伊兆晗，胡日軍,2，李毅，陳曉磁，陳娟娟，孟令鵬，朱龍海,2，張曉東,2

1. 中國(guó)海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院，青島 266100

2. 中國(guó)海洋大學(xué)海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青島 266100

3. 華能霞浦核電有限公司，寧德 352100

4. 同濟(jì)大學(xué)海洋與地球科學(xué)學(xué)院，上海 200082

海灣地區(qū)的懸浮泥沙時(shí)空分布特征及輸運(yùn)機(jī)制一直是海洋沉積作用研究的熱點(diǎn)問題之一[1]。一方面海灣系統(tǒng)因?yàn)椴煌牡匦蔚孛惨约八畡?dòng)力條件而具有獨(dú)特的懸浮泥沙輸運(yùn)特征[2]；另一方面，懸浮泥沙在潮汐、風(fēng)浪的作用下，不斷呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)的變化。在任何情況下，水體中的懸浮泥沙都是影響水質(zhì)的一個(gè)重要因素[3]，并且水體中的懸浮泥沙在水動(dòng)力作用下的輸運(yùn)會(huì)引起海底沖淤的變化，進(jìn)而影響海床演變和岸灘的穩(wěn)定性[4-5]。開展海灣懸浮泥沙輸運(yùn)機(jī)制研究，對(duì)于指導(dǎo)海洋工程建設(shè)與理解現(xiàn)代沉積過程都具有重要意義[6]。

近年來，隨著遙感衛(wèi)星技術(shù)的進(jìn)步，其更高的靈敏度和信噪比可以提供更高精度的懸浮泥沙數(shù)據(jù)信息[7]。根據(jù)遙感數(shù)據(jù)來研究海域內(nèi)懸浮泥沙的變化規(guī)律和輸運(yùn)趨勢(shì)已被學(xué)者廣泛應(yīng)用到世界各地的河口和近海海域[8-10]。韓國(guó)的GOCI衛(wèi)星憑借其高時(shí)間分辨率的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足對(duì)TSS短時(shí)間尺度內(nèi)變化研究的需求，成為眾多學(xué)者青睞的研究手段[11-13]。楊雪飛[14]利用數(shù)學(xué)模型與GOCI影像數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證的方法研究了東海近海域懸浮泥沙濃度逐時(shí)變化，其數(shù)學(xué)模型對(duì)比結(jié)果表明GOCI影像數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，可以用于近岸水體的動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)。Yin和Huang[15]利用GOCI-TSS數(shù)據(jù)詳細(xì)描述了東海近岸海域一次完整的潮周期變化；艾喬[16]等將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與遙感影像相結(jié)合，分析了遼東半島近海泥區(qū)懸浮泥沙潮周期內(nèi)的時(shí)空分布及變化趨勢(shì)。因此，GOCI數(shù)據(jù)應(yīng)用于近岸海域懸浮泥沙濃度短時(shí)間尺度內(nèi)的變化是可靠的。

通量機(jī)制分解法可以探討不同環(huán)境下不同動(dòng)力因子對(duì)物質(zhì)輸移貢獻(xiàn)的大小，是懸浮泥沙輸運(yùn)機(jī)制研究中較為成熟可靠的方法。東海北部冬季懸浮泥沙在平流輸沙項(xiàng)的作用下，為濟(jì)州島泥質(zhì)區(qū)的沉積提供了大量物質(zhì)來源[17]；而對(duì)于弱動(dòng)力淺海海域，潮泵輸運(yùn)項(xiàng)在天津港附近海域的懸浮泥沙輸運(yùn)中起主導(dǎo)地位[18]。在近海海域中，水深、流速以及懸沙濃度等其他條件復(fù)雜的相互作用會(huì)導(dǎo)致不同的輸沙機(jī)制。在Aulne River附近海域，河口區(qū)域以歐拉余流輸運(yùn)項(xiàng)為主，但順著由海向陸，斯托克斯漂移輸運(yùn)項(xiàng)和潮泵輸沙項(xiàng)的作用逐漸增大，同時(shí)，潮周期內(nèi)水體底部泥沙的再懸浮作用對(duì)泥沙輸運(yùn)量的貢獻(xiàn)也不可忽視[19]。

東海屬于大陸架邊緣海，長(zhǎng)江和黃河為其提供了大量的沉積物源[20]，其泥沙輸運(yùn)活動(dòng)相對(duì)活躍，懸浮泥沙含量具有典型的季節(jié)變化特征[21]。冬季受陸架環(huán)流的作用，懸浮泥沙濃度較高；夏季受溫躍層和鹽躍層的影響，底層懸浮泥沙濃度較高，但整體懸浮泥沙濃度要低于冬季[22-23]。福寧灣海域水深地形多變，岸線蜿蜒曲折，岬角相間，島嶼眾多，工業(yè)生產(chǎn)和海水養(yǎng)殖等人類活動(dòng)密集，水動(dòng)力條件復(fù)雜多變。研究區(qū)海域懸浮泥沙濃度和輸運(yùn)趨勢(shì)存在顯著的季節(jié)性變化[24]，孟令鵬[25]等主要探討了冬季正常天氣下懸沙的時(shí)空變化及輸運(yùn)機(jī)制，而關(guān)于夏季懸浮泥沙輸運(yùn)機(jī)制以及控制因素的研究目前尚未有相關(guān)研究。因此，本文基于2015年福寧灣海域夏季大潮期水文泥沙觀測(cè)資料，分析研究區(qū)海域懸浮泥沙輸運(yùn)機(jī)制，探討懸浮泥沙輸運(yùn)控制因素，為復(fù)雜水動(dòng)力環(huán)境下的海灣泥沙輸運(yùn)研究提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于福建省霞浦縣東南部的福寧灣附近海域，水深較淺，灣內(nèi)水深不足12 m，灣外最大水深不超過30 m。福寧灣灣口東開，面向東海，基巖海岸，岸線蜿蜒曲折，長(zhǎng)約85 km。灣內(nèi)島嶼眾多，分布有火煙山島、大目島、小目島等；灣口處分布長(zhǎng)表島、嶼尾島、北澳島等；灣外福瑤列島、四礵列島環(huán)峙。地理坐標(biāo)范圍為26°40′～26°55′ N、120°05′～120°25′ E，觀測(cè)站位見圖1。該海域?yàn)橹衼啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候，年均降雨量1 100～1 800 mm，季風(fēng)特征明顯，夏季以西南風(fēng)和南風(fēng)為主，且容易受到臺(tái)風(fēng)的影響，冬季多為東北風(fēng)[24]。來自西北太平洋的半日潮波流入東海后，主要部分流入黃海和渤海，而另外一部分則向浙閩方向的海域傳播，形成了研究區(qū)以M2分潮為主的正規(guī)半日潮[26]。

圖1 福寧灣海域調(diào)查站位圖A. 東海環(huán)流圖（改繪自Guan[27]），B. 研究區(qū)調(diào)查站位圖。Fig.1 Location map of Funing Bay Survey StationsA: East China Sea main circulation system （Repainted from Guan [27]）,B: Survey stations of the study area.

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

國(guó)家海洋局第三海洋研究所于2015年7月2日10:00至7月3日12:00（大潮期）在福寧灣海域進(jìn)行了多船同步10個(gè)站位連續(xù)27 h海流觀測(cè)。海流觀測(cè)主要采用ADCP、AWAC海流剖面儀，并按照規(guī)范中的六點(diǎn)法（表層、0.2H、0.4H、0.6H、0.8H、底層）提取數(shù)據(jù)?？紤]到ADCP、AWAC在表層和底層約有0.5 m的盲區(qū)，因此在每個(gè)站位增加一臺(tái)Alec Compact EM電磁海流計(jì)按六點(diǎn)法逐層逐時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，以作較正。

為測(cè)驗(yàn)懸浮泥沙濃度，現(xiàn)場(chǎng)每小時(shí)按照六點(diǎn)法采集水樣，每層水樣不少于500 mL。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的水樣在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行抽濾、烘干、稱重。過濾膜為0.45 μm醋酸纖維膜，樣品在電熱培養(yǎng)恒溫箱經(jīng)一定溫度烘干，稱重在精度為1/10 000的天平進(jìn)行。為保證質(zhì)量，烘干稱重反復(fù)進(jìn)行2～3次，保證誤差小于0.5 mg。

2.2 研究方法

2.2.1 潮流場(chǎng)數(shù)值模擬

利用MIKE 21對(duì)研究區(qū)海域進(jìn)行潮流場(chǎng)模擬，從模擬結(jié)果中提取研究區(qū)海域大潮期海流數(shù)據(jù)，并繪制余流場(chǎng)矢量圖。計(jì)算域坐標(biāo)范圍為25.808°～27.366°N、119.672°～121.142°E，順岸距離約為168 km，垂直岸線距離約為70 km。為清楚了解研究區(qū)附近海域的潮流狀況，將研究區(qū)附近海域進(jìn)行局部加密處理（圖2）。

圖2 研究區(qū)海域數(shù)值模擬加密網(wǎng)格圖Fig.2 Refined grid for numerical simulation in the study area

2.2.2 懸浮泥沙濃度遙感反演

本文利用韓國(guó)海洋衛(wèi)星中心提供的GOCI-TSS影像來反演懸浮泥沙濃度，GOCI-TSS是基于GOCI數(shù)據(jù)的二級(jí)產(chǎn)品，其中的TSS是利用GDPS軟件基于Case-2算法得到的產(chǎn)品。通過觀察2013—2017年GOCI-TSS影像的長(zhǎng)時(shí)間序列，挑選了正常天氣大潮期（2014年7月28日）和強(qiáng)風(fēng)天氣大潮期（2016年8月19日）的遙感影像來分析研究區(qū)懸浮泥沙時(shí)空分布的變化特征。根據(jù)衛(wèi)片選取時(shí)間，從歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心網(wǎng)站下載衛(wèi)片對(duì)應(yīng)日期的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，用MATLAB編程提取計(jì)算得到研究區(qū)域內(nèi)的風(fēng)速及風(fēng)向數(shù)據(jù)（表1）。

表1 遙感衛(wèi)片日期對(duì)應(yīng)的風(fēng)速風(fēng)向Table 1 The wind speed and direction corresponding to the date of the remote sensing image

2.2.3 懸浮泥沙通量計(jì)算

目前機(jī)制分解法在泥沙輸運(yùn)機(jī)制方面研究中較為成熟[17,28]，因能直接確定影響通量變化的各種因素、相互作用及其貢獻(xiàn)大小,是目前通量計(jì)算研究中較為成熟和可靠的方法[19]。

依據(jù)Ingram[29]和Uncles[30]等提出的用相對(duì)水深進(jìn)行分解瞬時(shí)的物質(zhì)輸運(yùn)量的方式，潮周期Tt平均瞬時(shí)單寬懸沙輸移通量T的計(jì)算式為：

式中：T1-歐拉余流輸運(yùn)量；T2-斯托克斯漂移輸運(yùn)量；T1+T2-拉格朗日平流輸運(yùn)量，即平流輸運(yùn)項(xiàng)；T3-潮汐與懸浮泥沙含量的潮變化相關(guān)項(xiàng)；T4-懸浮泥沙與潮流場(chǎng)變化相關(guān)項(xiàng)；T3+T4-潮泵作用輸沙項(xiàng)，是由T2，T3，T4三者相關(guān)產(chǎn)生的泥沙輸運(yùn)；T5-垂向流速變化和懸浮泥沙濃度變化的相關(guān)項(xiàng)，為垂向上的凈環(huán)流產(chǎn)生的輸沙項(xiàng)；T6，T7-時(shí)均量和潮汐振動(dòng)切變引起的剪切擴(kuò)散；T8-垂向潮振蕩切變作用產(chǎn)生的泥沙輸運(yùn)。

3 結(jié)果

3.1 潮流及余流特征

為方便討論，根據(jù)觀測(cè)站位所在的地理位置特征，將研究區(qū)1#和2#站位歸為灣內(nèi)站位，3#、4#、5#、6#和7#站位歸為灣口站位，8#、9#和10#歸為灣外站位。研究區(qū)灣內(nèi)受灣頂?shù)匦?、島嶼及岸線的影響，表現(xiàn)出明顯的往復(fù)流性質(zhì)，流向以NW-NE為主；灣口處3#和6#站位往復(fù)流以SW-NE為主，其余站位旋轉(zhuǎn)流現(xiàn)象相對(duì)明顯；而處于等深線12 m以外的灣外區(qū)域表現(xiàn)為帶一定旋轉(zhuǎn)性質(zhì)的往復(fù)流（圖3）。潮流從海灣外向海灣內(nèi)移動(dòng)時(shí)，受灘面摩擦力的影響，水體能量不斷衰減，導(dǎo)致流速降低[31]。從平面上看，研究區(qū)海域潮流灣外流速較大，而灣口和灣內(nèi)流速較小。

圖3 各站位垂向平均海流矢量圖Fig.3 Vertical mean current vectors at each station

余流指示著水體的運(yùn)移和交換情況，是進(jìn)一步研究物質(zhì)輸運(yùn)的基礎(chǔ)[32]。根據(jù)余流計(jì)算結(jié)果（表2）繪制各站位垂向余流矢量圖（圖4）。余流最大值出現(xiàn)在8#站位0.2H，流速為20.7 cm/s，方向?yàn)?95°；最小值出現(xiàn)在3#站位底層，流速為0.2 cm/s，對(duì)應(yīng)方向?yàn)?72.9°。研究區(qū)灣內(nèi)余流受水深地形的影響，方向由表層到底層差異較大，表層和近表層余流流向以NW向?yàn)橹鳎讓雍徒讓悠玁E向；灣口處各站位的各層余流方向較為一致，主要為SW流向，6#和7#站位余流流速較大，其余3個(gè)站位流速較?。粸惩怆x岸處余流流速較大，且各個(gè)層位的余流方向相近，以SW流向?yàn)橹?。從整體上看，各個(gè)站位余流表層和近表層余流較大，余流流速由表層到底層逐漸減小。

圖4 各站位垂向余流矢量圖Fig.4 Vertical residual current vector of each station

本文選取長(zhǎng)門、北礵兩個(gè)驗(yàn)潮站位和2#、6#、9#三個(gè)海流觀測(cè)站位的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證（圖5和圖6），結(jié)果顯示研究區(qū)數(shù)值模擬得到的流速流向與實(shí)測(cè)資料吻合度較高，表明通過數(shù)值模擬能夠比較真實(shí)地反映研究區(qū)潮流場(chǎng)的特征。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果（圖7），研究區(qū)海域大潮期余流流速主要為1～20 cm/s，余流流速整體上表現(xiàn)為由灣內(nèi)到灣外逐漸增大的趨勢(shì)，余流流速最大值出現(xiàn)在灣外的四礵列島附近。余流流向?yàn)硟?nèi)表現(xiàn)為向岸輸運(yùn)，灣口與灣外處余流指向西南方向，這與余流計(jì)算結(jié)果基本一致，說明數(shù)值模擬結(jié)果能夠比較真實(shí)地反映研究區(qū)海域余流場(chǎng)的特征。

圖5 長(zhǎng)門、北礵站位潮位驗(yàn)證圖Fig.5 Tide level verification at Changmen and Beishuang stations

圖6 2#、6#、9#站位流向、流速驗(yàn)證圖Fig.6 Verification of flow direction and velocity at 2#,6# and 9# stations

圖7 正常天氣下研究區(qū)海域大潮期余流分布圖Fig.7 Spring tide residual current distribution in the study area under normal weather

3.2 懸浮泥沙時(shí)空變化特征

3.2.1 潮周期內(nèi)懸浮泥沙濃度變化特征

懸浮泥沙濃度在大潮周期的尺度下變化較為復(fù)雜，各個(gè)站位懸浮泥沙濃度在單日內(nèi)一般出現(xiàn)2～6次峰值，尤以灣內(nèi)海域明顯（圖8）。大潮期間，潮周期內(nèi)懸浮泥沙濃度變化與潮位變化的相關(guān)性較好。灣內(nèi)站位在漲潮中間時(shí)刻和落潮中間時(shí)刻，懸浮泥沙濃度受流速引起的再懸浮作用迅速增大，而在高潮和低潮時(shí)刻水體流速下降，再懸浮作用減弱，表層的懸浮泥沙下沉，導(dǎo)致水體中垂向平均懸浮泥沙的濃度減小。灣口處和灣外海域，雖然水深增加，但流速引起的懸浮泥沙濃度變化滯后現(xiàn)象并不明顯。研究區(qū)海域漲、落潮平均懸浮泥沙濃度差異在0.31～5.56 mg/L之間，最大濃度差異出現(xiàn)在2#站位，落潮平均懸浮泥沙濃度要比漲潮時(shí)高。整體來看，大潮期間漲潮與落潮平均懸浮泥沙濃度變化相對(duì)差異較小。

圖8 各站位流速與懸浮泥沙濃度時(shí)間序列圖Fig.8 Time series of velocity and suspended sediment concentration at each station

平面上，通過各站位漲、落潮垂向平均懸浮泥沙濃度圖（圖9）可以看出，懸沙濃度整體上表現(xiàn)為灣內(nèi)最大，灣口次之，灣外最小。通過對(duì)比各站位由表層到底層的平均懸沙濃度（表3），表底層懸沙濃度變化最大的是2#站位，底層懸沙濃度約為表層的3.5倍；9#站位懸沙濃度在垂向上變化最小，各層之間的懸沙濃度差值在0.2～9.1 mg/L之間。各站位的最大含沙量均出現(xiàn)在底層，最大含沙量值出現(xiàn)在2#站位底層，為91.6 mg/L。研究區(qū)懸浮泥沙濃度的垂向分布整體表現(xiàn)為由底層向表層遞減。

表3 各層位平均懸浮泥沙濃度Table 3 Average suspended sediment concentration in each layer mg/L

圖9 各站位漲、落潮垂向平均懸浮泥沙濃度圖Fig.9 Vertical average suspended sediment concentration of rising and falling tides at each station

3.2.2 強(qiáng)風(fēng)天氣下懸浮泥沙濃度的時(shí)空變化特征

本文選取了正常天氣與強(qiáng)風(fēng)速天氣的GOCI遙感影像進(jìn)行對(duì)比，來揭示強(qiáng)風(fēng)天氣對(duì)研究區(qū)海域表層懸浮泥沙濃度的影響。因研究區(qū)域相對(duì)較小，受衛(wèi)星工作時(shí)間的限制以及云層遮擋的影響，灣內(nèi)影像缺失嚴(yán)重，故重點(diǎn)討論灣口和灣外海域表層懸浮泥沙濃度變化。根據(jù)潮位變化以及GOCI衛(wèi)星工作時(shí)段，分別選取了漲潮中間時(shí)刻和落潮中間時(shí)刻的影像，結(jié)合福寧灣灣口開向以及地形因素挑選A（紅色）、B（藍(lán)色）兩個(gè)區(qū)域代表灣口和灣外海域（圖10、圖11），利用兩個(gè)區(qū)域典型時(shí)刻懸浮泥沙濃度進(jìn)行對(duì)比（表4）。

表4 正常天氣與強(qiáng)風(fēng)天氣懸浮泥沙濃度Table 4 Suspended sediment concentration in normal and strong wind weather mg/L

2016年8月19日大潮期研究區(qū)海域平均風(fēng)速為10.92 m/s，風(fēng)向?yàn)槲髂舷颍ū?）。通過對(duì)比可以看出（圖10、圖11），漲潮中間時(shí)刻，強(qiáng)風(fēng)天氣下研究區(qū)灣口海域表層懸浮泥沙濃度約為正常天氣下的1.3倍，灣外海域表層懸浮泥沙在強(qiáng)風(fēng)作用以及潮流作用的疊加作用下，其懸浮泥沙濃度是正常天氣下的1.6倍，尤其以灣外南側(cè)海域明顯。落潮中間時(shí)刻研究區(qū)海域表層懸浮泥沙濃度變化與漲潮中間時(shí)刻規(guī)律相似，灣口和灣外海域懸浮泥沙濃度大風(fēng)天氣下約為正常天氣下的1.3倍，灣外海域表層懸浮泥沙濃度在強(qiáng)風(fēng)天氣下顯著增大。整體來看，強(qiáng)風(fēng)天氣對(duì)灣口和灣外海域水體表層懸浮泥沙濃度影響較大，與正常天氣相比，強(qiáng)風(fēng)作用以及潮流作用相疊加，導(dǎo)致水體表層中懸浮泥沙濃度增大。

圖10 正常天氣大潮遙感反演影像Fig.10 Remote sensing inversion of spring tides in normal weather

圖11 西南強(qiáng)風(fēng)天氣大潮遙感反演影像Fig.11 Remote sensing inversion image of spring tide in southwest strong wind weather

3.3 懸浮泥沙輸運(yùn)通量

通過通量機(jī)制分解法計(jì)算得到研究區(qū)內(nèi)各個(gè)站位的懸浮泥沙輸運(yùn)項(xiàng)輸沙率（表5）。研究區(qū)海域最大輸沙率出現(xiàn)在灣外的8#站位，凈輸沙率（T總）為47.93 g·s?1·m?1，輸沙方向?yàn)?97°；最低的是2#站位，凈輸沙率（T總）為4.75 g·s?1·m?1，輸沙方向?yàn)?79°。灣外的8#站位歐拉余流輸沙項(xiàng)（T1）最大，為44.82 g·s?1·m?1，方向?yàn)?96°；斯托克斯漂流輸運(yùn)項(xiàng)（T2）最大為12.67 g·s?1·m?1，對(duì)應(yīng)方向?yàn)?01°，出現(xiàn)在灣口處的7#站位。灣內(nèi)的2#站位垂向凈環(huán)流輸沙項(xiàng)（T5）最大，為4.15 g·s?1·m?1，對(duì)應(yīng)輸沙方向?yàn)?3°。潮泵輸沙項(xiàng)（T3+T4）整體較低，只有7#站位超過了1 g·s?1·m?1；所有站位T6+T7+T8項(xiàng)輸沙均低于1 g·s?1·m?1。

表5 各站位輸沙率Table 5 Sediment transport rate of each station g·s?1·m?1

研究區(qū)海域從灣內(nèi)到灣口再到灣外，所有站位的歐拉余流輸沙項(xiàng)（T1）和斯托克斯漂流輸運(yùn)項(xiàng)（T2）的輸運(yùn)方向與凈輸沙（T總）的輸沙方向較為一致。潮泵輸沙項(xiàng)（T3+T4）除1#和5#外，其余站位的輸沙方向與凈輸沙（T總）方向也有較好的契合。垂向凈環(huán)流輸沙項(xiàng)（T5）在灣內(nèi)的1#和2#站位占比較大，在其他站位影響較小。T6+T7+T8輸沙項(xiàng)總體的輸沙量較小，對(duì)凈輸沙（T總）影響不大，甚至可以忽略。研究區(qū)凈輸沙量整體上呈現(xiàn)近岸小、離岸高的格局。

4 討論

4.1 懸浮泥沙輸運(yùn)規(guī)律

根據(jù)單寬輸沙率計(jì)算各個(gè)輸沙項(xiàng)占比（表6），通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)各個(gè)站位的輸沙分項(xiàng)由于存在方向差異，輸沙占比差異較大，表明其對(duì)輸沙率的貢獻(xiàn)相差也較大，導(dǎo)致灣內(nèi)、灣口和灣外有著不同的懸浮泥沙輸運(yùn)機(jī)制。

表6 各站位輸沙項(xiàng)占比Table 6 Proportion of sediment transport items at each station %

灣內(nèi)的1#和2#站位，以歐拉余流輸運(yùn)項(xiàng)（T1）為主，其次是斯托克斯漂流輸運(yùn)項(xiàng)（T2）和垂向凈環(huán)流輸運(yùn)項(xiàng)（T5），其余輸沙項(xiàng)占比較低。灣內(nèi)歐拉余流輸運(yùn)項(xiàng)（T1）分別占到了121.5%和140. 9%，在懸沙輸運(yùn)中起主導(dǎo)作用；斯托克斯漂流輸運(yùn)項(xiàng)（T2）和垂向凈環(huán)流輸運(yùn)項(xiàng)（T5）對(duì)懸沙的輸運(yùn)貢獻(xiàn)相差不大。由于灣內(nèi)水體混合較弱，垂向上懸沙濃度差異相對(duì)較大，并且垂向上余流流向差異較大。受水深地形的影響，余流在垂向上各向差異以及懸浮濃度垂向分布不均會(huì)產(chǎn)生垂向凈環(huán)流輸沙[33-34]。因此，垂向凈環(huán)流輸運(yùn)項(xiàng)（T5）對(duì)灣內(nèi)懸浮泥沙的輸運(yùn)有較大影響。雖然灣內(nèi)懸浮泥沙濃度相對(duì)較高，但垂向余流的方向差異較大，故灣內(nèi)懸浮泥沙凈輸沙率較小，輸運(yùn)方向指向近岸方向。

灣口處的3#、4#和5#站位的懸沙輸運(yùn)受歐拉余流輸運(yùn)項(xiàng)（T1）和斯托克斯漂流輸運(yùn)項(xiàng)（T2）的影響較大，垂向凈環(huán)流輸沙（T5）及其他輸運(yùn)項(xiàng)影響較小。潮周期內(nèi)潮汐變化量（T1）與潮流變化量（T2）正相關(guān)較強(qiáng)，斯托克斯漂流輸運(yùn)項(xiàng)（T2）輸沙貢獻(xiàn)有所增加；水體混合狀態(tài)相對(duì)于灣內(nèi)較好，垂向懸浮泥沙濃度梯度較小，垂向凈環(huán)流輸運(yùn)項(xiàng)（T5）作用較?。黄渌麘疑齿斶\(yùn)貢獻(xiàn)較低。整體以平流輸沙項(xiàng)（T1+T2）為主，且余流較小，凈輸沙率較低，輸運(yùn)方向?yàn)橄鄬?duì)靠近灣內(nèi)的SW向。6#和7#站位歐拉余流輸沙項(xiàng)（T1）占主導(dǎo)地位，斯托克斯漂流輸運(yùn)項(xiàng)（T2）次之，其他懸沙輸運(yùn)項(xiàng)影響甚微。由于余流流速相對(duì)較大，歐拉余流輸沙項(xiàng)（T1）占比最大；水體混合程度較高，垂向懸浮泥沙濃度差異較小，垂向凈環(huán)流輸運(yùn)項(xiàng)（T5）占比較低。6#和7#站位以平流輸沙項(xiàng)（T1+T2）為主，余流速度相對(duì)較大，且方向較為一致，故凈輸沙率較高，輸運(yùn)方向?yàn)橄鄬?duì)靠近灣外的SW向。

灣外3個(gè)站位懸浮泥沙輸運(yùn)項(xiàng)以歐拉余流輸運(yùn)項(xiàng)（T1）為主，其次是斯托克斯輸運(yùn)項(xiàng)（T2），其余輸沙項(xiàng)貢獻(xiàn)甚微。灣外歐拉余流輸運(yùn)項(xiàng)（T1）占到了主要地位，為88.7 %～93.5%；潮汐變化量（T2）與潮流變化量（T3）正相關(guān)較弱，且灣外水體懸浮泥沙濃度相對(duì)較低，懸沙輸運(yùn)受斯托克斯輸運(yùn)項(xiàng)（T2）影響明顯低于灣內(nèi)和灣口；水體混合比較均勻，垂向上的懸沙交換比較充分，垂向凈環(huán)流項(xiàng)（T5）對(duì)輸沙貢獻(xiàn)較小，只有3.8%～6.4 %?？傮w來說，灣外各層余流流向趨于一致，且流速較大，整體的輸沙率較大，平流輸沙項(xiàng)（T1+T2）起主導(dǎo)作用，凈輸沙率達(dá)到了28.76～47.93 g·s?1·m?1，輸運(yùn)方向?yàn)镾W向。

研究區(qū)海域懸浮泥沙輸運(yùn)項(xiàng)整體以平流輸沙（T1+T2）為主；垂向凈環(huán)流（T5）是僅次于平流輸沙（T1+T2）的貢獻(xiàn)項(xiàng)，從灣內(nèi)到灣口再到灣外，其對(duì)泥沙輸運(yùn)影響逐漸減小；其余輸沙項(xiàng)對(duì)泥沙輸運(yùn)的影響可以忽略不計(jì)。

4.2 懸浮泥沙輸運(yùn)控制因素

大量研究結(jié)果表明，近海懸浮泥沙的分布及輸運(yùn)受多種因素的制約，例如潮流、沿岸流、強(qiáng)風(fēng)和季節(jié)變化等均會(huì)對(duì)水體中懸浮泥沙的分布及輸運(yùn)產(chǎn)生較大的影響[35-36]。綜合分析討論各種因素對(duì)懸浮泥沙輸運(yùn)的影響，有利于了解海洋沉積動(dòng)力的過程，也才能對(duì)海域整體的沉積動(dòng)力環(huán)境有更清楚的認(rèn)識(shí)。

4.2.1 海流對(duì)懸浮泥沙輸運(yùn)的影響

根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果（圖12），研究區(qū)海域?yàn)硟?nèi)潮流為典型的往復(fù)流，漲潮時(shí)潮流整體由東向西流，落潮流整體由西向東流，因此，懸浮泥沙隨漲落潮做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，懸浮泥沙凈輸運(yùn)方向與潮流的主流向基本一致，凈輸運(yùn)方向指向?yàn)硟?nèi)。灣口處海域受島嶼、海灣地形的影響，潮流場(chǎng)相對(duì)較為復(fù)雜，潮流的旋轉(zhuǎn)性質(zhì)顯著增強(qiáng)，潮流的多變導(dǎo)致懸浮泥沙的凈輸運(yùn)方向與潮流的主流向存在一定差異，而與余流方向一致，主要向西南方向輸運(yùn)。灣外海域相對(duì)開闊，雖然潮流的往復(fù)流運(yùn)動(dòng)形式增強(qiáng)，但仍以旋轉(zhuǎn)流為主，因此，懸浮泥沙的凈輸運(yùn)方向與潮流的主流向并不一致，而與余流方向基本一致，主要向西南方向輸運(yùn)。

圖12 研究區(qū)大潮期流場(chǎng)圖A：漲潮中間時(shí)刻，B：落潮中間時(shí)刻。Fig.12 Flow field of spring tide in the study areaA: The middle of the high tide,B: The middle of the ebb tide.

研究區(qū)懸浮泥沙隨著漲潮流整體由灣外向?yàn)硟?nèi)輸運(yùn)，隨著落潮流由灣內(nèi)向?yàn)惩廨斶\(yùn)，但泥沙凈輸運(yùn)方向與潮流的主流向并不一致，而與余流方向基本一致。因此，余流方向基本可以指示研究區(qū)懸浮泥沙的凈輸運(yùn)趨勢(shì)。根據(jù)研究區(qū)余流場(chǎng)特征（圖7），夏季正常天氣下，研究區(qū)海域由灣內(nèi)向?yàn)惩庥嗔髁魉僦饾u增大。灣內(nèi)懸浮泥沙濃度較大，但余流流速相對(duì)較小，水體表層到底層流向差異較大，故灣內(nèi)的懸浮泥沙輸運(yùn)通量較小；灣口處懸浮泥沙濃度相對(duì)減小，但余流流速增大，且余流垂向上流向相近，懸浮泥沙輸運(yùn)通量與灣內(nèi)相比較大；灣外雖然懸浮泥沙濃度最小，但余流流速較大，而且各層位余流流向相近，整體的懸浮泥沙輸運(yùn)量較大。受余流控制，研究區(qū)夏季正常天氣下懸浮泥沙輸運(yùn)整體上表現(xiàn)為灣內(nèi)向近岸方向輸運(yùn)，而灣口和灣外海域懸浮泥沙向西南方向輸運(yùn)。

4.2.2 強(qiáng)風(fēng)天氣對(duì)懸浮泥沙輸運(yùn)的影響

強(qiáng)風(fēng)天氣不僅會(huì)增大水體流速，使水體中的懸浮泥沙濃度顯著提高[37]，甚至還會(huì)改變海域的潮流特征，對(duì)泥沙輸運(yùn)方向以及海底沖淤產(chǎn)生較大影響[38]。

為了進(jìn)一步探討強(qiáng)風(fēng)對(duì)懸浮泥沙輸運(yùn)的影響，本文模擬了西南強(qiáng)風(fēng)天氣下（風(fēng)速為10 m/s）大潮期的余流場(chǎng)（圖13）與正常天氣下大潮余流場(chǎng)（圖7）比較，強(qiáng)風(fēng)天氣對(duì)研究區(qū)海域余流影響顯著。灣內(nèi)余流流速略有增大，為3～15 cm/s，流向變化相對(duì)較小，均指向近岸方向。由于灣內(nèi)岸線曲折，受海灣和島嶼的遮蔽，灣內(nèi)水動(dòng)力條件變化相對(duì)較小，因此，強(qiáng)風(fēng)對(duì)其總體影響相對(duì)較小。灣口處和灣外海域，地形相對(duì)開闊，余流受風(fēng)的影響顯著，其方向由正常天氣下的西南流向變?yōu)闁|北流向。懸沙通量計(jì)算結(jié)果表明，研究區(qū)海域泥沙凈輸運(yùn)方向與余流基本一致，而余流方向可以指示懸浮泥沙的凈輸運(yùn)趨勢(shì)[39]。結(jié)合強(qiáng)風(fēng)天氣下的余流場(chǎng)（圖13），強(qiáng)風(fēng)改變了研究區(qū)的余流方向，進(jìn)而改變了懸浮泥沙的輸運(yùn)方向，使其由正常天氣下的西南向變?yōu)闁|北向，對(duì)泥沙輸運(yùn)趨勢(shì)影響顯著。

圖13 夏季西南強(qiáng)風(fēng)天氣下余流分布圖Fig.13 Residual current distribution under strong southwest wind weather in summer

研究區(qū)懸浮泥沙輸運(yùn)以平流輸運(yùn)為主，因此，懸沙凈輸運(yùn)主要受懸沙濃度和余流流速控制。一方面，研究區(qū)強(qiáng)風(fēng)天氣下灣口和灣外余流流速相對(duì)較大，主要為5～40 cm/s，明顯大于正常天氣的余流流速，而較大的余流會(huì)產(chǎn)生更大的泥沙輸運(yùn)通量；另一方面，遙感影像對(duì)比結(jié)果表明，強(qiáng)風(fēng)天氣會(huì)導(dǎo)致水體懸浮泥沙濃度普遍增大（表4），而這會(huì)進(jìn)一步增加海域的泥沙輸運(yùn)通量[40]。因此，強(qiáng)風(fēng)導(dǎo)致研究區(qū)余流流速增大和懸浮泥沙濃度升高，從而使其泥沙輸運(yùn)通量較正常天氣明顯增大。綜上可以看出，西南強(qiáng)風(fēng)天氣下，研究區(qū)懸浮泥沙輸運(yùn)方向主要受風(fēng)控制，其輸運(yùn)通量亦普遍增大，強(qiáng)風(fēng)對(duì)研究區(qū)泥沙輸運(yùn)影響顯著。

4.2.3 閩浙沿岸流對(duì)懸浮泥沙輸運(yùn)的影響

閩浙沿岸流和臺(tái)灣暖流是研究區(qū)附近海域的主要流系，而臺(tái)灣暖流對(duì)海域沉積環(huán)境的影響在水深50 m處的外海海域才開始體現(xiàn)出來[24]，與研究區(qū)相距較遠(yuǎn)，不會(huì)對(duì)研究區(qū)海域懸浮泥沙輸運(yùn)產(chǎn)生影響。閩浙沿岸流受季風(fēng)氣候的影響，冬季活動(dòng)強(qiáng)度較大而夏季相對(duì)較小，其影響范圍始終處于一個(gè)變化的過程之中[41-42]。夏季閩浙沿岸流流向與冬季相反，沿海岸線向東北方向流動(dòng)，最大平均流速小于0.2 m/s（圖1）[43]。

懸浮泥沙輸運(yùn)通量計(jì)算結(jié)果表明，夏季正常天氣下研究區(qū)海域懸浮泥沙輸運(yùn)以平流輸運(yùn)為主，其凈輸運(yùn)方向與余流方向基本一致，整體向西南方向輸運(yùn)（圖4）；而夏季閩浙沿岸流則向東北方向流動(dòng)，與研究區(qū)整體的懸浮泥沙輸運(yùn)方向相反。閩浙沿岸流具有明顯的季節(jié)變化特征，夏季閩浙沿岸流影響范圍最小，主要分布于浙江省北部沿岸海域，對(duì)福建典型海域（羅源灣、廈門灣和東山灣）沒有影響[44]。本研究區(qū)緊鄰羅源灣，亦表明閩浙沿岸流（夏季）對(duì)研究區(qū)懸沙輸運(yùn)基本沒有影響。同時(shí)，夏季臺(tái)灣暖流強(qiáng)度相對(duì)較大，受臺(tái)灣暖流的擠壓，閩浙沿岸流流速相對(duì)較小，活動(dòng)強(qiáng)度較弱[45]，其在閩北近海海域懸沙輸運(yùn)通量與冬季相比顯著減少，對(duì)懸浮泥沙的輸運(yùn)作用較小[24]。此外，福寧灣區(qū)域水深較淺，岸線蜿蜒曲折，岬角相間，島嶼眾多，受地形遮蔽作用影響較大，其水動(dòng)力條件主要受潮流和風(fēng)浪影響。綜上，閩浙沿岸流的活動(dòng)對(duì)研究區(qū)海域的懸浮泥沙輸運(yùn)基本不會(huì)產(chǎn)生影響。

5 結(jié)論

（1）夏季福寧灣海域周期平均懸浮泥沙濃度的變化幅度從灣內(nèi)向?yàn)惩庵饾u變??；在平面分布上，灣內(nèi)懸浮泥沙濃度較高，灣口次之，灣外最低；垂向上，懸沙濃度表現(xiàn)為由表層至底層逐漸增大。

（2）研究區(qū)懸浮泥沙單寬輸沙量為4.75～47.93 g·s?1·m?1，整體輸沙率呈現(xiàn)近岸小、離岸高的格局。平流輸沙項(xiàng)在懸浮泥沙輸運(yùn)中占主導(dǎo)地位，其次為垂向凈環(huán)流項(xiàng)，其余輸沙項(xiàng)貢獻(xiàn)甚微。

（3）正常天氣下，研究區(qū)的懸沙凈輸運(yùn)方向與余流方向基本一致，輸運(yùn)方向指向西南；西南強(qiáng)風(fēng)天氣下，研究區(qū)懸浮泥沙的濃度增大，其輸運(yùn)方向受風(fēng)控制，指向東北；閩浙沿岸流（夏季）對(duì)研究區(qū)懸浮泥沙的輸運(yùn)基本沒有影響。