楊天,楊世倫,楊海飛,朱琴,張文祥,張朝陽,王如生

(1.華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國家重點實驗室,上海200062; 2.長江口水文水資源勘測局,上海200136;3.國家海洋局第二海洋研究所,杭州310012)

懸浮絮凝體特征及其影響因子的綜合作用
——以長江口內(nèi)河槽和口門最大渾濁帶為例

楊天1,楊世倫1,楊海飛1,朱琴1,張文祥1,張朝陽2,王如生3

(1.華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國家重點實驗室,上海200062; 2.長江口水文水資源勘測局,上海200136;3.國家海洋局第二海洋研究所,杭州310012)

絮凝對河口細顆粒懸沙運動起著極其重要的作用.為深入探討長江口懸浮絮凝體的特征及其主要影響因子的綜合作用,于2014年10月19—23日(長江口徑流量、潮差、風(fēng)浪均接近多年平均值)利用多種儀器在人類活動干擾較小的南支-北港-口外海濱水域進行了綜合現(xiàn)場觀測和取樣,獲得了四個潮流特征時刻(漲急、漲憩、落急、落憩)的懸浮絮凝體粒徑、分散粒徑(即分散懸沙的原始粒徑)、懸沙濃度、體積濃度、流速流向、鹽度等數(shù)據(jù).利用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法分析五大影響因子(懸沙濃度、體積濃度、流速、鹽度和分散粒徑)對絮凝體粒徑和有效密度影響程度.結(jié)果表明,在相同體積水體中,口門最大渾濁帶測點的絮凝體相對口內(nèi)河槽測點數(shù)量多、粒徑小,絮凝體內(nèi)粘土顆粒少、空隙大、自由水多.在口內(nèi)河槽,絮凝體粒徑主要受懸沙濃度、分散粒徑和體積濃度控制,有效密度主要受到分散粒徑、懸沙濃度和流速控制;在口門最大渾濁帶,絮凝體粒徑的主控因子是流速,有效密度主要受到鹽度、懸沙濃度控制.

懸浮絮凝體;影響因子;灰色關(guān)聯(lián)度分析法;長江口

0 引言

細顆粒泥沙具有比粗顆粒泥沙更大的比表面積,往往不是以單一顆粒形式存在,而是多個顆粒聚集形成絮凝體,這一聚集過程改變了泥沙的大小與密度等物理性質(zhì)[1].泥沙中絮凝體粒徑和有效密度直接影響泥沙沉降速度[2-4],進而直接影響河口泥沙的沉積過程[5-8].

絮凝體的野外觀測技術(shù)一直是許多學(xué)者關(guān)注的對象.為了研究現(xiàn)場絮凝體的大小、密度等性質(zhì),從20世紀80、90年代開始,很多國外學(xué)者嘗試使用水下拍照觀測方法[5,9-11].水下拍照方法雖然對河口水體絮凝體大小有最直觀的反映,但在統(tǒng)計上工作量大,而且無法適用于中高濁度的水體.Bale和Morris利用水下激光散射儀器對絮凝現(xiàn)象進行了初步研究[12].Mikkelsen和Pejrup在2001年首先使用美國SEQUOIA公司生產(chǎn)的現(xiàn)場激光粒度儀(LISST-100)對絮凝進行現(xiàn)場觀測研究,該儀器利用激光衍射原理及Mie散射理論現(xiàn)場測量絮凝體的粒徑[3].這一方法很快得到了國內(nèi)外許多學(xué)者的廣泛使用與認可[3-4,13-14].在近期長江口對絮凝現(xiàn)象的野外觀測中,程江研究了徐六涇洪季大潮的垂線絮凝體粒徑[4],唐建華等等研究了枯季南槽表層的絮凝體粒徑[15],李九發(fā)等研究了洪枯季南、北槽水面以下3 m處的絮凝體粒徑[16].

前人對長江口絮凝現(xiàn)象研究,主要集中在固定水層的多點觀測或多水層的單點觀測,基于多水層(六層)的多點準同步研究并不多,且對在長江口不同區(qū)域絮凝體影響因子缺乏深入的研究.鄧聚龍在1982年創(chuàng)立灰色系統(tǒng)理論給我們提供一個動態(tài)指標的量化分析方法:灰色關(guān)聯(lián)度分析[17].這是一種用灰色關(guān)聯(lián)度順序來描述因子間的權(quán)重、大小、次序的方法,其基本思想是:以特征行為序列為依據(jù),用數(shù)學(xué)的方法研究因子之間的幾何對應(yīng)關(guān)系[18-19].本質(zhì)上是多條曲線間的幾何形狀變化分析與比較,認為曲線幾何形狀越接近,則發(fā)展變化態(tài)勢越接近,關(guān)聯(lián)程度越大.因此以此作因素分析時存在以下優(yōu)點:①對數(shù)據(jù)量沒有太高的要求;②不要求因子滿足線性、對數(shù)、指數(shù)和冪函數(shù)等典型分布;③計算過程中不會導(dǎo)致極性誤差[17-19].近年來這一方法也廣泛應(yīng)用于地學(xué)領(lǐng)域中的多因子統(tǒng)計問題[20-22].本文擬在灰色關(guān)聯(lián)度分析的基礎(chǔ)上,探討長江口門內(nèi)到口門區(qū)近100 km范圍中絮凝體的不同特征,并對影響絮凝的五大影響因子(懸沙濃度、體積濃度、流速、鹽度和分散粒徑)在不同區(qū)域所占的權(quán)重進行分析.

1 研究區(qū)概況

長江口是典型的分叉型河口,呈三級分汊、四口入海格局[23].當前長江主流走南支,北支分流比不到5%,近年來甚至不到2%,南、北港分流比相近[24-25],南港水道受人類活動影響較北港大[26].經(jīng)南、北槽分汊口貫穿南港和北港的橫斷面是一條分界線,其向海一側(cè)至大約10 m等深線之間的范圍因發(fā)育攔門沙而成為最大渾濁帶[27];其向陸一側(cè)至南、北支分汊口之間為口門內(nèi)河槽.本次現(xiàn)場準同步觀測的四個測點位于受到人類活動影響相對較小的南支-北港-口外海濱水域中,其中A和B兩點位于口門內(nèi)河槽,C和D兩點位于口門最大渾濁帶(見圖1).

圖1 研究區(qū)域Fig.1 Study area

本次觀測時間為2014年10月19—23日,處在長江洪枯季過渡階段和大小潮之間的平常潮階段.根據(jù)長江大通水文站數(shù)據(jù),長江(大通站)多年平均流量為28 420 m3/s,2014年長江(大通站)平均流量為28 240 m3/s,本次觀測期間的平均流量為29 400 m3/s[28-29].觀測期間的長江流量不僅與該年的平均流量相近,也與長江的多年平均流量相近[30].根據(jù)堡鎮(zhèn)站潮汐數(shù)據(jù),該站多年平均潮差為2.45 m,本次觀測期間平均潮差為2.57 m[31].根據(jù)長江口海洋預(yù)報,觀測期間長江口堡鎮(zhèn)與橫沙觀測站平均浪高0.85 m[32],小于長江口多年平均浪高0.90 m[33].因此,本次觀測期間的徑流、潮汐和風(fēng)浪條件代表了長江口的一般狀況.

2 研究方法

2.1現(xiàn)場觀測與室內(nèi)實驗

本次觀測于2014年10月19—20日在B點、20—21日在A點、21—22日在C點和22—23日在D點分別在一個完整潮周期的落憩、落急、漲憩和漲急4個特征時刻進行水文觀測.本次觀測使用儀器如表1所示,具體步驟如下:將多普勒流速剖面儀(ADCP-300 k)安裝在船身一側(cè),探頭垂直朝下,入水深度為0.8 m,它記錄盲區(qū)(水深1.8 m)以下的流速流向數(shù)據(jù);使用自容點式流速儀(Valeport-106)測得表層水體流速流向,來補充ADCP-300k的盲區(qū)部分的數(shù)據(jù),將特征時刻前后1 min的剖面流速數(shù)據(jù)平均,獲得最終的剖面流速流向;在不擾動天然絮凝體的情況下,利用LISST-100在潮周期4個特征時刻進行垂向剖面測量,測得現(xiàn)場懸沙粒級分布數(shù)據(jù);在水柱高度為H的水體中,按照六層法在相對水柱高度為0.05H(底層)、0.2H、0.4H、0.6H、0.8H和1H(表層)處取懸沙樣(每瓶600 mL),取回實驗室用庫爾特激光粒徑分析儀(Coulter-1320)分析得到分散懸沙的粒級分布與分散粒徑(即分散懸沙的原始粒徑),粒徑分布以1/8Φ為間隔(Φ單位用來表示粒徑,Φ=?log2d,式中d的單位為mm),一共74個粒徑區(qū)間;利用光學(xué)后向散射濁度計(OBS-3A)在潮周期特征時刻進行垂向剖面測量,得到濁度和鹽度數(shù)據(jù).

表1 現(xiàn)場觀測所用儀器及其觀測項目Tab.1 Observation instruments and measured parameters

現(xiàn)場取100 L懸沙水樣用于室內(nèi)標定OBS-3A,通過濁度數(shù)據(jù)反演懸沙濃度數(shù)據(jù)[34-35].標定實驗結(jié)果如圖2所示,圖中SSC指懸沙濃度,單位為kg/m3;T指濁度值,單位為NTU,該關(guān)系式的相關(guān)系數(shù)R2達到0.99以上,擬合關(guān)系良好,可用于濁度值反演懸沙濃度.

圖2 濁度與懸沙濃度的回歸關(guān)系Fig.2 Regression between turbidity and SSC

2.2 絮凝體有效密度計算

絮凝體有效密度(?ρ)單位為kg/m3.常用以下公式計算[3]:

式(1)中,?ρ指的是絮凝體有效密度,單位kg/m3;SSC為懸沙濃度,單位kg/m3;VC為絮凝體體積濃度,單位μL/L.

2.3 灰色關(guān)聯(lián)度分析法

首先將本觀測的4個觀測點的4個潮周期特征時刻的數(shù)據(jù)按照六層法進行平均,并篩選出未超過儀器量程的73組有效數(shù)據(jù)序列,利用區(qū)間相對值化法對序列進行無量綱化處理.無量綱化后各變量的取值范圍限于0～1,使得序列無量綱化且在量綱與數(shù)量級上歸一[36].

其次,計算特征序列與相關(guān)因子序列在各時刻的差值(γ).令系統(tǒng)特征行為序列(絮凝體粒徑或有效密度序列)為X0,

令系統(tǒng)的相關(guān)因子序列(體積濃度、流速、鹽度、懸沙濃度和分散粒徑序列)為Xi,

其中,Xi為第i個相關(guān)因子數(shù)序列,xi(k)為第i個因子在k時刻的值.于是特征序列與相關(guān)因子序列在各時刻的差值(γ)可表示為[19]

式中,k=1,2,3,···,n,i=1,2,3,4,5;γ(x0(k),xi(k))是特征序列X0與第i個相關(guān)因子Xi在第k個時刻的相對差值,這種形式的相對差值稱為Xi對X0在k時刻的關(guān)聯(lián)系數(shù).

最后,計算關(guān)聯(lián)度.將特征序列與相關(guān)因子序列的差值(γ)序列取平均值,其表達式為

3 結(jié)果

3.1 沿程對比

3.1.1 絮凝體粒徑與分散粒徑

位于口內(nèi)河槽的,A、B測點絮凝體中值粒徑在30μm與56μm之間,平均值為40.2μm.口門最大渾濁帶C、D測點中值粒徑在10μm與28μm之間,平均值為18.0μm.口內(nèi)河槽絮凝體中值粒徑顯著大于口門最大渾濁帶(見圖3a).四個觀測點的分散中值粒徑在5μm與10μm之間,沿程變化不大(見圖3b).口內(nèi)河槽的泥沙顆粒的粒度頻率分布曲線較口門最大渾濁帶扁平(見圖4),口內(nèi)河槽懸沙的粘土含量(41.8%)大于口門最大渾濁帶的粘土含量(36.3%).

圖3 長江口4個測點4個特征時刻時絮凝體中值粒徑(a)、分散中值粒徑(b)、懸沙濃度(c)、體積濃度(d)、有效密度(e)的剖面平均值Fig.3 The vertical average value of the floc median sizes(a),single particle median sizes(b), suspended sediment concentrations(SSC)(c),volume concentrations(VC)(d)and eff ective densities(e)in the four characteristic moment at the four observation sites in Yangtze Estuary

圖4 長江口分散懸沙的粒度頻率分布曲線圖Fig.4 The frequency distribution versus log diameter of suspended sediments in Yangtze Estuary

3.1.2 懸沙濃度、絮凝體體積濃度與有效密度

口內(nèi)河槽的體積濃度和懸沙濃度顯著小于口門最大渾濁帶(見圖3c和3d).各測點平均有效密度從高到低依次是B、A、C、D(見圖3e),口內(nèi)河槽的絮凝體有效密度高于口門最大渾濁帶.由于細顆粒泥沙聚集成絮凝體時,細顆粒泥沙之間會禁閉一部分自由水,這部分禁閉自由水不易排出,這樣就增加了絮凝體的粒徑,同時減少絮凝體的有效密度[1].反之,絮凝體有效密度越高,則絮凝體內(nèi)單顆粒懸沙之間空隙越小,禁閉的自由水也隨之減少.結(jié)合上節(jié)絮凝體粒徑與分散粒徑分布情況,按照比例建立長江口的絮凝體分布模式(見圖5):在相同體積的水體中,口門最大渾濁帶相對口內(nèi)河槽絮凝體數(shù)量多、粒徑小,絮凝體內(nèi)粘土顆粒少、空隙大、自由水多.

圖5 口內(nèi)河槽與口門最大渾濁帶水體中的絮凝體分布模式Fig.5 The flocs distribution patternsin the waters between the inner estuary and the Turbidity Maximum Zone of the mouth area

3.2 關(guān)聯(lián)度分析

將口內(nèi)河槽測點與口門最大渾濁帶測點的數(shù)據(jù)序列分別用灰色關(guān)聯(lián)度分析法計算得出關(guān)聯(lián)度如圖6所示.從口內(nèi)河槽到口門最大渾濁帶,絮凝體粒徑和有效密度與其主要影響因子之間的關(guān)聯(lián)度存在較大差異:體積濃度與懸沙濃度的關(guān)聯(lián)度從正相關(guān)變?yōu)樨撓嚓P(guān),分散粒徑的關(guān)聯(lián)度顯著變小,流速的影響明顯增加.在口內(nèi)河槽,影響絮凝體大小的關(guān)鍵因子是懸沙濃度(關(guān)聯(lián)度為0.810)、分散粒徑(關(guān)聯(lián)度為0.783)和體積濃度(關(guān)聯(lián)度為0.748);在口門最大渾濁帶,影響絮凝體大小的控制性因子則變?yōu)榱魉?關(guān)聯(lián)度為–0.807).在口門最大渾濁帶,除鹽度外的相關(guān)因子與有效密度的關(guān)聯(lián)度都較口內(nèi)河槽區(qū)域降低.口內(nèi)河槽有效密度主要受到分散粒徑(關(guān)聯(lián)度為0.766)、懸沙濃度(關(guān)聯(lián)度為0.745)與流速(關(guān)聯(lián)度為0.708)控制;在口門最大渾濁帶有效密度的控制性因子變?yōu)辂}度(關(guān)聯(lián)度為–0.711)和懸沙濃度(關(guān)聯(lián)度為0.684).

4 討論

4.1 懸沙濃度對絮凝的影響

由灰色關(guān)聯(lián)度分析可知,懸沙濃度是口內(nèi)河槽影響絮凝體粒徑的最重要因子(見圖6),懸沙濃度與絮凝體粒徑的關(guān)聯(lián)度為0.810.從長江口實際情況來看,口內(nèi)河槽絮凝體粒徑隨著懸沙濃度的增加而增加,這主要是由于隨著懸沙濃度的升高,水體中懸沙顆粒增多,顆粒之間的碰撞概率增加,促進絮凝體粒徑增大.口門最大渾濁帶絮凝體粒徑隨懸沙濃度的變化不顯著,甚至呈負相關(guān)關(guān)系(見圖7a).由于其關(guān)聯(lián)度顯著小于流速的關(guān)聯(lián)度(見圖6),推測其原因可能是口門最大渾濁帶的水流剪切作用強于懸沙濃度對絮凝體增大的促進作用.

圖6 口內(nèi)河槽測點與口門最大渾濁帶測點關(guān)聯(lián)度比較Fig.6 The relational grade’s contrast between the inner estuary and the Turbidity Maximum Zone of the mouth area

懸沙濃度與有效密度的關(guān)聯(lián)度在口內(nèi)河槽與口門最大渾濁帶分別是0.745和0.684(見圖6).隨著懸沙濃度的增加,如果絮凝體的體積不變,必然導(dǎo)致水體中絮凝體有效密度增加.無論在口內(nèi)河槽還口門最大渾濁帶,懸沙濃度都對有效密度的增長起著一定的促進作用(見圖7b).但在口門最大渾濁帶,鹽度對有效密度增長的強烈抑制作用使得其關(guān)聯(lián)度相對占優(yōu)勢(見圖6),這一作用使得口門最大渾濁帶的有效密度隨懸沙濃度的變化速率較口內(nèi)河槽平緩.

4.2 體積濃度對絮凝的影響

隨著體積濃度的升高,絮凝體所占體積變大,不僅使得空隙中充滿更多的低于泥沙密度的水,使得絮凝體有效密度減小,還使得絮凝體粒徑有增大的可能.在口內(nèi)河槽,這一規(guī)律得到很好體現(xiàn)(見圖7c和7d),體積濃度是口內(nèi)河槽絮凝體粒徑的主要控制性因子之一.在口門最大渾濁帶,絮凝體受到水流剪切與鹽絮凝等其他作用,體積濃度的作用不如口內(nèi)河槽顯著(見圖7c和7d).

4.3 流速對絮凝的影響

無論是口內(nèi)河槽還是口門最大渾濁帶,絮凝體粒徑都隨著流速的增大而降低(見圖7e).水流對絮凝的影響主要在于使大絮凝體在剪切力作用下破碎成小絮凝體[37].觀測期間,口門最大渾濁帶最大流速能達到口內(nèi)河槽最大流速的兩倍.更快的流速使得絮凝體粒徑與流速的關(guān)聯(lián)度在口門最大渾濁帶顯著高于其他4個因子(見圖6),是口門最大渾濁帶絮凝體粒徑的主要控制因子.絮凝體有效密度隨著流速的增大而增大(見圖7f).這也和水流的作用密不可分:絮凝體受剪切力作用破碎成小絮凝體,同時釋放出大絮凝體內(nèi)的禁閉自由水,使得有效密度降低.在口內(nèi)河槽,這一作用與分散粒徑和懸沙濃度共同作用,促進有效密度的增加;在口門最大渾濁帶,雖然水流剪切釋放出絮凝體內(nèi)一部分禁閉自由水,但該區(qū)域有效密度受高鹽度的控制,其絮凝體內(nèi)部的禁閉自由水仍保持一定水平.

4.4鹽度對絮凝的影響

觀測期間口內(nèi)河槽測點的鹽度在0.19～0.20 PSU,變化并不顯著,鹽度的影響主要體現(xiàn)在口門最大渾濁帶.絮凝體粒徑隨鹽度的增加而增加(見圖7g),更高的鹽度使得有效密度顯著減小(見圖7h).從絮凝機理上,鹽度對細顆粒懸沙的影響,就是通過減小泥沙顆粒雙電層間的排斥作用,降低泥沙顆粒穩(wěn)定性,從而促進顆粒之間形成一定的結(jié)構(gòu)[38].這一結(jié)構(gòu)的強弱就決定了絮凝體的抗剪強度[38].鹽度能夠提高一部分小絮凝體的抗剪強度,但由于口門最大渾濁帶的強水動力條件,鹽度對絮凝體的粒徑影響有限.而由灰色關(guān)聯(lián)度分析可知,鹽度是影響有效密度最重要的因子(見圖6).鹽度的增加,促進顆粒之間形成更多結(jié)構(gòu),從而更容易封閉自由水,減小絮凝體有效密度.

4.5 分散粒徑對絮凝的影響

絮凝體是由若干個分散懸沙單顆粒聚集形成.作為絮凝體的直接組成部分,分散顆粒的粒徑與絮凝體的大小和有效密度有著直接的聯(lián)系.隨著組成絮凝體的懸沙分散粒徑增大,絮凝體的粒徑呈逐漸增大的趨勢(見圖7i和7j).長江口上下游的分散粒徑大小區(qū)別并不顯著[39],但依關(guān)聯(lián)度分析可知,分散粒徑在口內(nèi)河槽是絮凝體粒徑與有效密度的主要控制性因子之一,在口門最大渾濁帶這一影響并不明顯.這一現(xiàn)象可能是由口門最大渾濁帶主要控制性因子(鹽度與流速)所導(dǎo)致的.另外,值得注意的是口內(nèi)河槽比口門最大渾濁帶粘土顆粒含量高13%(見圖4).一方面粘土顆粒的比表面積更大,吸附的負電基團更多,從而有更強的陽離子交換容量,Zeta電位更高[40-41].粘土顆粒遇到陽離子和其表面負電荷后,電位下降,更容易增加顆粒之間的粘結(jié)力,提高絮凝體抗剪切能力,從而增大絮凝體粒徑.另一方面粘土顆粒體積小,小顆粒的粘土可以聚集在大顆粒間的間隙中,絮凝體內(nèi)的自由水減少、泥沙顆粒增多,從而增加有效密度.這一因素可能是影響上下游絮凝體差異的原因之一,有待進一步研究.

5 結(jié)語

研究時段內(nèi)長江口口門最大渾濁帶的絮凝體與口內(nèi)河槽存在明顯差異,在相同體積水體中,口門最大渾濁帶絮凝體數(shù)量多、粒徑小,絮凝體內(nèi)粘土顆粒少、空隙大、自由水多.由關(guān)聯(lián)度分析可知:在口內(nèi)河槽,影響絮凝體粒徑的關(guān)鍵因子是懸沙濃度、分散粒徑和體積濃度,有效密度主要受到分散粒徑、懸沙濃度與流速控制;在口門最大渾濁帶,絮凝體粒徑的主要控制性因子是流速,有效密度的主要控制性因子是鹽度、懸沙濃度.長江口口內(nèi)河槽與口門最大渾濁帶絮凝體粒徑與有效密度的這種差異其根本機制是上下游不同的水動力條件,水與懸沙特性的差異,使得上下游主要控制性因子不同,導(dǎo)致了口內(nèi)河槽與口門最大渾濁帶不同的絮凝體特性.

致謝參加野外工作與室內(nèi)實驗的還有研究生陸葉峰、朱強、苗麗敏等,謹致謝忱！

[1]錢寧,萬兆慧.泥沙運動力學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,1983:45-108.

[2]STERNBERG R W,BERHANE I,OGSTON A S.Measurement of size and settling velocity of suspended aggregates on the northern California continental shelf[J].Marine Geology,1999,154(1-4):43-53.

[3]MIKKELSEN O,PEJRUP M.The use of a LISST-100 laser particle sizer for in-situ estimates of fl oc size,density and settling velocity[J].Geo-Marine Letters,2001,20(4):187-195.

[4]程江,何青,王元葉.利用LISST觀測絮凝體粒徑、有效密度和沉速的垂線分布[J].泥沙研究,2005(1):33-39.

[5]DYER K R,MANNING A J.Observation of the size,settling velocity and eff ective density of fl ocs,and their fractal dimensions[J].Journal of Sea Research,1999,41(1-2):87-95.

[6]FUGATE D C,FRIEDRICHS C T.Determining concentration and fall velocity of estuarine particle populations using ADV,OBS and LISST[J].Continental Shelf Research,2002,22(11/12/13):1867-1886.

[7]WINTERWERP J C,BALE A J,CHRISTIE M C,et al.Flocculation and settling velocity of fi ne sediment[J]. Proceedings in Marine Science,2002(5):25-40.

[8]沈煥庭,賀松林,潘定安,等.長江河口最大渾濁帶研究[J].地理學(xué)報,1992(5):472-479.

[9]CHEN S,EISMA D,KALF J.In situ distribution of suspended matter during the tidal cycle in the elbe estuary[J]. Netherlands Journal of Sea Research,1994,32(1):37-48.

[10]FENNESSY M J,DYER K R.Floc population characteristics measured with INSSEV during the Elbe estuary intercalibration experiment[J].Journal of Sea Research,1996,36(1-2):55-62.

[11]MANNING A J,SCHOELLHAMER D H.Factors controlling fl oc settling velocity along a longitudinal estuarine transect[J].Marine Geology,2013,345(6):266-280.

[12]BALE A J,MORRIS A W.In situ,measurement of particle size in estuarine waters[J].Estuarine Coastal& Shelf Science,1987,24(2):253-263.

[13]WANG Y P,VOULGARIS G,LI Y,et al.Sediment resuspension,fl occulation,and settling in a macrotidal estuary[J].Journal of Geophysical Research Oceans,2013,118(10):5591-5608.

[14]VOULGARIS G,MEYERS S T.Temporal variability of hydrodynamics,sediment concentration and sediment settling velocity in a tidal creek[J].Continental Shelf Research,2004,15(15):1659-1683.

[15]唐建華,何青,王元葉,等.長江口渾濁帶絮凝體特性[J].泥沙研究,2008(2):27-33.

[16]李九發(fā),戴志軍,劉啟貞,等.長江河口絮凝泥沙顆粒粒徑與浮泥形成現(xiàn)場觀測[J].泥沙研究,2008(3):26-32.

[17]鄧聚龍.灰色系統(tǒng)基本方法[M].武漢:華中理工大學(xué)出版社,1987:17-42.

[18]譚學(xué)瑞,鄧聚龍.灰色關(guān)聯(lián)分析:多因素統(tǒng)計分析新方法[J].統(tǒng)計研究,1995(3):46-48.

[19]蔣國俊,姚炎明,唐子文.長江口細顆粒泥沙絮凝沉降影響因素分析[J].海洋學(xué)報,2002,24(4):51-57.

[20]IP WC,HU B Q,WONG H,et al.Applications of grey relational method to river environment quality evaluation in China[J].Journal of Hydrology,2009,379(3):284-290.

[21]WANG Q,LIU J,ZHU X,et al.The experiment study of frost heave characteristics and gray correlation analysis of graded crushed rock[J].Cold Regions Science&Technology,2016,126:44-50.

[22]YAN F,QIAO D,QIAN B,et al.Improvement of CCME WQI using grey relational method[J].Journal of Hydrology,2016,543:316-323.

[23]陳吉余.長江河口動力過程和地貌演變[M].上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社,1988:1-5.

[24]YANG S L,ZHAO Q Y,BELKIN I M．Temporal variation in the sediment load of the Yangtze River and the infl uences of the human activities[J]．Journal of Hydrology,2002,263(1):56-71．

[25]王如生,楊世倫,羅向欣,等.近30年長江北支口門附近的沖淤演變及其對人類活動的響應(yīng)[J].華東師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2015(4):34-41.

[26]謝火艷,王如生,張國安,等.長江口北槽沉積物的粒度特征和輸運趨勢探討[J].上海國土資源,2016,37(2):84-88.

[27]惲才興.長江河口近期演變基本規(guī)律[M].北京:海洋出版社,2004:289-290.

[28]LIU J H,YANG S L,ZHU Q,et al.Controls on suspended sediment concentration profi les in the shallow and turbid Yangtze Estuary[J].Continental Shelf Research,2014,90:96-108.

[29]水利部長江水利委員會.長江泥沙公報[M].武漢:長江出版社,2015:3-4.

[30]YANG S L,XU K H,MILLIMAN J D,et al.Decline of Yangtze River water and sediment discharge:Impact from natural and anthropogenic changes[J].Scientifi c reports,2015(5):1-13.

[31]武小勇,茅志昌,虞志英,等.長江口北港河勢演變分析[J].泥沙研究,2006(2):46-53.

[32]國家海洋局東海預(yù)報中心.上海市沿海海洋預(yù)報[EB/OL].(2014-10-19)[2014-10-23].http://www.dhybzx.org/Ocean Portal/pages/yubao/yanhaiyubao.html.

[33]方強飛,趙書河,周艷霞.近十年來長江口九段沙周邊地貌演變GIS分析[J].測繪與空間地理信息,2014(11):90-93.

[34]YANG S L,LI P,GAO A,et al.Cyclical variability of suspended sediment concentration over a low-energy tidal fl at in Jiaozhou Bay,China:eff ect of shoaling on wave impact[J].Geo-Marine Letters,2007,27(5):345-353.

[35]張文祥,楊世倫.OBS濁度標定與懸沙濃度誤差分析[J].海洋技術(shù),2008,27(4):5-8.

[36]韓勝娟.SPSS聚類分析中數(shù)據(jù)無量綱化方法比較[J].科技廣場,2008(3):229-231.

[37]阮文杰.細顆粒泥沙動水絮凝的機理分析[J].海洋科學(xué),1991,15(5):46-49.

[38]王保棟.河口細顆粒泥沙的絮凝作用[J].海洋科學(xué)進展,1994(1):71-76.

[39]嚴肅莊,曹沛奎.長江口懸浮體的粒度特征[J].上海國土資源,1994(3):50-58.

[40]金鷹,王義剛,李宇.長江口粘性細顆粒泥沙絮凝試驗研究[J].河海大學(xué)學(xué)報,2002,30(3):61-63.

[41]陳慶強,孟翊,周菊珍,等.長江口細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.

(責(zé)任編輯：李萬會)

Characteristics of suspended fl ocs and the combined action of contributing factors in Yangtze Estuary:A case study on the signifi cant diff erences between the inner estuary and the mouth area

YANG Tian1,YANG Shi-lun1,YANG Hai-fei1,ZHU Qin1, ZHANG Wen-xiang1,ZHANG Chao-yang2,WANG Ru-sheng3
(1.State Key Laboratory of Estuarine and Coastal Research,East China Normal University,Shanghai 200062,China; 2.Survey Bureau of Hydrology and Water Resources of Changjiang Estuary,Shanghai 200136,China; 3.Second Institute of Oceanography State Oceanic Administration,Hangzhou 310012,China)

Flocculation plays a vital role in the transport of estuarine fi ne suspended sediments.To study the naturalsituation and the main infl uencing factors of fine suspendedsediment flocculation,in-situ observations were carried out along the South Branch to the North Channel of the Yangtze Estuary from 19th to 23th October 2014(During that time, river discharge,tidal range and wind waves have same value to annual mean value).Floc size,dispersed particle size,volume concentration(VC),suspended sediment concentration (SSC),salinity,temperature and flow velocities were measured at four characteristic moments at four sites.We study the relation between median fl oc size,as well as eff ective density,and the five influencing factors with the Grey relational analysis.The results shows that,in the same water volume,flocs in the Turbidity Maximum Zone has more floc numbers and smaller floc size;that fl oc inside has less clay particles,larger gap and more free water compare to the inner estuary.In the inner estuary,critical factors influencing floc sizes are SSC,dispersed particle size,VC,and critical factors infl uencing eff ective density were dispersed particle size,SSC,velocity.In the Turbidity Maximum Zone of the mouth area,the critical factor influencing fl oc sizes is velocity and the critical factors influencing eff ective density are salinity and SSC.

suspended flocs;influencing factors;grey relational analysis;Yangtze Estuary

P343.5

：A

10.3969/j.issn.1000-5641.2017.04.013

1000-5641(2017)04-0149-11

2016-10-26

科技部重點專項(2016YFA0600901);國家自然科學(xué)基金委-山東省聯(lián)合基金項目(U1606401)

楊天,男,碩士研究生,研究方向為河口動力沉積與地貌.E-mail：yangtian1018@qq.com.

楊世倫,男,教授,研究方向為海岸沉積動力學(xué)和地貌學(xué).E-mail：slyang@sklec.ecnu.edu.cn.