河口是陆海相互作用的核心区域,具有重要的自然生态和社会经济价值。其中,水沙动力是控制河口地貌演变、通航能力以及初级生产力的关键过程。20世纪初以来,不断加剧的人类活动,如流域筑坝、河口浚深、滩涂围垦等,给河口带来了巨大压力,驱动河口泥沙动力场的格局转换。然而,该格局转换多发生于潮控河口（如Ems河口和Loire河口）。大径流的河口（如长江口）如何响应的机制尚不清楚,并且叠加流域减沙的作用,导致此类河口的格局转换的过程和主控因子甄别更为复杂。本论文重点探究在流域减沙和河口深水航道等工程背景下河口最大浑浊带的水沙动力场格局转换,主要贡献包括:（1）构建基于声学和光学探头集成的宽量程高精度的泥沙浓度观测系统;（2）阐明长江口航道泥沙浓度剖面的格局转换特征演化过程,量化给出近底高浓度的发育机制及其制紊减阻效应;（3）揭示河口窄深化对最大浑浊带泥沙输运及演化的控制机制。（1）构建高浊度河口泥沙浓度多探头高精度集成观测系统准确、高效地测量泥沙浓度是研究泥沙输运的重要基础,同时也是探究河口泥沙浓度格局转换的关键技术。常用仪器包括光学后向散射浊度计（OBS）,高分辨率剖面浊度仪（ASM）和声学多普勒点流速仪（ADV）,三者反演泥沙的精度由高到低为ASM、OBS、ADV,误差分别为25%、30%、90%。此外,ASM可反演的饱和泥沙浓度约为9 g/L;OBS和ADV在高浓度中存在信号衰减问题,导致反演的不确定性。因此单一仪器对泥沙浓度的反演存在量程小、精度低和阈值难以判断等关键问题,制约对河口近底高浓度输沙过程和机理的认识。本文根据ASM、OBS和ADV对泥沙浓度响应及阈值的不同,综合各自优势,提出了一套多探头集成观测泥沙浓度的方法（IOA法）,即当ASM未饱和时,由ASM反演泥沙浓度;ASM饱和后,由OBS提供反演结果;ADV协助提高OBS的反演精度并提供高频泥沙浓度。这一方法通过多探头集成互较,可以有效克服OBS和ADV信号反演中的不确定性问题,获取高量程和高精度的泥沙浓度。在长江口的应用研究表明,相比传统观测方法,IOA方法可提高测量精度至相对误差25%,扩展量程至＞60 g/L,并提供高分辨率（1 cm）的泥沙浓度剖面。此方法成功获取长江口北槽近底浓度高于10g/L的剖面。该集成观测系统的构建为探讨河口水沙格局转换和近底高浓度发育机制奠定了基础。（2）阐明长江口航道水沙动力格局转换特征,量化近底高浓度的制紊减阻效应近年来,长江口的流域来沙已大幅下降70%。1998年至2010年,河口深水航道工程导致主槽窄深化:航道水深从6.5 m增加到12.5 m,并通过丁坝束窄了北槽。在此背景下,河口泥沙浓度的变化特征及高浓度的发育机制是应对河口格局转换的关键问题,而高浓度的制紊减阻效应是控制河口泥沙浓度格局转变的关键过程。研究表明,河口浑浊带表层泥沙浓度降低,而近底浓度显著增大。其中,近底高浓度的发育归因于航道工程（即窄深化）触发的密度层化、紊动制约和受阻沉降之间的正反馈机制:河口的窄深化引起水体密度分层增强,进而制约垂向紊动扩散,导致泥沙在近底聚集。随着泥沙浓度的增加,阻滞沉降效应愈发显著,有助泥沙的悬浮,并产生显著的垂向浓度梯度（即泥沙诱导的密度分层）,从而进一步增强层化。这种正反馈机制有利于近底高浓度的形成和稳定。深水航道工程后,长江口北槽发育了可移动的近底高浓度泥沙库,平均长度约20 km,平均宽度小于1 km,平均厚度约4 m,主要集中在航槽中段和南侧,分别受憩流不对称和横向流不对称的影响,对疏浚区和抛泥区的设计和管理具有重要的指示意义。表层泥沙浓度的下降有两方面原因:（1）深水航道工程导致密度层化的增强,抑制河口垂向混合和泥沙悬扬;（2）流域减沙导致低浓度水体输送到河口,稀释了河口的表层泥沙浓度。基于多探头高精度集成观测系统的近底边界层原位观测,量化给出泥沙浓度制紊减阻效应。结果表明:（1）在低浓度（＜10 g/L）,摩阻系数随泥沙浓度的增加而近于线性下降;（2）高浓度时（10-80 g/L）,摩阻系数达到最小（减阻高达60%）。摩阻的减小主要是由于（盐度或泥沙）层化对湍流的抑制,而高浓度时粘性应力的增加则可引起摩阻的增加。在10-80 g/L的浓度范围内,湍流应力和粘性应力相当,导致摩阻系数近于恒定并达到最小值。这表明,当河口从低浊度转变为高浊度时,虽然上层水体运动所受的摩擦力会显著减小,但增大的粘性应力可使聚集的泥沙维持悬浮,即除阻滞沉降之外,粘性应力的增大是维持近底高浓度的另一机制。（3）揭示河口窄深化对最大浑浊带泥沙输运及发育演变的控制机制长江口深水航道的多站点同步观测结果表明,河口重力环流和盐度、泥沙诱导的密度分层在深水航道工程后显著增强。河口环流的增加在北槽中下段达到最大值,其量值增加3倍以上（达到0.3 m/s）。表层向海余流高达1.2 m/s,底层向陆余流可达0.1 m/s。窄深化是河口环流增强的主要原因。束窄通过增强密度分层（减小涡粘系数）和增大沿河口的盐度梯度来增强河口环流。深水航道工程后,盐度和泥沙导致的密度分层势能分别增强了3倍（140 J/m~3）和30倍（高达330 J/m~3）,且泥沙密度分层在近底和盐水楔前缘占主导地位。河口环流是航道工程后口外泥沙输入和近底高浓度发育的主要动力。河口的窄深化触发了密度层化、紊动制约和受阻沉降之间的正反馈机制,导致泥沙在近底的聚集,形成近底高浓度。近底高浓度在增强的河口环流驱动下产生显著的向陆泥沙输运,并在盐水楔前缘形成泥沙辐聚。此外,近底高浓度发育引起纵向泥沙浓度梯度显著增大,加之深水航道工程后北槽中段的流速高于上、下游,产生较大的纵向流速梯度。泥沙浓度梯度和速度梯度导致潮泵输运显著增加,促使近底高浓度的纵向延伸。综上所述,本论文提出的多探头高精度集成观测系统为研究河口水沙动力格局转换、近底高浓度泥沙输运提供了重要的技术支撑。基于自主研发的坐底三脚架观测系统,量化了高泥沙浓度的制紊减阻效应,阐明了长江口近底高浓度的发育机制:密度层化、紊动制约和受阻沉降之间的正反馈。通过比较深水航道工程前后的泥沙输运机制,明晰了河口环流是主导泥沙从口外输入河口的主要动力,而潮泵作用驱动最大浑浊带沿航道的延伸。这些研究成果加深了对径潮流共同作用高浊度河口水沙格局转换的认识,为河口生态系统的高效管理提供了理论基础。