中国法分类号：TV141 文献标志码：A
长江河口水体中含有大量的粘性细颗粒泥沙[1]，细颗粒泥沙絮凝是河口细颗粒泥沙运移和沉积过程的一个重要现象，絮凝改变了原先泥沙颗粒的许多物理性质，使河口地区泥沙及其吸附污染物质的输运方式发生改变[2]，引发诸如港口航道淤积，水质污染和生态环境破坏等问题[3]，因而对河口细颗粒泥沙絮凝的研究始终是热点，是海洋学家、港口航道和海岸工程师和环境流体力学专家等共同感兴趣的研究课题。尽管在过去的20a中关于长江口细颗粒泥沙运动的研究取得了很大进展，但由于长江口细颗粒泥沙运动本身的复杂性，仍有深入研究的必要。
关于长江入海悬移质泥沙的研究已有不少，但针对某个河段或界面讨论的较多，在大面积范围内研究细颗粒泥沙运动的还不多见[4]，尤其是对长江口大面积水域絮凝体粒径分布的研究尚未见报道。本文将以2005年8月下旬利用现场激光粒度仪LISST-100在长江口外水域进行大范围观测所得到的数据为基础，着重对这一问题进行探讨。以期对河口泥沙运动研究、建设和维护长江口深水航道治理工程提供有价值的参考和依据。
1 研究区域和研究方法
1.1 研究区域简介
长江口是中等强度的潮汐河口，据口门处的中竣潮位站的多年观测，最大潮差为4.62m，最小潮差为0.17m，多年平均潮差为2.66m。潮量较大，约为径流量的8倍。潮流自口门而入，上潮至江苏江阴与镇江之间，潮波影响可达安徽大通。潮流在口门内作往复运动，在口门外为旋转流，长江口外潮波传播方向大约为305°，与长江口河道方向基本一致。
长江口地处内河与海洋交界处，是河流从内陆向海洋的过渡地段，既有内陆河流的特点，又有海洋的某些特征。河口区的水流为双向非恒定和非均匀流。长江口地形复杂，自徐六泾以下经3次分汊，形成4个入海通道。
长江口的水动力过程十分复杂，影响因素有径流、潮流、波浪、盐水入侵、科氏力等。泥沙运动也很复杂，既有内陆河流来沙，也有海域来沙，悬沙运动受径流、潮流及盐淡水混合等因素的影响，细颗泥沙特性则受河口环境条件所制约。
1.2 研究方法
1.2.1观测区域和测量方法
（1）观测区域。观测范围覆盖东径121°1′2″-122°59′，8″，北纬30°6′-32°10′，2″的口内及口外大面积水域，各观测站位分布见图1，各测站坐标位置见表1。
（2）测量方法。利用现场激光粒度仅LISST-100从站位1-16进行逐点观测，每个测站沿水深隔0.5m左右采集一次数据，数据包括悬浮颗粒物的32个粒径分布、体积浓度，光散射系数，水深和温度。粒径测量范围：2.5-500μm；体积浓度范围：20-1500μL?L-1。
图1 观测区域及站位分布示意
表1 各测站坐标 （°）
1.2.2 LISST-100工作原理
LISST-100的基本工作原理是：在激光的衍射过程中，平行激光束被悬浮颗粒所散射、吸收和反射，散射的激光被一个多元探测器所记录和存储，探测器由能测定32级不同激光散射角度的环形探测器所组成，水中的颗粒物由于其粒径大小不同，散射激光束的角度也不同，大颗粒以小角度，小颗粒以大角度散射，向前散射的角度为0.1°-20°共分32级被记录和存储，运用Mie散射理论，可以从数学上反推散射数据而获得水中颗粒物32个粒级的体积浓度分布。
2 絮凝体粒径与体积浓度之间的关系
2.1 口内絮凝体粒径与体积浓度的关系
长江口口内站包括测站1、9、10、11、12、13、14、15。LISST-100所获得的32个粒径级与各自所对应的体积浓度间关系曲线见图2，各测站曲线变化趋势基本相同，值得关注的是该范围内体积浓度最低点所对应的粒径皆为5.27μm，笔者认为该粒径是该区域的絮凝最佳粒径，因为如果该粒径为絮凝最佳粒径，那么它最容易发生絮凝而形成较大絮团，从而使得它在水体中含量最少，这有待于进一步研究证实。从图2中还可以看出站位1（拦门沙前缘）大粒径絮团在口内含量最高，这是由于汛期水量较大时最大混浊带向口外推移[5]，含沙较细的高浊度水体与高温，高盐的台湾暖流在口门处水域相遇，发生絮凝而形成较大絮团。从图2中还可以看出测站11（徐六泾）粗颗粒及细颗粒含量都较低，原因是该处主要受径流影响，水动力相对较弱。向海一侧到测站12（长兴岛西北端）粗颗粒及细颗粒含量都大量增加，一方面是由于该处潮流作用大大增加，径流与潮流的交汇造成水体紊动，使泥沙大量悬浮；另一方面，在潮水带来的电解质的作用下悬沙发生絮凝而使粗颗粒增加[6-7]。
图2 长江口口内絮凝体粒径与体积比浓度的关系
2.2 口外海滨段絮凝体粒径与体积浓度关系
长江口口外海滨段包括测站2、3、4、5、6。LISST-100所获得口外测站的32个粒径级与各自所对应的体积浓度间关系曲线见图3，从图中可以看出，各测站曲线变化趋势基本相同，与口内相比，口外海滨段粒径小于32μm的悬移质含量很少，而较大粒径的絮凝体所占比重较大，这是由于口外水体盐度和阳离子浓度都较口内高[1]，细颗粒泥沙较口内更易发生絮凝而形成较大絮团，且口外水动力条件较强，较强的波浪潮流作用能使较大絮团悬浮在水体中。
2.3 过渡区域絮凝体粒径与体积浓度的关系
长江口口内与口外过渡区包括测站7、8。LISST-100所获得的32个粒径级与各自所对应的体积浓度间关系曲线见图4，2测站曲线变化趋势非常相似，该区域介于口内与口外之间，从图4中可以看出，絮凝体粗细颗粒粒径的分布特征也介于两者之间。这种结果表明水动力条件和生化条件直接影响絮凝现象的发生与否及强弱程度[8-9]，而絮凝现象的发生与否及强弱程度又决定了絮凝体粒径的分布。
图3 长江口口外絮凝体粒径与体积比浓度的关系
图4 长江口口外与口内过渡区域水域絮凝体粒径与体积比浓度的关系
3 长江口大面积水域最稳定的絮凝体粒径
为了了解长江口大面积水域最稳定的絮凝体粒径，根据观测资料，用数理统计分析的方法确定在所观测大面积水域内体积浓度变化最小的絮团尺度。表2第1列为LISST-100所获得的32个粒径级，单位为微米（μm），限于篇幅只列出部分粒径级，第2列为对应于各粒径级在沿程15个测站的体积浓度的平均值，第3列为体积浓度标准差，第4列为相对于平均体积浓度的相对标准差。由于计算结果可见，粒径为201.13μm和237.35μm的絮团体积浓度在所观测水域内体积浓度变化相对较小，取二者平均值219.24μm，见图5。由此可见，长江口大面积水域最稳定的絮团尺度为220μm左右，也就是说，长江口特定的水动力条件、悬沙组成及生物化学环境共同决定了粒径为220μm左右的絮团是较稳定的，小于该粒径的絮团趋向于形成较大的絮团，大于该粒径的絮团趋于被水动力破坏成较小的絮团，只有粒径为220μm左右的絮团适应长江口特定的条件，能较稳定地存在于水体中。
表2 各粒径级体积浓度标准差计算
图5 粒径与其体积浓度相对标准差之间的关系
4 小于絮凝临界粒径32μm悬沙的分布
各测站粒径小于32μm的悬沙所占比重见表3。从表中可以看出，口内各测站粒径小于32μm悬沙所占的比重远大于口外各站，这说明就粒径而言，前者比后者发生絮凝的潜在可能更大。
5 长江口大范围内絮凝体平均粒径的分布
絮凝体平均粒径的分布情况见图6。从图中可以看出，口外的几个测站（测站2、3、4、5、6）絮凝体平均粒径较其他测站都大，且与本文所得出的长江口最稳定的絮团粒径接近，说明口外絮团尺度已得到充分发展，接近稳定，而其他测站絮凝体平均粒径均较最稳定的絮团粒径小，说明长江口内及向口外的过渡段絮团尺度尚没有得到充分发展，只要温度、盐度、阳离子浓度、生物化学条件及水动力条件向絮凝有利的方向变化，较小的絮团就会相互联结而形成较大的絮团。也就是说，长江口内及向口外的过渡段悬移质较口外悬移质具有更大的发生絮凝的潜力。
6 结论
（1）絮凝体粒径与体积浓度关系曲线的变化趋势在口内和口外以及口内和口外之间过渡段分别遵循各自的规律，而且口内各测站体积浓度最低点所对应的絮凝体粒径惊人的相似，皆为5.27μm。
表3 各测站粒径小于32μm悬沙所占的比重
图6 长江口絮凝体平均粒径分布
（2）用数理统计方法分析所得到的数据后表明，长江口大面积水域最稳定的絮凝体粒径为220μm左右。
（3）从絮凝体平均粒径的分布情况来看，口内絮凝体平均粒径较最稳定的絮凝体粒径为小，而口外絮凝体平均粒径接近最稳定的絮凝体粒径，说明口内悬移质较口外悬移质具有更大的发生絮凝的潜在能力。
（4）从各测站粒径小于32μm悬沙所占的比重来看，口内各测站粒径小于32μm悬沙所占的比重远较口外大，可见从粒径角度分析，同样可得出结论：口内悬移质较口外悬移质具有更大的发生絮凝的潜在能力。
参考文献：
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作者简介: 李秀文, 女, 讲师, 博士研究生, 主要从事河流动力学研究。
