戴娟娟 袁野平 宋浩宸

(浙江大學海洋學院 舟山 316021)

河口羽流(river plume)是河流淡水流出河口口門后在近岸區(qū)域形成的鹽度較低的水體， 并發(fā)育特有的近岸流場， 一般會在河口附近形成一個向海突出的河口渦旋區(qū)(recirculating bulge)， 并在其下游形成沿岸流。河口羽流是沿海系統(tǒng)陸地物質和土壤的重要來源， 也是近幾十年來的研究熱點。

關于單河口羽流結構以及羽流系統(tǒng)中淡水與鹽水環(huán)境之間的混合情況， 前人早有研究。Yankovsky等(1997)通過理論推導出兩個長度尺度hb和ys， 并認為其將直接影響大陸架的上層排放， 其中hb代表羽流平衡深度，ys代表羽流近海范圍。他們還指出在hb＜H且ys＞4Lr的情況下， 會出現具有循環(huán)渦旋結構的表面平流羽流， 其中H代表河口深度，Lr代表入流羅斯貝變形半徑(Rossby radius of deformation)。在表面平流羽流中， 淡水流出河口后最初通過徑向擴散(Garvine， 1987； Yuanet al， 2013)， 隨后由于受到科里 奧利力(北半球)的作用而偏向右側， 并且沒有進一步接觸底部(Yankovskyet al， 1997)。在低風及無環(huán)境流體的情況下， 它將形成兩部分結構： 停留在河口附近的循環(huán)渦旋區(qū)及向下游流動的沿岸流(Horner-Devineet al， 2006)。當河口渦旋區(qū)形成時， 大部分淡水在河口渦旋區(qū)中循環(huán)形成河口渦旋， 河口渦旋區(qū)將累積河流淡水流量的25%到75%， 而只有小部分淡水將通過沿岸流向下游輸送(Fonget al， 2002； Avicolaet al， 2003a， b； Horner-Devineet al， 2006； Chantet al， 2008)。在大規(guī)模的現場采樣工作中， 前人已經觀察到河口渦旋區(qū)的出現和沿岸流的相應減少。同時， 衛(wèi)星觀測也記錄了河口渦旋區(qū)的不穩(wěn)定性及其對沿海生態(tài)系統(tǒng)的影響(Horner-Devineet al， 2008)。王凱敏等(2012)將夏季長江沖淡水擴展分為3 個階段： 第1 階段為射形流階段， 長江徑流直接沖入海并直達海底； 第2 階段為水舌形態(tài)擴展階段， 沖淡水層的位置和運動受背景流場支配作用明顯； 第3 階段為擴散階段， 沖淡水先以較大團塊， 后以逐漸變小的水塊隨背景流場運動。

針對長江沖淡水擴展區(qū)域出現的河口渦旋區(qū)現象， 張文靜等(2014)對該現象開展正壓不穩(wěn)定機制研究， 主要討論了快波過程(重力慣性波)和慢波過程(余流作用)對河口渦旋區(qū)的影響。他們的研究表明， 快波過程對河口渦旋區(qū)基本沒影響， 而在河口渦旋從河口向口外運動的過程中， 由于水深加大， 慢波過程有利于河口渦旋區(qū)發(fā)展。浦泳修(2002)指出長江沖淡水的擴散形態(tài)與臺灣暖流的強弱、離岸遠近、離表面的深淺有關。樂肯堂(1984)等認為只有當徑流量超過臨界值時， 沖淡水才會發(fā)生轉向， 而顧玉荷(1985)認為徑流量越小， 外力越容易使其轉向。趙保仁(1991)認為冬夏季風應力渦度的顯著變化是改變長江沖淡水路徑的原因。實際上， 長江沖淡水的發(fā)展是受到多因子共同影響的， 而不是某個因子單獨作用造成的。羽流對陸架環(huán)流和生態(tài)系統(tǒng)健康的影響取決于羽流的稀釋和運輸過程， 其中稀釋過程主要通過垂直混合來控制， 這增加了羽流的鹽度并降低了河流攜帶物質的濃度， 羽流中的運輸過程則主要由水平對流控制， 水平對流主要由羽流浮力驅動， 因此是通過混合作用驅動的(Horner-Devineet al， 2015)。

在自然環(huán)境下， 多河口的場景是很常見的： 這包括一條有多個出口的河流， 如長江三角洲(Beardsleyet al， 1985)， 密西西比河(Wrightet al， 1971)。更常見的情況是， 當來自不同流域且距離相近的多條河流在沿海海域相互作用時， 可能會出現重疊和聚結。例如， 由杜羅(Douro)和米尼奧(Minho)河流產生的西伊比利亞羽流(Western Iberian Buoyant Plume)(Mendeset al， 2016)， 由波河及一系列自亞平寧山脈流出的較小河流形成的西部亞得里亞海沿岸流(Artegianiet al， 1995； Raicich， 1996)， 從多條阿拉斯加沿海山脈小溪流中獲取淡水的阿拉斯加沿岸流(Royer， 1982； Stabenoet al， 2004)， 來自多條小山河的加利福尼亞州南部的沿岸流(Warricket al， 2017)等等。針對由多個淡水入流形成的沿岸流情況， 前人也做了一些研究。Yuan 等(2011)提出了一種技術用于區(qū)分來自不同水源的水團， 并將其應用于旋轉平臺上雙羽流的演變過程。在旋轉條件下， 入流的密度差異(Cenedese， 2012)、羽流的相互碰撞(Warricket al， 2017)及羽流與環(huán)境水體間的混合(Cenedeseet al， 2008)決定了兩個浮力入流之間排列對齊的情況。

綜上所述， 前人的大多數研究都集中在單河口羽流模式及雙河口模型測算的羽流重疊結構上， 而關于多河口羽流與羽流相互作用三維結構的研究仍然較少。但是， 羽流多元互動的問題是一個具有社會和生態(tài)意義的問題。例如， 多河口場景下羽流的相互作用對河口渦旋體積的影響非常大， 其同時又與污染物的命運息息相關。羽流結構中的河口渦旋如果較大， 營養(yǎng)物和污染物可能會積聚在河口渦旋區(qū)部位， 那么被運送到下游的污染物就會變少， 反之更多的污染物將被運送到下游， 從而影響下游人類生存環(huán)境。同時， 其與有害藻華的存活、幼蟲分散和種群連通性都息息相關。因此本文針對羽流與羽流之間的相互作用進一步開展實驗， 在這項研究中， 我們提出了一種新技術來獲得羽流的速度場及渦度場， 并模擬了旋轉平臺上雙羽流系統(tǒng)的準三維結構。我們對不同入流速度下的雙河口羽流流場演變過程和內部結構進行了一系列對比研究， 最終揭示在雙河口環(huán)境下， 上游河流的入流如何影響下游河口渦旋的形成， 以及羽流與羽流相互作用情形下各個羽流的演變情況。

1 實驗設置

1.1 實驗裝置與步驟

本文的實驗是在浙江大學地球流體力學實驗室的半徑為1.5m 的旋轉平臺中進行的(圖1)， 實驗水槽的尺寸為 3m×3m×0.5m， 轉臺系統(tǒng)由旋轉實驗臺基座、平板、實驗水槽、粒子圖像測速(Partical Imagery Velocimetry： PIV)系統(tǒng)、儀器設備支架、供水系統(tǒng)等構成。整個轉臺系統(tǒng)在實驗過程中呈逆時針旋轉， 當旋轉平臺的底座平臺等速運轉時， 滿負載變形率小于0.3mm， 臺面平整度小于0.1mm。水槽側面玻璃與底部玻璃保持嚴格垂直， 這用來確保光可以從側面進入水槽。我們在水槽中使用透明亞克力板搭建有兩個河口的海岸， 并用兩個8cm×2cm 的擴散器連接到海岸的后部， 以模擬兩個相鄰的河口， 這兩個河口相隔48cm(中心到中心距離)。我們在水槽中填充了密度為ρa的鹽水用來模擬海水， 河口區(qū)則用淡水模擬河流注入， 我們結合控制恒流泵為河口供應淡水及使用電動位移臺控制河口閘門的方法， 來模擬河口河流在落潮或漲潮時的突然注入， 并將兩種不同密度的流體(ρup和ρdown)分別以Qup和Qdown的流速由河口擴散器引入圓形水槽中。

圖1 實驗裝置 Fig.1 The experimental set-up

在我們的實驗中， 我們使用PIV 系統(tǒng)來可視化入流流動(Horner-Devineet al， 2006)， 并應用分層PIV 技術來獲得準三維結構(Wanget al， 2017)。我們使用密度為1.04g/cm3， 直徑為20μm 的聚苯乙烯粒子作為PIV 粒子， 并且將粒子密度設計為每32×32 pixel 包括大約20 個顆粒(Cowenet al， 1997)。我們將旋轉平臺兩側分布的六個激光器(每側三個)調整到相同的水平位置以便照亮水槽平面， 并使用一臺CCD 相機以20幀/秒的幀率采集圖像。該相機被安裝在旋轉平臺的頂部， 距激光平面130cm， 相機正對激光平面拍攝， 采集的每個圖像的物理寬度為120cm×73cm， 像素寬度為1092pixel×1200pixel， 本實驗中每個像素約代表0.061cm 的長度。在每組實驗的圖像采集過程中， 我們首先在水體表面收集1200 張圖像(持續(xù)三個旋轉周期)， 這使我們能夠觀察到兩個羽流早期相互作用的演變情況。隨后系統(tǒng)自動轉變?yōu)閷幽Ｊ剑?PIV 相機和激光器自表面同步下移， 每次移動1cm 并在該層連續(xù)收集150 張圖像， 共下移10 次以獲得每層(共11層)的速度場。我們假設系統(tǒng)在旋轉三圈后是準穩(wěn)態(tài)的(Horner-Devineet al， 2006)， 故我們可以從每層獲得的上游或下游入流產生的羽流速度場構建上游或下游羽流的準三維結構。

關于實驗中可能出現的誤差解釋如下， 流體密度的變化通常是與折射率的變化相關聯的， 而折射率的變化將扭曲入射激光路徑， 從而導致粒子反射的光線和從染料發(fā)出的光線也扭曲， 使得圖像模糊。針對該問題， 我們在實驗前通過在配置淡水的水箱中加入異丙醇來精細匹配淡水和鹽水的折射率(Horner-Devineet al， 2006)來解決。針對可能收集到無效及奇異值數據的問題， 在對不同閾值進行一系列測試后， 我們去除了每個像素下超過4.5 倍標準差的速度數據， 在消除異常值的同時保證了不影響正常的羽流圖。

1.2 特征參數及實驗組別

本實驗對在上游流速改變情況下的雙河口羽流演變情況進行了對比研究。在每組實驗之前， 我們通過在水槽中裝滿鹽水并旋轉至少4h 來實現流體的鋼化(流體相對水槽保持靜止)。根據均勻旋轉時間來作為水槽流體達到鋼性的時間閾值， 以1/(E1/2f)≈10min(Wedemeyer， 1964)來看， 這個時間已經足夠長， 其中?？寺鼣礒=ν/fH02， 水黏度ν=1.01×10-6m2/s， 總水深H0=0.25m， 其中f代表科氏力參數。為了研究雙河口羽流如何相互作用， 我們同時將兩種浮力流體通過兩個擴散器引入到環(huán)境鹽水自由表面下方的水槽中， 并進行了九組實驗。這其中包括四組通過恒流泵改變上游河口流速， 而下游河口流速Qdown保持不變且只在下游河口投放PIV 粒子的羽流實驗， 以及四次其他條件與前四組相同， 但改在上游河口投放PIV 粒子的轉臺羽流實驗。除此之外， 我們還進行了一組單一入流(Qup=0)的對照試驗(表1)。

在我們的實驗中， 旋轉平臺旋轉周期T=20s， 擴散器(河口)寬度W=8cm， 高度H=2cm。我們根據每組實驗各自的實驗參數計算了其對應與羽流結構相關的參數(Fr,Ro)。我們將每對PIV 實驗都設計成具有相同的入流條件， 以獨立地模擬來自上游和下游羽流之間的相互作用情況和入流的最終命運。然而， 由于實驗的限制， 在兩次獨立的實驗中不可能完全匹配g'up和g'down， 但每對實驗中g'的差異非常小， 處于可以接受的誤差范圍內。為了研究上游產生的羽流對下游產生羽流的影響， 我們將上游河流的流量分別設計為下游入流流量的0.5， 1， 1.5 和2 倍。通過PIV系統(tǒng)， 我們預計將獲得由上游河口和下游河口產生的每層羽流的速度場， 并據此得到羽流的準三維結構， 最終結合參數的變化分析上游羽流對下游羽流的影響。

表1 實驗組別及相關參數 Tab.1 Experimental groups and parameters

2 實驗結果分析

2.1 上游河口羽流對下游河口渦旋的抑制作用

在河口開閘后， 淡水羽流開始從河口噴射出來。我們安排PIV 相機在羽流的表面采集3 個旋轉周期(共1min)共1200 張的圖片。如圖2 所示， 其展示了一組單羽流系統(tǒng)(Qdown=50cm3/s)下游羽流演變情況， 以及兩組雙羽流系統(tǒng)低上游和高上游入流流量條件下的下游羽流演變情況。從速度場中可以清晰分辨出典型羽流的兩個主要組成部分， 即河口渦旋區(qū)和沿岸流區(qū)(Horner-Devineet al， 2015)。

在單一河口入流(Qdown=50cm3/s)的條件下， 下游淡水流出后向右偏轉， 并在河口打開后的一個旋轉周期內重新接觸到海岸(圖2a)。河口渦旋區(qū)呈現出一個反氣旋渦旋和包圍渦旋的地轉射流結構(Horner-Devineet al， 2006； Chen， 2014； Yuanet al， 2018)。在第一個旋轉周期結束時， 沿岸流開始形成。圖2b 的河口渦旋與圖2a 相比明顯增大， 河口渦旋呈現反氣旋旋轉， 在接下來的兩個旋轉周期中， 從圖2c和圖2d 中， 我們均可以觀察到沿岸流的出現， 即水流從河口渦旋區(qū)的右側位置脫離出來， 撞擊海岸形成沿岸流。我們可以觀察到沿岸流的寬度明顯增加， 這是因為隨著時間的變化， 越來越多的水流從河口渦旋區(qū)中脫離出來形成了沿岸流。我們同時發(fā)現渦旋面積也在逐漸增大(圖2c， d)， 這說明這兩種情況是同時發(fā)生的， 即河口渦旋區(qū)在其生長過程的某個時刻就會開始釋放一部分水流， 而不是在其停止生長的時刻才開始形成沿岸流。在上游入流存在的情況下， 上游河口的羽流在出口的位置也會形成一個反氣旋的河口渦旋區(qū)， 隨著時間的推移， 該水團逐漸變大， 并伴隨著沿岸流的出現。但由于下游河口的存在， 已經形成的沿岸流會被卷吸入下游羽流的河口渦旋區(qū)中， 最終從河口渦旋區(qū)中脫離出來， 撞擊海岸形成沿岸流， 該入流條件下下游河口渦旋區(qū)的演變類似于前人對單河口羽流的實驗研究(Horner-Devineet al， 2006)。然而， 在低上游入流流量(Qup=25cm3/s)和單一河口入流(Qup=0cm3/s)這兩種情況下， 羽流的整體形狀沒有產生顯著差異。當上游入流流量為50cm3/s 時， 圖2e 的河口渦旋與圖2a 相比明顯減小， 在一個旋轉周期結束后， 圖2f 中已經可以觀察到沿岸流的出現， 其較前一種情況(圖2b)出現得更早。這說明隨著上游入流流量的增加， 上游羽流形成的沿岸流對下游河口渦旋生長的抑制作用和沿岸遷移的促進作用都會顯著增強。圖2h 與圖2d 相比沿岸流的厚度明顯增加， 說明當上游羽流有更高的動量輸入時， 將導致沿岸方向出現更強的沿岸流(Horner-Devineet al， 2006)。當上游入流流量較大(Qup=100cm3/s)時， 在第一個旋轉周期期間， 由于上游沿岸流還未發(fā)展完全， 下游河口處的淡水離開河口后首先向離岸方向噴射， 然后向右偏轉形成類圓狀河口渦旋(圖2)。河口渦旋區(qū)的核心區(qū)域的速度變化幾乎是線性的。在靠近海岸 的一側， 速度迅速降低到零， 而在離岸方向， 速度則是逐漸降低到零的。由于沿岸速度的這種不對稱變化， 河口渦旋的形狀并不是精確的圓形形狀， 而是偏向海岸一側。這與前人提出的慣性模型(Fonget al， 2002)以及實驗室模擬實驗(Horner-Devineet al， 2006)的結果保持一致。隨后， 隨著上游羽流形成的沿岸流到達下游河口渦旋區(qū)位置， 下游河口渦旋在沿岸方向上受到更強的動量輸入的影響， 河口渦旋區(qū)變?yōu)轭惾切螤畈⑶艺w上被推移到離河口更遠的位置(圖2k和圖2l)。這表明上游沿岸流向下游淡水輸送了額外的沿岸動量， 因此下游河口出流方向也將不再與海岸保持垂直。這種羽流結構類似于Avicola 等(2003a)討論的入流與河口呈一定角度的情況， 這種情況在Horner-Devine 等(2015)的文章中也有總結。

圖2 單羽流系統(tǒng)中(a—d)及雙羽流系統(tǒng)中低上游入流流量(Qup=50cm3/s)下(e—h)及高上游入流流量(Qup=100cm3/s)下(i—l)下游(Qdown=50cm3/s)羽流的演變情況 Fig.2 The evolution of downstream (Qdown=50cm3/s) plume with the presence of single plume system (a—d) and plume-to-plume interaction under low upstream river discharge (Qup=50cm3/s) (e—h) and high upstream river discharge (Qup=100cm3/s) conditions (i—l)

2.2 下游羽流河口渦旋區(qū)面積的時間變化

我們將最大渦度的80%的等渦度線定義為羽流邊緣輪廓， 這很好地指出了河口渦旋區(qū)的邊界。我們 計算了表面一分鐘內， 在不同上游河流排放條件下下游羽流河口渦旋區(qū)域的面積變化。如圖3 所示， 在所有情況下， 河口渦旋區(qū)的面積隨時間不斷增加， 這一點與前人的研究一致(Horner-Devineet al， 2006)。然而， 該面積增長速率在開始時較高， 并且在t=2T之后逐漸降低。值得注意的是， 該速率變化高度依賴于上游入流流量， 這一點也驗證了Nof 等(2001)關于河口渦旋區(qū)的理論預測， 即上游羽流產生的沿岸流可以為平衡下游羽流產生的沿岸流提供動量。因此， 特別是在上游入流流量等于或大于下游入流流量的情況下， 隨著上游沿岸流的發(fā)展， 河口渦旋區(qū)的體積增長將開始放緩。在上游入流流量是下游入流流量的兩倍的情況下， 第二次旋轉周期后， 河口渦旋區(qū)面積的增長幾乎停止。從旋轉三周后的面積來看， 當Qup=0cm3/s 時， 河口渦旋區(qū)的表面積將超過其他所有情況， 這是由于下游河口渦旋區(qū)沒有受到上游的抑制作用所導致的。從2.1 節(jié)我們討論的結果來看， 隨 著上游河口的流量持續(xù)增加， 它對下游羽流的抑制作用將逐漸加強， 下游河口渦旋區(qū)面積本應當逐漸減少。但當Qup=75cm3/s 時， 在三個旋轉周期之后， 其下游羽流河口渦旋區(qū)的表面積甚至超過了Qup=50cm3/s 的情況。我們猜測這種結果可能是由于Qup=75cm3/s 情況下， 下游羽流形成的河口渦旋中卷吸了更多的上游入流， 這種卷吸效應甚至超過了上游羽流對其的抑制效果。當Qup=100cm3/s 時， 羽流的面積在所有情況中處于最低水平， 造成這種情況的原因可能是上游羽流形成的沿岸流對下游河口渦旋區(qū)強烈的抑制作用已經超過了下游河口渦旋對上游入流的卷吸效應。

圖3 在不同的上游河流排放條件下下游河口渦旋區(qū)區(qū)域面積的時間序列 Fig.3 Time series of the downstream bulge area under different upstream river discharge conditions

2.3 羽流的準三維結構

在經過3T(旋轉周期)的早期羽流演變之后， 河口渦旋將繼續(xù)穩(wěn)定增長到10T， 之后河口渦旋將在單羽流(Horner-Devineet al， 2006)或雙羽流狀況中變得不穩(wěn)定(Yuanet al， 2011)。如圖2 及圖3 所示， PIV 相機會在表面采集3T(1min)的圖片， 隨后我們讓它配合激光進行同步下移來采集每一層羽流的圖像， 相機會在每一層停留7.5s 并采集150 張圖片， 一共下移10次共采集11 層的圖片。采集11 層圖片的總持續(xù)時間小于5T， 因此我們可以在在羽流變得不穩(wěn)定之前完成觀察。在河口渦旋穩(wěn)定生長的階段， 我們使用這種新穎的分層PIV 技術單獨研究每個羽流(分為上游河口和下游河口)的準三維結構(圖4， 5)。我們將每層獲取到的渦度場進行150 張平均并模擬羽流的準三維結構圖， 同時我們在渦度場結構上疊加了水平速度箭頭， 在旋轉參考系下垂直速度很小， 故在本研究中忽略不計。之前的研究表明羽流的垂直結構對于羽流動力學的研究非常重要(Horner-Devineet al， 2006； Cenedeseet al， 2008； Yuanet al， 2011)， Yuan 等(2011)使用光學方法研究了相同入流速度條件下兩種羽流相互作用的情況， 但目前關于垂直結構的研究仍然非常少。我們認為這種分層PIV 技術對不同入流速度 條件下羽流相互作用的垂直結構的展示是一次重要的嘗試(圖5a， b)。

圖4 單羽流系統(tǒng)中由單一河口產生的羽狀的準三維結構 Fig.4 Quasi-3D structure of the plume generated by the downstream estuary

需要指出的是， 隨著河口渦旋在沿岸和離岸方向不斷成長， 河口渦旋的演變是一個不穩(wěn)定的過程(Nofet al， 2001； Horner-Devineet al， 2006)。下游羽流河口渦旋區(qū)的生長在受到抑制的同時并不會因上游羽流的存在而完全停止(參見2.1 節(jié)的討論)， 而且每層的圖像并不是同時拍攝的， 那么當我們在較下層(如在t≈8T)拍攝圖像時， 表面處真實的河口渦旋其實已經比圖中所示(圖4， 5)的河口渦旋(如在t≈3T)處大得多。因此我們最終得到的三維模型并不完全代表真實情況， 故將其稱為準三維羽流結構。

圖5 雙羽流系統(tǒng)中低上游入流流量情況下由上游河口(a， c)和下游河口(b， d)產生的羽狀的準三維結構 Fig.5 Quasi-3D structure of the plume generated by the upstream estuary (a， c) and downstream estuary (b， d)

我們按照統(tǒng)一的渦度標準來判斷渦旋邊界， 當上游入流不存在時(圖4)， 據此標準， 下游河口渦旋的深度可以延伸到表面下方約6cm 處。當上游入流流量很小(Qup=25cm3/s)時， 它對下游河口渦旋的影響很小。在這種情況下， 下游河口渦旋區(qū)的結構類似于單羽流的情況(圖4)。在Qup=50cm3/s 情況下(圖5a， b)， 即上下游入流流量相同的情況下， 如果上游羽流與下游羽流之間沒有相互作用， 則下游河口形成的河口渦旋應與上游河口相同。但我們觀察到上游河口形成的河口渦旋明顯大于下游河口， 這也證明了下游羽流的成長受到了上游羽流的抑制。上游羽流的沿岸流并不是僅僅簡單環(huán)繞在下游河口渦旋周圍， 而是在類似于其自身河口渦旋的高度侵入下游河口渦旋區(qū)。在Qup=100cm3/s 情況下， 下游原有河口渦旋被推向更下游位置， 在遠離河口的位置形成另一個河口渦旋(圖5c， d)。

在垂直方向上， 我們可以觀察到高上游入流流量條件下(圖5c， d)的下游河口渦旋深度比低上游入流流量條件(圖5a， b)更淺， 這一點為我們提供了一個關于雙羽流河口渦旋垂直結構的新見解。一方面， 在水平對準情況下， 下游羽流被上游羽流通過環(huán)境水體完全隔離開來。因此， 在這種情況下， 跨岸物質輸送是有限的。另一方面， 在垂直對準情況下， 上游羽流位于下游羽流的下方， 故三層結構(下游水體-上游水體-環(huán)境水體)間的垂直分層較弱， 這也會導致兩個羽流之間以及羽流和環(huán)境水體之間的混合增強。我們的實驗首次嘗試研究了復雜情況下的羽狀垂直結構， 我們希望該研究可以為如Kara Sea(Osadchievet al， 2017)， 西伊比利亞海岸(Mendeset al， 2016)， 或智利中部海岸(Saldíaset al， 2012)等短距離內有多條河流流出的現場觀測數據提供相關解釋。

3 結論

我們通過對不同上游入流速度下的雙河口羽流流場演變過程和內部結構進行了一系列對比研究， 最終揭示了在雙河口環(huán)境下， 上游河流的排放如何影響下游河口渦旋的形成及羽流與羽流相互作用情形下各個羽流的演變。得出以下結論：

1) 上游河口的羽流在出口的位置會形成一個反氣旋的河口渦旋， 隨著時間的推移河口渦旋逐漸變大， 并伴隨著沿岸流的出現， 但由于下游河口的存在， 已經形成的沿岸流會被卷吸入下游羽流的河口渦旋中， 最終從下游河口渦旋中脫離出來， 撞擊沿岸形成沿岸流。隨著上游入流流量的增加， 上游羽流形成的沿岸流對下游河口渦旋沿岸遷移的促進和離岸運輸的抑制作用將更加顯著；

2) 上游羽流產生的沿岸流可以為平衡下游羽流產生的沿岸流提供動量。因此， 特別是在上游入流流量等于或大于下游入流流量的情況下， 隨著上游沿岸流的發(fā)展， 河口渦旋的體積增長也開始放緩。在上游入流流量是下游入流流量的兩倍的情況下， 第二 次旋轉周期后河口渦旋區(qū)面積的增長幾乎停止；

3) 當Qup=75cm3/s 時， 在三個旋轉周期之后， 下游羽流河口渦旋區(qū)的表面積甚至超過了Qup=50cm3/s的情況。我們猜測這可能是由于下游羽流河口渦旋區(qū)中卷吸了更多的上游流量， 這種卷吸效應甚至超過了上游羽流對其的抑制效果；

4) 上游羽流的沿岸流并不是簡單地環(huán)繞在下游河口渦旋區(qū)周圍， 而是在類似于其自身河口渦旋的高度侵入下游河口渦旋區(qū)。在上游入流流量較大的情況下， 下游原有河口渦旋被推向更下游位置， 在遠離河口的位置形成另一個河口渦旋區(qū)。在垂直方向上， 我們可以觀察到高上游入流流量條件下的下游河口渦旋區(qū)深度比低上游入流流量條件更淺。

本文討論了在雙河口情況下兩個羽流將如何進行相互作用， 且首次嘗試研究了復雜情況下的羽狀垂向結構。但本文僅考慮了不同上游入流流量的這種情況， 實際上影響淡水羽流的擴散和混合過程的動力因素是多樣且多變的。羽流區(qū)既會受到河流徑流密度變化的影響， 例如河流當地降水量的變化及人類活動對當地河流密度造成的影響(如破壞植被造成水土流失， 河流密度變大)； 又受地轉偏向力的影響， 一方面地轉偏向力會影響河流的流向，另一方面不同緯度地區(qū)地轉偏向力大小不同； 而且還受風場的影響， 風場的存在會影響羽流垂直方向的混合。上升流風使得淡水羽流向東北方向擴散，由于風生混合的影響， 淡水羽流鹽度在擴散過程中逐漸減弱。下降流風則使羽流局限在較窄的范圍內并使羽流厚度增加。河口-陸架區(qū)的動力過程由于這些動力因素的共同作用變得異常復雜，未來我們將對羽流多元互動等具有社會和生態(tài)意義的問題進行更加深入的研究， 這就包括我們對這些動力因素(入流密度， 科氏力， 風應力)對羽流的影響進一步開展研究并進行系統(tǒng)的理論分析， 以便將來能更好地應用于真實雙河口環(huán)境中不同密度入流， 不同科氏力及風應力作用條件下雙河口羽流的運動與歸宿等研究中去。研究淡水羽流的動力機制對于河口泥沙輸運和生態(tài)環(huán)境的變化趨勢具有重要的理論意義和實用價值。