长江河口区域风浪与水体含沙量的关系

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λ0=gT2/2π
（4）
由于长江口北槽处于浅水区域，不满足深水波的条件，
所以无法直接应用式 4，需要根据线性波理论的频散关系，
计算波数 k。
频散关系式：
ω2 =gk tanhʢ khʣ
（5）
式中：ω：波浪角频率（ω=2π/T），g 为重力加速度，tanh
为双曲正切函数。
通过式 5 得到波数 k，可以计算出波长：
在开阔区域，波浪方向主要受风的风向决定，然而在北
槽航道中，南北导堤对航槽进行了有效的保护，不仅使航槽
中的波浪幅度大幅较小，还改变了波浪的方向。根据在北槽
航道 U 单元牛皮礁附近的实测数据，分析得出波浪风向主要
和潮流涨落潮主要方向有关，其方向基本保持一致，而和风 向并无明显的关联[2-3]。
图 3 流速流向图
λ = λ 0 • tanh （ kh ）
（6）
至此所有参数都已计算完成，把参数代入式 3 即可计算
出波能。 三、长江口区域风浪特性
长江口处于亚热带季风区域，冬季受蒙古高原和西伯利
亚平原来的西北季风影响，夏季受到太平洋的东南季风和印
度洋来的西南季风影响，另外夏季还会受到太平洋上台风的
影响。在如此多的风力情况下，波浪也呈多种特性。 1．长江口区域风向频率
4．波浪浪高分布 波浪浪高主要受到风速，风时，风区长度以及风区地形 的影响。在长江口区域，北槽口外地形开阔，波浪受地形影 响较小；进入北槽后，由于南北导堤的束缚，加之九段沙的 沙地的因素，波浪受到很大的影响，并且随着往上游，江面 逐渐变窄，地形影响因素越发突见。图 4 是牛皮礁附近 U 单 元和 W3 附近 N 单元的有效波高对比图，可以看出 U 单元的 有效波高大于 N 单元附近的有效波高。
从图 2 可以看出，牛皮礁附近波浪主要方向为 90~135°，图 3 是牛皮礁附近牛皮礁附近流速流向图，其 中落潮时候潮流的主要方向为 110~135°；可以看出与波浪 方向基本一致。
在北槽航道 U 单元牛皮礁附近，我们在 2015 年 7 月至 9 月进行了连续的水文波浪情况观测，在测得的波浪数据中， 波向在 90~135°的频率为 69.90%，这也间接验证了北槽 是以落潮流占主体的深水航道。
2．波能计算方法
长江河口水深基本在 20m 之内，属于浅水区，波浪能够
直接作用到床面。对于床面的作用大小，我们可以通过波浪
浪能这一参数进行简单地分析。波浪在传递过程中，主要包
含势能和水流运动的动能。对于小振幅波，在波峰线方向单
位宽度上，一个波长内波面相对于平均水面的重力势能：
E p = ρgzdxdz
测量所测得实际数据，其中长江口平台站在 2015 年 5 月受 损，其后数据缺失。风速、风向数据通过安装固定平台站的 风速风向仪测量得到，采集时间间隔为 10min，去除部分异 常数据，数据样本量达到 40,000 组以上；波浪数据也是通 过设置在 N 单元和 U 单元的坐底观测系统进行测量，采样的 间隔为 30min，采样周期为 2015 年的 7~10 月份，为长江 口洪季时间；而流速、流向，含沙量则是通过浮标自动监测 系统采集得到，采样时间间隔为 30min，由于自动监测系统 无法进行垂线测量，故含沙量的测量只能取到水体表层的含 沙量浓度。
图 1 测量站点位置图 流速、流向数据主要通过长江口水文泥沙波浪自动监测 系统中的牛皮礁浮标和南槽东浮标实测获得，并且在北槽航 道中 N 单元和 U 单元布置了两个坐底观测系统，具体点位见 图 1，其中北槽测量点平均水深为 12.5m，南槽测量点水深 为 7m 以上；风速、风向，波浪等资料来自牛皮礁平台站， 南槽东平台站，长江口平台站，数据样本为 2015 年全年各
并通过分析台风过境等极端情况下水体含沙量变化。结果表明：风浪掀沙会增加水体含沙量，风浪造成泥沙本地起
悬也会增加水体含沙量浓度，并且风浪对航槽本身有很大的破坏性。
关键词：长江河口；风浪；含沙量
中图分类号：TV143.6
文献标识码：A
文章编号：1006-7973（2017）05-0134-06
一、引言 世界主要河口都有河口三角洲和拦门沙的存在，在河口 区域的水底，泥沙运动是很不稳定，这不仅和泥沙本身的特 性和物理性质有关还和河口区域底层的水流有重要的关系。 在河口区域，风生流场是引起底层水流变化的重要原因，风 作用在水流的主要形式是产生波浪，由波浪改变水流的形态。 因此在世界主要河口都有建造导堤来减小波浪的作用以保护 河口水流的稳定性。本文主要以长江河口为实例，讨论不同 风浪与水体含沙量的关系。 二、数据和方法 1．数据采集 本节主要分析流速、流向，风速、风向，波浪，含沙量 等实测数据，并且分析了台风过境时的各实测数据变化，下 面简单说明主要实测数据观测方法和分析方法。
根据长江口两个平台观测站测得数据，可以计算出长江
口区域风向总体以“NE”和“SE”方向居多。 2．长江口区域风速情况
根据长江口区域 3 个站点 2015 年测得的部分数据，长
江口区域常年风速较大，平均风速在 10m/s 以上，较大的
风速易导致大的波浪生成，对整个长江口区域的水体含沙量
都有一定的影响。 3．波浪浪向频率
在深水中，水深（h）比波长（λ0）要大，即深水波满足 h/λ0>2 时，波长的计算公式有：
收稿日期：2017-03-10 作者简介：薛 为（1992-），男，江苏镇江人，上海河口海岸科学研究中心助理工程师，毕业于江苏师范大学测绘工程
专业，主要研究方向：港口航道与水文泥沙。
第5期
薛 为：长江河口区域风浪与水体含沙量的关系
第 17 卷 第 5 期 2017 年 5 月
中国水运 China Water Transport
Vol.17 May
No.5 2017
长江河口区域风浪与水体含沙量的关系
薛为
（上海河口海岸科学研究中心，上海 201201）
摘 要：基于 2015 年长江口各观测站点数据，运用数据分析和分类分析各因素在河口区域对水体含沙量的影响，
=1 16
ρgH 2 λ
（1）
而在波峰线方向单位宽度上，一个波长内自海面到波动
消失处波动所具有的动能：
( ) Ek =
1 ρ u2 +w2 dxdz= 1 ρgH2λ点水平和垂直速度[1]。
总能量：
E
=
Ep
+
Ek
=
1 8
ρgH
2λ
（3）
式 3 中ρ为水的密度，g 为重力加速度，H 为平均波高， λ为波长，4 个参数中ρ，g 为固定常数，H 为直接观测值， 只有波长是未知的，所以计算波能之前，要先计算出波长。