水下沉积物流速度特征及对管状结构物拖曳力试验研究

沉积物流是海底沉积物运移的重要载体,高速的沉积物流会冲击海底结构物并导致其损坏,其中拖曳力通常被认为是结构物破坏的主要因素,因此研究结构物在不同沉积物流流速下的拖曳力具有重要意义。本文采用可调坡度平直水槽对结构物进行冲击试验并对所配粘土组分的沉积物流进行流变测试,分析结果表明,当坡度一定时,存在一个临界沉积物流浓度,使沉积物流速度和结构物所受拖曳力达到最大值,本次试验条件下在0°、3°、6°、9°坡下,所得临界沉积物流浓度为560 g/L。同时,给出了在试验浓度范围内(280～700 g/L),对于纯粘土组分沉积物流速度较低(0.2～0.6 m/s)时,结构物所受拖曳力与沉积物流速度、密度三者之间的关系表达式。     

论滨岸和浅海的风暴沉积

在地质记录中,大至陨星碰撞地球,小至某些外力作用下的沉积现象,虽然作用时间短促,作用次数不多,但往往比长时期的经常作用遗留更加深刻的影响。在滨岸和浅海区域,水体内一次高能量突发事件,如台风、飓风、风暴潮、或地震海啸等,可以冲毁长时期正常天气条件下的波潮流沉积和堆积风暴沉积。     

强潮海滩响应威马逊台风作用动力沉积过程研究——以北海银滩为例

研究台风影响下的海滩沉积过程不仅可加深极端海况下的海滩冲淤变化理解,而且有利于海滩资源的保护与海岸工程保护。以强潮海滩——北海银滩为例,通过采集北部湾海区1409号威马逊超强台风作用前后的沉积物、剖面高程及水文资料,探讨强潮海滩的动力沉积过程。结果表明:1)台风作用前后的海滩沙丘-滩肩-沙坝体系的地貌状态基本不变,其中沉积物组分均为砂,细砂、极细砂和中砂三组分平均含量占所有组分的95%以上;与台风作用前比较,台风后的地貌在维持先前形态的条件下,发生局部侵蚀和后退,沉积物相对变粗且细砂含量增加了10%。2)台风作用后后滨沙丘侵蚀,且沉积物滚动组分增加;冲流带和滩肩前缘沉积物的搬运由双跳跃转为单一的跳跃形式。3)台风作用前后的海滩沉积物主要变化过程可由两个模态表征,其中主要模式反映了台风作用前后的海滩以细砂为主的动力沉积变化特征,该模式受控于区域波浪和潮汐的长期耦合作用,并以波浪为主导因素。台风作用前的次要模式反映潮汐作用控制下的海滩沉积横向振荡特征;台风作用后的次要模式表征了台风影响下的海滩横向沉积物偏粗、冲流带-低潮带振荡及其沉积分异过程。     

浅说海底风暴及其成因

海洋是风雨的故乡,海面上流急浪涌、飓风台风已为众所周知,但海洋底部很不平静的事实则少为人知。类似飓风的激流却一年到头都在海底爆发着,这些激流能推动着海水以每秒高达50厘米的速度流动.犹如强大的龙卷风旋转着横扫海底。它们不仅冲垮科学仪器,毁坏海底通信电缆,甚至危及石油钻井平台、某些神秘的水下世界。海洋学家把这些激流称为海底风暴。在某些海底区域中,每年爆发的海底风暴达5～10次。     

太湖台风风暴流准三维数值模拟的应用

本文应用丁氏圆形台风模式，建立了太湖台风风暴流场的准三维数值模式，模型考虑了垂向涡粘系数沿水深变化和动量方程的修正，在对9711号（Winnie)台风影响下太湖各站水位验证的基础上，对太湖台风风暴流场进行了模拟计算。结果表明，该模式可对湖泊的台风风暴流进行复演和预测计算。从预测研究的角度看，基于台风模式的湖泊台风风暴流计算模式更有价值。     

陆架海岸台风沉积记录及信息提取

长时间尺度风暴强度–频率关系与气候变化相关联，而器测记录和历史记载难以提供充分的信息，因此从沉积记录中提取风暴信息成为一个前沿科学问题。在应用上，这项研究可为海岸带城市群应对未来气候和海面变化提供决策依据。本文回顾了台风沉积记录研究进展，显示陆架泥质沉积、海滩及海岸沙丘、潮滩、潟湖、巨砾是台风事件记录的良好载体，可通过层序形态和物质特性分析而识别。同时，还需进一步完善分析方法，以区分台风、冬季风暴、河流洪水和海啸等不同类型的极端事件沉积。在台风强度信息提取方面，陆架泥质沉积所含贝壳–粗颗粒沉积物可作为海底再悬浮强度的指标，但需更多实测数据的率定；海滩及海岸沙丘顶部的台风沉积分布高程指示了台风激浪流的上冲高度，而台风巨砾的重量可以与近岸波浪的波高建立联系。以上数据经过换算后可以得出台风强度的信息，虽然这些间接的沉积学信息还不足以建立风暴强度–频率关系，但有助于台风强度大数据的建立。潮滩、潟湖沉积连续性好，可构成台风事件的时间序列，然而关于台风强度却是多解的，台风最大风力、持续时间、移动路径、登陆地点的不同组合可能产生同样的事件沉积。我们建议，应发展台风信息提取的新方法，来解决这个问题。进行现代过程模拟，根据已知的台风事件资料构建沉积物输运堆积模型，使之能够复演事件沉积的特征；进行多个地点事件沉积的反演模拟，在此情形下，即便每个站位的结果是多解的，但针对多个站位上求取其解的交集之后，多解性将下降，这种模拟方法可称之为“解空间收缩法”；采用大数据融合方式，将其他来源的台风强度数据纳入模拟体系，可进一步降低风暴信息提取的不确定性。动力过程模拟与大数据融合方法的建立，有助于获得与沉积记录同样时间尺度的台风强度–频率关系曲线，进而分析台风动态与气候变化的关系。     

近海系统化生态-沉积-环境动力学数值模式—理论基础

基于中国近海生态环境、泥沙沉积、生态养殖等方面的研究和评价需要,本研究拟发展一套海洋生态-沉积-环境动力学耦合模式,包括生态、沉积物输运、精细化水质、养殖、物质扩散及粒子追踪和评估评价六个模块,其通过相互之间耦合,协同构成一个功能全面的系统模式。模式特别考虑沉积和养殖对水动力的作用、沉积物的光效应、有机颗粒物在海底的沉积和再悬浮等问题或过程。作为系统模式研究的先行工作,本文阐述了模式的理论基础,包括构建模型系统的概念框架,模式中典型的物理、生物、化学、沉积过程的理论介绍及其主要参数化表达方式,并给出了已有模块包括耦合模块的模拟结果。     

波流作用下海底边界层沉积物再悬浮与影响因素研究

海底沉积物再悬浮及其分布取决于海洋水动力、沉积物类型与床面形态之间复杂的相互作用,准确地理解和确定沉积物再悬浮过程对于沉积物输运的研究具有重要的意义。本文在祥云湾海洋牧场典型海域开展现场原位观测,获取研究区波浪、海流及悬浮沉积物浓度数据;分析了波、流作用下海底边界层悬浮沉积物垂向分布特征,并探究了海洋水动力和床面形态对悬浮沉积物垂向分布的影响。结果表明,研究区波流之间的相互作用不显著,沉积物再悬浮受控于风暴浪作用,风暴浪作用下底床切应力可以达到沉积物临界切应力的10～15倍,沉积物的再悬浮滞后于风暴浪作用2～3 h。在波浪荷载微小的情况下,悬浮沉积物垂向分布呈现"I"型,波浪荷载下,悬浮沉积物垂向分布呈现幂指函数分布,表现为"L"型;床面形态随波、流作用而演化,影响沉积物的再悬浮过程,u_(?w)/u_(?c)=1.00可作为波浪和海流起主导控制作用的床面形态的判别依据,纯波浪荷载作用下的u_(?w)/u_(?c)显著高于波浪主控作用下,但二者之间的界线随着波浪荷载的增加而升高。     

浙江三门湾猫头深潭风暴快速沉积研究

三门湾频受热带风暴的影响,风暴期出现剧烈的滩冲、槽淤的泥沙交换,而在风暴后的正常天气条件下,则产生滩淤、槽冲的泥沙交换过程.通过猫头深潭(槽)9417号台风前后剖面水深重复测量、沉积特征及沉积物放射性同位素(210Pb,137Cs)测年等资料,揭示猫头深潭风暴快速沉积(骤淤).正常天气条件下风暴沉积产生再悬浮随潮运移,深潭水深得以恢复.在连续强热带风暴的影响下,又遇强的风暴增水,风暴沉积难以完全被冲刷,部分残留在深潭内,在猫头深潭沉积层中储存着风暴沉积的信息     

海口湾的台风及其对海水水质的影响机制分析

海口湾受台风影响全年以7～10月为盛行时期,尤以8～10月最盛.我们于1996年台风季节前、后在海口湾海域布设了10个监测站,进行了pH,DO,COD,PO₄-P,NO₂-N,NO₃-N和SiO₃-Si的监测,分析了它们在台风前后的变化,结合台风暴流的数值计算,初步探讨了因台风引起水质变化的机制,结果表明,台风、大浪和风暴流掀起海底沉降物或促使底层高营养盐的水体与表层强烈地混合,尤其是风暴流在湾顶辐聚,强烈的流速悬浮湾顶主要由生活污水排污口附近海域受污染的沉积物,一些污染物溶解于水体,伴随着台风而来的暴雨也将陆源污染物通过南渡江搬运到海口湾,使COD,PO₄-P,NO₂-N,NO₃-N和SiO₃-Si的含量台风后高于台风前.台风大浪和风暴流强烈的水交换作用使外海高DO的海水与湾内海水进行充分的交换,又使空气中的氧充分溶解于水体,使DO在该次台风后反而比台风前高,风暴流的水交换作用也使pH值在该次台风前后没有明显变化.     

红树林湿地沉积速率对于气候变化的响应

红树林湿地对维持热带-亚热带地区海岸带生态平衡具有重要作用,并在全球碳循环中扮演重要角色。以广西北海市红树林湿地作为研究对象,对该地区两处湿地钻孔沉积物的粒度、沉积速率进行了综合研究,并结合当地近30余年的降雨量和台风登陆频率的变化特征,分析了红树林沉积物中风暴沉积的粒度组分、含量以及影响风暴沉积输入量的主要因素以及红树林沉积速率对于气候变化的响应特征。研究表明:1)正常天气状况下由潮流输入的泥沙粒级均为粉砂-黏土组分,红树林沉积中的砂粒级组分为台风期间的暴风浪输入。风暴沉积在南流江口红树林沉积物中所占的比重超过56%,在大冠沙红树林沉积物中所占比重超过73%。2)近30年来,两处红树林湿地的沉积速率对于台风登陆频率增加有明显正响应,而对降雨量变化则无明显响应。3)在径流来沙量较少的大冠沙红树林湿地,由于岸线开敞、潮间带和红树林带宽度较小,导致台风期间暴风浪入射能量较强,风暴沉积输入量较高,其沉积速率反而高于径流来沙量充足的河口区。     

南海北康盆地断控型底流漂积体特征及其沉积模式

深海底流为深水沉积过程的重要要素之一,其可直接搬运或间接改造沉积物,并在海底形成沉积型地貌,即底流漂积体。在底流漂积体的8个沉积亚类中,受断层活动影响的断控型漂积体研究程度较低,全球范围内相关实例较少,其形态特征及沉积模式并无统一的描述。笔者以南海南部北康盆地为例,基于高分辨率多波束及地震反射资料解释,系统总结了断控漂积体的形态参数和在地震资料中的识别标志;确定了同沉积断控型漂积体和后沉积断控型漂积体;探讨了不同类别对应的断层活动、沉积过程及其沉积模式。断层活动和深海底流沉积作用同时期发生时,可形成具有不规则丘状结构的同沉积断控型漂积体;而当断层活动发生于底流作用之前时,前期断层活动形成的陡坎使得底流流速增加,从而有效地改造海底地貌,形成后沉积断控型漂积体。然而,目前的研究仅限于正断层活动与底流作用的耦合关系,其他类型的断层运动(如逆断层、走滑断层等)有必要在未来底流沉积研究中给予重点关注。     

海南岛东南部潟湖台风事件沉积记录

研究海岸潟湖沉积记录可恢复器测记录之前和史前时期热带气旋活动的频率和强度信息。本文试图通过分析潟湖沉积揭示南海北部地区的古台风活动信息,以海南岛东南部两个潟湖的钻孔沉积物为研究对象,选取沉积物粒度、有机质和碳酸盐含量等参数建立台风事件的鉴别指标,同时借助²¹⁰Pb CRS计年模式确定了沉积物柱状样的沉积速率和年代序列,对海南岛东南部的古风暴活动进行了分析。结果显示,柱状岩心清晰地记录了海南省东南部过去350年期间的35次特大风暴潮事件。基于历史文献和沉积记录的风暴沉积事件恢复了近350年来的风暴活动历史,发现海南省东南部特大风暴事件频数与厄尔尼诺强度有显著关系,同时还可能受到太平洋涛动（PDO）、北大西洋涛动（NAO）和太阳黑子活动等多种气候因素的综合影响。本文研究表明,结合风暴沉积记录和历史文献资料可为恢复海岸带地区长时间尺度高分辨率的古风暴活动规律提供有效信息。     

西沙群岛现代滨岸的风暴沉积

本文仅以1984年10号风暴为例,讨论了风暴前后的水动力条件及路径变化.重点阐述了该次风暴对西沙珊瑚礁区的潮间和潮上带现代砾堤和海滩的影响.描述了珊瑚礁区的砾堤沉积物的空间分布及垂向序列,并对沙质海滩的风暴搬运过程进行了适当的讨论.西沙砾质砾堤和沙质海滩无论从沉积序列上还是从沉积物的结构成份上,都存在着较大的差异,它们是在一种水动力条件下形成的两种不同的沉积体,在沉积过程中各有自身的沉积特点.本文尝试性地从上述角度提出一种沉积序列的空间格局,以便为古代沉积物的研究提供一些滨岸风暴沉积的信息.     

海滩风暴效应若干问题思考与我国研究前景

热带风暴是一种频发的灾害性事件,其诱发的大浪及其伴生的风暴潮会在短时间内搬运大量沉积物,对海岸地貌、海底地形和海洋沉积的影响极为严重.总结了未来风暴变化趋势和风暴动力方面的研究进展,概述了近几十年来海滩风暴效应领域几个重要方向的进展,内容包括岸滩风暴灾害调查和研究、海滩风暴效应差异性研究、风暴作用下的泥沙运动和岸滩风暴响应沉积学特征等方面.从国内外的研究现状来看,我国在风暴作用下泥沙运动实测与定量分析、多因素耦合控制下海滩风暴效应差异和海滩风暴地貌过程等方面存在着明显的不足.作为我国海岸科学研究中必需又薄弱的环节,今后该领域的研究应该在强化野外现场实验和监测的基础上,深入探讨极端条件下的海滩过程,发展海滩风暴响应预测模型,并积极开展海滩风暴潮防护技术开发与应用.     

南海北部海底沙波迁移规律及其在台风作用下的响应研究

本文在南海北部海底沙波已有研究的基础上，总结分析了研究区表层沉积物以及沙波的形态、分布、迁移特征；使用区域海洋模式（ROMS）模型模拟了研究区2010-2011年的底部流场数据；利用Rubin公式模拟计算了海底沙波的迁移规律，并与搜集所得资料进行对比分析；结合台风资料及底流数据，分析了台风对海底沙波运移的影响。研究结果显示:海底沙波运移方向的计算结果与搜集所得资料比较吻合，均为向东向南方向；不同站点的迁移距离在0~21.8 m之间，且为往复累积的结果。这表明:Rubin公式在ROMS模型模拟所得底流资料的支撑下，可以再现海底沙波的迁移过程。模拟计算的研究区内两个站位在"凡亚比"台风影响期间的迁移距离分别为2.0 m、2.9 m，分别占其年运移量的9.17%和26.36%，说明台风过境能对海底沙波的迁移产生重大的影响。     

长江口潮间带沉积对台风过程的响应

位于陆海交汇区的河口潮滩对台风作用的响应极为敏感.台风大浪极可能构成河口潮滩沉积过程的快速变化,进而不利于潮滩保护、开发及利用.基于此,本文利用200509号"麦莎"台风作用前后长江口南汇潮滩采集的沉积物样品及水文资料,探讨台风高能事件作用下河口潮滩动力沉积过程及其主控因素.结果表明长江口潮间带不同区域沉积作用对于"麦...     

台风风暴潮气压项作用探讨

在台风风暴增水过程中,风应力占主要作用,气压项的作用要上对较小,许多风暴潮预报模式中气压项被忽略。本文在建立台湾海峡风暴潮预报模型的基础上峄台风气压项作用进行了模拟,结果发现在台湾海峡狭长的海域内,台风气压项的作用表现得较为特殊,在台风风暴潮模拟过程中,应考虑其贡献及大小。     

南海东北部沉积环境和沉积演化模式的初步研究

本文根据本区沉积环境特征,划分为4个沉积相,阐明了各相带的特征标志及其相互关系。并从海底地形地貌、沉积物的特征、分布和沉积相以及韩江三角洲沉积过程,结合珠江三角洲发育阶段的对比,初步认为南海东北部的沉积物是多次海退和海进作用形成的,其沉积演化模式似可分为3个沉积旋回的6个阶段。     

渤海滩涂沉积物中石油烃迁移特征

渤海天津段滩涂蕴藏丰富的贝类生物资源,但由于兼有海、陆两种不同属性的环境特征,环境和生态十分脆弱[1].进入20世纪80年代以来海岸带已受到石油类的严重污染,在海水和沉积物中均检出石油烃,而且有超标迹象[2].石油进入海洋环境后迁移、转化的过程十分复杂,这一过程与水动力条件密切相关[3,4],海水中的石油烃吸附在悬浮物上随潮流迁移,同时沉淀在海底和潮间带的沉积物上[5,6].沉积在滩涂沉积物表层的石油烃在潮水作用下向滩涂沉积物深部迁移,在迁移过程中被沉积物固体颗粒吸附,残留于沉积物的一定深度内,同时进入沉积物中的石油烃又受到沉积物中微生物的降解.