层化在河口水体的形成过程是河口动力研究的重要一环,层化水体对悬浮泥沙的垂向扩散起到了阻碍作用。长江水沙丰沛,长江口水体呈现周期性的层化现象。长江口最大浑浊带在盐水楔的作用下发育,造成了悬沙在河口的沉积。故以长江口为研究对象,探究水体层化在河口的形成、消亡过程以及悬浮泥沙在层化水体内的输运具有科学和实用的双重价值。结合实际观测数据,作者利用海洋数值模型探究了以上问题,以期能对现有研究有所补充。在进行数值模拟之前,作者对ECOM海洋数值模型进行了改进,以使其可以准确再现长江口复杂地形、工程状况下盐度、泥沙的输运过程。作者进行的改进包括利用交替方向隐式算法求解水位方程,改进悬沙垂向扩散模块,和开发导堤堰流模块。导师课题组于枯季在长江口北槽进行了三船同步定点全潮型观测,观测结果显示盐水楔的运动对泥沙输运造成显著影响。涨潮时盐水楔向陆地方向前进,同时观测点处的盐度跃层从底部形成、随涨潮过程上升,与之伴随的是在垂向湍流作用下向上扩散的泥沙颗粒。落潮时,伴随着盐水楔的后退,落潮早期观测到显著的层化现象,泥沙被限制在盐度跃层之下;而一旦盐水楔离开观测区域,潮流导致的混合在落潮末期占了主导,泥沙又被湍流携带到上层水体。因此在北槽区域存在显著的涨落潮泥沙输运不对称现象。长江口洪枯季泥沙输运数值模拟结果与实测资料对比验证良好。从大小潮尺度看,北槽内的大小潮潮平均净泥沙输运总体向海,其量值远小于瞬时值。这也说明在一个大小潮周期的尺度上,北槽对于上游流域来沙并非仅仅充当泄沙通道的角色,而是同时起到了“过滤器”的效果。通量机制分解的结果表明,向海的拉格朗日输运与向海的潮紊动输运以及同样向海的垂向剪切输运平衡,互相抵消,导致净输运量值极小。受河口环流影响,在大小潮周期内的不同潮型下均呈现了表层向海、底层向陆的泥沙净输运。其中小潮期间,受斜压效应影响,底层的向陆泥沙输运尤为明显。与此同时,几乎每个潮型的北槽内底层泥沙净输运均终止于航道中央弯道处,这能导致该处的泥沙淤积。通过将泥沙的沉速项与湍流带来的浮力项结合,形成了新的广义沉降项。该项表明了泥沙颗粒在水体内相对水流垂向运动的速度。大潮平均和小潮平均的广义沉速项在最大浑浊带区域均为向下,这说明最大浑浊带的形成与水体内泥沙颗粒的沉降过程密切相关。层化作为一种重要的水体特征,对河口流体动力、物质输运过程起着关键作用。河口地区水体受多种动力因素控制,但其最本质的特征却依然是一侧淡水输入、一侧海水输入的水平盐度梯度。这个水平梯度带来了河口水体的密度垂向分层。本文提出垂向盐度方差方法,并以此来定量地探究应变和混合在控制层化形成-消亡过程中所起的角色。首先,我们定义了三种盐度方差:总方差、水平方差和垂向方差,其中,前者是后两者的和。垂向方差的守恒方程显示层化是由水平盐度梯度在垂向的差动平移带来的密度场应变产生的,它也代表了局地水平盐度方差到垂向方差的转化。尽管应变提供了水平方差与垂向方差之间的转化,盐度方差的耗散却仅通过垂向层化流体的混合在垂向维度完成。以长江口为研究对象的结果表明:层化的大小潮变化是在小潮时增强的应变与在大潮时增强的耗散共同作用的结果。在整个大小潮周期,应变几乎总是强于耗散,说明存在净的盐度方差的产出溢出。这个净溢出总体上是被平流项平衡的,它将这些无法耗散尽的盐度方差输送出河口区域,随羽状流进入外海。无论在大潮期间还是小潮期间,应变总是在局部增强于存在强烈水平盐度梯度的区域。有两种不同的机制对长江口区域内局部的层化高值区的形成有影响。一是应变对耗散的大量溢出,它被层化的辐散输运所平衡。另一个是层化输运的辐合输运,它被耗散和负的应变所平衡。