WikiDer > Циркуляция эстуарной воды

Estuarine water circulation

Циркуляция эстуарной воды контролируется притоком реки, то приливы, осадки и испарение, то ветер, и другие океанические события, такие как апвеллинг, Эдди, и штормы. На характер циркуляции эстуарной воды влияет вертикальное перемешивание и стратификация, и может повлиять на время пребывания и время воздействия.

Время жительства

Модель лимана

В Время жительства из воды это ключевая переменная, определяющая здоровье устье, особенно от стрессов, вызванных деятельностью человека. Быстрая промывка гарантирует, что времени для осадок накопление или растворенный кислород истощение лимана; таким образом, хорошо промытый эстуарий по своей природе более устойчив, чем плохо промытый эстуарий.[1] Время пребывания также влияет на другие параметры, такие как тяжелые металлы, растворенный питательные вещества, взвешенные вещества, и водоросль цветение, которое может повлиять на здоровье лиманов.[2]

Простой способ рассчитать время пребывания - использовать простую классическую модель эстуария, которая может быть полезна для получения концептуального представления об эстуарии, но является грубой по времени и пространству. Классический эстуарий состоит из следующих компонентов: 1) пресная вода приток со сливом Qж и соленость Sж (в общем Sж = 0); 2) океанический приток со сбросом Qв и соленость S0; и 3) отток в океан со сбросом Qиз и соленость S1. Приток и отток воды равны, потому что масса сохраняется. Соль также является законсервированным, следовательно, приток и отток солености равны. Если грунтовые воды входы и испарение игнорируются, уравнение неразрывности имеет следующий вид:

Qв S0 + Qж Sж = Qиз S1

Время пребывания Т - объем воды в устье (Vol), деленный на расход реки:[1]

Т = (Объем / Qж )(1 - S1/ S0 - Sж / S0)

Время воздействия

Время пребывания учитывает время, необходимое для того, чтобы частицы воды покинули устье, однако некоторые частицы воды, которые покидают устье во время отлив может повторно войти в систему во время прилива. Время, в течение которого частица воды проводит в устье, пока она не вернется, называется время воздействия. Время воздействия может быть намного больше, чем время пребывания, если частицы воды покидают при отливе и возвращаются с приливом. Соотношение между количеством частиц воды, возвращающихся в устье, и количеством частиц воды, покидающих устье, известно как коэффициент возврата, р.

Чтобы определить время воздействия, необходимо определить циркуляцию воды за пределами устья. Однако циркуляция около устья эстуария сложна из-за процессов приливного перемешивания, которые происходят между устьевой и океанской водами. Если побережье изрезано мысами, мозаика сложных полей течения, состоящая из водовороты, возникнут струи и зоны застоя, что еще больше усложнит циркуляцию за пределами устья.[1]

По делам, связанным с дельты или водно-болотные угодья, которые впадают в несколько приливных ручьев, таких как Миссионерский залив, Австралия, вода, выходящая из одного ручья во время отлива, может попасть в другой эстуарий во время прилива.[3] Когда задействована серия эстуариев, большое время воздействия (больше, чем у отдельных эстуариев) будет иметь место, если приливный сток из одного эстуария повторно войдет в другой эстуарий во время прилива. Вдоль прочного береговая линия однако с мысом смешивание эстуарных и океанических вод может быть интенсивным. Когда устьевые воды покидают эстуарий, они вымываются в прибрежные воды, поэтому время воздействия и время пребывания практически равны.[4]

В некоторых случаях можно измерить потоки объема, соли и температуры через устье эстуария через приливный цикл. Используя эти данные, (1-р) можно рассчитать (р - коэффициент возврата): равен доле объема воды VTP (средний объем приливной призмы), покидающий эстуарий во время отлива, который заменяется прибрежными водами перед повторным входом в систему. Когда р = 1, та же вода снова поступает в лиман, и если р = 0, устьевые воды, вышедшие из устья во время отлива, были заменены прибрежными водами, входящими в устье во время прилива.[1] Время выдержки τ ' оценивается:

τ ' = Vустье Тприлив / (1-р) VTP

Vустье определяется как средний эстуарный объем и Тприлив это приливный период.[5]

Суммарные потоки солоноватая вода через устье реки во время приливных явлений часто намного выше (часто в 10–100 раз), чем объемный поток от речного притока. Следовательно, если измерения неточны, оценка чистого потока будет ненадежной. Прямые измерения коэффициента возврата часто осложняются неустойчивыми океанскими явлениями, такими как апвеллинг, прохождение вихря или штормы, поэтому успешное прямое измерение коэффициента возврата редко.[1]

Вертикальное перемешивание и стратификация

Соляной клин в устье
Частично смешанный лиман
Вертикально однородный эстуарий
Фьорд

Время пребывания воды в эстуарии зависит от циркуляции в эстуарии, которая определяется разницей плотности из-за изменений солености и температуры. Менее плотная пресная вода плавает над соленой водой, а более теплая вода плавает над более холодной водой (температура выше 4 ° C). В результате приповерхностные и придонные воды могут иметь разные траектории, что приводит к разному времени пребывания.

Вертикальное перемешивание определяет, насколько соленость и температура будет меняться сверху вниз, сильно влияя на циркуляцию воды. Вертикальное перемешивание происходит на трех уровнях: снизу вверх под действием силы ветра, снизу вверх за счет турбулентности, создаваемой границами (эстуарийное и океаническое граничное смешение), и внутри турбулентного перемешивания, вызванного водными течениями, вызываемыми приливами, ветром и приток реки.[1]

В результате вертикального перемешивания возникают различные типы эстуарной циркуляции:

Соляной клин в устье

Эти эстуарии характеризуются резкой плотной границей раздела между верхним слоем пресная вода и нижний слой соленая вода. В этой системе преобладает речная вода, и приливные эффекты играют небольшую роль в структуре циркуляции. Пресная вода плавает поверх морской воды и постепенно разжижается по мере продвижения к морю. Более плотная морская вода движется по дну вверх по устью, образуя клиновидный слой и становясь тоньше по мере продвижения к суше. Как скорость разница возникает между двумя слоями, поперечные силы создают внутренние волны на границе раздела, смешивая морскую воду вверх с пресной водой.[6] Примером может служить Миссисипи устье.

Частично стратифицированный эстуарий

По мере увеличения приливного воздействия влияние речного стока на режим циркуляции в эстуарии становится менее доминирующим. Турбулентный перемешивание, вызванное током, создает умеренно стратифицированное состояние. Турбулентные водовороты перемешивают толщу воды, создавая массообмен пресной воды и морская вода в обоих направлениях через границу плотности. Поэтому граница раздела, разделяющая верхнюю и нижнюю водные массы, заменяется водным столбом с постепенным увеличением солености от поверхности до дна. Однако двухслойный поток все еще существует с максимальным градиентом солености на средней глубине. Частично стратифицированные эстуарии обычно неглубокие и широкие, с большим отношением ширины к глубине, чем эстуарии соляного клина.[6] Примером может служить Темза.

Вертикально однородный эстуарий

В этих устьях приливный поток больше по сравнению со стоком реки, что приводит к хорошо перемешанному столбу воды и исчезновению вертикального градиента солености. Граница пресной и морской воды устранена из-за интенсивного турбулентного перемешивания и вихревых эффектов. Отношение ширины к глубине вертикально однородных эстуариев велико, а ограниченная глубина создает достаточный вертикальный сдвиг на морском дне, чтобы полностью перемешать толщу воды. Если приливные течения в устье устья достаточно сильны, чтобы создавать турбулентное перемешивание, часто возникают однородные по вертикали условия.[6]

Фьорды

Фьорды являются примерами сильно стратифицированных эстуариев; они представляют собой бассейны с порогами и имеют приток пресной воды, значительно превышающий испарение. Океаническая вода импортируется в промежуточном слое и смешивается с пресной водой. Образовавшаяся солоноватая вода затем выводится в поверхностный слой. Медленно поступающая морская вода может перетекать через подоконник и опускаться на дно фьорда (глубокий слой), где вода остается неподвижной, пока ее не смывает случайный шторм.[1]

Обратный лиман

Обратные лиманы встречаются в сухих климат где испарение значительно превышает приток пресной воды. Образуется зона максимума солености, и речная и океаническая вода течет близко к поверхности в направлении этой зоны.[7] Эта вода выталкивается вниз и распространяется по дну как в сторону моря, так и в направлении суши. Максимальная соленость может достигать чрезвычайно высоких значений, а время пребывания может составлять несколько месяцев. В этих системах зона максимума солености действует как пробка, препятствуя смешиванию эстуарных и океанических вод, так что пресная вода не достигает океана. Вода с высокой соленостью опускается к морю и выходит из устья.[8][9]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм Волански, Э. (2007) "Экогидрология эстуариев". Амстердам, Нидерланды: Эльзевир. ISBN 978-0-444-53066-0
  2. ^ Боллз, Б. (1994) «Поступление питательных веществ в эстуарии девяти рек восточного побережья Шотландии: влияние эстуарных процессов на поступление в Северное море». Estuarine, Coastal and Shelf Science, 39, 329-352.
  3. ^ Волански Э., Джонс М., Бунт Дж. (1980). «Гидродинамика системы приливных ручьев и мангровых болот», Австралийский журнал Marine Freshwater Research 31, 431-450.
  4. ^ Волански, Э. Ридд, П. (1990). «Прибрежный отлов и перемешивание в тропической Австралии». pp. 165-183 в Cheng, R.T. (ред.), Долгосрочные течения и остаточная циркуляция в эстуариях и прибрежных морях. Спрингер-Верлаг, Нью-Йорк.
  5. ^ Макдональд, Д. (2006). «Оценка коэффициента смешения и обмена в устье на основе данных о границах с приложением к горе Хоуп Бэй». Estuarine, Coastal and Shelf Science 70, 326-322.
  6. ^ а б c Кенниш, М.Дж. (1986) "Экология эстуариев. Том I: Физические и химические аспекты". Бока-Ратон, Флорида: CRC Press, Inc. ISBN 0-8493-5892-2
  7. ^ Волански, Э. (1986). «Зона максимума солености, вызванная испарением, в тропических устьях Австралии», Estuarine, Coastal and Shelf Science 22, 415-424.
  8. ^ Нуньес, Р.А., Леннон, Г.В. (1986)> «Распределение физических свойств и сезонные тенденции в заливе Спенсер, Южная Австралия: обратный эстуарий». Австралийский журнал морских и пресноводных исследований 37, 39-53.
  9. ^ де Кастро, М., Гомес-Гестейра, М., Альварес, И., Прего, Р. (2004). «Отрицательная эстуарная циркуляция в Риа Понтеведра». Estuarine, Coastal and Shelf Science 60, 301-312.