微潮汐河口未爆弹药(UXO)迁移与掩埋机制的多场耦合研究及其环境风险评估

为解决河口复杂环境下未爆弹药(UXO)迁移与掩埋行为的预测难题，意大利马尔凯理工大学联合美国国防部研究团队通过野外实验与数值模拟（Delft3D/UnMES系统），揭示了淤泥质河床瞬时掩埋与砂质海床风暴液化掩埋的差异化机制，验证了贝叶斯网络模型对UXO行为预测的可靠性，为400余个美国水下弹药污染场地的修复决策提供了科学依据。

　　

在全球400多个被未爆弹药(UXO)污染的水下场地中，浅水区弹药腐蚀泄漏对生态环境和人类健康构成严重威胁。尤其像美国陆军工程兵团标识的微潮汐河口区域，同时受河流与海洋动力作用，且底质从粘性淤泥到非粘性砂砾剧烈变化，使得传统基于均质沙质海床的UXO行为预测模型完全失效。这种复杂环境下，弹药究竟会深埋淤泥中"沉睡"，还是随潮汐迁移造成二次污染？意大利马尔凯理工大学领衔的国际团队在《Estuarine, Coastal and Shelf Science》发表的研究给出了突破性答案。

研究团队依托美国国防部战略环境研究计划(SERDP)资助，在意大利米萨河(MR)河口建立了包含X波段雷达、ADCP和多波束声呐的MORSE监测系统。通过部署155mm/60mm等7种真实弹药与仿制弹体，结合GeoPoseModule惯性测量单元和RTK定位技术，首次获取了混合底质环境下UXO行为的完整数据集。数值模拟方面，采用Delft3D水动力模块耦合UnMES贝叶斯网络，创新性地整合了冲刷掩埋与液化掩埋双机制算法。

3.1 河流试验揭示淤泥床的"秒沉"现象：155mm弹药在50cm厚淤泥层中呈现"倒栽葱"式瞬时掩埋，而60mm迫击炮弹因密度较低(2.64 kg/dm³)出现最大10m迁移和周期性再暴露。当11月28日河口沙坝疏浚后，潮汐上溯引发的流体化使60mm弹体出现反常上浮，这与Traykovski在2007年报道的流体化泥浆回填机制高度吻合。

3.2 河口试验显示过渡区特性：在砂砾混合的河口区，即使2.8m水深下H_s=0.57m的弱风暴也未能触发弹药迁移。内嵌IMU的155mm弹体仅记录到4.64°的俯仰角波动，证实了Klammler 2020年提出的"低能区弹药姿态稳定"理论。

3.3 海上试验捕获风暴液化过程：1月6-13日H_s=2.3m的NE向风暴使θ>1.18（远超0.7的液化阈值），导致300m外海区的4枚UXO在36小时内全部陷入50cm深砂层。通过Soulsby 1997年提出的组合速度公式计算发现，U_b∥/U比值达到1.1时，60mm弹体的预测掩埋深度(34.5cm)仍小于实测值(56cm)，暗示存在床面形态迁移等附加机制。

3.4 模型验证展现UnMES优势：对类似U120的Naval5_38弹药，模型以75%概率准确预测完全掩埋，迁移距离<5m的预测准确率达100%。特别值得注意的是，对密度梯度为3.0-7.0 kg/dm³的三种弹药，模型输出的掩埋概率与密度呈正相关，完美复现了Calantoni 2019年实验室发现的密度-掩埋深度关系。

这项研究首次建立了河口复杂环境下UXO行为的预测框架，其创新价值体现在三方面：首先，证实淤泥质河床中密度>3.8 kg/dm³的弹药会因超出沉积物承载能力而快速掩埋；其次，发现砂质海床需θ>0.7的流体化条件才能触发深度掩埋；最后，验证了UnMES系统在非均质环境中的适用性。这些成果不仅为美国UXO污染场地的修复排序提供了科学标准，其构建的多尺度监测-预测体系也可推广到海底管线、风电基座等海洋工程的风险评估中。正如通讯作者Maurizio Brocchini教授指出："理解弹药在'流体-泥沙-弹药'三相系统中的复杂响应，是实现海洋危险物精准治理的关键钥匙。"