北槽是长江水沙入海的重要通道,受盐淡水混合及再悬浮的影响,北槽是长江口最大浑浊带发育的核心区域。国家投巨资兴建的深水航道主体工程位于北槽,深水航道自运行以来饱受泥沙淤积之“苦”,在北槽中部弯道段存在严重的泥沙淤积问题。深水航道竣工后,北槽河道形态更趋弯曲,由弯道效应、科氏力效应和盐度差异平流输运等产生的横向水流对河口水、盐和悬沙的横向输运过程存在重要影响,并影响航道的冲淤演变。本文基于2014年9月24日至10月4日在长江口北槽上、中、下段进行的航道南北两侧两船同步的定点水文泥沙观测资料,综合运用数理统计、通量机制分解和沉积动力学相结合的方法,对北槽纵向(沿航道方向)和横向(垂直于航道方向)输水、输盐和输沙过程与机理进行了研究,并探讨了悬沙横向输运过程对北槽冲淤变化的影响,该研究在深化河口物质输运机理、揭示北槽淤积原因以及深水航道的治理维护等方面具有科学意义和应用价值。观测资料表明北槽各站位在每个涨落潮周期出现1至4个明显的悬沙浓度峰,峰值的个数、出现时间及峰值含沙量与各站位所处位置、涨落潮动力过程、盐水楔运动、盐度产生的水体密度分层等密切相关。北槽处在盐淡水交汇地带,盐水楔通过影响涨潮期间流速垂向分布进而影响含沙量的时间变化过程；盐度密度分层能够减弱水体紊动强度和水流挟沙量,其对紊流的抑制作用是导致小潮期间北槽下部站位第一与第二个潮周期含沙量差异较大的重要原因；在涨落潮高流速时段和涨潮流转落潮流时段,泥沙再悬浮对含沙量变化也有重要影响。大潮期间在北槽中部站位水体底层出现高浓度悬沙峰,其形成主要与下游高浓度悬沙以异重流形式随涨落潮上下游移动有关。运用通量机制分解法对北槽纵向输水、输盐和输沙机制进行了探讨,结果表明：各站位均向海净输水,径流在科氏力作用下沿航道南侧下泄,导致航道南侧站位的欧拉余流总体大于航道北侧对应站位,航道南北两侧对应站位的斯托克斯余流相差不大；总体而言,潮周期纵向单宽净输水量具有南侧站位大于北侧对应站位的特点,潮周期纵向单宽净输盐量和净输沙量也呈现南侧站位大于北侧对应站位的空间分布特征；大小潮期间各站位在向海输盐和输沙中欧拉余流输移项占主导地位,在向陆输盐和输沙中,斯托克斯漂移输移项和垂向重力环流项贡献较大,流速与盐度(含沙量)的潮变化相关项(T4)在不同站位差异较大,对部分站位向陆输盐(沙)、部分站位向海输盐(沙)有明显贡献。T4项输盐、输沙强度和方向的不确定性是导致各站位输盐和输沙结构差异较大的主要原因。盐水楔随涨落潮流上下摆动,盐度变化较为规律,而含沙量的时空变化则非常复杂,造成输盐与输沙结构差异较大。尽管输盐和输沙结构存在差异,但悬沙输运过程明显受到盐度分布和盐度密度分层的影响。在北槽下部涨潮时近底高盐度密度梯度产生盐水楔异重流,改变了水流结构,增加了大小潮期间N3站位中下层涨潮流的强度和历时,形成河口垂向环流。垂向环流对N3站位的悬沙输运过程具有重要影响,使水体下层泥沙净向陆输运。小潮期间的盐水楔异重流强于大潮,小潮时垂向重力环流项对向陆输沙的贡献明显高于大潮。此外,盐淡水混合引起的絮凝作用和盐度层化对紊流的抑制作用对悬沙输运过程也有重要影响。研究表明,北槽存在明显的横向输水、输盐和输沙过程,各站位总体上向南导堤方向净输水、输盐和输沙,但横向输盐和输沙过程同输水过程存在较大差异,盐度和含沙量随时间变化较大及其垂向分布的不均匀性是引起这种差异的重要原因。此外,由盐水楔运动引起的盐度变化具有较强的规律性,而含沙量的时间变化较为复杂,加上盐度与含沙量垂向分布的不一致性,横向输盐和输沙过程也存在显著差异。尽管横向输水、输盐和输沙过程存在较大差异,但横向输盐和输沙均受横向输水影响,因而有必要对横向输水的机理进行探讨。总体而言,涨潮期间航道南北两侧各站位整体向北导堤方向输水,其中南侧各站位的横向输水强度强于北侧对应站位；落潮时南北两侧各站位整体向南导堤方向输水,其中北侧各站位的横向输水强度强于南侧对应站位,科氏力效应、南北导堤和丁坝对水体的导流作用是产生这种横向输水格局的主要原因。在大小潮期间,北槽下段的盐水入侵较强,航道北侧的盐度明显高于航道南侧,盐度横向差异产生指向南导堤方向的横向斜压压强梯度力,这导致航道北侧站位在涨潮后期形成底层向南、表层向北的横向水流。北槽航道水深明显大于两侧部位,涨潮后期盐度的差异平流输运明显,由此产生较强的横向盐度梯度,受其影响北槽中部在大潮涨潮后期发育横向环流。此外,风对小潮期间北槽中部站位的水体输运过程也存在一定影响。悬沙横向输运过程对长江口北槽的冲淤变化具有重要影响,观测期间北槽南北两侧均存在指向南导堤的横向净输沙,其中北槽中段的横向输沙强度最大,这可能是造成该河段航道南侧淤积显著的主要原因。由于航道北侧的横向输沙强度大于南侧,部分悬沙被截留在航道中,在一个小潮和一个大潮周期中北槽中段截留在航槽中的悬沙量达2.06×105k/m。因此,横向输沙对北槽中段的泥沙淤积具有重要影响。