珠江口悬浮泥沙迁移数值模拟

建立了珠江口海域三维悬浮泥沙的非饱和输沙数学模型,并与珠江口三维水动力斜压模型耦合,对悬沙迁移分布进行了模拟。模型由4个点的逐时实测含沙量过程进行了验证。各点模拟含沙量与实测含沙量吻合较好,表层分布与同期珠江口悬沙分布遥感图像基本一致.模拟结果表明,珠江口海域悬沙分布分层明显,河口附近水域大多为底层含沙量大于表层,但在盐淡水交汇处出现中层含沙量最小的情况总体上,自各个口门输出的泥沙受沿岸流作用向西南万向输送明显。大多数河口落潮时相对涨潮时含沙量等值线外移,反映珠江口水域悬浮泥沙主要来自河流。     

1999年和2009年夏季珠江口环境要素的对比与分析

对1999年和2009年夏季珠江口的温、盐、溶解氧、叶绿素和径流量等数据进行分析。结果表明,由于1999年航次期间珠江较大的径流量,1999年冲淡水的扩展范围要大于2009年。1999年夏季珠江口水体存在较强的盐度层结,而2009年夏季受较小的珠江径流量和热带风暴浪卡的共同作用,水体盐度层结较弱,0—5m层水体垂向混合良好。两年夏季珠江口表层溶解氧(DO)的分布较为相似,而底层溶解氧的分布则有显著差异,主要表现在河口西岸浅滩区和河口口门外。1999年河口西岸浅滩区DO小于3mg.L-1,河口口门外DO在4—5mg.L-1之间,2009年河口西岸浅滩DO大于5mg.L-1,河口口门外DO小于3mg.L-1。1999年夏季伶仃洋海域内较强的盐度层结是其底层出现低氧环境的主要原因,2009年夏季强化的垂向混合使得表底层溶解氧得到了及时交换,阻碍了西岸浅滩区底层低氧环境的出现,而盐度层化和浪卡带来的浮游生物的耗氧作用可能是口门外底层出现低氧环境的原因。     

基于改进的RCA水质模型对珠江口夏季缺氧及初级生产力的数值模拟研究

针对珠江口藻类生长受泥沙遮光限制明显的问题, 对RCA(row and column of Aesop)三维水质模型进行改进, 加入泥沙模块及悬沙遮光对藻类生长的限制作用。应用改进的RCA水质模型, 对珠江口的营养盐、浮游植物及溶解氧进行模拟研究, 结果显示, 改进的RCA水质模型较好地再现了洪季珠江口营养盐、浮游植物和溶解氧在水平及垂向上的空间分布, 这表明该水质模型能较好地反映珠江河口中生态因子的关键过程。珠江口的缺氧现象在物理和生化过程的共同作用下, 被限制在伶仃洋的西滩和中滩及磨刀门海域。在洪季, 大量冲淡水进入珠江口形成锋面, 颗粒态有机物(particulate organic matter, POM)在锋面的影响下, 大量集中沉降在伶仃洋的西滩及中滩特定区域及磨刀门外, 产生较高的底泥耗氧率(sediment oxygen demand, SOD)。而在高SOD的区域, 水体分层通常也较明显, 因而产生缺氧现象。另一方面, 伶仃洋水体中磷的限制作用明显, 加上悬浮泥沙的遮光作用, 不利于浮游植物生长, 使得初级生产力低; 而在陆架上, 悬沙浓度减少使初级生产力增加, 但由于海源颗粒有机碳(particulate organic carbon, POC)的沉积分散于整个陆架上, 无法产生伶仃洋内的高SOD区域, 加上水体分层不明显, 并没有产生缺氧现象。     

上海洋山深水港区海域悬沙分布特征及运动规律分析

以1998年以来定点实测含沙量资料为基础,结合1996-2007年不同时刻卫星遥感影像资料对洋山港附近海域悬沙分布特征及运动规律进行分析,结果表明:洋山港海域含沙量存在着明显的季节变化;潮差越大,水体紊动越强,水体含沙量越高;洋山港水域含沙量明显高于其周围的水域,特别是在大小洋山岛链之间,呈现由北向南、由东向西逐渐增大的趋势;"峡岛效应"也是引起高含沙量一个重要原因;长江入海泥沙直接扩散对洋山港水体含沙量的影响较小,研究区域水体含沙量的大小主要取决于波况及潮流对当地浅滩的掀扬及输送.     

基于波-流耦合模型的珠江口悬浮泥沙数值模拟

为研究珠江口悬浮泥沙输运动力机制，本文发展了一套三维波、流、泥沙耦合数值模型。模型结果与观测数据吻合较好，统计显示模型获得良好的评分分值。利用数值模拟研究了不同强迫（径流，波浪和风）对珠江口中悬浮泥沙的影响。模型结果表明，河口重力环流对珠江口最大浑浊带的发展起着重要作用，特别是在小潮期间。另外，径流的增加可导致泥沙向海输运。底部的悬浮泥沙浓度随着波浪底部轨迹速度和波高的增大而增加。由于西滩水深较浅，波浪对西滩悬浮泥沙的影响大于东槽。西南风引起的波浪对悬沙的影响大于东北风引起的波浪的影响，而东北风致流对悬沙的影响略大于对西南风致流的影响。在其他条件相同情况下，稳定的西南风比稳定的东北风更有利于伶仃洋悬浮泥沙浓度的增加；在稳定的西南风下，伶仃洋平均悬浮泥沙浓度约为稳定东北风下的1.1倍。     

伶仃洋河口泥沙絮凝特征及影响因素研究

泥沙絮凝对河口细颗粒泥沙运动过程起着极其重要的作用。本文通过LISST-100激光粒度仪等仪器实测伶仃洋河口2013年洪季悬浮泥沙絮凝体现场粒径及水动力、泥沙条件,结合实验室悬沙粒径分析,研究大小潮期间伶仃洋河口泥沙絮凝特征,探讨紊动剪切强度、含沙量、盐度分层及波浪等因素对伶仃洋河口泥沙絮凝的影响。结果表明:伶仃洋河口水体中现场粒径平均值为148.53 μm,大于实验室悬沙分散粒径36.74 μm,河口絮凝现象明显;沉速与有效密度、粒径呈正相关,絮团平均有效密度为153.49 kg/m3,平均沉速达1.13 mm/s;小潮时絮团平均粒径大于大潮,垂向上表底层絮团粒径小、中层大,中底层絮团沉速大于表层。伶仃洋河口水动力、泥沙条件是影响其泥沙絮凝的重要因素,低剪切强度（小于5 s-1）、低含沙量（小于50 mg/L）及高体积浓度有利于细颗粒泥沙之间的相互碰撞,促进絮凝作用;当剪切强度与颗粒间碰撞强度高于絮团所能承受的强度时,絮团易破碎分解成小絮团或更细的泥沙颗粒;伶仃洋河口盐度层化引起的泥沙捕获现象增大中层泥沙体积浓度,有利于中层絮凝体的发育;观测期相对较大的波浪增强水体紊动,增大了水体细颗粒泥沙的碰撞几率,表层絮团粒径随波高峰值的出现而增大。     

伶仃河口湾铜鼓水域水沙净输运分析

根据对珠江伶仃河口湾铜鼓水域丰水期９个测站大、中、小潮三次同步水文泥沙资料及５７个底质样品的分析结果,本文讨论了此水域的水沙净输运趋势。结果表明,铜鼓水域表层余流向海,浅滩测站中底层余流指向河口方向,欧拉余流主要由径流构成。沟槽悬沙输运以净平流作用为主,浅滩区则以向上游的潮抽吸输运为主。沉积物净输运趋势显示铜鼓浅滩是海陆双向底质输运的汇聚地带     

长江口深水航道三期工程后北槽洪枯季水沙运动特征研究

利用长江口深水航道三期整治工程前后,北槽洪枯季各测点水沙资料初步探讨了北槽洪枯季水沙运动特征。研究结果表明,北槽洪枯季潮周期平均含沙量分布自上而下总体呈"低-高-低"的分布态势,中段含沙量较高。洪季北槽各测点潮周期平均含沙量与潮周期平均流速相关性较差,北槽泥沙输运以平流输移为主。枯季两者相关较好,北槽泥沙运动则以起悬输运为主。北槽悬沙输运主要以欧拉输运为主,洪季北槽悬沙净输运率要明显大于枯季。洪季北槽中段潮泵及垂向环流作用最为明显,枯季,除北槽上段外,潮泵及垂向环流作用较小,水沙输运方向较为相近。造成洪季北槽中段潮泵作用及垂向环流输沙较大的原因是由于北槽中段滩槽泥沙交换频繁,涨潮流经南槽拦门沙及九段沙滩面后,挟带一定高含沙水体进入北槽,进而造成北槽中段潮泵及垂向环流输沙明显。     

伶仃洋洪季悬沙平面分布特征及成因探讨

基于伶仃洋河口2007年洪季（8月）潮流和泥沙现场观测资料,通过实测资料分析结合二维泥沙数值模型的方法,分析其悬沙浓度平面分布特征。结果表明,悬沙浓度从伶仃洋湾顶虎门至湾口沿西槽向海在纵向上呈现出先减小再增大后减小的变化趋势;横向上,西槽最大,东槽和中滩次之;内伶仃岛西北侧海域为含沙量高值中心。悬沙纵向输移机制分析表明,伶仃洋洪季输沙主要贡献项为平流向海输沙、潮汐捕集和垂向环流的向陆输沙,其中后两项在内伶仃岛附近的贡献较大。潮流、径流来沙、径潮强度对比以及地形边界作用为悬沙场平面分布差异的主要成因。     

风暴对滨海湿地潮沟水沙输运的影响——以长江口崇明东滩为例

为了探知风暴事件对滨海湿地潮沟水沙输运的影响,分别于平静天气和风暴天气("摩羯"和"温比亚"台风)条件下,在崇明东滩一典型潮沟进行了现场水沙数据观测。结果表明:台风期间近岸平均风速较平静天气增大3～4倍,有效波高增大7～15倍,盐沼前缘光滩和潮沟遭受强烈侵蚀,潮滩表层沉积物粗化1～2.1倍,水体悬沙浓度增大3～11倍,潮沟潮周期单宽泥沙输运通量增大4～33倍,单宽泥沙净输沙量增大8～17倍。风暴天气下,潮沟水沙输运呈现"大进大出"的特点,在盐沼潮滩内受盐沼植被消波、缓流和捕沙作用下,潮周期内单宽泥沙净通量指向盐沼潮滩,促进了盐沼滩内部泥沙的淤积。     

基于MODIS数据的珠江口悬沙扩散形态对风和径流的响应

Cloud-free moderate-resolution imaging spectroradiometer(MODIS) images of the Zhujiang(Pearl) River Estuary(ZRE) taken between 2002 and 2012 are retrieved and used to study the spatial and temporal patterns of suspended sediment concentrations(SSCs) across the estuary under runoff, wind, and tropical storm conditions.Five typical dispersal patterns of suspended sediments in the estuary are defined: Case I shows generally low SSCs under low dynamics; Case Ⅱ shows a river-dominant dispersal pattern of suspended sediments from the outlets,particularly from Modaomen, Jiaomen, Hengmen, and others; Case Ⅲ shows wind-dominant dispersal of high SSCs derived from the west shoal and southwesterly transport under a strong NE wind; Case IV is the combination of relatively large runoff and wind; and Case V is caused by a strong tropical storm with high river discharge and wind, which is characterized by the high SSCs across the entire estuary that are transported eastward by winddriven and buoyancy currents outside the estuary. Runoff is a dominant factor that controls seasonal and annual SSC variations in the ZRE, with the area of high SSCs being largest in the summer and smallest in the spring. The correlation coefficients between the monthly averaged river-suspended sediment discharge and the area of the high SSCs are approximately 0.6. The wind power over the west shoal increases with a wind speed, which induces more sediment resuspension and shows a close relationship between the wind speed and high SSC area.     

丰水期珠江口黏性泥沙输运的三维数值模拟

珠江口的黏性泥沙输运对区域海洋工程和河口海洋环境有着重要的影响。本文利用SELFE模型,针对珠江河口海域建立了一个采用非结构三角形网格的三维斜压水动力模型,可耦合模拟海流、潮流及风海流水动力环境,并在此基础上开发了包括底床模块的黏性泥沙输运模型。模拟结果与实测值验证较好,再现了丰水期珠江河口的泥沙输运特征以及最大浑浊带的变化和分布特点。研究表明,丰水期珠江口悬沙质量浓度西侧大于东侧,泥沙主要来自河口上游。河口浅滩上会形成最大浑浊带,最大质量浓度可达0.5 g/L。珠江口最大浑浊带的形成主要受潮动力、重力环流及泥沙再悬浮和沉积过程影响,其中泥沙再悬浮和沉积过程对中滩的最大浑浊带影响显著,而重力环流作用对西滩的最大浑浊带影响显著。     

珠江口洪季最大浑浊带的大小潮变化与机制分析*

基于ROMS三维模型, 模拟了珠江口洪季最大浑浊带的轴、侧向分布和大、小潮变化。模拟结果表明, 珠江口伶仃洋最大浑浊带的轴向位置在22.3°—22.45°N之间, 并随着潮流变化而周期性上下游迁移。控制最大浑浊带形成的主要因素是余流作用下的底层泥沙辐聚, 决定最大浑浊带位置的主要因素是水平对流输沙, 泥沙来源主要是上游浅滩沉积物的再悬浮。小潮期间堆积在浅滩的细颗粒沉积物在大潮期间被悬浮, 搬运到下游的滞流点位置, 在中滩南部和西滩外缘落淤。“潮泵”作用在大潮期间将泥沙向下游输运, 在小潮期间向上游输运; 垂向剪切作用则有利于悬浮泥沙的陆向输运; 二者共同作用产生泥沙辐聚, 形成最大浑浊带。大、小潮期间余流结构差异不大, 主要由密度差和潮汐混合不对称共同导致, 其中前者贡献更大。     

基于遥感反演的珠江河口表层悬沙浓度分位数趋势分析 *

利用中分辨率成像光谱仪(moderate resolution imaging spectroradiometer, MODIS)一级产品并结合航次数据, 反演2003—2015年间珠江河口表层悬浮泥沙浓度(suspended sediment concentration, SSC), 分析其分位数长期变化趋势并探讨其影响因素。结果表明, 珠江河口SSC呈总体下降趋势, 平均下降速率约为1.03mg·L ^-1·yr ^-1。口门外以及河口东北部区域平均SSC下降更快, 最高可达约4.0mg·L ^-1·yr ^-1。总体上, 珠江河口SSC高值下降速率大于低值, 且存在空间差异性。低值下降趋势显著地区主要分布在淇澳岛北部的口门外区域, 其SSC大小值之间的差异逐年增加; 而高值下降速率快的地区主要分布在虎门口、龙穴岛东南岸以及东航道附近水域, SSC每年大小值差异呈减小趋势。珠江河口SSC分位数趋势受径流输沙量、河口地形变化以及风的影响。由水库修建所致的上游输沙量减少导致淇澳岛北部口门外区域SSC的低值部分显著下降。虎门口、龙穴岛东南岸以及东航道附近水域的加深使得这些区域SSC高值部分下降显著, 而西滩区域的变浅使得冬季潮汐混合减弱, 导致SSC高值部分下降趋势显著。此外, 由风速下降引起的表层风混合减弱也是导致西滩南部SSC高值下降趋势显著的原因之一。     

基于GF-4卫星反演的珠江口水体表层悬浮泥沙时空变化特征*

珠江口伶仃洋是中国重要的海湾之一, 其水体的悬浮泥沙质量浓度(suspended sediment concentration, SSC)在枯季受潮汐过程影响显著, 是研究潮汐对SSC变化影响的理想区域。高分四号卫星(GF-4)是我国第一颗超高时空分辨率地球同步轨道卫星, 可见光波段的空间分辨率为50m, 最大时间分辨率可达20s, 在研究一日之内的SSC变化特征方面具有独特的优势。文章利用过境珠江口伶仃洋的GF-4卫星L1A数据并结合2020年1月的航次数据, 反演得到该海域表层SSC数据, 分析得到了伶仃洋表层SSC在潮汐周期不同阶段的分布特征及变化规律。研究结果表明, 伶仃洋海域的SSC整体呈近岸高于远岸、西岸高于东岸的分布趋势。涨潮时, 共有4个高SSC分布区, 平均SSC呈降低趋势且悬沙有向湾内移动的趋势; 在停潮末—涨急—涨憩过程中, SSC先略微降低后显著降低。落潮时, 共有7个高SSC分布区, 平均SSC呈增长趋势且悬浮泥沙有向外海方向移动的趋势; 在平潮末—落急—落憩过程中, SSC先显著增大再变缓最后呈负增长趋势。SSC变化受水平方向上的挟沙作用、垂直方向上的再悬浮过程和地形的共同影响。     

河控型河口盐度层化对悬沙的捕集机制

河控型河口盐度混合和层化是控制悬沙输移扩散的重要动力机制。以珠江磨刀门河口为研究对象,基于2017年洪季三船同步大、小潮水文泥沙观测数据,分析河控型河口水体盐度层化结构的时空变化对悬沙分布的影响机制。结果表明:受径潮动力耦合时空变化影响,河口盐度垂向分布表现出时空差异,即受径流主导的M1站(挂锭角),河口盐度在涨落潮周期内垂向混合均匀,受径潮控制的M2站(口门)在整个潮周期内盐度层化结构明显,口门外侧的M3站,潮动力作用较强,盐度垂向分布随涨落潮变化而变化;悬沙空间分布与盐度分布关系密切,盐度混合均匀利于悬沙垂向均匀分布,而盐度层化则使悬沙倾向于滞留在底层水体中,且在盐度层结界面之下出现高悬沙浓度,悬沙浓度垂向分布曲线呈L字型或抛线型,纵向上表现为高浓度悬沙团抑制在盐水楔前端,盐度层化对悬沙的捕集效应明显。通过对比水体标准化分层系数与水流垂向扩散强度系数发现,两者呈现负相关关系,即标准化分层系数愈大,垂向扩散强度愈小,表明水体层化抑制悬沙垂向扩散强度,而且水体层化程度越高,悬沙垂向扩散抑制程度越大,进而促进了河口水体盐度层化对悬沙捕集作用。本研究有助于揭示河口细颗粒泥沙运动机制及河口拦门沙演变机制,并为磨刀门河口拦门沙治理提供科学依据。     

黄河口挑河河口悬沙分布与输移特征研究

基于实测资料对黄河废弃河道挑河河口段的悬沙分布及输移特点进行了研究。结果表明:挑河河口段悬沙浓度与潮流流速正相关,风浪作用则导致悬沙质量浓度大大提高;在空间尺度上悬沙浓度呈河口高、河道上游低的特点;挑河河口附近,涨潮流输沙明显占优势,向河道内侧,悬沙输移率有所降低,且逐渐转变为落潮输沙占优势。结合河口外侧海域冲淤演变趋势以及悬沙输运动力机制,认为河口段河道总体处于弱淤积状态,而风浪作用可以加速河道淤积。本研究可为挑河的河口演变和航道整治等提供参考。