OBS浊度标定与悬沙浓度误差分析

利用光学后向散射浊度计OBS-3A,在长江河口南槽进行大小潮周期连续观测。利用OBS室内和现场浊度标定,计算不同潮时OBS观测悬沙浓度相对误差,并对影响其观测精度因素进行分析。主要结果有:(1)现场OBS标定R值比室内标定偏低,但也在0.8以上;(2)大潮平均相对误差值变化比小潮大,在悬沙浓度低于1.5kg/m3条件下,大小潮悬沙浓度平均相对误差都在15%以下;(3)悬沙粒径大小是影响OBS观测精度的主要因素,生物、泥沙颜色、水色和水中气泡等因素也对观测结果产生一定影响。     

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...     

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。     

应用ADP探测长江口区泥沙浓度的实验研究

声学多普勒流速剖面仪ADP不仅可以测量流速,其记录的声强信号还包含有泥沙浓度的信息,为探讨ADP测悬沙浓度的可行性,本文根据长江口区现场六点法测得的悬沙浓度,对输出信号进行标定,反演获得悬沙浓度。结果表明在500kHz的工作频率下,计算出的悬沙浓度在中上层水体平均误差较小(25％～38％),但要用ADP测整个垂直剖面的悬沙浓度还有待做进一步试验研究。     

声学光学法泥沙浓度观测的对比研究

根据光学后散射传感器(Optical Backscatter Sensor,OBS)和声学后散射传感器(Acoustic Backscatting Sensor,ABS)估算悬浮沉积物质量浓度(Suspended sediment concentration,SSC)的原理,在水槽实验室不同波况产生较高悬浮沉积物质量浓度的条件下运用OBS仪器ASM-IV(激光边界层泥沙剖面仪)和ABS仪器AQUAscat1000(多频声学悬沙剖面仪)观测并记录数据。然后用水槽实验抽取的水样标定光学和声学仪器,反演得到高精度的垂向泥沙浓度分布剖面。结果表明,OBS仪器ASM-IV上的不同光学探头测得的浊度与SSC可以用同一个线性关系描述,相关系数高达0.996,进而能够高精度(垂向间距1cm)地反演垂向的SSC剖面;对于本组水槽实验的粉土底质和不同的波况而言,声学仪器比光学仪器的量测精度低;不同频率声学仪器换能器的量测值可相差几个数量级,不同波况条件下的声学仪器反演值与实测SSC的相关性系数在0.716~0.974变化。     

辽东半岛东岸近海泥区悬沙浓度的时空分布及控制因素分析

鸭绿江作为典型的中小型河流，细颗粒沉积物从鸭绿江流域到辽东半岛东岸近海泥区的源汇过程有着独特的机制，而遥感解译是了解入海沉积物在河口-陆架输运过程和机制的有效手段之一。因此，本文通过在辽东半岛东岸海域进行了现场悬沙浓度测量，并与GOCI影像建立关系，反演了该地区2011年4月至2017年3月间的表层悬沙浓度，从而揭示了该海域表层悬沙浓度的时空特征，分析了潮流、大风天气和洪水对悬沙浓度变化的影响，在此基础上探讨了研究区的悬沙浓度输运格局。结果显示，研究区表层悬沙浓度空间差异大，河口附近是悬沙浓度高值区，可达500 g/m3以上，其他区域则悬沙浓度多小于20 g/m3。另外，研究区表层悬沙浓度枯季高，洪季低，有着显著的季节性变化。进一步分析表明，枯季大风天气引起的风浪作用增强，是导致表层悬沙浓度增高的主要原因；洪季虽然悬沙浓度较低，但流域洪水期间的悬沙浓度显著增加。此外，作为典型的中小型源-汇传输体系，沉积物从鸭绿江到辽东半岛东岸近海泥区总体上仍遵循"夏储冬输"的输运机制。     

长江河口近底层悬沙和沉积物的交换过程研究

大河河口的动力沉积过程一直是陆海相互作用研究的核心内容,其中水体泥沙的垂向交换是河口动力-沉积机制分析中的关键环节。基于2011年12月对长江河口及其邻近海湾采集的大范围、高密度的近底层悬沙、海床表层1~2cm(表层沉积物)和垂向向下约2~10cm的沉积物(次表层沉积物)同步3组303个样品,利用经验正交函数方法,对河口地区的悬沙和沉积物交换过程进行研究。结果表明:近底层水体悬沙的空间分布模式主要以粉砂粒级为主,空间分布差异性不大;表层及次表层沉积物的空间分布模式相似,但较近底层水体悬沙的分布复杂,存在明显的区域性特征,其中南汇边滩水域中部辐散区的沉积物表现为粗粉砂-细砂模式,其他区域由粉砂组分模式组成。近底层水体悬沙、表层和次表层沉积物的第一模态主要反映了粒径较细的泥沙运动,第二模态主要反映了粒径较粗的泥沙运动。在近底层水体悬沙与表层沉积物的垂向交换中,主要交换粒级为粉砂组分粒级。在表层沉积物与次表层沉积物的垂向交换中,南汇边滩中部辐散区的主要交换粒级为粗粉砂-细砂组分粒级,其他区域主要为粉砂组分粒级。     

鸭绿江西水道口悬沙动力特征

根据鸭绿江西水道口外两个站位大小潮实测悬沙数据,结合表层沉积物特征及潮流动力分析结果,从悬沙浓度、悬沙输沙量和悬沙粒级3个方面,分析了悬浮泥沙浓度大小潮时空变化特征及其与潮汐、潮流动力因素的关系,净输沙量特征及输沙方向、悬沙各粒级百分含量与涨落潮及泥沙沉积物之间的关系等内容。计算分析表明:影响悬沙动力特征的主要因素为空间位置、动力强弱及泥沙源;1#站位细粒沉积物丰富,潮流及输沙受口门地形控制,2#站位地形平坦,沉积物颗粒粗,泥沙源来自异地;悬沙浓度受潮流、潮汐动力影响呈规律性变化,输沙量受潮流动力、泥沙来源双重影响;两个站位悬沙粒级百分含量随涨落潮的峰值变化及与流速、流向、潮位的对应关系的不同,有效的指示了沉积物空间分布特征,反映了外部环境对悬沙的作用过程。     

基于ASM-IV对波致海床沉积物再悬浮过程研究

波浪是导致沉积物再悬浮发生的主要动力条件之一,通过室内水槽试验利用浊度剖面仪(Argus Surface Meter IV,简称ASM-IV)研究15cm恒定波高的波浪持续作用下沉积物再悬浮的发生过程,试验过程中确立了黄河三角洲地区水体悬沙浓度与ASM-IV所测浊度之间的相关关系,研究了波致海床沉积物再悬浮的发生发展过程,分析计算波致沉积物再悬浮泥沙总量及其通量随时间和空间的变化规律,定量地计算出本次试验中波致悬浮泥沙总量以及液化所导致沉积物再悬浮量及其所占比例。研究发现,波致液化作用是沉积物再悬浮的主要动因,液化悬沙量占总悬沙量的76.4%,本试验对进一步探讨波浪作用下海床沉积物再悬浮过程具有一定的参考意义。     

ADCP测量悬沙浓度的可行性分析与现场标定

根据现场观测数据，对ADCP测量悬浮沙浓度的进行标定实验。结果表明，在观测期间悬沙粒径变化较小的条件下，后散射强度与水样悬沙浓度之间存在较好的相关性。悬沙浓度剖面标定公式中的参数C′可用剖面实测水样浓度来确定，该参数与浓度密切相关：同一剖面不同浓度之间有一定的波动，但同一浓度不同潮时的变化很小。使用同一剖面参数C′的平均值计算出的剖面悬沙分布误差较大（29％－43％），而按不同深度段分别标定，误差可以小于20％，能够满足沉积动力学研究的需要。     

A validation concept for cohesive sediment transport model and application on Lianyungang Harbor,China

Morphology evolution and hydro-sedimentological interactions in muddy coastal environments are long term processes. These processes are closely related to suspended sediment transport driven by waves and tidal currents. In the traditional calibration/verification methodology for cohesive sediment transport models, time-series data of suspended sediment concentration (SSC) measured during one or several tidal periods are commonly used as major validation references. But the disadvantage of this approach includes that it cannot filter the noises caused by the stochastic nature of short term hydrodynamics induced by waves and the varying properties of bottom sediments; besides a phase-lag phenomenon is often observed between sediment transport and hydrodynamics in the short term. On the contrary, a stable relationship between sedimentation and hydrodynamics is usually found in the long term. For a specific weather, the SSC values often agree well with local wave heights for muddy coasts. Therefore, in this paper a conceptual quantity defined as “representative SSC” was brought forward, and a model validation concept, including calibration and verification approaches, was proposed, in which calibration is performed against yearly-representative SSC values and the long term transport trend, and verification by using representative SSC values corresponding to different wave conditions. A numerical simulation was set up, and a real-life engineering application, Lianyungang Harbor, China, was executed to elaborate the proposed validation concept. Finally, the characteristics of SSC distribution around Lianyungang Harbor were discussed.     

光学后向散射浊度仪简介及应用研究

主要介绍了进口光学散射浊度仪的结构、测量原理、校准，并对其误差和影响因素进行了分析，揭示了含沙浓度与浊度的相关关系，并结合在长江口中的应用提出其应用前景。     

Tidally-induced clouds of suspended sediment connected to shallow-water coral reefs

The Bay of Banten, West Java, Indonesia represents a shallow coastal embayment harboring coral reefs subject to extremely turbid conditions. The sedimentary regime and flow structure of two contrasting coral reef islands in the embayment were investigated to identify the mechanisms responsible for mean and peak levels of suspended sediment concentration (SSC) around the reefs. Arrays of in situ calibrated optical backscatter (OBS) sensors were deployed across the reef slopes. Far field conditions were simultaneously monitored using an acoustic Doppler current profiler (ADCP) and a conductivity temperature and depth (CTD) probe, equipped with an OBS sensor. In addition, hydrographic surveys were conducted using the ADCP attached to a small fishing boat, navigating transects perpendicular to the reef islands. The direct influence of river plumes was found to be insignificant. Waves act only in the uppermost few meters of the reef slopes, where coral growth is most abundant and little sediment is available for resuspension. Tidal currents are the primary cause of high turbidity, which was inferred from peaks in the diurnal and semidiurnal frequency bands of SSC spectra, and the large depths where the turbidity variation sometimes initiates. The entrained sediment disperses upward across the reef slopes, which is likely due to a secondary current associated with bending of the flow along the curved, hydraulically rough reef slopes, in weakly stratified ambient waters. Changes in sediment availability, variable critical shear stresses for erosion and deposition, and the formation and evanescence of island wakes may explain the high variability of SSC at the reef slopes.     

基于浊度计和ADCP的悬沙浓度估计与分析

作者采用浊度计和声学多普勒流速剖面仪(ADCP)在近海区域连续、定点观测的应用中,利用浊度与悬沙浓度之间良好的线性关系,对潮汐半月周期内的浊度和ADCP后向散射声强数据进行相关性分析,讨论了小、中、大潮期间利用ADCP后向散射声强反演悬沙浓度的可靠性,反演过程中综合考虑了声学近场非球面扩散和本底噪声的影响。结果表明,在实验海域中,小潮情况下,各水层内悬浮泥沙成分较为稳定,ADCP后向散射声强与浊度变化相关性较高,达到0.91;而在大潮情况下,ADCP后向散射声强与浊度变化的相关性降低,悬沙浓度及成分容易在海流的影响下发生变化。     

Converting near-bottom OBS measurements into suspended sediment concentrations

 A method of estimating the mass proportion of nonhomogeneous sediment constituents in suspension is presented. This method provides a more accurate conversion of OBS measurements (volts) to suspended sediment concentrations (grams per liter). Given a set of calibration coefficients of end-members, the method allows one to obtain the spatially and temporally varying in situ coefficients that are used in the conversion. Field and/or laboratory experiments are needed to verify the method. Received: 26 April 1996 / Revision received: 23 July 1996     

胶州湾海域潮流动力特征及其与含沙量的关系

根据2009年胶州湾海域的悬沙、流速、流向的实测资料,应用短期资料的潮流准调和分析方法,对连续海流资料进行了分析,并结合悬沙资料,对含沙量与潮流之间动力关系进行了探讨。研究结果表明:该海域潮流属于正规半日潮流性质,半日分潮流的东分量大于北分量,潮流以带有旋转性质的往复流为主,涨潮流流向偏西,落潮流流向偏东。胶州湾内含沙量分布特征与海底沉积物粒径特征基本一致。含沙量在涨落潮的交替和流速的更迭作用下出现明显的周期性变化,含沙量的峰值基本与海域半日潮流特点相对应,几乎每1个流速峰值对应1个含沙量的峰值,含沙量的峰值一般出现在流速峰值之后。胶州湾口处流速和单宽输沙量都为最大,涨潮单宽输沙量大于落潮单宽输沙量,输沙方向为偏西向。     

废黄河口海域潮流动力与悬沙输运特征

根据2006年废黄河口海域的悬沙、流速、流向的观测资料,应用短期资料的潮流准调和分析方法,对连续海流资料进行了分析,并结合悬沙资料,对悬沙质量浓度与潮流之间的动力关系进行了探讨.研究结果表明:该海域潮流属于正规半日潮流,潮流以往复流为主,离岸越远,旋转性越强;涨潮流流向以SSE为主,落潮流流向以NNW为主.悬沙质量浓度...     

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.