入海河口三角洲是河流流入海洋,因河口放宽、流速降低,以及潮汐径流相互作用、盐淡水混合等因素影响,河流所携带泥沙大量沉积,逐渐发展成的三角洲沉积体系。近几十年来,基于气候变化引起的海平面上升,流域人类活动影响,河口三角洲沉积过程、地貌特征都发生了不同程度的变化。河口浅滩是河口三角洲典型的沉积地貌现象,对河口动力过程和流域泥沙来源的响应十分敏感,因此研究河口浅滩动力沉积环境及泥沙输运机制对河口三角洲演变具有重要意义。长江河口是特大型中等潮汐强度河口,长江巨量泥沙入海,在河口地区形成了广袤的水下三角洲沉积地貌体系,崇明东滩、横沙浅滩、九段沙、南汇东滩是长江河口四大典型浅滩地貌单元,近几十年来,由于长江流域泥沙来源锐减,河口浅滩沉积环境和泥沙输运过程发生显著变化,因此探讨长江入海泥沙锐减背景下,近期长江河口三角洲前缘典型浅滩断面动力沉积过程、泥沙输移特征和机制,对深入研究大河三角洲系统转换理论具有重要的意义。论文基于2017年7月洪季大潮期间长江口典型浅滩断面动力、沉积、地貌综合调查数据,结合历史地形资料、长江入海水沙资料(大通站),分析了河口三角洲前缘典型浅滩断面水动力、泥沙和沉积地貌特征,计算了在长江入海泥沙减少背景下典型浅滩断面水、沙输运通量和净通量特征,研究了河口三角洲典型浅滩断面泥沙输运过程的动力机制和影响因素。具体结论如下:一、长江三角洲前缘典型浅滩断面沉积动力环境长江三角洲前缘典型浅滩断面整体呈北陡南缓的趋势,其中2.0 m～20.0 m水深地形坡度,北侧崇明东滩断面和横沙东滩断面分别为0.42‰、0.56‰;南侧九段沙断面和南汇东滩断面分别为0.31‰、0.30‰。长江三角洲前缘典型浅滩断面沉积物类型共有六种,分别为泥质砂、粉砂质砂、砂质泥、砂质粉砂、泥和粉砂,其中,砂质粉砂含量最高,在各浅滩断面水深处均有分布;其次为泥和粉砂,泥主要分布南部浅滩断面深水区域(10 m～20m),粉砂则主要分布在10 m水深附近。长江河口三角洲前缘浅滩沉积物中值粒径介于6.0～211.3μm之间,平均中值粒径为32.0μm,断面沉积物中值粒径自北向南呈递减趋势。沉积物中值粒径随水深增加呈递减趋势。沉积物分选程度整体为差,偏态变化范围为-0.17～0.78,平均值为0.21,峰度变化范围为0.68～3.48,平均值为1.09。长江河口典型浅滩断面流速随水深增加,旋转性不断增强,浅水区域受径流、地形等因素影响潮流呈现为明显的往复流特征,在口外10 m等深线附近潮流椭圆率开始增大,并逐渐转化为旋转流;南部断面的旋转流现象比北部断面更显著。断面平均流速为0.71 m/s且流速在不同水深处分布差异较为明显。二、长江三角洲前缘典型浅滩悬沙分布特征及影响因素长江三角洲前缘浅滩含沙量呈现南高北低、西高东低的平面分布特征。5m等深线以内,含沙量显著高于其他深水区域,随着水深增加,含沙量减少,至10m水深线以外,含沙量降至0.1 kg/m~3以下。含沙量的瞬时垂向分布形式较为复杂:西部浅水区和南槽口外的高含沙区多表现为斜线型,盐水楔活动区含沙量垂向分布多为抛物线型,而20 m等深线附近则表现为混合型。在相同水深情况下,观测期间各水文测站含沙量呈现涨潮大于落潮的特征。河口浅滩2 m等深线处悬沙分布总体垂向分布较为均匀,含沙量高,泥沙再悬浮特征显著;5 m等深线左右悬沙垂向潮周期性变化较明显,泥沙分层现象显著;口外10 m等深线及以深水域,受径流影响作用很小,由于水深大,泥沙再悬浮作用减弱,含沙量普遍较低。此外,长江径流对悬沙分布的影响,悬沙浓度表底层差异由西向东呈减小的趋势。三、长江三角洲前缘典型浅滩断面单宽输沙特征及机制总体上看,横沙浅滩断面单宽输沙通量最强,南汇东滩断面次之,崇明东滩和九段沙断面相对较弱。在离岸方向上,2 m等深线主要受到河口入海径流扩散的影响,单宽输沙方向呈东北和东南向;5 m等深线单宽输沙方向整体呈顺时针旋转;10 m和20 m等深线单宽输沙情况主要受到口外泥沙再悬浮作用的影响:北港口外,再悬浮泥沙一部分指向横沙浅滩前端,参与横沙浅滩断面塑造过程,一部分随水流进入北槽淤积;南槽口外单宽输沙主要随等深线走向南偏西和南偏东方向,参与口外泥沙的沿岸输运过程。沿岸方向上,浅滩断面潮周期内沿岸输沙总体呈向南输运趋势,南汇东滩和横沙浅滩断面向南单宽输沙通量最为强烈,崇明东滩断面总体输沙量较小,北港径流下泄的泥沙除少部分越过崇明东滩进入北支外,整体表现为向南输运。长江河口浅滩断面单宽输沙量受余流引起的水体输移作用显著。研究区域余流流速在0.05～0.36 m/s范围内变化,总趋势是向南,北部断面余流流速显著大于南部,随着水深增大,余流强度呈逐渐减小趋势;从余流垂向差异上看,表层余流流速约为底层的3～4倍,径流作用影响河口浅滩余流表、底层分布。受到长江冲淡水的影响,在观测期间各浅滩断面浅水区域单宽输水的主要贡献项为欧拉余流输水,随着水深增加,斯托克斯余流输水逐渐取代欧拉余流成为主要贡献项。四、河口典型浅滩断面悬沙净输运过程和机制近30年来长江口四大浅滩断面总体上表现为淤涨-平衡-局部侵蚀态势,三角洲典型浅滩断面演变趋势与长江入海泥沙通量的变化较为一致。泥沙净输运方向与河口浅滩余流方向基本一致,余流空间分布控制河口三角洲泥沙净输运方向的整体趋势。河口浅滩泥沙净输运强度主要取决于水体含沙量的变化,水体含沙量与水深呈反比例关系,近岸水体高含沙量分布与泥沙再悬浮密切相关,风浪作用是近岸浅滩泥沙再悬浮的主要动力。泥沙净输运在东西方向上总体表现为向东净输运,泥沙净输运出现表底层分异现象,主要表现为表层向东输沙、底层向西输沙特征,由于底部高含沙量的存在,垂线平均净输沙方向多与底层净输沙方向一致。泥沙净输运在南北方向上,总体表现为向南净输运,横沙东滩断面与南汇东滩断面向南输运特征更为显著,沿岸泥沙向南净输运表、底层净输沙表现较为一致,水体沿岸向南净输运是泥沙净输运的主要动力,波浪破碎产生的泥沙再悬浮是近岸高强度净输沙和沿岸输沙不平衡的关键因素。泥沙来源是河口三角洲南、北两侧浅滩断面冲淤演变差异的控制因素。三角洲北侧浅滩断面主要依赖于北港下泄泥沙的补给,近年来由于泥沙来源锐减,北侧浅滩断面水下斜坡已处于略有侵蚀状态,三角洲北侧断面对河流入海泥沙通量变响应较为敏感;南侧浅滩断面不仅受到径流下泄泥沙补给,同时还受到北侧沿岸输沙补给,浅滩断面地淤积速率放缓,对入海泥沙通量变化还相对不敏感。