桐花树红树林潮滩近底层悬沙浓度垂向剖面变化特征分析*

观测红树林潮滩在波浪和潮流作用下的近底层垂向剖面悬沙浓度变化过程, 对理解海岸带植被的消能促淤机制和滨海湿地生态修复工程有着重要作用。本文以北部湾七星岛岛尾桐花树红树林潮滩为例, 基于剖面流速仪HR、声学多普勒单点流速仪ADV、浪潮仪T-wave及剖面浊度仪ASM, 获取了研究区域2019年夏季大潮连续3天的水文数据, 同时结合桐花树典型植株实测参数, 分析了潮周期内红树林潮滩近底层垂向剖面悬沙响应波浪、潮流作用及桐花树空间结构的运动过程。结果表明: 1) 桐花树潮滩近底层悬沙浓度和悬沙通量具有涨潮明显大于落潮的潮汐不对称现象, 剖面垂向高悬沙浓度区域在涨潮初期—涨急由距底部0.1~0.37m转变为距底部0.5~0.67m, 落急—落潮末期则由上部转变为下部; 2) 潮周期内悬沙起动和再悬浮阶段发生在以波浪作用主导的涨潮初期和落潮末期, 平流和沉降发生在以潮流作用为主的涨急至落急整个阶段; 3) 涨潮阶段桐花树冠层的茂密枝叶通过减缓流速拦截多于冠层上部40%以上的悬沙, 落潮水体则挟沙自陆向海经过桐花树群落, 使得悬沙浓度下降超过71%。该不对称涨、落潮动力沉积机制有利于悬沙向岸输运, 促进潮滩扩张过程。     

开敞大河口滩槽冲淤对台风的响应及其动力泥沙机制探讨——以长江口南汇边滩—南槽—九段沙系统为例

台风期间 ,潮间带和潮下带岸坡总体上遭受侵蚀 ,而向岸一侧的沼泽和向海一侧的深槽则趋于淤积。台风期间的冲淤强度比正常天气的高 1- 2个数量级。台风期间裸滩的侵蚀机制是风将高能传递给水体使水体挟沙能力剧增 ,沼泽迅速淤积的机制与植被的消能捕沙功能、涨潮水体的高含沙量和明显的增水有关 ,而深槽的骤淤则是由于深水区底层相对较弱的动力条件与浅滩侵蚀所致的高含沙量不相适应。受径流和潮流对泥沙扩散作用的影响 ,台风所致的滩槽冲淤不一定达成平衡     

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。     

长江口九段沙岸滩的短周期地貌动力过程

根据2006年5～10月(洪季)长江口九段沙上沙两固定断面的逐月滩面高程测量及表层沉积物的粒度分析结果,尤其是应用"碧利斯"台风前后的实测水文地貌资料,结合同期表层悬沙浓度的逐日观测资料,开展了九段沙岸滩地貌动力过程及沉积物对台风响应的研究.结果显示,长江口九段沙上沙东南岸滩演变表现为"岸冲滩淤"的变化规律,即堤岸呈现冲蚀,潮滩在冲淤变化中总体趋于淤积.2006年"碧利斯"台风期间,九段沙上沙波高达2.56 m,增水1 m多,强浪伴随增水,导致滩面平均蚀低6.4 cm,最大蚀深为20.2 cm.台风作用造成滩面冲刷,沉积物粗化,台风过后滩面迅速回淤,粒径变细.这充分表明,暴风浪是引起九段沙上沙岸滩及其沉积物短期突变的重要动力因素.河口潮滩冲淤对流域水沙变化有较敏感响应,长江来水来沙变化是制约潮滩季节性冲淤演化的重要因子.岸滩短期变化主要原因在于波浪掀沙和潮流输沙的联合作用.由于潮流和潮位位相不一致,造成涨潮流携高含沙量水体上滩落淤,落潮流携低含沙量滩水归槽,涨潮输沙淤滩被波浪刷滩所掩盖,如此往复,潮滩淤积.最后分析了上沙抛石堤的护岸保滩作用及不足之处,并提出了加固措施.现有的上沙抛石堤能防御常浪冲刷,受台风浪袭击时仅能抵御堤岸蚀退,石堤自身的毁坏难以避免,需经常修护;在潮沟口应设涵洞;基于台风浪的巨大能量,抛石堤块石需增大增重.该研究结果可为河口湿地的保护和建设提供科学依据.     

台风作用下长江口北槽挟沙能力研究

台风作用下水体的挟沙能力研究对深入认识台风暴潮作用下泥沙运动规律、滩槽演变特征以及提升数学模型和物理模型技术等方面具有重要意义。文中从台风波能对泥沙的悬浮作用入手,建立了台风浪作用下的挟沙能力公式;依据能量叠加原理,完善了传统的河口海岸挟沙能力公式（窦国仁挟沙能力公式）,使公式能够同时概括潮流、波浪和台风浪作用下的泥沙运动特征,并应用近年来长江口北槽实测的台风期近底水沙资料对公式进行了率定验证,在此基础上分析了台风期北槽近底含沙量变化特征。     

双台子河口区悬沙分布和运移特征

利用海流与悬沙含量实测资料相结合的方法，对双台子河口悬沙运动进行分析。结果表明本区含沙量与波浪、潮流等水动力关系密切，双台子河悬浮泥沙中的细颗粒物质经落潮流搬运至较深水域的潮道和浅海进行沉积，泥沙入海沉积后，接受海洋水动力作用的改造，部分细颗粒物质在水动力作用下会再次起动、运移。悬浮泥沙中的细颗粒物质主要有两个来源：一是波浪、潮流输运而来的大辽河、大凌河等河流物质，二是波浪、潮流对周边海域沉积物质的搬运。1990--2002年研究区整体处于淤积状态，淤积物主要为粒径在2～4Φ的粗颗粒物质，这些物质主要来自于波浪、潮流对河口潮滩的侵蚀、冲刷。     

长江品崇明东滩盐沼前缘地带悬浮泥沙横向通量的潮周期变化

对长江口崇明东滩盐沼边缘及邻近光滩处的水深、流速和悬沙含量的潮周期变化过程进行了现场实测,并对横向悬沙通量进行了计算和分析.研究结果表明,在平静天气条件下光滩和盐沼上的流速过程有明显差异,植被缓流作用在落潮期更为显著,流速在涨潮由光滩向盐沼不断增大.与涨潮流速优势相对应,涨潮期平均悬沙含量是落潮期的1.8倍.横向悬沙通量以向岸输移为主,悬沙总通量与潮次内最大水深的四次方呈显著正相关.在平静天气条件下潮汐作用控制着盐沼前缘地带泥沙输移水平,盐沼滩面保持稳定淤积,前缘光滩淤积速率高于盐沼处的,盐沼逐渐向海延伸.在大风天气条件下潮次内的流速和悬沙含量水平提高了数倍,悬沙输移量大增,净输移仍以向岸方向为主,在盐沼上部和前缘光滩均可能在短期内发生大量淤积.     

长江口崇明东滩盐沼前缘地带悬浮泥沙横向通量的潮周期变化

对长江口崇明东滩盐沼边缘及邻近光滩处的水深、流速和悬沙含量的潮周期变化过程进行了现场实测,并对横向悬沙通量进行了计算和分析。研究结果表明,在平静天气条件下光滩和盐沼上的流速过程有明显差异,植被缓流作用在落潮期更为显著,流速在涨潮由光滩向盐沼不断增大。与涨潮流速优势相对应,涨潮期平均悬沙含量是落潮期的1.8倍。横向悬沙通量以向岸输移为主,悬沙总通量与潮次内最大水深的四次方呈显著正相关。在平静天气条件下潮汐作用控制着盐沼前缘地带泥沙输移水平,盐沼滩面保持稳定淤积,前缘光滩淤积速率高于盐沼处的,盐沼逐渐向海延伸。在大风天气条件下潮次内的流速和悬沙含量水平提高了数倍,悬沙输移量大增,净输移仍以向岸方向为主,在盐沼上部和前缘光滩均可能在短期内发生大量淤积。     

九龙江口红树林土壤微生物的类群及抗菌活性

研究了九龙江口的秋茄(Kandelia candel)林和白骨壤(Avicennia marina)林两个红树林群落及其相应对照光滩土壤微生物的类群及抗菌活性.对微生物类群的研究结果表明:九龙江口红树林区土壤细菌中,芽孢杆菌(Bacillus)是最占优势的属;放线菌以小单胞菌属(Micromonospora)最具优势;其次是链霉菌属(Streptomyces),从秋茄林到白骨壤林,由于潮位降低,小单胞菌比例增加,而链霉菌比例下降;丝状真菌以半知菌占绝对优势,木霉(Trichoderma)、曲霉(Aspergillus)和青霉(Penicillum)是最常见的属;随着土壤深度的增加,微生物的类群减少,但芽孢杆菌和小单胞菌的相对比例增加;红树林土壤微生物类群比对照光滩丰富,缘于林内土壤营养与微生物的栖息条件比光滩优越.对抗菌活性研究表明:土壤真菌的抗菌活性低,抗菌谱窄;放线菌的抗菌活性高,抗菌谱宽,具有抗菌活性的放线菌多为小单胞菌,小单胞菌是一类值得重视的放线菌.     

近期盖州滩地貌演化

盖州滩是典型的潮流浅滩,其发育受双台子河的制约。1958年双台子河建闸后,入海径流量逐年减小,洪水期的冲刷作用减弱,潮流作用趋于占主导地位。潮流将大辽河、大凌河、小凌河等河流入海泥沙向双台子河口区搬运,由于涨潮流速大于落潮流速,盖州滩不断淤积。1999年双台子河截流,纳潮量进一步减小和无洪水期的冲刷作用,随潮流进入双台子河口区的泥沙大部分沉积下来,淤积具有加快的趋势,海洋动力塑造了今日盖州滩。     

On energy transport and group velocity of water waves

Ｏｎｅｎｅｒｇｙｔｒａｎｓｐｏｒｔａｎｄｇｒｏｕｐｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｗａｔｅｒｗａｖｅｓ￥ＳｕｎＦｕ；ＤｉｎｇＰｉｎｇｘｉｎｇａｎｄＹｕＺｈｏｕｗｅｎ（ＲｅｃｅｉｖｅｄＡｕｇｕｓｔ２７，１９９３；ａｃｃｅｐｔｅｄＯｃｔｏｂｅｒ２０，１９９３）（Ｌａ...     

A painting type of flexible piezoelectric device for ocean energy harvesting

Energy harvesting using piezoelectric materials can be realised by periodic external force. Piezoelectric material directly converts strain energy into electric power to capture a wasted ambient kinetic energy. This recovered energy can be used for operating wireless sensors, such as those found in environmental monitoring, mechanical sensing and structural diagnostic. In our previous work, a flexible piezoelectric device, FPED, was proposed and developed as an energy harvester for generating electric power from flow-induced vibration in ocean and wind environments. In this study a FPED with a painted piezoelectric layer, highly durable in order to withstand extreme bending and weathering caused by waves and currents, is proposed and developed by spray coating for use as an ocean energy harvester. A numerical method is developed to predict electro-fluid–structure interactions and to evaluate electrical performance and mechanical behaviours of the painted FPED. Additionally, validation of the numerical model is provided through several experimental tests. This study also investigates the relationship between the stiffness of the painted FPED and the vibrated frequency, as well as determining their influence on the electrical performance. Finally, the outcomes from a field test, conducted in real ocean space, is presented to provide information on electrical performance, mechanical behaviours and durability of painted FPEDs. The paper shows that a painted FPED is a useful and robust energy harvester for generating electric power from harsh environments.     

海洋热能的利用

海洋热能是一种重要的可再生能源,对其进行开发利用是解决当前人类所面临的能源短缺和由于矿物燃料燃烧和大量使用空调所造成的环境效应的有效途径。文章综述了海洋热能利用的3个领域：海洋温差发电、海水冷却和海水源空调,介绍了几种利用方式的现状、优缺点及其应用前景。重点对海水作为空调热源的可行性进行分析和讨论,在对空调系统进行yong分析的基础上,针对间接换热和热泵方式的缺点,提出了两种高效的节能环保海水空调的应用方案,即海水直接换热供冷供热和热泵 直接换热方案。     

汕头近岸区的台风波浪 (二)后报台风波浪及其基本特征

本文采用《受陆岸影响浅水区台风风浪的推算方案》后报影响汕头近岸区的台风风浪，并以此与Ｔｈｏｍｐｓｏｎ关于波型的判据和合田良实的不同波型能量集中度的规定相结合，计算台风混合浪，经与现场实测资料相比较，效果良好；依４４年台风浪的后报结果，可以得到各场台风过程的波高，波能和主波向的变化以及后报台风较大浪时能随方向的分布     

草鱼混养生态系统能量收支的研究

采用陆基围隔实验法,对草鱼(Ctenopharyngodon idellus)、鲢鱼(Hypophythalmichthys molitrix)和鲤鱼(Cyprinus carpio)不同混养系统的能量收支和转化效率进行了研究。实验共设置7个处理组,分别为草鱼单养(G)、草鱼和鲢鱼二元混养(GS)、草鱼和鲤鱼二元混养(GC)以及草鱼、鲢鱼和鲤鱼按照不同比例放养的三元混养(GSC1、GSC2、GSC3和GSC4)。研究结果表明,实验期间各系统接收的总太阳辐射能为4 970MJ.m-2;光能利用率在0.25%～0.33%之间,各处理组之间差异显著(P<0.05);光合能转化效率以草鱼单养组最低,且与GS、GSC2、GSC3和GSC4处理组之间差异显著(P<0.05);各混养组与草鱼单养组相比,总能量转化效率分别提高了43.51%、11.62%、30.16%、64.30%、38.49%和61.90%,其中,以GSC2为最高,GSC4次之;单位净产量耗饲料能以单养草鱼组最高,显著高于GS、GSC2和GSC4处理组(P<0.05);各处理组沉积能量在3.42～17.73MJ.m-2之间,各处理组间差异显著(P<0.05),各组沉积能量占总投入能量的比例分别为30.92%、12.18%、39.08%、29.43%、28.90%、28.87%和29.80%。本研究结果表明,不同食性鱼类混养系统能够提高光合能转化效率和总能量利用率,降低沉积能量,从而有效提高系统对输入能量的利用效率。     

珠江河口的能量传播和能量耗散

建立了包括河网区、河口湾区和近海水域的ECOMSED-3D数学模型,计算了珠江河口的能量传播和能量耗散特征。研究表明:1)珠江河口能量来源受潮汐和径流共同作用,季节性变化明显;2)珠江河口存在若干高能耗区,其单位面积能耗率比上下游河段平均能耗率高1—2个量级,它们和一定的动力结构与地貌单元相联系。根据地貌特征和消能特点,可以划分为以下3种类型:门的高能耗区、曲折河段高能耗区和分汊汇流高能耗区。     

Experimentally validated numerical method for the hydrodynamic design of horizontal axis tidal turbines

Although a lot can be learnt from technology transfer from wind turbines and ship propellers, there have been a few experiments investigating marine current turbines. As a result, a study has been carried out on the power, thrust and cavitation characteristics of 1/20th scale model of a possible 16 m diameter horizontal axis tidal turbine. Cavitation tunnel experiments for different blade pitch settings have been compared with simulations based on a developed blade element-momentum theory. This theory has been shown to provide a satisfactory representation of the experimental turbine performance characteristics. As an example application, the developed theory has been used to design possible horizontal axis tidal turbines for the tidal flows around Portland Bill. The results show that there is a clear balance between design loads and optimisation of energy yields.     

我国潮汐能开发利用前景展望

近年来,能源和环境问题一直制约着我国经济的发展。潮汐能作为一种洁净、无污染且可再生的能源,对其进行有效开发利用不失为一良策。文章总结了国内外潮汐能利用状况并简要介绍我国潮汐能开发利用的意义及其开发可行性情况。同时,指出我国潮汐能大规模开发利用所面临的问题,在此基础上,提出未来研究的方向并给出相应建议。     

Wave prediction using wave rider position measurements and NARX network in wave energy conversion

Several control methods of wave energy converters (WECs) need prediction in the future of wave surface elevation. Prediction of wave surface elevation can be performed using measurements of surface elevation at a location ahead of the controlled WEC in the upcoming wave. Artificial neural network (ANN) is a robust data-learning tool, and is proposed in this study to predict the surface elevation at the WEC location using measurements of wave elevation at ahead located sensor (a wave rider buoy). The nonlinear autoregressive with exogenous input network (NARX NN) is utilized in this study as the prediction method. Simulations show promising results for predicting the wave surface elevation. Challenges of using real measurements data are also discussed in this paper.     

Prospects of Tidal Energy Development and Utilization in China＇s

近年来,能源和环境问题一直制约着我国经济的发展。潮汐能作为一种洁净、无污染且可再生的能源,对其进行有效开发利用不失为一良策。文章总结了国内外潮汐能利用状况并简要介绍我国潮汐能开发利用的意义及其开发可行性情况。同时,指出我国潮汐能大规模开发利用所面临的问题,在此基础上,提出未来研究的方向并给出相应建议。