闽江河口洪季悬浮泥沙特征及输运过程

根据2007年闽江河口两个站位洪季大潮的同步观测资料,分析了闽江河口潮周期内悬浮泥沙的分布特征、底质再悬浮特征以及悬浮泥沙的输运过程和机制.研究表明:闽江河口悬浮泥沙粒级组成上以粉砂为主,分选较差,粒级偏向粗颗粒一侧,单峰分布;梅花水道悬浮泥沙浓度波动较大,再悬浮作用明显;第一个潮周期内涨潮流在输运过程中的作用更为明显,平均流、斯托克斯漂移效应、潮汐捕集作用和垂向潮振荡引起的剪切扩散是引起闽江河口悬浮泥沙输运的重要因素.     

长江口北槽抛泥流速和悬沙浓度时空分布观测

河口泥沙运动有其独特的规律,需要采用高分辨率的观测手段进行系统的现场观测,以此发现河口流速和泥沙分布结构,进而探讨其形成机制,应用声学多普勒流速剖面仪和声学悬浮泥沙观测系统,通过定点和走航式观测长江河口不同潮型和流态下流速和悬浮泥沙浓度时空分布发现:(1)不同潮型出现高浓度“事件”的次数和成因存在差异,中潮型出现高浓度“事件”的可能性最大;(2)抛泥泥沙浓度垂向分布至少有3种结构类型,即上小下大的“L”型、指数型和上大下小的“漂浮”型;(3)受抛泥泥沙输移的影响,断面流场形成低流速区,它们的强度随落潮流的扩散逐渐减弱;(4)不同潮型的落潮流表现出不同的输移行为,大、小潮型落潮流偏北,中潮型落潮流偏南;(5)在落潮流和颗粒重力共同作用下抛泥泥沙同时存在输移扩散和沉降过程,小潮型抛泥泥沙主要就近扩散和沉降,中潮和大潮型抛泥泥沙输移扩散范围较远。     

海域环境对悬浮泥沙扩散影响的敏感性分析

通过建立二维潮流和悬浮泥沙扩散输移的数学模型,模拟恒定点源下,悬浮泥沙在不同本底含沙量和不同水深条件下的扩散状况,探讨悬浮泥沙扩散对影响参数的敏感性。结果表明:在研究悬浮泥沙扩散影响范围时,无本底含沙量的扩散影响范围最大;本底含沙量越大,扩散影响范围越小;本底含沙量对扩散低浓度增长区的影响大于高浓度增长区;水动力相似条件下,水深增大,悬浮泥沙扩散影响范围将减小;相对于本底含沙量,水深对悬浮泥沙扩散的影响更大。     

笼式泥沙捕获器的研制与实测应用

为了有效地观测岸滩泥沙在距离底床不同高度和不同方向的运移特征,本文作者研制了笼式泥沙捕获器,并在辽东湾白沙湾海岸进行了实测,取得了较好的观测结果。观测结果表明,近底床泥沙输运大量发生于距离45cm的高度范围内,而距离底床100cm的泥沙运移量极少。随着距离底床高度的增加,泥沙的平均粒径呈由大到小的变化规律,泥沙中砂的质量分数呈由大到小的变化规律,黏土的质量分数呈由小到大的变化规律,但是在不同的方向上,泥沙平均粒径和物质组成等粒度参数均没有表现出明显的规律。实测结果表明笼式泥沙捕获器不仅可以同步观测多个方向的泥沙运移,而且可以同步观测不同层位的泥沙运移,对于分析近底床边界层泥沙的垂向结构有一定的应用价值。     

烟台西部近岸海域冬季悬浮泥沙浓度时空变化及其输运特征

基于2017年12月在烟台港近岸海域6个站位大、小潮期的海流和悬沙同步观测资料,分析了悬浮泥沙浓度的时空变化规律,利用悬浮泥沙通量机制分解方法计算了研究区的悬浮泥沙输运通量,并初步讨论了潮流作用下悬浮泥沙的输运机制。结果表明,研究区各站位悬浮泥沙含量大潮期大于小潮期;大潮期各站位悬浮泥沙浓度多出现2～4个峰值,小潮期各站位悬浮泥沙浓度变化较为复杂,其规律性较弱;悬浮泥沙变化一般滞后于流速变化1～2 h。从平面分布上来看,研究区大潮期各站位悬浮泥沙浓度差异较大,小潮期差异较小;垂向上,大小潮期各层位悬浮泥沙含量变化不大,层化现象较弱。研究区水体的平流输运项主导着这一区域的悬浮泥沙输运,垂向净环流项起辅助作用,其他输沙项的贡献很小,研究区悬浮泥沙净输运方向与余流方向大致一致。大潮期垂向净环流项对悬浮泥沙输运的贡献略大于小潮期,小潮期平流输运项对悬浮泥沙输运的贡献略大于大潮期,大小潮变化对研究区泥沙输运影响显著。     

利用混合光谱分解估测珠江口悬浮泥沙浓度

利用遥感技术估测水体中的悬浮泥沙的浓度已经成为一门成熟的技术，但将其应用于河口地区悬浮泥沙的监测仍然存在一些限制。限制之一是遥感数据（例如MODIS）的空间分辨率太低，不适合应用于河口等狭小水域的监测。相比较而言，Hyperion高光谱遥感数据有196个波段，覆盖400-2500nm的光谱范围，光谱分辨率为10nm,空间分辨率为30m，其高光谱分辨率及高空间分辨率，显示了其在河口水体悬浮泥沙遥感中的巨大潜力。利用2006年12月4号的Hyperion数据、同步实测的高光谱数据及悬浮泥沙浓度数据，对珠江口海域悬浮泥沙浓度进行了研究。利用混合光谱分解模型计算了珠江口悬浮泥沙浓度的分布。分析结果表明，混合光谱分解模型可以作为遥感监测水体悬浮泥沙浓度的定量模型。     

近岸流系与长江入海悬浮泥沙输移扩散

通过两年较完整的序列 NOAA/AVHRR 数据和实测含沙量资料,利用考虑近岸Ⅱ类水体大气校正的泥沙定量反演算法,获得了较高精度的河口高浓度泥沙遥感反演模式;利用泥沙浓度分级图和反映流系特征的温度图象,系统分析了长江口悬浮泥沙扩散途径、范围及其与近岸流系的关系。影响长江入海悬浮泥沙扩散的近岸流系主要包括台湾暖流、黄海混合水、苏北沿岸流及浙江沿岸流等。冬季,近岸流系比较稳定,其配置状况在一定程度上影响着苏北沿岸泥沙流向长江口的扩散,并制约着入海悬浮泥沙的扩散途径;洪季,长江入海径流量是影响悬浮泥沙扩散的重要因子。同时,长江冲淡水、浙江沿岸流共同形成的冷水区与台湾暖流水之间锋面的强度,也对悬浮泥沙和冲淡水的扩散方向和范围有重要影响;春、秋两季入海悬浮泥沙的扩散型式分别向夏、冬季的分布格局过渡。此外,风应力显著影响着浑水区的扩散方向和范围。风浪掀沙引起的河口泥沙再悬浮,可使近岸泥沙扩散范围增大。     

基于遥感反演的莱州湾水色变化的多时相分析

悬浮泥沙和叶绿素是海洋水色的重要部分,是反映河口海岸地区生态环境状况的重要指标。本文基于Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像,在不依赖地面实测数据的条件下,结合水文气象数据,利用光谱信息建立水色遥感模型对莱州湾1996—2015年不同时期的悬浮泥沙和叶绿素变化进行研究。研究结果表明:(1)此模型可以快速反演出较大空间尺度内的水色时空分布情况。(2)1996—2015年这一时期内悬浮泥沙浓度变化明显,枯水期的悬浮泥沙扩散范围总体大于丰水期,悬浮泥沙高浓度区主要分布在黄河口附近海域和沿岸区域,泥沙主要来源于陆源输沙和海水中的泥沙再悬浮,悬浮泥沙的扩散主要受潮流的影响,风和波浪等动力因素也在一定程度上影响着悬浮泥沙的扩散;(3)此外,莱州湾叶绿素高浓度区主要分布在莱州湾东—南部海域,其分布具有明显的季节性,春季(5月)海水温度升高,水中营养物质垂直混合好使得叶绿素浓度处于较高态势。     

长江河口北槽抛泥作业状态下的悬沙浓度分布与扩散过程

在长江河口北槽抛泥过程中，应用ASSM－Ⅰ型声学悬浮泥沙观测系统观测悬沙浓度的时空分布规律，结合多普勒流速剖面仪走航式断面流速测量。研究发现：（1）泥沙浓度垂向分布形成至少三种结构类型，即上小下大的“L”型和指数型，上大下小的“漂浮”型；（2）受抛泥泥沙输移的影响，断面流场形成低流速区，或分布在水体表、中层，或贯穿整个水体，形成流速切变锋，它们的强度随抛泥泥沙输移扩散逐渐减弱；（3）在落潮流和颗粒重力共同作用下，抛泥泥沙同时存在输移扩散和沉降过程。小潮型抛泥泥沙主要就近扩散和沉降，中潮和大潮型抛泥泥沙输移扩散范围较远。     

ADCP回波信号在悬浮泥沙测量中的适应性研究

选取福建省的湄洲湾、大港湾、东山湾外三个短期测站大、小潮观测数据为样本,利用ADCP现场测得的回波强度计算水体平均体积后散射强度,并建立其与悬浮泥沙浓度的回归关系。根据计算结果,受潮流、潮汐作用强烈的近岸海域,后散射强度与悬浮泥沙间具有良好的相关性,利用回归公式反演的悬沙浓度与实测数据平均相对误差均在20%以内,表明了此种方法在此类海区反演悬浮泥沙含量的可行性;对于随潮流、潮汐作用下悬浮泥沙浓度变化不强烈、水体混合均匀的海域,难以建立后散射强度与悬浮泥沙浓度的良好回归关系,不适宜用此类方法反演悬浮泥沙浓度。此外,为了得到波动范围更大的悬浮泥沙观测数据,应选取更能反映特定地点泥沙变化规律的时间段进行观测,选取的时间序列越长、越具有代表性,建立的回归关系越能反映悬浮泥沙输运特征。     

莱州湾西南部海域悬浮泥沙浓度变化规律及输运机制

根据2015年6月莱州湾西南部海域5个站位大小潮25h海流连续同步观测及悬浮泥沙取样资料,分析了研究区悬浮泥沙浓度的时空变化规律;结合通量机制分解法,研究了悬浮泥沙输运机制,并探讨了悬浮泥沙浓度变化的影响因素。结果表明,莱州湾西南部海域悬浮泥沙浓度整体具有由北向南逐渐减小、由表层向底层逐渐增加的趋势;底层悬浮泥沙浓度在涨、落急时段出现峰值;潮周期内悬浮泥沙输运表现出不对称性,并且平流输运在悬浮泥沙输运中起到主导作用;水动力是影响悬浮泥沙浓度变化的主要因素,悬浮泥沙浓度与流速变化基本呈正相关关系,但浓度峰大多滞后流速峰1~2h。     

苏北废黄河口声学多普勒测流中向上分量的分析

利用对苏北废黄河口25 h三船同步声学多普勒测流仪(ADP)测流和悬浮体观测资料,研究了向上分量流速对悬浮泥沙扩散和输运的影响。ADP测量不仅提供水平方向的流分量,还提供垂向的流分量,各分量帮助了解底层悬浮泥沙与海底的沉积物的交换和向上扩散。向上流分量比水平方向的流分量小,值在5 cm/s以内,但是它的变化是有规律的,随涨潮、落潮发生变化。本地区潮周期内悬浮泥沙的变化与潮流相位变化密切,沙峰出现在涨急或落急之后,3个站在潮周期内都出现4个沙峰。但是,各站悬沙的再悬浮是不同的。分析显示,10 m水深处,底层存在较强的再悬浮和再沉积,存在向上和向下的流;而在水深15~17 m处,底部、下部主要是向上的分量,只有上部存在向下分量,因此较深处可能较少发生沉积。     

声学悬浮泥沙观测系统的研制和应用

为观测水中悬浮泥沙的浓度剖面、监测水中污染物及研究近岸海区泥沙的迁移和沉积,研制了声学悬浮泥沙观测系统(ASSM).总结了设计时主要技术参数的确定及解决关键技术的方法。应用此系统观测长江口悬浮泥沙,得到典型悬浮泥沙浓度剖面。     

山东半岛东部海域泥质区冬季悬浮泥沙时空变化及输运机制

根据2015年12月山东半岛东部海域4个站位25h同步连续定点海流观测和悬浮泥沙取样资料,分析了研究区悬浮泥沙浓度、粒度时空分布特征和变化规律;通过计算再悬浮与沉积通量、理查森数并结合通量机制分解法,探讨了影响悬浮泥沙变化的因素,揭示了悬沙输运机制。结果表明,涨潮时段悬浮泥沙浓度略大于落潮时段,悬浮泥沙浓度与潮流流速大致呈正相关关系,且存在轻微的滞后现象;悬浮泥沙类型均为粘土质粉砂,分选差,存在再悬浮现象;悬浮泥沙垂向混合剧烈,个别时段有轻微的层化现象,平流输运是造成该海域悬浮泥沙输运的最主要因素。     

海洋工程施工悬浮物源强及扩散规律研究方法概述

各类海洋工程如码头、航道、海上风电、海底管道管线、填海造陆、防波堤等涉及的抛石、爆破、疏浚、打桩、开沟、吹填溢流等作业环节产生的悬浮物,在水动力作用下输移、扩散,会引起周边海域悬浮泥沙浓度增加,对海洋生态环境产生不利影响。文章对国内施工悬浮泥沙浓度扩散规律研究方法和数值模型中悬浮泥沙源强的选取方法进行了概述和总结,为海洋工程施工过程产生的悬浮泥沙扩散研究提供参考和依据。     

海洋工程施工悬浮泥沙源强及扩散规律研究进展

各类海洋工程如码头、航道、海上风电、海底管道管线、填海造陆、防波堤等涉及的抛石、爆破、疏浚、打桩、开沟、吹填溢流等作业环节产生的悬浮物,在水动力作用下输移、扩散,会引起周边海域悬浮泥沙浓度增加,对海洋生态环境产生不利影响。文章对国内施工悬浮泥沙浓度扩散规律研究方法和数值模型中悬浮泥沙源强的选取方法进行了综述,为海洋工程施工过程产生的悬浮泥沙扩散研究提供参考和依据。     

湄洲湾峰尾围垦工程施工期间海水悬浮泥沙输移扩散的数值模拟

围填海工程施工过程导致海域悬浮物迅速增加,影响周围海洋生态系统,研究围填海工程悬浮泥沙的输移扩散规律对于区域生态环境质量及工程建设的综合生态影响评价具有重要的参考意义．针对湄洲湾峰尾围垦工程施工期悬浮泥沙可能造成的生态影响,对爆破挤淤（5．17t／s）和抛石挤淤（1．39kg／s）的悬沙源强进行了分析计算．在工程海区平面二维潮流场数学模型的基础上,采用二维对流扩散数学模型对施工范围内的模型网格点（40m×40m）进行了逐点计算,数值模拟结果表明,悬浮泥沙扩散范围和形态主要受潮流控制,工程施工联合影响下悬沙质量浓度大于10mg／dm3的全潮最大影响包络面积为5．848km2,施工9h后悬沙影响基本消失,为工程施工期环境管理提供了参考依据．施工悬浮泥沙的扩散整体表现为总悬沙质量浓度在离工程区较近的范围内较大,而距离越远质量浓度越接近自然状态的本底含沙量．施工悬浮泥沙对浮游生物、游泳生物和底栖生物等均会产生一定的影响,但随着施工结束而消失,不会对海洋生态产生长期的不利影响．     

声学悬浮泥沙观测数据现场定标研究

用声学设备探测水体中悬浮泥沙浓度及其变化的关键问题是对观测数据进行标定。通过分析在长江口海域现场观测得到的声学后向散射强度数据和水样泥沙实测值,提出了三种将声学观测数据转换为泥沙浓度的现场标定方法。结果表明,采用特征时刻标定所得数据与实际值相比离散性较小,统计误差约为20%.该方法比同步采水标定更为简便实用。     

爆破挤淤产生的悬浮物输移扩散模拟研究

爆破挤淤是处理淤泥质软基的常用方法,而研究由此产生的悬浮泥沙的输移扩散对于评价施工对工程区水环境的影响有重要意义。在对爆破挤淤产生的悬浮泥沙对水环境影响初步分析的基础上,就防波堤地基爆破挤淤处理产生的悬浮泥沙在波浪、潮流共同作用下的输移扩散过程进行了数值模拟,并对爆破挤淤后悬浮泥沙输移扩散规律进行了探讨,指出爆破挤淤对水域附近的生态环境有一定影响,但影响范围并不大,且持续的时间亦不长。     

福宁湾海域冬季大潮期悬浮泥沙输运特征

基于2014年12月在福宁湾附近海域8个站位的同步水文泥沙观测资料,分析了冬季大潮期悬浮泥沙分布以及输运通量的变化规律,并结合理查森数、水体混合所需的势能、潮动力引起的水体势能变化率的计算结果,初步探讨了水体的垂向混合对于悬浮泥沙垂向分布的影响,研究了悬浮泥沙的输运机制。结果表明,从湾内到湾外,温度、盐度总体上呈现递增的趋势;平面上各站位悬浮泥沙浓度由湾内向湾外递减;潮周期内悬浮泥沙浓度变化存在不对称性,总体来说,湾内及湾口处(1#站除外)涨潮阶段悬浮泥沙浓度高,湾外(4#站除外)落潮阶段悬浮泥沙浓度较高。从湾内向湾外,随着水深的增加潮周期内水体的垂向混合逐渐减弱,悬沙浓度的垂向差异逐渐增大。悬浮泥沙输运在湾内及湾口整体表现为向陆输运,在湾外为向海输运。在湾内及湾口处,各分层悬浮泥沙的输运方向大多向陆,且量值较高,而湾外的悬浮泥沙输运方向在垂向上存在差异。由于潮流不对称以及悬浮泥沙的滞后效应引起的潮泵项输运对总的悬浮泥沙通量起主要贡献。