九龙江口表层水盐度和悬沙浓度时空分布特征分析

林桂权，潘大东，林永崇，任旭东，张良荟，梁静怡，黄超毅

（闽南师范大学历史地理学院，福建漳州363000）

入海河口是陆海相互作用及“源-汇过程”的关键区域[1]，受径流、潮流和余流等影响，河口地区陆海相互作用强烈，水文状况和沉积动力复杂[2].盐度和悬沙浓度是反映河口沉积动力的天然样品[3].前人通过盐度分析河口盐水入侵、潮汐动力及水动力过程[4-6]，九龙江口的盐度研究集中于咸淡水交汇[7-8]、不同潮时的空间分布[2，7]、盐度锋位置[2，9].王晋沅和江毓武得出咸淡水交汇在海门岛与鸡屿之间的区域最为强烈[8].王伟强等发现盐度东高西低、北高南低，中低潮期间海门岛至鸡屿海区盐度梯度最大[7].枯季小潮盐度锋窄小、梯度大，等盐线在鸡屿东西两侧沿西北-东南延伸[9].河口悬沙对河口环境、河床演变等有重要意义.随着流域人类活动增强，特别是流域建坝导致河流入海泥沙骤减，如美国科罗拉多河[10]、德国Elbe Estuary和Weser Estuary[11]、越南湄公河[12]、长江[13]等.由于20世纪60年代以来九龙江流域建坝，河口潮流作用加强，悬沙有洪出枯进、上出下进和南出北进趋势[14].郭劳动等[15]分析河口湾表层悬沙平均为(0.060±0.075)kg/m3，且大部分沉积在海门岛以西海域.王元领等[16]发现河口湾存在两个高浓度悬沙区域，海门岛北部和鸡屿东侧，枯水期含沙量高于洪水期.

综上，前人在九龙江河口盐度和悬沙浓度的研究工作为河口动力沉积过程、泥沙运移、生物地球化学循环等做了很大贡献.但以往研究集中在河口湾或厦门西港，未伸入到分流汊道，未完整反映河口盐度和悬沙分布规律.同时，研究多为单个季节，季节之间的对比还有待深入.本研究选取九龙江口为研究区域，根据咸淡水混合程度和水下地形将河口分区，采集表层水样，分析流域建坝背景下强潮河口的盐度和悬沙浓度时空分布特征及影响因素.研究对河口泥沙运移、港口建设和水产养殖等有重要意义.

1 研究区概况

九龙江是福建省第二大河，流域面积1.47×104km2[17].流域多年平均降水量1 400～1 800 mm，夏秋季受台风影响频繁[18]，4～9月份约占全年降水量的75%.北溪浦南站和西溪郑店站多年平均入海径流量分别为8.27×109m3和3.70×109m3，年均含沙量分别为0.206 kg/m3和0.210 kg/m3[19].九龙江河口由西部的湾顶三角洲和东部的河口湾组成（图1），三角洲被北港、中港、南港三条汊道分割，其中南港为径流入海的主要通道，北港逐渐淤浅，河口湾海域宽达7 km 多，湾口宽约4 km，海底地形由湾内向湾口倾斜，坡度约为千分之二，水深一般5 m左右，河口浅滩面积大.九龙江口的水动力复杂，除了受径流影响，还受潮汐影响，涨潮流偏北岸，落潮流和径流偏南岸入海，形成逆时针河口余流（图1）：鸡屿以北，上、下层余流流向终年指向河口内；鸡屿以南海区，表层流向大多数流向口外[20].九龙江口为非正规半日浅海潮，潮流特征为往复流，平均潮差3.99 m，最大潮差6.42 m[21].

图1 九龙江河口及采样站位Fig.1 Map of the Jiulong estuary，showing the sites of surficial water

2 样品和方法

根据河口水团（盐淡水混合程度）和水下地形，将九龙江河口由陆向海划分为四个沉积环境：汊道及南岸主泓（以下简称汊道）、潮滩、前缘斜坡（水深2～5 m）和前三角洲（水深5～10 m）（图1）.径流主要从南港、中港入海，汊道及南岸主泓站位代表河口径流水区域；潮滩和前缘斜坡咸淡水交汇，是泥沙沉积的主要区域[16，22-23]，因水深和位置差异，分别划分为潮滩和前缘斜坡，代表河口混合水区域；前三角洲水深大于5 m，位于夏季羽状锋西侧[2，7，8-9]，主要受潮流作用影响，夏季底层盐水入侵，上层为冲淡水，代表河口分层水区域.同时，将河口湾沿鸡屿到浒茂洲东岸中部一线划分为南、北海区.于冬季（2019年10月）和夏季（2020年6月）租用考察船，在高平潮期间沿九龙江河口湾湾口向上游汊道采集31个表层水样，采样站位见图1，水样用1L塑料瓶采集，对水样进行pH值、盐度和悬沙浓度测试.pH值在现场用型号衡欣便携式pH计（AZ8686）测试，测试精度±0.05，分辨率0.01.盐度用衡欣便携式盐度计（AZ8371）在现场测试，测试精度±1%，分辨率0.01.采回的水样运回实验室，立即采用真空砂芯过抽滤装置和有机微孔滤膜（孔径0.45μm）抽滤.过滤前烘干滤膜，用天平（精度万分之一）称重（W1），用量筒测量水体体积（V）；过滤后的滤膜再次烘干至恒重后称重（W2），计算两次质量之差得出悬沙质量W（W2-W1），用W除以V，得出悬沙浓度，单位为kg/m3.

3 结果与分析

3.1 表层水pH值时空分布特征

pH的时空分布见表1和图2，冬季pH值均高于夏季，呈现由陆向海增加的趋势，反映河口水的径流偏酸性，潮流偏碱性.夏季pH 值范围在6.4～7.1 之间，平均值6.73（表1），指示夏季表层水呈现弱酸性；夏季pH 值自陆向海逐渐增加，平均值分流汊道6.52，潮滩6.74，前缘斜坡6.82，前三角洲6.93，酸碱度从弱酸性逐渐增加到中性.冬季pH 值范围在6.8～7.9 之间，平均值7.22，表明冬季表层水呈现弱碱性；空间分布上，汊道及潮滩较低，平均值分别为7.12 和7.14，从潮滩向海pH 值增速加大，前缘斜坡和前三角洲均值分别为7.27和7.43，酸碱度从中性增加到弱碱性.

表1 九龙江口表层水pH值的范围和平均值Tab.1 The range and average value of pH in the surficial water from the Jiulong estuary %

图2 九龙江口pH值时空分布Fig.2 The spatial and temporal distribution of pH in the surficial water from the Jiulong estuary

3.2 表层水盐度时空分布特征

盐度值冬季高于夏季，总体呈现东高西低、北高南低趋势（表2，图3）.夏季盐度值范围在0.007%～2.61%之间，平均值1.203%（表2），汊道盐度值很低，平均值0.187%，汊道中上部站位的盐度均小于0.01%，均值0.008%，反映径流强劲，河流作用占主导；潮滩盐度快速增加，均值1.390%，海门岛-海沧一线以东盐度值普遍较高，均接近0.200%，其中前缘斜坡平均值为1.820%，前三角洲1.910%.九龙江河口湾的北部盐度呈现高值，均值在1.843%，南部1.300%，揭示涨潮流沿北岸入侵，径流沿南岸入海.

冬季盐度范围在0.149%～2.92%之间，平均值1.939%（表2）；汊道均值1.158%，潮滩均值2.178%，前缘斜坡均值2.180%，前三角洲均值2.574%.冬季四个区域的盐度，汊道偏低，其中汊道顶部几个站位均值在0.404%，中下部盐度急剧增加，至口门增加到1.500%左右（图3）.汊道以东的整个河口湾区域普遍较高，基本高于0.200%.鸡屿西海域的前缘斜坡到东侧的前三角洲，盐度快速增加.鸡屿北部水道有一支高盐水流（站位3、4、11、12、20、21，均值为2.627%）一直延伸至浒茂洲的东测，到达河口湾的顶部，反映冬季河口盐水入侵强烈，海洋作用占主导.此外，主泓南岸盐度值的季节差异显著（图3）.

图3 九龙江口盐度时空分布Fig.3 The spatial and temporal distribution of salinity in the surficial water from the Jiulong estuary

3.3 表层水悬沙浓度时空分布特征

各站位悬沙浓度冬季高于夏季.空间分布上悬沙浓度自西向东降低（表3，图4），夏季南部高于北部，冬季北部高于南部.

夏季悬沙浓度范围在0.005～0.150 kg/m3之间（表3），平均值0.021 kg/m3.从汊道主泓向湾口降低，最高值区域为汊道主泓，均值为0.042 kg/m3，其中中港下部和南港下部出现高值，站位29 和站位25 分别为0.053 kg/m3和0.150 kg/m3（图4）；潮滩次之，均值为0.015 kg/m3；前缘斜坡最低，均值0.009 kg/m3，前三角洲0.010 kg/m3.夏季悬沙浓度北部低、南部高，均值分别为0.011 kg/m3和0.015 kg/m3（表3）.反映夏季河口悬沙主要来自径流输入.

冬季悬沙浓度范围在0.026～0.278 kg/m3之间，平均值0.081 kg/m3.自陆向海降低，汊道均值0.107 kg/m3，潮滩0.088 kg/m3，前缘斜坡0.063 kg/m3，前三角洲0.052 kg/m3（表3，图4）.最高值出现在中港及乌礁洲与玉枕洲的水道内，均值0.244 kg/m3；最低值出现在象鼻嘴与尾仔屿之间的湾口区域.同时，冬季悬沙浓度北部高于南部，北部和南部分别为0.084 kg/m3和0.053 kg/m3.值得一提的是，冬季汊道的南港及河口湾南岸主泓悬沙浓度偏低，站位32、27、26、24、15、14 共6 个站位的变化范围在0.032～0.052 kg/m3之间，平均值0.039 kg/m3，不及整个河口平均值0.081 kg/m3的50%（图4）.揭示冬季河口悬沙主要来自潮流输入.

表3 九龙江口表层水悬沙浓度的范围和平均值Tab.3 The range and average value of suspended sediment concentration in the surficial water from the Jiulong estuary kg·m-3

图4 九龙江口悬沙浓度时空分布Fig.4 The spatial and temporal distribution of suspended sediment concentration in the surficial water from the Jiulong estuary

4 讨论

4.1 表层水盐度和悬沙浓度的时间分布

盐度的季节分布，夏季平均值1.203%，冬季平均值1.939%，冬季盐度高于夏季（图3），反映河口盐度受季节变化影响.洪季流域降水占全年75%，径流量大，河流作用占主导，枯季径流大幅减小，潮汐作用主导.悬沙浓度夏季平均值0.021 kg/m3，冬季平均值0.081 kg/m3，冬季约为夏季4倍（图4），揭示夏季悬沙主要来自径流，冬季悬沙主要来自潮流.枯季，河口潮流作用强烈，一方面将外海的细颗粒沉积物带入湾内，另一方面掀起河口底泥，沉积物的再悬浮作用导致悬沙浓度增加[16].

4.2 表层水盐度和悬沙浓度的空间分布

盐度的空间分布，总体上由陆向海增加，且盐度梯度大（图3）.这与前人的研究结果一致，黄加祺和郑重发现冬季盐度值从河口上部的0.004%至湾口增加到3.170%[24]，王伟强等研究显示河口湾盐度由西向东增加[7].夏季盐度在汊道南、北港中上部突然降低，均小于0.010%（图3），反映九龙江径流强盛，因此认为中、南港中部为夏季潮流界位置.夏季河口湾南岸盐度较低而北岸较高，反映受科氏力影响，径流偏南岸入海，涨潮流沿北岸入侵.王伟强等得出九龙江口盐度东高西低、北高南低，揭示径流主要从南岸入海，并推测湾内存在逆时针环流[7].

冬季河口湾全被中、高盐水充填，均值2.282%，汊道顶部的站位盐度均值也超过了0.400%（图3），反映枯水期河口潮流作用强烈，河流作用弱.冬季鸡屿西侧和东侧盐度差异较大，分别为2.180%和2.574%，可能指示盐度锋位置在鸡屿附近.这与前人观测结果吻合[2，7-9]，王伟强等得出河口湾盐度锋具有窄小、梯度大的特征，等盐线在鸡屿东西两侧沿西北-东南延伸[9].王晋沅和江毓武的研究显示海门岛与鸡屿之间的区域咸淡水交汇最强烈[8].此外，冬季潮滩顶部站位20、21、36盐度高于更靠海的前缘斜坡（图3），推测为高潮盐水从河口底部上涌到河口湾顶部所致[7].

悬沙浓度空间分布自西向东降低，夏季南部高于北部，冬季北部高于南部（图4）.全年悬沙浓度汊道和潮滩呈现相对高值，前缘斜坡和前三角洲呈现相对低值，冬季尤为明显，这一方面反映涨潮流沿河口湾底层上涌到该区[7]，另一方面揭示冬季强潮导致底质再悬浮.这与前人的结果一致[14-15，22-23，25]，蔡爱智等发现泥沙主要在海门岛至鸡屿浅滩沉积，该区年淤积厚度可达8～10 cm[22].郭劳动等指出大部分泥沙在海门岛以西沉积[15].罗建等研究也显示，枯季悬沙浓度在海门岛以西浓度最大[25].夏季悬沙浓度南部高于北部，冬季北部高于南部（图4），反映科氏力影响下夏季径流沿南岸入海，以陆源悬沙输入为主；冬季涨潮流沿北岸入侵，以潮流输沙为主，同时伴有底泥再悬浮.蔡锋等认为枯季潮流输沙占主导，洪季河流输沙占主导[14].夏季汊道及主泓悬沙的高值反映洪季悬沙来主要来自流域输入，海门岛至海沧一线西部海区的悬沙浓度高于东部海区（图4），反映悬沙锋的位置.

冬季悬沙浓度在河口湾呈现普遍高值，而南港和主泓偏低，指示河口枯季的悬沙主要来自潮流.而河口汊道的高值可能是落潮流掀起的底泥再悬浮所致.相关性分析显示，夏季悬沙浓度和盐度呈现负相关（图5），相关系数为0.61，悬沙浓度随盐度的升高而降低，是夏季泥沙主要来自径流所致；冬季两者无相关性，除汊道外，河口湾三个区域普遍高值.

图5 九龙江河口表层水悬沙浓度与盐度相关性图Fig.5 The correlation between suspended sediment concentration and salinity in the surficial water from the Jiulong estuary

5 结论

1）九龙江口表层水pH值由陆向海增加，冬季高于夏季.

2）盐度值由陆向海增加，冬季高于夏季；夏季潮流界在中、南港的中部；径流偏南岸入海，涨潮流偏北岸入侵；冬季河口湾被中高盐水充填，均值2.282%；冬季盐度锋在鸡屿附近，且盐水从河口涌到河口湾顶部.

3）悬沙浓度总体分布自西向东降低，冬季的悬沙浓度高于夏季，夏季南部高于北部，冬季北部高于南部.夏季海门岛-海沧一线西部海区的悬沙浓度高于东部海区，推测为夏季河口悬沙锋的位置.九龙江口夏季表层泥沙主要来自径流，冬季主要来自潮流、径流和底质再悬浮的泥沙.夏季盐度和悬沙浓度呈现负相关与夏季泥沙主要来自径流有关.