潮间带水沙多层位同步测量系统应用的初步研究

利用水压、光电转换原理研制成的多层位水沙同步测量系统(WCT系统)不仅可测量潮间带水位随时间的变化系列、同一层位的浊度及流速，还可以同步观测这些参数在潮间带水流剖面不同层位上的变化。野外对比试验表明，WCT系统获得的流速值与直读式流速仪的测量结果基本一致，平均相对误差为14．52％；悬沙传感器经野外现场率定获得悬沙浓度，平均相对误差为21．96％，精度比室内率定提高—倍以上。悬沙粒径是影响悬沙浓度测量精度的主要因素。此外，自然环境(如海水温盐度)的变化及仪器本身的特性也可能影响到测量结果。因此，WCT系统在潮间带的水位、流速和悬沙浓度的观测和边界层研究方面有相当潜力。     

基于ADP-XR和OBS-3A的潮滩水文泥沙过程研究 以胶州湾北部红岛潮滩为例

于2004年8月17~24日在胶州湾北部红岛潮滩上用OBS-3A和ADP-XR观测了水深、浊度、水平和垂直流速、回声强度、波浪、盐度、水温等水文泥沙要素,同时采集了悬沙和底沙样品作粒度分析.结果和结论为:(1)潮流动力较弱,表层和近底层最大流速分别只有31和26cm/s;(2)弱潮流动力导致潮周期大部分时间的悬沙浓度小于30mg/dm3,但浅水阶段近底悬沙浓度为100~1000mg/dm3;浅水阶段的短暂高悬浮泥沙浓度和其余长淹没时段的低悬沙浓度共同构成悬沙浓度的“U”形潮周期过程线;(3)悬沙浓度的垂直成层分布主要发生在潮周期的深水阶段和平静天气;(4)由于潮流弱和风浪的干扰,悬沙浓度未呈现大小潮周期的变化规律;(5)水体盐度为23.6~29.5;(6)淹没期的温度(21.4~28.6℃)比出露期的(19.3~30.9℃)稳定,温度极高值出现在午后出露期,而极低值出现在凌晨出露期;(7)“浅水效应”是弱动力潮滩泥沙运动的重要特点.     

浅海悬沙浓度观测方法的对比研究

在动力和沉积条件复杂的浅海海域获取水-体的悬沙浓度有多种方法,目前较先进的主要是声学和光学浊度测量方法,但均需通过现场采集水样进行浊度标定;水样的分析方法主要有抽滤法和沉淀干燥法。根据2010年3—4月在厦门九龙江口获取的光学(OBS、LISST-100X)和声学(ADCP、ADP和ADV)浊度数据,以及现场同步水样,对这两种获取悬沙浓度的方法进行了比较;2011年2—3月在长江口北支获取水样,分别使用抽滤法和沉淀干燥法获取悬沙浓度数据进行比对分析。结果表明,声学和光学方法都具有较高的精度,在同一观测层位,光学与声学仪器的相对误差均较小;由于声波在水体中传播距离较远,声学方法可获得沿水深的整个剖面的信息,因而比光学仪器具有更高的空间分辨率和测量范围。对比发现,抽滤法获得的悬沙浓度数值略低于沉淀干燥法获得的结果,可能与沉淀干燥法难以洗净盐分有关。     

江苏废黄河口光学后向散射浊度计的沉积物标定

以往的光学后向散射浊度计(Optical Backscatter,OBS)标定,多用其输出的浊度值进行研究,此研究目的是对OBS的原始输出的值进行了标定。利用在江苏北部废黄河口获得的表层沉积物样品和水样悬沙数据,分别对OBS的原始输出的值进行了室内标定和现场标定。结果表明:OBS值与悬沙含量呈强的线性关系,特别是在近岸悬浮体含量较高的水域。此外,室内用表层沉积物标定结果获得的悬沙含量值比实有含沙量高。像OBS的浊度值一样,OBS的原始输出的值能应用于悬沙的分析。这说明,即使没有浊度标定文件,使用OBS获得的数据也可以进行悬沙含量分析。     

OBS-3A浊度计在钱塘江涌潮观测中的应用研究

主要介绍在钱塘江涌潮连续观测中,首次采用新型OBS-3A浊度计进行该水域的悬沙浓度测量,并对悬浮泥沙的变化规律与涌潮的关系进行了试验分析与研究.通过采集盐官站待测水域的泥沙进行室内标定,将标定曲线分为三段的数理方法处理,分别拟合得到相应曲线方程,然后将涌潮观测中OBS采集到的浊度数据,经标定曲线转化为泥沙含量.通过含沙...     

ASM-IV仪器在河口近底层悬沙浓度观测分析中的应用研究

近底层悬沙时空变化对于理解河口冲淤变化有着至关重要的作用。然而,长期以来河口近底层水体悬沙浓度的连续变化大都是基于单点观测数据或水样处理获取。基于此,本研究利用光学仪器边界层悬浮物剖面测量仪(Argus Surface Meter IV,ASM-IV)获得长江口南槽近底层进行连续10 d的实测数据,探讨ASM-IV仪器监测悬沙浓度精度的有效性。结果表明:(1)传统仪器布设方法所获取的数据,相对误差高于基于ASM-IV所测误差,在大、中及小潮期间的平均误差值分别为24.15%、17.31%和16.18%;越靠近底部河床,相对误差从距底52 cm向下随距底距离的减小而逐渐增大;(2)对于近底层单宽悬沙通量测量结果而言,传统测量仪器布设方法所测量数值一般偏小;(3)大潮时期近底层1 m内的水体悬沙分布均匀,分层不明显;在中、小潮时期,与近底层1 m内平均悬沙浓度相差最大的点皆位于距底20~50 cm附近。因而,近底层悬沙浓度测量时间在大潮时期或越靠近底层,利用ASM-IV监测近底层悬沙浓度值更为准确。中、小潮时期利用单点或采集水样测量时,选取0.8H层水体悬沙浓度代替近底层悬沙浓度较最底部水体悬沙浓度更为准确。     

2008年洪水期长江口滨外区悬浮泥沙特征

河口悬沙属性的现场观测对于泥沙输移和沉积过程研究具有重要的意义,也是河口地貌演变的重要研究内容之一.利用2008年8月河口滨外区纵向3站住同步悬沙和ADP水流观测资料,并结合室内Malvern 2000型激光粒度仪对悬沙进行粒度测试,对研究区域泥沙组成及时空变化规律进行了分析.结果表明,悬浮体浓度在潮周期内随涨落潮变化...     

枯季长江口南槽悬沙输运过程和机制研究

开展枯季河口悬沙输运机理研究对于揭示弱径流条件下的陆海相互作用、河口季节性冲淤和水沙关系等具有重要的科学意义.本文根据2018年12月18-25日长江口南槽3个站位连续13个潮周期的同步流速、流向和悬沙浓度等观测资料,运用通量机制分解法研究了各输沙项的特征、贡献和输运机理.结果 表明,从小潮至大潮流速和悬沙浓度不断增加,由南槽上部至下部流速和悬沙浓度逐渐降低.观测期间平均流速与平均悬沙浓度存在明显的正线性关系,但受底质空间差异影响,悬沙浓度对流速的响应强度存在显著的空间变化.枯季期间南槽存在着中上部向陆净输沙、下部向海净输沙的空间输运格局.平流输沙和潮泵输沙是影响和控制净输沙的关键因素,二者的强度和贡献存在明显的潮周期变化和空间变化,垂向环流输沙的强度很弱,对净输沙贡献很小.南槽涨落潮输沙不对称现象明显,流速、悬沙浓度和历时都具有一定的涨落潮不对称性,这些不对称现象共同调节和控制着潮周期净输沙强度和方向的时空变化.     

长江口徐六泾洪季水沙特性观测研究

2001年7月，在长江口徐六泾对流速、流向和悬浮泥沙浓度进行了大小潮定点观测。观测数据分析表明徐六泾处大潮流速及其变化远大于小潮流速。大潮悬沙浓度大于小潮悬沙浓度。由于径流的影响，落潮期间垂向速度梯度比涨潮期间大，落潮垂向切变增强，使落潮期间悬沙浓度的变化幅度大于涨潮期间的泥沙变化幅度，同时存在泥沙浓度峰值滞后于流速峰值的现象。     

北部湾南部海域近底悬沙输运及地貌演变

利用1个海洋沉积动力过程原位监测系统在北部湾南部浅海陆架海域采集了18个潮周期的波浪、潮流、悬浮沉积物浓度、底床变化数据,分析了悬沙浓度变化特征,计算了近底悬沙通量并分析了潮流和波浪对底床演变的影响,结果表明:观测期间近底悬沙浓度的变化主要受水位波动、潮流的共同影响,波浪作用较弱;悬沙浓度的异常高值可能是上游沙波表面的泥沙滑落沉降所致;观测期间悬沙通量的波动规律与近底潮流速度变化一致,潮周期和涨落潮之间的悬沙通量有显著差别;在潮流作用下观测期间悬沙向西的净输运量约为15 158 kg/m,向北净悬沙通量为2 934 kg/m,东西向净通量远大于南北向净通量;近东西向波谷地形对南北向悬沙输运的限制作用可能导致了输运通量的显著差异;底床高程的变化在潮周期之间有差异,变化值在0.8~16.7 cm之间波动,厘米级底床高程的快速变化主要是由潮流流速的大小及往复潮流的不对称性造成的。这种变化可能与沙纹的运移有关,沉积物向下游方向的运移以及沙纹剖面形态的改变可以较合理地解释底床高程的变化特点。     

Investigation of saltwater intrusion and salinity stratification in winter of 2007/2008 in the Zhujiang River Estuary in China

Saltwater intrusion is a serious environmental problem in the Zhujiang River Estuary(ZRE),which threatens the water supply of fifteen million people.The hydrological observations as well as meteorological and tidal forcing in the winter of 2007/2008 were analyzed to examine the saltwater intrusion in the ZRE.The observational results suggest that the maximum vertical difference of salinity can reach 10 in the Humen Channel during neap tide,but is very small in the Hengmen Channel.The vertically averaged salinity from time series stations during spring tide is higher than that during neap tide.A three-dimensional finite difference model was developed based on the environmental fluid dynamic code(EFDC) to study the mechanism of saltwater intrusion and salinity stratification in the ZRE.By analyzing the salt transport and the temporal variation of saltwater intrusion,the authors found that the net salt transport due to the estuarine circulation during neap tide was more than that during spring tide.This caused salt to advance more into the estuary during neap tide.However,saltwater intrusion was stronger during spring tide than that during neap tide because the spring-neap variation in salt transport was small relative to the total length of the saltwater intrusion.The physical mechanism causing this saltwater intrusion was investigated by a series of sensitivity experiments,in order to examine saltwater intrusion in response to river discharge and winds.The freshwater source was a dominant influencing factor to the saltwater intrusion and controlled salinity structure,vertical stratification and length of the saltwater intrusion.The prevailing northeast monsoon during winter could increase the saltwater intrusion in the ZRE.Though the southwest wind was unfavorable to saltwater intrusion during spring tide,it could increase stratification and saltwater intrusion during neap tide.     

长江口北支悬沙浓度在潮周期内和大小潮周期尺度的变化特征及输运研究

Profiles of tidal current and suspended sediment concentration(SSC) were measured in the North Branch of the Changjiang Estuary from neap tide to spring tide in April 2010. The measurement data were analyzed to determine the characteristics of intratidal and neap-spring variations of SSC and suspended sediment transport. Modulated by tidal range and current speed, the tidal mean SSC increased from 0.5 kg/m3 in neap tide to 3.5 kg/m3 in spring tide. The intratidal variation of the depth-mean SSC can be summarized into three types: V-shape variation in neap tide, M-shape and mixed M-V shape variation in medium and spring tides. The occurrence of these variation types is controlled by the relative intensity and interaction of resuspension, settling and impact of water exchange from the rise and fall of tide. In neap tide the V-shape variation is mainly due to the dominant effect of the water exchange from the rise and fall of tide. During medium and spring tides, resuspension and settling processes become dominant. The interactions of these processes, together with the sustained high ebb current and shorter duration of low-tide slack, are responsible for the M-shape and M-V shape SSC variation. Weakly consolidated mud and high current speed cause significant resuspension and remarkable flood and ebb SSC peaks. Settling occurs at the slack water periods to cause SSC troughs and formation of a thin fluff layer on the bed. Fluxes of water and suspended sediment averaged over the neap-spring cycle are all seawards, but the magnitude and direction of tidal net sediment flux is highly variable.     

Influences of Nutrient Outwelling from the Mangrove Swamp on the Distribution of Phytoplankton in the Matang Mangrove Estuary, Malaysia

Distributions of dissolved nutrients and Chl. a were investigated in the Sangga Besar River Estuary in the well-managed Matang Mangrove Forest in West Malaysia. In the estuary, spring tide concentrations of ammonium, silicate and phosphate were higher than those in the neap tide, which suggests that these nutrients are flushed from the mangrove area by the inundation and tidal mixing of the spring tide. Ammonium comprised over 50% of the dissolved inorganic nitrogen in the spring tide, while nitrite tended to dominate in the neap tide, indicating the predominance of nitrification inside the estuary in neap tides. Nutrient concentrations in the creek water were higher than those of estuarine water, indicating the nutrient outwelling from the mangrove swamp and ammonium regeneration from mangrove litter in the creek sediments. The maximum concentration of Chl. a in spring tides reached 80 g/l while it was below 20 g/l in the neap tides. These variations in the phytoplankton biomass and nutrients probably reflect the greater nutrient availability in the spring tide due to outwelling from the mangrove swamp and creek.     

杭州湾枯季水沙若干特征分析

根据2014年1月及2017年2月杭州湾大、小潮水沙资料,计算了流速、含沙量、单宽潮量、单宽输沙量,进而分析了潮周期断面净潮量、净输沙量和区域冲淤分布。研究发现杭州湾涨、落潮平均流速比值整体较20世纪八九十年代增大,绝大部分区域大于1.0,涨潮流相对增强,澉浦南岸和金山北岸尤为显著。含沙量平面上分布澉浦、杭州湾南岸两个高值区(大潮大于3 kg/m³,小潮大于1.3 kg/m³)以及北岸湾口至乍浦之间的低值区(大潮小于2 kg/m³,小潮小于0.9 kg/m³),随潮汛变化显著,最大含沙量浓度通常滞后于急流时刻。各测站涨、落潮量和输沙量呈现“大涨大落”和“大进大出”的特征,造成杭州湾短时间尺度内的“大冲大淤”。大潮两涨两落金山与乍浦、乍浦与澉浦之间区域净输沙量可达几千万吨,净冲淤则在几百万吨。     

长江河口青草沙水库盐水入侵来源

应用改进的三维数值模式ECOM-si,从模式计算的盐度和流向的变化过程、涨憩和落憩时刻盐度等值线和淡水区域的变化,分析在一般动力条件下青草沙水库取水口盐水入侵来源。计算结果表明,小潮后中潮、大潮、大潮后中潮和小潮期间北支倒灌占青草沙水库取水口表层盐水入侵比例分别为69.5%、89.3%、98.5%和99.5%,占底层盐水入侵比例分别为34.9%、88.9%、98.5%和99.5%。除了小潮后中潮期间底层盐水入侵来源主要来自下游外海(占65.1%),青草沙水库取水口表层和底层盐水入侵来源主要来自北支盐水倒灌,尤其是大潮后中潮和小潮期间几乎全部来自北支盐水倒灌。     

琼州海峡中间断面冬季水量输运计算

琼州海峡是海南岛与雷州半岛之间重要交通通道,也是南海与北部湾两个海区水交换通道。最大涨落潮流速位于海峡北部和中部,且涨潮流速小于落潮流速;余流方向从东向西,最大余流位于北部;大潮期间向西输运从而进入北部湾的水体是0.0484Sv,小潮期间向西输运的水体则减少到0.0195Sv。向南的水量输运,大潮期间为0.1001Sv,小潮期间则降到0.0598Sv。向南输运的水量是由于海峡中间存在一个气旋环流引起的。     

船载ADCP资料的潮流分离方法在厦门港断面重复走航中的应用

本文运用Candela等提出的潮流分离方法，选用高斯函数作为基函数，采用Matlab程序，首次对厦门港嵩鼓水道的船载ADCP断面重复走航资料进行潮流分离计算．通过对14个计算点的Candela方法计算结果与引进差比关系准调和分析方法计算结果的分析比较可见：（1）两种方法计算所得余流在大、小潮的相关系数分别为0．9882和0．8521，余流相对误差在大、小潮分别为0．065和0．150，而所得余流方向在大、小潮的相关系数分别为0．9982和0．9865，余流方向相对误差在大、小潮分别为0．023和0．027．两种方法计算的余流及其方向的相关性很高（在样本数为14，置信度为α=1％时，相关系数大于0．6610，结果是可信的），而平均相对误差也很小．（2）对14个计算点的M2、S2、K1、O1、M4和MS4等6个分潮的计算结果（共有84个样本数据）进行分析比较，两种方法计算所得6个分潮的长轴、长轴方向和短轴在大潮的相关系数分别为0．9838、0．8960和0．2335，而在小潮的相关系数分别为0．9656、0．7555和0．2209．这两种方法计算所得6个分潮的长轴、长轴方向和短轴在大潮的平均相对误差分别为0．375、0．071和0．753，而在小潮的平均相对误差分别为0．287、0．254和0．845．两种方法计算的分潮长轴及其方向的相关性很高（在样本数为84，置信度为α=1％时，相关系数大于0．283，结果是可信的）．相应的分潮长轴的相关性略低，但是在样本数为84，置信度为α=5％时，相关系数均大于0．217．可认为在置信度为α=5％时，计算结果是可信的，而平均相对误差则略显较大．综上所述，我们认为采用Candela等的方法对船载ADCP断面重复走航资料进行潮流分离计算是可行的．     

基于GOCI影像的半月潮周期内渤海悬浮泥沙浓度变化研究

悬浮泥沙浓度(SSC)的变化对渤海海域的生态等有着重要的影响。本文基于已有表层水体SSC遥感反演算法进行了优化,利用较高时空分辨率的GOCI影像,基于优化后的模型对渤海表层水体的SSC浓度在半月潮周期中的时空分布与变化特征进行了研究。结果表明:(1)渤海各海湾表层水体SSC在半月潮周期内的变化规律存在差异。从小潮到大潮,辽东湾和渤海湾表层水体SSC先减小后增加,而莱州湾及黄河口附近海域的SSC则呈现出逐步降低的趋势。(2)渤海表层水体SSC存在明显的日内变化,且半月潮潮情对渤海SSC的变化作用显著。在一个连续潮周期中,除莱州湾和辽东湾外,渤海海域SSC的变化幅度总体上呈现出大潮时较大、平常潮次之、小潮时较小的特征。(3)渤海海域沿岸浅水区的SSC高于中部深水区,同时渤海海峡西北部脊沟区水体的SSC变化系数表现出与局部地形相似的辐射状的空间分布特征且与水深存在显著的负相关性,说明海底地形对SSC的空间变化具有不可忽略的影响。