演变的影响，并着重讨论其对海岸侵蚀和沉积过程的作用。

一、潮汐动力对海岸侵蚀的影响潮汐动力是海洋水流在沿岸地区的重要动力来源。

此动力可产生较强的冲刷和破坏作用，导致海岸侵蚀现象加剧。

首先，潮汐动力的流动特点使得海滩沙岸受到更多的冲刷和剥蚀。

当潮汐涨潮时，海水冲刷沙滩，将沙粒带走，使海滩消失或退缩。

而在潮汐落潮时，冲击力较小，沙滩可能重新形成。

这种周期性的冲蚀作用导致海岸线的不断变化，加速了海岸侵蚀的进程。

其次，潮汐动力还会加速海水的侵蚀性物质（如盐和碳酸钙）对海岸沉积物的侵蚀作用。

这些物质的溶解进一步削弱了沙岸的稳定性，使得沙粒容易被冲刷带走，加速了海岸的侵蚀过程。

二、潮汐动力对沙滩沉积的影响潮汐动力不仅对海岸侵蚀产生影响，还对沉积过程起到重要作用。

首先，潮汐动力可以将河流中携带的泥沙带到海滩沙岸，促进沉积作用。

在潮汐涨潮时，海水流入河口，冲刷出大量的淤泥和沙粒，并将其带到近海。

随着潮汐落潮，沉积物逐渐沉淀，形成新的沙岸。

由此可见，潮汐动力对海滩沉积起到了重要推动作用。

其次，潮汐动力还会造成沙粒的重新分布，改变海滩沙岸的形态。

在潮汐涨潮时，潮汐动力将沙粒带向岸边，形成较为陡峭的海滩。

而在潮汐落潮时，冲击力减小，沙粒逐渐向外侧扩散，形成较为平缓的沙岸。

这种周期性的沉积和冲刷过程使沙滩沙岸呈现出多样的形态。

三、综合影响及保护措施综上所述，沿海地区的潮汐动力对海滩沙岸演变产生着重要的影响。

它加剧了海岸的侵蚀过程，同时也促进了沉积作用和沙岸形态的变化。

为了保护沿海地区的海滩沙岸，应采取相应的措施。

首先，需要进行海岸侵蚀风险评估，合理规划海滩旅游和开发项目，减少对沙岸的人为破坏。

其次，加强对河流和海岸的监测，以及沙滩沙岸的调查，及时掌握演变情况，为保护工作提供科学依据。

灾难词汇集结一地震类earthquake 地震shake 震动；摇晃tremor颤动；震动temblor [美语] 地震hit 袭击、打击，使遭受jolt 使颠簸，摇晃rock 摇，摇动，使振动roll across 波动，起伏，横摇rip through 裂开，破开；突进，横撞直闯level 推倒，夷平flatten 夷为平地seismological 地震学上的seismology 地震学seismograph 地震仪seismographer 地震学家aftershock 余震smaller tremors 小地震large earthquake大地震epicenter 震中magnitude 震级near earthquake近震Richter Scale(1-10) 里氏震级at a scale of 7.8 on the Richter calculations 里氏7.8级地震earthquake monitoring 地震监控earthquake resistance抗震加固措施seismic source震源magnitude震级seismic intensity 引起的地面震动及其影响的强弱程度epicentre震中earthquake disaster prediction灾害预测earthquake resistant design抗震设计earthquake stricken area灾区hypocentral distance震源距ultra microearthquake (microtremor) 极微震imminent earthquake prediction临震预测post-earthquake recovery and reconstruction震后恢复与重建strong motion observation强震观测continental drift大陆漂移二泥石流类Mudslide 塌方山崩Mud-rock flow 泥石流mudslide-stricken region 泥石流受灾地区geological disasters 地质灾害secondary disaster 次生灾害barrier lake 堰塞湖upper reaches 上游河段the water level of the lake 湖水水位the lake's water volume 湖水水量landslide 山体滑坡rain-triggered landslide 暴雨引发的山体滑坡raised riverbed 抬高的河床mountain torrents 山洪flood peak 洪峰landslides 山崩/滑坡discharge flood waters 分流洪水flood prevention ability 防洪能力downstream residences 下流住宅三洪水类torrential downpours/rains 倾盆大雨a fierce storm 强风暴rainstorms 暴风雨torrential rain 暴雨the fury of a storm 狂风暴雨heavy rain 暴雨cloudburst （突然的）大暴雨the violent storm 暴风downpour 倾盆大雨a heavy rainfall 大雨，暴雨the bluster of the wind and rain 狂风暴雨pouring rain 瓢泼大雨tsunami 海啸the violent thunderstorms 强烈的雷暴rain cats and dogs 下倾盆大雨drought n. 干旱，旱灾storm/tempest/rainstorms 暴风雨floods/floodwater/inundation 洪水relief 救灾freshet 河水猛涨/涨水water levels 水位to burst their banks/breaching of the dyke 决堤/溃堤watercourses 河道/水道the flood level 洪水水位warning level 警戒水位flash floods 山洪暴发water discharge 水流量/排水water reservoirs 水库Office of State Flood Control and Drought Relief Headquarters 国家防汛抗旱总指挥部rescue boats 救生艇plug the breach 封堵决堤口inundate crops 淹没农田low-lying areas 低洼地区inflatable boats 充气艇rubber boats 橡皮艇fuel barrels 燃料桶life vests 救生衣tsunami 海啸El Nino厄尔尼诺四其它类Land salinization土地盐碱化Haze灰霾Red Tide赤潮desertification土地沙漠化strike 突然发生；打击damage 损害；损伤destroy 毁坏，破坏；摧残shatter 破坏；捣毁；破灭devastate 蹂躏，破坏；使荒废；毁灭tsunami warning system 海啸预警系统tidal waves 潮汐波，浪潮natural disaster 自然灾害death toll 死亡人数victims 受灾者international contributions 国际援助evacuation 撤离blackout 断电/停电mass evacuation 大规模疏散the emergency rescue headquarters 紧急救援指挥部excavator 开凿机controlled explosions 受控爆炸golden window 救援黄金时间relief vehicles 救援车辆epidemic prevention 传染病预防psychological trauma 心理创伤voluntary rescue work 志愿救援工作bamboo bed 竹床disinfectant 消毒剂living subsidy 生活补助resettlement 重新安置death toll 死亡人数disaster areas 受灾地区evacuate 疏散stranded residents 受困居民temporary tents 临时帐篷settlements 临时居住点worst hit 最严重受灾地区emergency alert level 紧急警戒级别emergency materials 紧急援助物资collapse 崩溃abandoned被抛弃的pandemic，universal流行性的poultry， bird禽流感plague 瘟疫disaster 灾难bloody 血腥的carcase(carcass) （动物的）尸体turmoil 骚动pressure 强制golden Shield 金盾corpse尸体volcano 火山turbulence动荡snowslide snowslip avalanche雪崩landslide landslip avalanche山崩cyclone tornado 飓风龙卷风typhoon 台风quicksand 流沙infectious disease contagion infection 传染病acid rain 酸雨hail hailstone冰雹blizzard 暴风雪Tropical storm热带风暴levin lightning fire-flag闪电thunder 打雷emerge vi.浮现；(问题)发生，暴露collapse vi. 倒塌；崩溃，突然失败；infect vt.传染；影响wreck vt. 毁坏;使…失事；n.失事，残害;精神身体垮掉的人injure vt. 伤害，损伤transmit vt.传播，发射；传送，传染rescue vt. n. 营救，救援donate vt.捐赠，赠送accidental a.意外的，偶然的miserable a.痛苦的，悲惨的，可怜的fatal a.致命的，灾难性的；重大的vulnerable a.易受伤的，脆弱的；难防御的voluntary a. 自愿，主动地disaster n.灾难，大祸；彻底失败famine n.饥荒sandstorm沙尘暴destruction n.破坏毁灭refugee n. 难民strap n. 带，皮带 vt.用带扣住；用绷带包扎foundation n.基础；基金会；建立flame n. 火焰collision n.碰撞；冲突charity n.救济金，施舍；慈善(团体) shelter n.遮蔽处；保护 vt.庇护；躲避hazard n. 危害 vt. 冒风险，试着做事故词汇集结1)Nuclear accidents核事故Radioactive contamination放射性污染2) a charity performance 义演3) a homeless shelter 收容所4) a miserable cold 重感冒5) a plane wreck 飞机失事6) a refugee camp 难民营7)accident n.事故，意外;8)accidental a.意外的，偶然的9)accidental collision 意外碰撞10)accidental damage 意外损伤11)accidentally ad.意外地12)Asteroid小行星撞击地球13)burst into flame 猛烈的燃烧14)bury掩埋15)buoy救生圈16)calamity大灾祸，不幸之事17)casualty伤亡事故。

２０２３年１２月水 利 学 报ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ第５４卷　第１２期文章编号：０５５９－９３５０（２０２３）１２－１４９６－１１收稿日期：２０２３－０２－０１；网络首发日期：２０２３－０９－２０网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２３０９１９．１３１０．００２．ｈｔｍｌ基金项目：国家重点研发计划项目（２０１６ＹＦＣ０４０２５００）；鄂尔多斯水利科技重点项目（２０２３２００００９０）作者简介：李琳琪（１９９４－），博士生，主要从事水力学及河流动力学研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｌｑ１９＠ｍａｉｌｓ．ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ通信作者：张红武（１９５８－），教授，博士生导师，主要从事水力学及河流动力学研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｈｗ＠ｍａｉｌ．ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ河流动床阻力影响参数分析及其计算研究李琳琪１，张红武１，侯　琳１，李浩博２（１．清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京　１０００８４；２．皇家墨尔本理工大学空间研究中心，维多利亚墨尔本，３００１　澳大利亚）摘要：动床阻力计算对河流研究和工程问题解决十分重要。

自２０世纪中叶起利用现代水力学知识计算动床阻力的方法陆续出现，本文对现有成果进行了分析评述，并对经典的Ｅｉｎｓｔｅｉｎ和钱宁等阻力计算方法进行剖析，发现基于水力半径分割假说建立的动床阻力算法，不适用于研究主要由悬移质输沙强度决定床面形态的水流阻力问题。

为此，本文首先选取有代表性的基本物理量，同实测糙率值进行相关性分析，确定出主参数；通过数据分析确定水深和能坡的指数后，运用造床流量下床沙中值粒径公式计算河床比降；基于能坡Ｉ计算需体现河床比降主导影响的同时应考虑边岸局部水头损失作用的认识，给出能坡修正式，再引入能体现沙粒和含沙量对动床摩阻的影响的因子，建立了动床阻力计算新方法。

大量实测资料验证结果表明，本文公式计算精度高，适用性强。