台湾浅滩多尺度沙波地貌的地形傅里叶分解

海底沙波在全球广泛分布、成因复杂，但往往多种尺度的沙波叠加在一起形成复杂的沙波地貌体系，导致难以进行量化研究。针对该问题，本文提出一种实用的傅里叶分析方法，设计了巴特沃斯滤波器，将水深数据变换到频率域，进而将复杂沙波地貌分解成不同频率的单一类型沙波。并以台湾浅滩复杂的沙波地貌体系为例进行了分析研究，分解量化出3种空间尺度的沙波:巨型沙波(波长>100 m，波高>5 m)、中型沙波(波长5～100 m，波高0.4～5 m)和沙波纹(波长<5 m，波高<0.4 m)。本文提出的海底沙波地貌量化分析方法，有助于研究不同尺度海底沙波的成因与机理，对沙波区海洋工程的安全评估也具有实用价值。     

潮流及单向流作用下海底沙波形成和运移试验

基于量纲分析理论进行水槽试验,研究了潮流以及单向流作用下海底沙波的形成和发展过程。通过分析 海床地形数据,对海底沙波的特征尺度和发展过程进行定量描述,得出了潮流流速、周期、水深以及叠加单向流等因素对沙波特征尺度的影响。结果表明,潮流作用产生的海底地貌由大尺度的沙波和小尺度的沙纹共同组成,大尺度沙波在地貌形态塑造中占主导地位。从平坦海床开始,沙波波高和波长随水流作用逐渐增大,增长速度越来越慢,最终达到动态平衡。沙波特征波高和特征波长随流速和水深增大而增大,同时随往复流周期的增大而增大,并不断趋近于单向水流的情况。进一步对小尺度的沙纹地貌进行分析,得出了沙纹特征尺度随水流条件的变化规律。     

海南东方西部海域沙波和沙脊分布特征

海南东方西南部海域海底发育大量沙波、沙脊,严重影响该海域海底工程安全。为探明该区域的海底地貌概况及微地貌特征,本论文通过侧扫声呐、浅地层剖面等方法进行了探测。探测结果表明：区域内沙波、沙脊十分发育;受沙波、沙脊等地貌单元的影响,该区域内水深多变化,地形条件复杂。根据沙波发育形态、规模等特征,共识别出沙脊、巨型沙波、大型沙波、中型沙波、小型沙波以及沙纹六个地貌类型。根据沙波沙脊发育特征及其空间组合关系推测,研究区内的沙脊发育于低海面时期的浅水高能环境,活动性较弱,沙波则主要形成于末次海侵以来高海面低能环境中,当前仍处于发育过程中。该研究结果可为区域内海底管线、桩基础等海洋工程设计、防护工作提供参考。     

海南东方近岸海底活动沙波的地球物理特征及其迁移机制

海南东方近岸海底发育有大量沙波,利用多波束测深、侧扫声呐、浅地层剖面、单道地震资料综合分析了活动沙波的地球物理特征,探讨了沙波的分布特征、迁移机制、活动性及形态演变特征。结果表明,研究区海底沙波分布和规模具有显著空间差异性,大中型沙波主要发育于沙脊上,小型沙波主要发育于沙脊两侧,坑槽区发育近对称沙波,研究区西南部沙波不发育。受潮流和科氏力约束,在海底沙脊西侧沙波迁移方向主要为向北(略偏东),在沙脊东侧主要为向南(略偏西);受地形制约,坑槽区近对称沙波迁移可能停止或方向发生改变。沙波活动性强的标志主要包括:(1)形态呈不对称的"脊尖槽缓",(2)叠置小沙波与沙纹发育,(3)浅部有透明层,(4)陡坡面反射模糊,(5)内部斜交前积结构。分析认为,沙波活动性与其形态密切相关,包括弱运动、强运动、不运动3个演变阶段。     

东海扬子浅滩砂质底形研究

根据 198 0至 2 0 0 0年间数次专项调查获得的高分辨率地球物理、沉积学等资料 ,并结合水动力环境的分析 ,探讨了东海扬子浅滩砂质底形的成因、形态特征、活动性以及发育的地层年代。研究表明 ,扬子浅滩砂质海底广泛发育沙波地貌 ,按其发育规模可以分为沙波和大型波痕 2类 ,大型波痕按其形态又可分为直线形、弯曲形和格子形 3种。平坦宽阔的地形、丰富的中细砂物源以及较强的潮流和风暴浪流是沙波地貌发育的有利环境条件。柱状岩芯分析和年代测定表明 ,发育沙波地貌的物质的沉积始于冰消期晚期 ,即 10～ 11KaB .P ,全新世中、晚期该区继续接受砂质沉积。扬子浅滩发育的沙波地貌与现今的动力环境相适应 ,仍处于发育和运移状态。     

海底沙波地貌演变及其对管道工程影响研究进展

海底沙波是一种常见近似规则的起伏地貌形态,通常具有较强的活动性,能引起海底管道的裸露和悬空,进而造成管道的疲劳失效甚至断裂等重大危害。根据近几年海底沙波领域的最新研究成果,介绍了当前海底沙波的主要研究方法,包括现场实测观测、稳定性模型分析和数值计算模拟等的适用性和局限性以及未来发展方向。对海底沙波的成因和迁移机制进行了归纳分析,明确了多种主要的水动力环境因素,以及对于极端天气因素的考虑。从海底管道施工期和服役期分别讨论了海底沙波对于海底管道工程的影响,并建议将沙波活动和局部冲刷两种不同尺度的海床地貌改变耦合分析,以评估海底管道稳定性,最后提出了悬空海底管道的一些有效治理和维护手段。     

南海北部海底沙波研究

南海北部水深100~250 m的陆架和陆坡斜坡海底分布着大片沙波地貌,本文采用底形相图参数近似计算和泥沙起动流速2种计算方法,结合海底微地貌的实际形态,研究了沙波的沉积特征及其成因机理。研究认为,区内的沙波为现代沉积地貌;控制沙波形成发育的主要水动力因素是潮流与风暴条件下风海流的叠加;区内泥沙颗粒粒径适宜,海底坡度平缓,有利于海底沙波的发育。     

海底沙波特征线的最优方向剖面自动识别方法

海底沙波是发育在近海陆架上的一种常见海底地貌类型,海底沙波特征与运动规律的研究具有重要的科学意义与工程应用价值,沙波脊线与谷线是表征海底沙波的最基本特征,也是精确描述沙波运动的基本参量。本文提出了一种基于复合数字水深模型的沙波特征线自动识别方法——最优方向剖面法,基于水深曲面归算得到最优剖面方向,再依据最优剖面方向求导并判定极值,自动提取沙波形态特征点,最终形成沙波脊线和谷线。以台湾浅滩复合型沙波为例进行对比实验研究,结果表明,该方法能基于不同分辨率的数字水深模型自动准确地提取海底沙波脊线与谷线,勿需设置阈值,地形自动化识别程度得到进一步提升,具有重要的实际应用价值。     

空间互相关方法在分析海底沙波迁移规律中的应用

海底沙波具有显著的活动性并能够对海底工程设施造成潜在威胁，因此对海底沙波活动性的评估一直以来受到广泛关注。目前大多数研究者仍利用平面剖面对比来分析海底沙波的迁移特征。然而，该方法难以全面高效地获取海底沙波二维平面迁移矢量。本文基于2007年和2009年的高分辨率多波束测深数据，详细阐述了空间互相关方法在分析北部湾东南海域海底沙波迁移规律中的应用过程。利用实测数据进行对比分析，获得了研究区海底沙波的活动特征，并进一步讨论了空间互相关算法中不同参数的选取对结果的影响。结果显示，利用空间互相关分析方法能够有效获取海底沙波二维迁移矢量，获得的海底沙波迁移速率和迁移方向与前人研究成果吻合，表明了该方法的可行性和可靠性。但在对实际DTM数据进行空间互相关分析时，需根据海底沙波形态、数据质量等因素选取合适的参数及矢量获取方法。本研究实验了一种确定海底沙波迁移规律的新方法，该方法将有效提升获得海底地形变化规律的效率和准确度，可获得更加精细的海底地形动力过程。     

南海北部陆架主要地貌特征及灾害地质因素

利用最新高精度多波束水深资料,对南海北部陆架地貌类型和特征进行了系统的识别和分析,发现研究区活动沙波、滑塌体、隆起脊、沟槽和麻坑等灾害地质因素发育。沙波多为直线型沙波,小、中、大型沙波均有发育,自北向南随着水深增大,沙波规模增大,沙波的活动性显著增强。底流内波特征变化与沙波规模和迁移情况具有一致性,沙波的形成和迁移与内波活动密切相关。根据滑塌特征地貌识别出7处滑塌,新老滑塌均有发育,新滑塌多呈线状延伸,梯状滑塌特征明显,分析认为新滑塌近期并无进一步滑动的趋势。受古岸线残留地貌控制,南部地形起伏较大,发育一系列隆起脊,K1—K4隆起脊近NE—SW走向平行排列,K5隆起脊为E—W走向与之相交。另外,研究区发育大量麻坑,直径30～100m,麻坑深度1.0～3.0m。     

海南岛西南海底沙波活动及底床冲淤变化

为了研究沙波迁移对底床稳定性的影响,通过对比分析2004—2006年连续3年的多波束海底地貌扫描数据,得出研究区域海底沙波的波长为5.8~91.8 m,波高0.1~4.3 m,陡峭度0.013~0.12,对称指数0.32~6.52。沙波的移动速率最大48.8 m/a,移动方向在研究区域西部为SE向,中部呈往复迁移,东部为NW向;沙波不同部位的迁移速率不同,一般的沙波尾翼迁移速率较大;同一组沙波存在反向扭转迁移的现象,反向扭转迁移的轴线位于研究区域沙脊的脊线附近,这种反向迁移不仅与底层流作用有关,还与海底地形关系密切;西部海底底床处于侵蚀状态,局部最大侵蚀量可达1.3 m,东部处于堆积状态,最大堆积量达2.8 m。     

南海东沙群岛以北海底沙波稳定性分析

利用在南海东沙群岛北部至西北海域为工程目的所采集的海底地形测量、底质取样、海底底流测量资料,以及以往的区域地质、地球物理资料,采用沉积学、构造学和海洋水动力学综合研究方法,对该区海底沙波形成及稳定性进行了综合分析。认为该区海底沙波是在目前水动力环境下所形成,为今生,海底表层沉积物为晚更新世地层受到冲刷改造的再沉积。沙波形成主要受潮流底流的水动力作用控制,并与构造抬升有关。沙波具有一定的活动性,主要由SE向NW方向移动,且活动性逐渐减弱。北区段海底沙波稳定,中区段海底沙波较稳定,它们对海底工程建设不会造成影响;而南区段海底沙波较为活动,当沙波发生较大规模移动时,对海底工程建设会造成一定影响。     

厦门湾口外近岸陆架区海底沙波发育特征

利用2014–2017年在台湾海峡西部采集的多波束、单道地震剖面、沉积物粒度样品及海流监测资料,在厦门湾近岸陆架区识别出一系列海底沙波,并对沙波的形态特征、分布规律和沉积物组成特征进行分析,探讨水动力条件及其对沙波发育的影响。结果表明沙波发育区水深一般为10~60 m,地形较平缓开阔,坡度一般为0°~1°;平面上沙波区呈一系列NW-SE向条带状坡地,波脊呈线性或新月形,波脊轴线为SW-NE方向,沙波波长为120~800 m,波高2~12 m,沙波指数较大(>30)。地震剖面显示,波形形态主要分为三类:近对称性沙波、非对称性沙波及叠合沙波。近对称性沙纹的波高较大,沙波指数小;非对称性沙波的波长较长,沙波指数大;稳定沙波经后期水流“改造、激活”形成叠合沙波。砂含量较高,沉积物类型以砂、粉砂质砂及砂质粉砂为主,多为细砂—中砂。厦门湾口外的近岸陆架区水动力较强,流系复杂,总体受浙闽沿岸流、南海表层流和黑潮分支的影响。本区为不正规半日潮,流速为0.3~0.7 m/s,落潮流以S向为主,涨潮流向以NNE向为主,潮流作用对沙波的发育和改造起重要影响。     

Sand waves and other bedforms in lower Cook Inlet,Alaska

Abstract

Lower Cook Inlet in Alaska has high‐ tidal currents that average 3–4 knots and normally reach a peak of 6–8 knots. The bottom has an average depth of about 60–70 m in the central part of the inlet that deepens toward the south. Several types of bedforms, such as sand waves, dunes, ripples, sand ribbons, and lag deposits form a microtopography on the otherwise smooth seafloor. Each bedform type covers a small field, normally a few hundred to a few thousand meters wide, and usually several kilometers long parallel to the tidal flow. High‐resolution seismic systems, side‐scan sonar and bottom television were used to study these bedforms. Large sand waves with wavelengths over 300 m and wave heights up to 10 m were observed. Fields of ebb‐oriented or flood‐oriented asymmetric bedforms commonly grade into more symmetric shapes. Several orders of smaller sand waves and dunes cover the flanks of the very large bedforms. The crest directions of both size groups are normally parallel, but deviations of up to 90° have been observed; local deviations may occur where smaller forms approach the crests of the larger sand waves. Bottom television observations demonstrated active bedload transport in a northerly direction on crests and midflanks of southward asymmetric large sand waves, but not in their troughs. Movement of bedload occurs in the form of small ripples. Although the asymmetry of the large bedforms suggests that migration has taken place in the ebb or flood directions, the very low surface angles (2.5°‐8°) of these bedforms do not indicate regular movements. The large bedforms are probably relict features, or they migrate only under severe conditions, whereas active sand transport by ripples and smaller sand waves and dunes moves bedload back and forth with the tides. An understanding of such movements is essential for determining design criteria for offshore installations and in benthic‐faunal studies.     

The brightness reversal of submarine sand waves in “HJ-1A/B” CCD sun glitter images

The brightness reversal of submarine sand waves appearing in the small satellite constellation for environment and disaster monitoring and forecasting("HJ-1A/B") CCD sun glitter images can affect the observation and depth inversion of sand wave topography. The simulations of the normalized sun glitter radiance on the submarine sand waves confirm that the reversal would happen at a specific sensor viewing angle, defined as the critical angle. The difference between the calculated critical angle position and the reversal position in the image is about 1, which is excellent in agreement. Both the simulation and actual image show that sand wave crests would be indistinct at the reversal position, which may cause problems when using these sun glitter images to analyze spatial characteristics and migration of sand waves. When using the sun glitter image to obtain the depth inversion, one should take the advantage of image properties of sand waves and choose the location in between the reversal position and the brightest position. It is also necessary to pay attention to the brightness reversal when using "HJ-1A/B" CCD images to analyze other oceanic features, such as internal waves, oil slicks, eddies, and ship wakes.     

中国海海底沙波对海缆埋设施工的影响分析

基于中国海大陆架区海底沙波的分布、形态和移动特征,分析了沙波对海缆施工的埋设张力和埋设深度的影响。提出了在沙波区进行海缆施工时应注意的事项和需要采取的必要措施,为在中国海海底沙波区进行海缆施工提供参考和借鉴。     

中韩海底光缆路由（西段）环境特征及其评价

通过对路由区海域的海底地形、地貌、浅层沉积结构的探测及对其自然环境资料的综合分析，在中韩两国之间选择了一条条件最佳的光缆路线，并对其环境进行了全面分析与评价