《Marine Pollution Bulletin》：Intensified sediment transport by breakdown of discharge-induced two-layer circulation in a contaminated, macro-tidal bay
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淡水闸门排放通过增强潮汐不对称性形成两水流体循环，显著影响污染海湾的沉积动力学，特别是近岸底流速度在平静潮期间可达0.53 m/s，导致污染物沉积加剧。
Jae Hyeok Shin | Sun Min Choi | Kyung Man Kim | Ho Kyung Ha
仁荷大学海洋科学系，韩国仁川，22212
摘要
泄水闸排放的淡水可以增强潮汐不对称性，并形成双层环流。通过使用声学多普勒流速仪和CTD（ Conductivity, Temperature, Depth）设备进行现场观测，研究了这种排放对受污染的、具有大潮特征的牙山湾（Asan Bay）中沉积物动态的影响。在涨潮初期持续排放时，形成了以向海流动的表层水流和向陆流动的底层水流为特征的双层环流。在退潮期间，当排放几乎完成时，双层环流破裂，靠近海底的向陆水流速达到了0.53米/秒，与高潮期相当，向陆输送的沉积物量大约是高潮期的两倍。增强的垂直混合可能导致强烈的沉积物重新悬浮，但由于斜压力的增强，这些沉积物仍滞留在海底附近。这些机制可能加剧了向陆的沉积物输送，并导致受污染的沉积物在湾内区域积累。
引言
海湾是海洋咸水与河流淡水混合的河口区域，受到潮汐、波浪和地形特征等多种因素的共同影响（Kjerfve等人，1997年；Uncles等人，2014年）。在这种动态环境中，沉积物可以携带有机物、金属和污染物，并在海底附近积聚（Chapman和Wang，2001年；McKee等人，2004年；Liu等人，2020年）。特别是韩国西海岸的潮差较大，且有更多河流注入大量淡水，这与韩国东海岸的情况不同（Jang和Hwang，2013年；Kim等人，2023年）。一些研究（例如Suzuki等人，2010年；Figueroa等人，2020年；Kim等人，2021a）关注了潮汐作用和淡水排放对韩国西海岸水动力和沉积物动态的影响。人工结构，如堤坝、泄水闸和港口，在河口和沿海地区变得普遍，因为它们能带来社会和经济效益（Chapman和Bulleri，2003年；Zhu等人，2017年）。泄水闸是河口和沿海系统中常见的人工结构，它们的存在显著改变了水动力和相关的沉积物输送过程（Kidd等人，2015年；Figueroa和Son，2024年）。多项研究（例如Williams等人，2013年；Figueroa等人，2020年；Kang和Lee，2020年；Jeong等人，2023年）表明，泄水闸的排放会导致潮汐不对称性的增强和双层环流的形成，从而引发显著的地形变化。由于大多数排放事件仅发生在退潮期间，因此排放对涨潮期的复杂影响仍不甚清楚。泄水闸和堤坝的建设后，湖泊的水文条件受到阻碍，水质逐渐恶化（Lee等人，2014年；Kwak等人，2023年）。同样，牙山湾的湖泊也经历了水质恶化，污染程度高于其他区域（Jeong等人，2016年）。夏季的高排放事件会导致大量污染物（如营养物质、农药和农业径流）涌入，加剧了湾内的污染问题（Choi等人，2006年；Ki等人，2010年；Jeong等人，2016年）。尽管许多研究已经报道了这些污染物的空间分布和时间变化，但还需要进一步研究污染物被沉积物吸收后的输送过程。本研究通过现场观测，在大潮条件下探讨了泄水闸排放对沉积物输送机制的影响，重点关注了与这些过程相关的污染物的潜在输送和命运。
研究区域
牙山湾位于韩国西海岸，是一个半封闭的沿海水域，黄海的咸水与众多湖泊的淡水在此混合（图1a）。该海湾呈漏斗形，面积约为240平方公里。潮差为6.1米（最大值9.6米），潮汐流以涨潮为主（Yi等人，2005年；Choi等人，2006年；Park，2008年）。冬季，海湾受到西北风的影响；而夏季则...
现场观测活动
在主航道（北纬36°57'04''，东经126°48'46''）设置了一个浮标（图1a）。部署了一台2兆赫的向上探测声学多普勒流速仪（ADCP，Nortek，Aquadopp），安装在距离海底0.2米处。垂直分辨率和抑制距离分别设置为0.1米和0.2米。采样间隔为5分钟。ADCP从2023年6月28日至7月20日测量了水深、三维速度剖面以及0.4至9.9米深度范围内的回波强度（图1b）。
排放对水文特性的影响
在观测期间，水深范围为12.9至22.0米，其中2023年7月1日至8日的涨潮和7月9日至16日的退潮期间，最大潮差分别为9.1米和7.0米（图3a）。盛行风向为东南风和西南风，风速范围为0.1至6.5米/秒（图3b）。观测期间有11天的降雨，总降雨量为368毫米。降雨强度在0.5至32.5毫米/小时之间，平均值为4.0毫米/小时。
讨论
无论处于何种大潮条件下，泄水闸排放的淡水都主导着水动力和沉积过程（Figueroa等人，2020年；Kang和Lee，2020年；Kim等人，2021b；Jeong等人，2023年）。排放显著增强了水流速度，相关的水动力变化受潮汐阶段和地形特征的影响（Moskalski等人，2020年；Kim等人，2021b）。在牙山湾，排放与强潮汐作用之间的相互作用...
结论
在受污染的、具有大潮特征的牙山湾，泄水闸在明显的潮汐作用下排放淡水。通过使用ADCP和CTD进行现场观测，研究了这些排放对沉积物输送动态的影响。本研究的主要结论如下：
- （1）在退潮期间，排放量远高于高潮期（高潮期：8.5×10^7吨；退潮期：46.9×10^7吨）。形成了明显的双层环流...
CRediT作者贡献声明
Jae Hyeok Shin：撰写初稿、可视化处理、数据验证、调查、数据分析、概念化。
Sun Min Choi：撰写与编辑、数据验证、调查、数据管理、概念化。
Kyung Man Kim：数据验证、调查、数据管理。
Ho Kyung Ha：撰写与编辑、数据验证、监督、项目管理、概念化。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了韩国海洋科学技术院（KIMST）资助的“开发用于高效应对海上紧急情况的3D海洋流观测技术”（项目编号：RS-2021-KS211521）的支持，该研究由韩国海洋渔业部提供资金。此外，还得到了韩国国家研究基金会（项目编号：RS-2022-NR069113和RS-2025-25428015）的支持。
