德国瓦登海黏性沉积物侵蚀阈值的时空变异性：原位与实验室实验对比研究

为探究潮间带黏性沉积物侵蚀阈值(τ)的时空变异性和采样方法影响，研究人员利用新型Closed Gust Erosion Microcosm System (C-GEMS)在易北河口开展原位与离实验对比。发现τ值(0.1-0.27 N/m2)与表层沉积物泥质含量(黏土+粉砂)显著相关，且离实验因机械扰动导致τ系统性偏低。该研究为海岸带沉积物输运模型提供了关键参数验证依据。

　　

潮间带泥滩作为海岸带重要的沉积物"源-汇"转换区，其黏性沉积物的侵蚀行为直接关系到航道淤积、生态安全等重大管理问题。德国瓦登海作为全球最大的潮滩系统，近年来出现泥滩扩张和细颗粒沉积物再悬浮加剧的现象，导致汉堡港等关键水域疏浚成本激增。然而，黏性沉积物侵蚀阈值(τ)受颗粒组成、生物作用等多因素影响，现有研究对τ的时空变异规律认识不足，且传统采样方法可能破坏沉积物原始结构。为此，汉堡工业大学(TUHH)的研究团队在《Estuarine, Coastal and Shelf Science》发表论文，通过创新性实验设计揭示了τ的动态特征及其控制机制。

研究采用自主改进的Closed Gust Erosion Microcosm System (C-GEMS)系统，在2024年4-9月对易北河口Trischendamm泥滩开展4次系列观测。该系统首次实现同一设备兼容原位测量和离实验（现场及实验室），通过标准化泵速控制产生0-0.5 N/m²床面剪应力，结合光学浊度传感器监测悬浮沉积物浓度(SSC)阈值。配套采集12.5cm深度内沉积物柱样，分析粒径分布、体积密度等参数。

Sediment characteristics
通过4次战役测量发现表层沉积物含水率(35-65%)和泥质含量(黏土+粉砂占比10-40%)存在显著季节差异。TD2战役期间强风作用导致表层形成高密度(1.6 g/cm³)的侵蚀抵抗层，而TD4战役则呈现高含水率的松散结构。

Conclusions and Outlook
研究揭示τ值在0.1-0.27 N/m²范围内波动，与表层泥质含量呈正相关。建立的τ预测模型显示，当泥质含量>30%时τ达最大值。关键发现是：离实验获得的τ值普遍低于原位测量15-20%，归因于取样过程中的表层结构破坏和运输液化效应。该成果为海岸工程中实验方法选择提供依据——对存在生物膜等稳定结构的沉积物，必须采用原位测量；而对均质沉积物，谨慎操作的离实验可作为替代方案。

这项研究首次系统量化了采样方法对τ测量的影响，其创新性C-GEMS系统设计为后续研究提供了标准化工具。成果直接支撑德国联邦教研部(BMBF)资助的ELMOD项目，对预测风暴潮事件下的沉积物再悬浮通量、优化汉堡港疏浚策略具有重要实践价值。未来研究可结合微底栖生物群落数据，进一步解析生物稳定化作用的定量贡献。