北槽是长江河口水沙入海的主要通道,同时是通海深水航道整治工程的主体区域。北槽河道径流和海洋水动力长期相互作用又互相影响,具有流速强、悬沙浓度高、泥沙运动剧烈、盐水入侵和层化作用显著的特点,动力条件十分复杂。近期流域来水来沙条件的变化,以及深水航道工程的建设,势必会导致北槽河道水动力、盐度以及悬沙浓度时空分布发生变化。因此,有必要在现场实测资料的分析基础上,对近期北槽河道的水沙时空变化特征以及悬沙浓度的垂向分布进行研究,进而为北槽内的冲淤演变及航道疏浚工作提供参考,具有重要的理论及现实意义。从2013年10月28日至11月5日连续8天在长江口北槽上、下段河道进行同步定点观测,在本次观测获得的水文泥沙数据的基础上,运用水文统计分析、准调和分析和沉积动力学相结合的方法,对北槽上下河段的水动力特征、盐淡水混合、悬沙浓度时空分布以及水沙输运规律等进行了研究分析,并探讨了悬沙浓度垂向分布在潮周期内的变化特征和形成机制,以及其对不同动力过程的响应。北槽河道潮流性质属于非正规半日浅海往复潮流。观测期间,北槽上、下段河道测点水域均为落潮流占优,潮波传播性质为前进波。从北槽下段传播至上段,涨、落潮流速和历时存在明显的不对称现象,涨潮历时小于落潮历时,涨潮流速明显小于落潮流速。此外,从小潮至大潮,潮流流速逐渐增大,小潮时期流速明显小于大潮。从北槽上段至下段河道,测点水域的盐度值不断增大。从小潮至大潮,各测点水域的盐度值不断减小。涨、落潮阶段,北槽上段平均盐度值具有落潮大于涨潮的特点,北槽下段则相反,涨潮阶段平均盐度值明显高于落潮阶段。垂向上,各测点水域盐度值均从表层到底层逐渐增大,盐淡水出现不同程度的混合类型。小潮期间,涨落潮过程中,表底层盐度一直相差较大,分层现象十分明显;大潮期间,涨、落潮盐度表底层相差不大,盐淡水混合呈部分混合状态,部分时段出现均匀混合的现象。盐淡水混合产生的盐度密度梯度使得垂向上水体流速的分布结构发生了变化,涨潮时流速最大值出现在水体中层。在盐度梯度的影响下,径流在垂向上从表层直接下泄,而下层的高浓度水体在密度梯度的压力下不断向陆地方向上溯,高浓度水体在上溯过程中与上层水体不断发生混掺,最终形成了一个上层水体向海输移、下层水体向陆输移的垂向河口环流。从北槽上段至下段河道,测点水域悬沙浓度值不断增大。从小潮到大潮的过程中,大潮期间的平均悬沙浓度始终大于小潮阶段。小潮期间,流速较小,悬沙浓度的垂向变化较小,随着水动力的增强,大潮期间底层悬沙发生再悬浮并向上层扩散,形成高浓度悬沙峰。小潮期间,各测点水域涨潮阶段平均悬沙浓度略高于落潮阶段;与此相反,大潮期间,落潮阶段平均悬沙浓度基本高于涨潮阶段。各测点水域悬沙浓度在垂向上均从表层到底层逐渐增大。通过对北槽纵向输水、输盐和输沙的研究,结果表明:北槽上段河道大小潮期间表底层均向海净输水;北槽下段河道,大小潮期间均存在上下层输水方向相反的现象,呈现不同强度的垂向环流。潮周期纵向输盐方向与输水类似,北槽上段总体为净向海输盐,小潮时存在上下层输盐方向相反的现象,大潮时表底层均向海净输盐;北槽下段,大小潮期间均存在上下层输盐方向相反的现象,大潮时整体呈向陆输盐。北槽上段河道大潮时从表层至底层均净向海输沙,其余时段,各测点水域均为上层净向海输沙,下层净向陆输沙。受垂向河口环流作用的影响,悬沙输运过程受到相当大的影响。在垂向河口环流的作用下,涨潮时水体中下层的涨潮流速和涨潮流程相应增大,产生净向陆的上溯流,从而导致悬沙输运过程发生相应改变,水体下层泥沙净向陆输运。盐淡水混合对北槽下段河道输沙过程影响较大,从而出现了在向陆输沙的贡献率北槽上段<下段的空间分布格局。小潮期间,受弱流速和强盐度分层的影响,悬沙浓度垂向分布主要表现为阶梯型和L型,前者主要出现在涨潮,后者出现在落潮。此时高浓度悬沙出现在水体中下层,上部水层浓度很低,由于强盐度密度分层的抑制作用,下部高浓度悬沙难以扩散到上部水层,浓度分布曲线上存在明显的拐点。小潮悬沙浓度的垂向分布形态主要受强盐度分层的影响。大潮期间,在强流速和弱盐度分层的影响下,悬沙浓度垂向分布主要为线性分布,包括斜线型分布和垂线型分布。悬沙浓度梯度在垂向上保持不变,悬沙在强动力作用下能够顺利的扩散到水体表层。大潮期间,悬沙浓度的垂向分布形态主要受强水动力作用影响,盐度密度分层对悬沙浓度分布的影响很弱。对各实测悬沙浓度分布的统计分析表明,小潮和大潮期间线性拟合相关系数随时间不断变化,只有垂线上流速梯度较小,且悬沙浓度在垂向上呈指数形态增长的部分时段悬沙浓度垂向分布满足Rouse分布。根据Soulsby公式和实测表底层悬沙浓度数据对悬沙浓度分布进行预测,结果表明Soulsby公式对悬沙浓度呈斜线型和垂线型分布的剖面模拟精度很高,与实测分布非常接近。