福寧灣及附近海域懸沙粒度與影響因素

畢云天，胡日軍,2，陳娟娟，李毅，伊兆晗，陳曉磁，朱龍海,2，尹硯軍，劉波

1. 中國海洋大學海洋地球科學學院，青島 266100

2. 中國海洋大學海底科學與探測技術教育部重點實驗室，青島 266100

3. 華能霞浦核電有限公司，寧德 352100

粒度是懸浮泥沙研究的重要參數，它與泥沙搬運、沉積等過程關系密切[1-2]。懸沙粒度特征一直是海岸、河口地區沉積動力研究的重要內容之一，研究者們主要關注懸沙粒徑及組分特征[3-4]、懸沙粒度與懸沙鋒[5]、懸沙粒度與濃度的關系[6]、懸沙粒度與再懸浮[7-9]、懸沙絮凝體粒徑及絮凝沉速等[10-13]，認為懸沙粒度變化與泥沙來源、底質再懸浮及水動力環境關系密切，含沙量和絮凝作用也會對懸沙粒度產生影響。研究懸沙粒度的變化對于分析泥沙再懸浮和沉降作用[14]、追溯沉積物的來源及其形成過程[15-16]，理解生物地球化學循環具有重要意義[17-18]，同時懸沙粒徑還是影響絮凝沉降的重要因子[19]。因此，了解懸沙粒度及其變化是進一步研究泥沙再懸浮、沉降和輸運規律的基礎。

東海屬寬廣陸架海，地勢平坦，岸線蜿蜒曲折，沿岸發育有長江及眾多中小型河流[]，為東海提供了豐富的陸源沉積物質供應[20]。東海陸架沉積物在復雜動力因素（沿岸流、臺灣暖流和潮流等）的作用下不斷分異，形成了東海內陸架泥質沉積區[21]，主要分布在60 m 等深線以淺的浙閩沿岸海域[22-23]。受地形地貌、水動力條件、物質來源等因素的影響，在浙閩沿岸地區發育了一系列淤泥質海灣，這些淤泥質海灣由于其獨特的沉積動力環境吸引了眾多學者的關注[24-28]。

福寧灣屬浙閩沿岸典型的淤泥質海灣，沉積物顆粒較細[29]。受長江及浙閩沿岸眾多中小型河流的物源影響，泥沙來源復雜；岸線曲折，岬角突出，島嶼眾多，近岸地形多變；近年來海灣開發活動日益加劇，人類活動影響頻繁，沉積動力環境復雜。此前對于福寧灣海域沉積動力環境的研究主要集中在潮流場與沖淤特征、表層沉積物粒度組成與分布、懸浮泥沙輸運特征等方面[30-32]，對于懸沙粒度的研究涉及的內容較少。本文基于2019 年12 月（冬季）和2020 年6 月（夏季）在閩北福寧灣及附近海域獲得的水文泥沙實測數據，從不同時間尺度分析懸沙粒度特征，探討影響懸沙粒度季節差異的主要因素以及懸沙粒度與濃度的關系，以加深對浙閩淤泥質海灣沉積動力環境的理解。

1 研究區概況

研究區（26°36'～26°57'N、120°05'～120°31'E）位于福建東北部福寧灣附近海域（圖1），灣內水深不足12 m，灣外水深最大不超過30 m[32]。沉積物類型主要為粉砂和黏土質粉砂，中值粒徑大于6.5 Ф。潮汐類型為規則半日潮，以M2分潮為主，平均潮差大于4 m[33]。灣內潮流往復性明顯，漲潮流向多為NWW 向，落潮流向多為SEE 向，由灣內向灣外潮流的旋轉性逐漸加強[31]。研究區附近無大型河流注入，僅發育有羅漢溪、長溪三河等源短流小的山溪性小河。研究區季風特征明顯，冬季盛行強而穩定的偏北風，夏季則以偏南風為主，受季風的影響，冬季波高明顯大于夏季[34]。低溫低鹽的閩浙沿岸流主要分布在長江口以南的浙閩沿岸，在冬季偏北風期間為一支較強的南向流；夏季偏南風期間，閩浙沿岸流流速很小，甚至消失[35]。高溫高鹽的臺灣暖流在閩浙沿岸流的東側海域終年向北流動，位置穩定，年際變化不大[36]。

圖1 研究區附近流系（a）及調查站位分布（b）附近流系改自文獻[37]，MZCC：閩浙沿岸流，TWC：臺灣暖流。Fig.1 Distributions of current systems and stations in the study areaNearby current systems are modified from the reference [37], MZCC: Min-Zhe Coastal Current, TWC: Taiwan Warm Current.

2 數據與方法

2.1 數據來源

浙江省水利河口研究院在閩北福寧灣及附近海域布設了8 個同步觀測站（圖1），分別在冬、夏季大小潮共進行了4 次連續26 h 的水文泥沙觀測（表1），4 次觀測站位均相同。觀測內容包括水深、海流（流速、流向）、含沙量、溫度、鹽度、懸沙和底質粒度、海面基本氣象參數（氣溫、海況、風速風向）。

表1 各測次觀測時間統計Table 1 Time statistics of four observations

水深和海流的觀測使用美國RDI 公司的剖面流速儀ADCP，觀測間隔為30 min，盲區0.5 m，層寬根據水深情況設置成0.25～1.0 m 不等，水深直接采用經過吃水改正的ADCP 水深。按照6 點法（表層、0.2H、0.4H、0.6H、0.8H、底層）提取流速、流向數據。

與測流同步使用XCL 橫式取樣器在上述層位采集含沙量水樣，每小時（整點）取樣一次，每次采水量不少于1 L；水溫和鹽度的觀測使用SST CTD75型溫鹽深儀，觀測時間、觀測層位均與含沙量觀測同步；另外，在白天潮的4 個潮流特征時段（漲急、漲憩、落急、落憩）各取一個懸沙粒度分析樣品，取樣層位為0.6H層（中下層），單個水樣體積為10 L。采用抓斗式取樣器在每個調查站位各取一個底質粒度分析樣品。

2.2 分析方法

2.2.1 含沙量及粒度測試

含沙量的室內分析采用烘干稱重法，具體步驟如下：① 烘干烘杯，先將烘杯洗凈，放入溫度為100～110℃烘箱中烘2 h，后移入干燥器內冷卻至室溫，再用1/10 000 電子天平稱重，得到烘杯重。②水樣經過48 h 沉淀后，抽取部分樣品上層清液（一般為漲憩時）進行氯化物分析，根據氯化物濃度決定是否對樣品進行洗鹽處理。凡氯化物濃度超過250 mg/L 的，均作洗鹽處理。③ 用少量清水將濃縮水樣全部沖入燒杯中，加熱至無流動水時，移入烘箱，在溫度為100～110℃烘箱中烘干，烘干所需時間由試驗確定。④ 烘干后的沙樣，及時移入干燥器中冷卻至室溫，用1/10 000 電子天平稱重后減去烘杯重，得到每個樣品的含沙量。

懸沙及底質粒度測試采用英國Malvern 公司的Mastersizer 3000 激光粒度儀。測量范圍為0.02～2 000 μm，中值粒徑測量誤差不超過1%，實際測量中校正系數、平均粒徑、分選系數的內檢誤差均滿足要求。粒度參數采用McManus 公式[38]計算，各個粒度參數評價采用McManus 矩值法粒度參數等級表。沉積物命名采用Shepard[39]分類方法。

2.2.2 水體層化指標

梯度Richardson 數[40]（Ri）可以用來判斷水體的層化與湍流混合狀態，如式（1）:

式中，z為水深（m），ρ為水體密度（kg/m3），u為流速北分量（m/s），v為流速東分量（m/s），g 為重力加速度（取9.8 m/s2）。一般認為當Ri＞0.25 時，水體處于穩定的層化狀態，湍流被抑制；當Ri＜0.25 時，層化效應隨著Ri 減小而減小，流速剪切更容易誘發湍流混合。

2.2.3 懸沙輸運通量計算

根據泥沙輸運通量公式[41]，分別計算冬、夏兩季8 個站位26 h（兩個潮周期）單寬面積上的潮平均縱向凈輸沙率Ts（g/s），如式（2）、（3）：

式中，k=1,…,6，為各層位編號，Uk（m/s）為各水層內流速u的深度平均值，Ck（g/m3）為各水層懸沙濃度的深度平均值，Δzk（m）為各層位高度，T為潮周期（h），Tr(k)（g）為潮周期內穿過每一個水層單位寬度面積的凈輸沙量。

3 結果

3.1 水文泥沙特征

冬季觀測期間，研究區平均風速一般不超過6 m/s，常風向為NE 向，以二級海況為主，波高小于0.5 m，屬于較平靜天氣；夏季觀測期間，研究區平均風速一般不超過4 m/s，常風向為SW 向，以一級海況為主，波高小于0.1 m，屬于平靜天氣。與冬季相比，夏季觀測期間天氣狀況較好。

3.1.1 潮流

觀測期間潮流流速整體不大（表2），冬季研究區平均流速，大潮期為0.32 m/s，小潮期為0.28 m/s；夏季研究區平均流速，大潮期為0.33 m/s，小潮期為0.22 m/s，流速的季節變化不大，大小潮差異明顯。潮流在灣內較弱，在灣外較強，冬、夏季最大流速均出現在灣外7#站，分別為0.74 m/s 和0.92 m/s。

表2 研究區流速特征值Table 2 Characteristic value of current velocity in the study area m/s

3.1.2 懸沙濃度

研究區冬季懸沙濃度為0.020～0.897 kg/m3，夏季為0.060 kg/m3～0.178 kg/m3；各站位垂線平均懸沙濃度，冬季為0.060～0.178 kg/m3，夏季為0.009～0.032 kg/m3。與冬季同時期相比，夏季懸沙濃度大幅減少（圖2），據統計，各站位冬季大潮懸沙濃度是夏季大潮的5.6～11.6 倍，冬季小潮懸沙濃度是夏季小潮的3.9～13.2 倍。大小潮變化上，大潮懸沙濃度大于小潮懸沙濃度。

圖2 不同潮周期、不同季節懸沙濃度對比Fig.2 Comparison of suspended sediment concentration (SSC) in different tides and seasons

3.1.3 水體層化

本文利用取對數后的梯度Richardson 數（lg(Ri/0.25)）來表征水體層化狀態。當lg(Ri/0.25)＜0，表明層化較弱，水體處于湍流混合狀態；當lg(Ri/0.25)＞0，表明層化較強，水體湍流混合受到抑制。本文在冬、夏季大潮期各取典型站位（2#、4#、7#）進行分析，并給出了lg(Ri/0.25)與懸沙濃度隨時間變化的剖面圖（圖3）。圖3 顯示，研究區水體層化具有明顯的季節差異，冬季水體垂向混合較強，lg(Ri/0.25)＞0 的區域僅出現在個別觀測時間段的某一層位；夏季水體層化明顯，lg(Ri/0.25)＞0 的區域由水體表層向下延伸至近底層，并在潮周期內幾乎呈連續分布。

圖3 大潮期2#、4#、7#站lg(Ri/0.25)與懸沙濃度時間序列Fig.3 lg(Ri/0.25) and SSC time series of 2#, 4# and 7# stations in spring tide

夏季水體受層化結構的影響，泥沙在垂向上的擴散受到抑制。如圖3 所示，夏季各站位強層化區（lg(Ri/0.25)＞0）基本與懸沙濃度低值區相對應，0.01 kg/m3等值線隨著層化邊界的變化上下移動，層化區域內并未觀察到懸沙濃度的潮周期變化，底層泥沙基本不能穿過水體層化邊界進入中、上層。相反，冬季水體基本不存在層化結構，懸沙在垂向上的擴散較為充分，整個剖面上懸沙濃度的潮周期變化顯著。

3.2 懸沙粒度特征

3.2.1 懸沙粒度的時空分布

受現場觀測條件的限制，本文所分析的懸沙粒度數據，均取自水體0.6H層（中下層）。粒度分析結果顯示，正常天氣下，研究區懸沙粒度較細，中值粒徑普遍大于6.5 Ф（表3）。粒度組成以粉砂為主，黏土次之，兩者含量之和達90%，基本不含砂或砂含量很小，分選較差—差，峰態呈很寬平分布，偏態以近對稱為主（表4）。

表3 研究區懸沙中值粒徑變化范圍Table 3 Variation range of suspended sediment median grain size in the study area Φ

表4 懸沙粒度參數Table 4 Suspended sediment grain size parameters

（1）平面分布

懸沙粒徑平面分布見表3，冬季各站位中值粒徑差異較小，平均中值粒徑為7.36～7.53 Ф。灣內和灣口中值粒徑較為接近，平均中值粒徑分別為7.48 Ф和7.45 Ф，灣外平均中值粒徑為7.36 Ф，與灣口和灣內相比略有增大。夏季各站位中值粒徑差異較大，平均中值粒徑為6.45～7.31Ф，中值粒徑最大值出現在灣外8#站，最小值出現在灣口6#站。

（2）季節變化

懸沙粒度季節變化明顯（表4），表現為冬季細、夏季粗的季節分布特征。冬季中值粒徑為7.1～7.7 Φ，均值為7.45 Φ。4～8 Φ（4～63 μm）的粉砂含量最豐富，為57.2%～71.0%，并且含有一定量8～12 Φ（＜4 μm）的黏土，為26.8%～42.6%，砂含量最少，不超過10%。夏季，中值粒徑為5.7～7.5 Φ，均值為6.97 Φ。粉砂、黏土、砂含量分別為53.1%～79.2%、12.6%～37.4%、0.8%～20.8%。與夏季相比，冬季懸沙中的黏土含量明顯增加，從25.9%增加到34.6%，粉砂和砂含量分別從68.7%和5.5%減少到64.1%和1.3%。

與夏季相比，冬季懸沙中增加的細粒級部分主要為粒徑＞7 Ф（＜8 μm）的極細粉砂和黏土，粒徑為6～7 Ф（8～16 μm）的細粉砂含量變化不大，粒徑＜6 Ф（＞16 μm）的粒級部分顯著減少。從8#站冬、夏季大潮期懸沙粒徑分布來看（圖4），冬季懸沙粒徑分布整體向細粒方向移動，懸沙分選變好，峰態變窄。

圖4 大潮期8#站懸沙粒徑分布Fig.4 Suspended sediment grain size distribution of 8# station in spring tide

（3）大小潮變化

受潮動力變化的影響，大潮懸沙中值粒徑明顯大于小潮（表4）。冬季大、小潮期間中值粒徑均值分別為7.37 Φ 和7.53 Φ，大潮約為小潮的1.1 倍；夏季大、小潮期間中值粒徑均值分別為6.77 Φ 和7.17 Φ，大潮約為小潮的1.3 倍。冬季大潮期間由于粗顆粒物質的加入，砂、粉砂含量增加，黏土含量相應減少，懸沙粒度變粗，與小潮相比懸沙分選變差，峰態變寬。

夏季則表現出不同的規律，大潮期間粉砂組分增加尤為明顯，含量平均增加約為8%，黏土和砂組分均有不同程度的減少，懸沙粒徑分布與小潮相比更為集中，懸沙分選變好，峰態變窄。粉砂組分具有起動流速小、沉降速度大的特征，在潮流和波浪作用下，泥沙運動活躍，易于懸浮和沉降[42]。夏季大潮期間流速增加明顯，水體挾沙力增強，“易懸易沉”的粉砂組分大量進入水體，對含沙量的貢獻顯著；對于粒徑較粗的砂組分，不僅起動需要較高的流速，而且在搬運過程中，由于流速減小也易于沉降，所以很難長時間保持懸浮狀態，多數是處于間歇性的懸浮狀態；黏土組分的黏聚力強，難以起動，因此懸沙中黏土組分的含量也較少[5]。

（4）潮周期變化

由于本文在潮周期尺度上只在白天潮的4 個特征時段（漲急、漲憩、落急、落憩）獲得了懸沙粒度數據，懸沙粒徑在時間上精度較低，如果對每個站位單獨分析，則很難觀察到明顯的變化規律，因此，本文將所有站位作為一個整體分析。

考慮到潮周期內懸沙粒徑變化可能與水動力有關，本文對中值粒徑與流速進行相關性分析（圖5），結果表明，冬季大、小潮期間，隨著流速的增大，中值粒徑只表現出微弱增大的趨勢，夏季兩者的趨勢性關系更為復雜。無論冬季還是夏季，中值粒徑與流速的對應關系較為散亂，兩者并沒有表現出顯著的相關性。懸沙粒徑變化與泥沙的再懸浮和沉降過程有關[43]，流速雖然是重要的影響因素，但在多數情況下它并不是主導因素[44]。本次懸沙粒度取樣層位位于0.6H層，泥沙從底床向上擴散需要一定的時間，當流速從極大值開始減小，但還沒有低于再懸浮的臨界流速，泥沙也不會立刻發生沉降，這可能會造成懸沙粒徑的變化滯后于流速變化，同時，這一過程還會受到水體混合狀態的影響，較為復雜的動力過程可能是導致懸沙粒徑與流速沒有明顯相關關系的重要原因。

圖5 懸沙中值粒徑與流速的相關性Fig.5 Relationship between suspended sediment median grain size and current velocity

3.2.2 粒級-標準偏差曲線

從全部樣品各粒級含量的粒級-標準偏差曲線可以清楚地看出粒度組成的變化，其理論研究基于歷史上沉積環境變化引起顆粒物的粒度差異，這種差異在受沉積動力和物質來源顯著影響的現代沉積環境中理應存在[45]。標準偏差大的粒級組分，其在各樣品中的含量變化大，可以作為指示海洋環境變化的敏感粒級[46]。

本文對冬、夏季懸沙樣品的粒度數據分析后得出粒級-標準偏差曲線（圖6），可以看出，冬季粒級-標準偏差曲線呈現明顯的雙峰分布，對環境最為敏感的兩個高峰值粒級分布范圍分別為2.8～3.4 μm和21.1～25.1 μm，其中2.8～3.4 μm 粒級成分為粗黏土，21.1～25.1 μm 粒級成分為中粉砂。低峰值粒級分布范圍為10.8～13.2 μm，對環境的敏感度最差，粒級成分為細粉砂。這種分布特征與前人在浙閩沿岸泥質沉積區柱狀樣以及表層沉積物中獲得的敏感粒級分布十分接近[47-48]。與冬季不同的是，夏季每一粒級的標準偏差都要大于冬季，粒級-標準偏差曲線雖然變化趨勢與冬季基本一致，但雙峰分布特征并不明顯，在細敏感粒級處表現為一個不明顯的次峰，這意味著控制此粒級的海洋環境要素可能發生了變化。

圖6 懸沙的粒級-標準偏差曲線Fig.6 The standard deviation curve of suspended sediment grain size

3.3 泥沙輸運通量

為探究研究區泥沙凈輸運趨勢，本文利用同步得到的懸沙濃度和流速剖面計算了兩個半日潮周期（26 h）內各站位單寬面積上的潮平均縱向凈輸沙率。結果表明，冬季大、小潮期間，由灣內向灣外凈輸沙率不斷增大（圖7a、圖7b），灣內1#、2#站凈輸沙率較小，量值均在35 g/s 以下，方向總體指向近岸；灣口3#、4#、5#、6#站凈輸沙率與灣內相比有明顯增大，量值為42.9～137.9 g/s，大致沿岸由東北指向西南；灣外7#、8#站凈輸沙率最大，量值均超過100 g/s，方向與灣口站位基本一致。這一特征顯示，冬季研究區懸沙總體輸運趨勢為由東北向西南，這與冬季閩浙沿岸流的方向基本一致。薛碧穎等[21]在閩北近岸海域冬季懸浮體輸運通量的研究中也得到了類似的結果，認為冬季閩浙沿岸流受東北風的驅動，沿岸向西南方向流動，使得近岸懸浮體的輸運方向總體指向西南。

圖7 各站位觀測26 h 懸沙凈單寬輸運通量Fig.7 Sediment fluxes at 8 stations based on 26-hour observations

夏季大、小潮期間，凈輸沙率與冬季相比顯著減小（圖7c、7d），各站位量值均在10 g/s 以下，由灣內向灣外凈輸沙率逐漸增大，方向總體由東南指向西北。這與薛碧穎等[21]在夏季的研究結果存在一定的出入，這可能與夏季閩浙沿岸流強度減弱有關，所計算的凈輸沙率在近岸主要受潮流作用的影響。

4 討論

4.1 懸沙粒度季節變化的影響因素

研究區懸沙粒度具有冬季細、夏季粗的季節差異，冬季由于懸沙中細顆粒物質（主要指極細粉砂和黏土組分）的相對增加，粒度細于夏季。底質再懸浮和泥沙來源是造成懸沙粒度季節差異的重要因素[49]，本文著重對這兩個影響因素進行分析，探討其對懸沙粒度季節變化的影響。

4.1.1 底質再懸浮

據本文統計，冬季研究區平均流速約為0.30 m/s，夏季約為0.28 m/s，潮流動力的季節變化很小。研究區水深較淺，冬季在偏北風的作用下波浪成長迅速，據相關研究統計，福寧灣灣口長表島附近海域冬季H1/10波高平均值約為1.10 m，夏季約為0.87 m[50]，冬季波浪動力強于夏季。

研究區沉積物類型以黏土質粉砂為主（表5），粒度較細，中值粒徑均值約為7 Ф（16 μm），粒徑＜30 μm 的黏性泥沙，累計含量占比為84.6%～94.0%，并含有相當比例的黏土組分（＜4 μm），含量普遍超過25%，屬于淤泥質泥沙的范疇[42,51]。不同粒徑的泥沙在潮流和波浪作用下的起動遵循Shields 曲線[52-53]，即當粒徑大于100 μm 時，起動流速隨粒徑增大而增大；當粒徑小于100 μm 時，由于細顆粒間的黏聚力作用，起動流速隨粒徑減小而增大。由于黏土物質的黏聚力強，其再懸浮需要較強的水動力條件。由本文3.1.3 節可知，夏季水體普遍存在層化結構，同時在較弱的波浪作用下沉積物再懸浮微弱，研究區平均懸沙濃度低于0.020 kg/m3。冬季水體湍流混合和波浪作用與夏季相比均明顯增強，動力增強并克服黏聚力，再懸浮了更多的細顆粒物質，懸沙粒度整體變得更細[54]。

表5 研究區底質粒度特征Table 5 Characteristics of sediment grain size in the study area

此外，波浪作用深度還與波高呈正相關[55]，冬季更強的波浪可以作用于更深的海床。研究區表層沉積物中值粒徑隨著水深的增加而減小（表5），當波浪增強時，其作用深度增大，海底深處粒度更細的沉積物就會懸浮起來，這是冬季懸沙粒度細于夏季的另一個重要原因。

4.1.2 泥沙來源

研究表明，浙閩沿岸諸河、長江以及海岸基巖都是福寧灣附近海域沉積物的潛在物源[56-57]。福建地區多發育侵蝕型海岸[58-60]，研究區范圍內較粗的砂質粉砂和粉砂等沉積物，主要來源于在較強波浪作用下海岸基巖風化產生的粗顆粒物質[50]。福寧灣沿岸還有羅漢溪、長溪三河等源短流少的山溪性小河，以及東沖半島幾條季節性小溪流，流量變化大，每遇洪水季節，有大量泥沙沖入灣內，這些泥沙一般顆粒較粗，以細砂、中砂為多，搬運距離不遠，主要在灣頂局部區域堆積。沉積物中的細顆粒物質主要為外來輸入物質，系長江入海泥沙與浙閩沿岸諸河的泥沙經搬運后在此沉積[61]。粒級-標準偏差曲線顯示，懸沙中對環境最為敏感的兩個粒級組分分布范圍分別為2.8～3.4 μm 和21.1～25.1 μm，這兩種主要敏感粒級的出現，應是受上述粗細不同的物質影響，其中粗敏感粒級組分可經落潮流由岸邊帶入灣內，后經再懸浮進入水體；細敏感粒級組分為黏土，來源于異地河流輸入物質（長江與浙閩沿岸諸河沉積物），東海懸浮體“夏儲冬輸”的季節性輸運格局決定了到達本海域異地河流來源物質的輸入強度與閩浙沿岸流的強度有關，具有明顯的季節性變化[47,62]。

閩浙沿岸流是東海內陸架泥沙輸運的重要動力[63-64]，起源于長江口一帶，主要分布在長江口以南浙閩沿岸50 m 以淺的海域[65]。冬季，長江口與杭州灣附近海域受潮流、波浪作用顯著，源于洪季就近沉積下來的細顆粒泥沙發生強烈的再懸浮，懸沙濃度急劇升高，部分區域表層懸沙濃度可達3 kg/m3[66-67]；大量細顆粒泥沙被閩浙沿岸流夾帶南下[68-70]，同時，沿岸流在南下過程中還能攜帶浙閩沿岸諸河沉積物，最遠能到達泉州灣附近[71]。這些泥沙在搬運過程中由于重力分異作用逐漸細化，曾有研究統計，在杭州灣附近，懸沙中值粒徑為9.9 μm，當被搬運到福寧灣北側的沙埕港附近，懸沙中值粒徑已減小至3.7 μm[72]，達黏土級范疇，與粒級-標準偏差曲線上的細敏感粒級基本對應，呈現出明顯的峰值。夏季，閩浙沿岸流勢弱，臺灣暖流勢強，研究區南部閩江入海的細顆粒物質也會隨著終年北上的臺灣暖流到達研究區附近，但其量值大大減少[56]，在粒級-標準偏差曲線上只呈現出一個不明顯的峰值。泥沙凈輸運通量的計算結果也顯示（圖7），冬季研究區附近海域懸沙輸運總體趨勢與閩浙沿岸流方向基本一致，懸沙由東北向西南，由灣外向灣內輸運，而在夏季懸沙輸運方向轉為由東南向西北，輸運通量與冬季相比顯著減小。

從冬、夏季細粒級組分的級配（＜63 μm）差異來看（圖8），冬季總細粒級懸沙中平均有65.7%的＜8 μm 粒級的顆粒，夏季＜8 μm 粒級的顆粒只占總細粒級懸沙量的53.1%，同時冬季含沙量也遠高于夏季，因此＜8 μm 粒級的細顆粒較夏季增加非?？捎^。其中，除本地再懸浮的物質外，閩浙沿岸流向研究區輸送的黏土級顆粒（＜4 μm）也占重要組成部分，進一步加大了懸沙粒度“冬細夏粗”的季節差異。

圖8 研究區懸沙細粒級部分（＜63 μm）級配Fig.8 Percentage of fine suspended sediment (＜63 μm) in the study area

4.2 懸沙粒度與濃度的關系

4.2.1 中值粒徑與懸沙濃度

就單個站位而言，懸沙粒徑和懸沙濃度易受天氣狀況和波浪等因素的影響，兩者趨勢性關系不明顯，而將多個站位整體分析，兩者能表現出較好的相關關系[73]，因此本文將研究區作為一個系統整體進行分析。相關性分析結果顯示（圖9），夏季大潮期，中值粒徑與懸沙濃度在0.99 的置信水平上呈顯著的線性相關，懸沙粒徑隨懸沙濃度的增加而減小，小潮期這種線性關系依舊存在。相反，冬季中值粒徑與懸沙濃度的相關性較差，隨著懸沙濃度的增加，懸沙粒徑只呈現出微弱增大的趨勢，這種季節差異可能與懸沙來源和混合作用有關[6]。如前所述，冬季懸沙部分來自較強的底質再懸浮，部分來自閩浙沿岸流向研究區的輸送，懸沙粒度組成較為復雜；同時懸沙在垂向上的混合較為劇烈（圖3），懸沙濃度在潮周期內的相對變化較大，增加了懸沙粒度組成變化的復雜性，導致中值粒徑與懸沙濃度沒有顯著的相關關系。夏季，由于閩浙沿岸流強度大大減弱，其向研究區的泥沙輸送基本中斷，水體中的懸沙主要來自本地沉積物的弱再懸浮作用，懸沙粒度組成相對單一；同時夏季懸沙在垂向上的混合較弱（圖3），懸沙濃度在潮周期內的相對變化較小，懸沙粒度組成變化相對簡單，中值粒徑與懸沙濃度存在顯著的線性關系。

圖9 懸沙中值粒徑與濃度的相關性Fig.9 Relationship between suspended sediment median grain size and SSC

值得注意的是，夏季無論大小潮，懸沙粒徑均隨懸沙濃度的減小而增大（圖9b）。通常認為，當水動力減小，懸沙以單顆粒的形式發生重力分選沉降時，由于較粗的顆粒首先沉降，懸沙粒徑將逐漸減小，以響應動力條件的改變[74]。相反的是，夏季懸沙中值粒徑隨著懸沙濃度的減小而增大。研究表明，在以黏性細顆粒（＜30 μm）為主的懸沙中會發生動水絮凝沉降，且表現為粒徑越細，絮凝越強[75-76]。研究區懸沙中約有90%的顆粒集中在30 μm 以下，當挾沙水流小于某一臨界流速時，懸沙發生動水絮凝沉降，與重力分選沉降（以單顆粒的形式由粗到細依次沉降）不同，懸沙中的細顆粒組分相互結合在一起，大小混雜同時落淤[77]。由于沉降的主體物質是細顆粒，懸沙粒徑會隨著這些細顆粒的沉降而增大[78]。

4.2.2 組分與懸沙濃度

懸沙濃度發生變化，懸沙組分必然會發生改變，不同組分對懸沙濃度變化的響應程度也會有所差異。研究區懸沙以粉砂為主，含量高達70%，對懸沙濃度的貢獻度最大，但相關性分析結果表明（圖10），在夏季大潮期，粉砂組分含量與懸沙濃度的相關性較差，粉砂并非是響應懸沙濃度變化的敏感組分；相反，砂和黏土在懸沙中的含量雖然較少，但與懸沙濃度的相關性較好，砂與懸沙濃度在0.99 的置信水平上呈顯著負相關，其含量隨著懸沙濃度的減小而增加，而黏土與懸沙濃度在0.99 的置信水平上呈顯著正相關，其含量隨著懸沙濃度的減小而減少，這種現象在小潮期依舊存在。黏土組分顆粒較細，絮凝較強，比其他組分更容易結合形成絮凝體而沉降[76]。當沉降發生時，由于黏土組分作為細顆粒絮凝沉降的重要部分，隨著沉降的進行其含量趨于減少。相反，砂組分隨著沉降的進行含量卻趨于增加，推測砂組分可能并沒有參與細顆粒絮凝沉降過程，其含量變化是由懸沙中其他組分含量變化引起的。

圖10 夏季懸沙各組分與濃度的相關性Fig.10 Relationship between suspended sediment populations and SSC in summer

5 結論

（1）正常天氣下，研究區懸沙粒度較細，中值粒徑普遍大于6.5 Φ。懸沙粒度具有冬細夏粗的季節分布特征，冬季＞7 Ф（＜8 μm）粒級部分與夏季相比增加明顯；受潮動力影響，懸沙粒度大小潮變化明顯；潮周期內懸沙粒徑變化規律不明顯。懸沙粒級-標準偏差曲線顯示兩種主要的敏感粒級分布范圍為2.8～3.4 μm 和21.1～25.1 μm。

（2）底質再懸浮和泥沙來源是造成懸沙粒度季節差異的主要原因。冬季較強的波浪和水體垂向混合導致大量細粒沉積物的再懸浮，以及閩浙沿岸流攜帶的細顆粒泥沙的輸入共同造成了研究區懸沙“冬細夏粗”的季節差異。

（3）冬季懸沙粒徑與濃度不存在相關性，夏季兩者存在顯著的線性關系，懸沙粒徑隨懸沙濃度的增加而減小，這種季節差異可能與懸沙來源和混合作用有關。夏季懸沙粒徑的粗化可能與細顆粒發生絮凝沉降有關。不同組分對懸沙濃度變化的響應程度不同，夏季，黏土組分與懸沙濃度呈顯著正相關，砂組分與懸沙濃度呈顯著負相關，粉砂組分對懸沙濃度變化的響應最差。