洋山港区动力泥沙过程研究—兼论北岛链汊道封堵的影响

于 2006 年 4 月 8 - 17 日、8 月 9 - 16 日和 2007 年 1 月 13 - 25 日在杭州湾口的洋山港海域一固定观测点(平均水深约 15 m)用"海床基海洋环境自动监测系统"观测了潮位、波浪、潮流、近底悬沙浓度等要素.结果表明:( 1)研究区波浪较弱,平均有效波高为 0.53 ～ 0.65 m,常风条件下波高受水深控制,而强风天气时波高受风速控制.( 2)港区潮流较强.最大流速为 238 cm / s,观测期间平均流速在中、上层均 > 80 cm / s,而在近底层<40 cm / s.潮流以离底 4.7 ～ 5.7 m 为分界层,分界层以上以落潮流占优势,分界层以下以涨潮流占优势.涨、落潮流流向分别在 310°～ 320°和 130°～ 140°之间,涨、落潮主流比洋山港工程前向右偏转约 20°.( 3)余流流速由底层向表层递增,上层和表层均大于 10 cm / s,中、下层为 4 cm / s左右;余流流向,底层约为 322°,2.7 ～5 .7 m 层为 56°～ 85°,6.7 m 以上为 103°～ 166°.( 4)2006 年 4 月小潮和 8 月大潮平均悬沙浓度分别为 0.81 kg / m3 和1.46 kg / m3.悬沙浓度涨潮大于落潮,涨急时悬沙浓度最高.     

野鸭山至螺头山岸段海域水沙特征及冲淤变化

根据浙江舟山野鸭山至螺头山岸段海域4个测点的海流观测和含沙量调查(其中1个测点)资料,含沙量用1/10000感量的电光分析天平称量测定,悬沙粒度用AT 型库尔特计数器测定,底质表层泥样用激光粒度仪测定,使用DS3水准仪(其精度标准为四等)测量岸段潮滩高程,对该岸段所在海域的泥沙与潮流特征进行了对比分析并讨论了岸滩的冲淤变化。结果表明,该海域悬沙浓度由表层往底层逐渐增高,且与流速有一定的线性关系;中潮悬沙浓度低于大潮,冬季悬沙浓度高于春、夏季;大、中潮的落潮输沙量大于涨潮,大潮涨、落潮的输沙量大于中潮涨、落潮,大潮全潮单宽净输沙量大于中潮;冬季平均悬沙粒径比夏季大,春季适中;春、夏、冬季悬沙的分选系数属分选极好;悬沙的运移路径以落潮流流向为净输沙的方向;该海域的潮流为往复流,涨潮流历时短于落潮流历时,春、夏、冬季平均落潮流速大于平均涨潮流速,最大流速为1.82m/s(夏季),平均流速为0.70m/s;历史上野鸭山至螺头山的古海湾一直缓慢淤涨,1987年以来,潮滩仍缓慢淤涨,中潮滩平均淤高值约为3cm/a,岸滩平均淤进速度约为0.38m/a。     

獐岛和大鹿岛近岸海域悬沙浓度分布与输运特征

为了解獐岛和大鹿岛近岸海域悬沙浓度的分布特征及其与潮流动力的关系,促进海岛生态环境保护和资源开发利用,文章通过样品采集和分析计算,研究相关海域悬沙浓度的平面和垂直分布特征、潮流场分布特征、悬沙浓度与潮流的动力关系以及全潮单宽输沙量。研究结果表明:大、小潮期的悬沙浓度均存在较明显的水平梯度,同一层水体大潮期的悬沙浓度大于小潮期;悬沙浓度呈近岸较高、向海逐渐降低的分布状态;悬沙浓度与海水涨落变化的关系非常密切,具有明显的周期性,垂直分布从表层到底层逐渐变大,垂直梯度近岸海域较大、远岸海域较小;涨潮流的流速明显大于落潮流,潮流运动形式按逆时针方向旋转,主流向大致呈NNE-SSW走向;远岸站位各层潮流流速的平均值略大于近岸站位,同一站位的潮流流速随水深的增加而有所降低;潮流变化使悬沙浓度出现周期性变化,悬沙浓度峰值出现在流速峰值后,且在落潮期更大;全潮单宽输沙量在大潮期和小潮期分别为151.7～1 017.9kg/d和146.3～931.9kg/d,净输沙方向均为西南向,即落潮方向。     

辽东湾顶部海区潮流与悬沙分布规律研究

本文基于大量现场实测海流和悬沙资料,以及潮流场数值模拟结果,定量地揭示出辽东湾顶部海区涨、落潮流平均流速和悬沙的分布规律.研究成果表明,本海区的海流以潮流占主导地位,其主流向呈NE-SW向往复性流动,与悬沙输沙方向大体一致.东部潮流强于西部,涨潮平均流速普遍大于落潮,随着水深变浅,平均流速由近岸向浅海递增,呈幂函数分布规律.而悬沙分布浓度高值区均位于河口近岸段,向浅海递降,其分布规律呈指数函数关系.悬沙量分布为双台子河口之西高于东部,涨潮悬沙量普遍大于落潮,底层明显大于表层,大潮(涨、落)平均流速和平均含沙量等值线分布趋势基本相一致,但两者之间呈负相关线性关系.     

应用走航式ADCP测量分析与验证金塘水道的高悬沙浓度

在金塘水道西口门2006年冬季和2007年夏季大、小潮期间应用美国RDI公司生产的300 kHz声学多普勒流速剖面仪(ADCP)进行25 h的走航式断面观测,同步采集水样过滤获得悬沙浓度.实测断面流速、流向表明:落潮时流向为东南向,涨潮时分两股,靠近北仑为西南向,靠近金塘岛为西北向;夏季大潮最大流速为260 cm/s,大于冬季大潮;观测期间断面悬沙浓度为0.4～1.5 g/L,冬季大于夏季约0.3～0.5 g/L;ADCP后向散射强度冬季大于夏季约5 dB.应用实测CTD数据进行声吸收系数校正,通过计算,断面后向散射强度分布趋势基本不变.后向散射强度与悬沙浓度成正比,与水深成正比,垂向分布与潮时有关,冬季小潮水深增大时,后向散射强度反而减小.回归ADCP后向散射强度与水样悬沙浓度之间半经验半理论统计关系,发现冬季不成线性关系,夏季成线性关系,且相关性较好,相关系数为0.7,说明夏季较高浓度下后向散射强度可以表示悬沙浓度的大小.夏季大、小潮期间高分辨率的悬沙浓度断面数据分析表明,反演后的悬沙浓度值与流速成正比;近岸悬沙浓度大于断面中部;涨急和落急时同一水深高低含沙量值错落分布,涨憩和落憩则分层明显;大潮悬沙浓度大于小潮流约0.05 g/L.断面两端点反演后的悬沙浓度与实测值比较,呈现半日潮含沙量双峰特征,夏季大潮反演后的悬沙浓度与实测值分布一致,实测值大于0.9 g/L时,两者量值相差大,小潮则拟合很好.因此,应用走航式ADCP测量高悬沙浓度是可行的,它可大大提高测量效率,为获取现场悬沙浓度提供了一种新方法.     

长江口南槽最大浑浊带枯季大小潮悬沙峰特征及其动力机制

长江口最大浑浊带是陆海交汇的核心区域,其航槽是扼海-河联运的咽喉,悬沙峰的涨落潮周期变化深刻影响航槽的稳定性。本文利用长江口南槽上、中、下段3个站点枯季小潮和大潮的流速、盐度、悬沙平均粒径和悬沙浓度的实测资料,分析最大浑浊带悬沙峰特征及其动力机制。发现:流速和滩槽交换增强导致大潮平均悬沙浓度比小潮增加了0.78—1.97倍,絮凝也导致憩流底层悬沙浓度增加8%左右,但流速和絮凝与悬沙浓度的关系均非线性。大小潮盐度梯度与底层悬沙浓度关系呈现高线性相关关系,表明盐度梯度强化或突变是泥沙再悬浮形成悬沙峰的主要动力。     

椒江河口层化动力特性研究

基于椒江河口大、小潮期间水位、流速、盐度和悬沙浓度观测数据,研究了椒江河口主潮汐通道的水动力、盐度和悬沙浓度的时空变化特征,解释了高浊度强潮作用下的层化物理机制。椒江河口大潮期悬沙浓度和盐度均大于小潮期,主潮汐通道区域落潮期悬沙浓度大于涨潮期;盐度随潮变化,盐水锋面出现在S2测站,锋面附近出现最大浑浊带;自陆向海,悬沙浓度递减,盐度递增;随水深增加,悬沙浓度与盐度递增。Richardson数与混合参数显示,盐度和悬沙引起的层化现象,是随着潮汐的变化而变化,涨潮时的层化均强于落潮,小潮时的层化持续时间最长,区域更广。混合参数随潮周期变化,大潮期高于临界值1.0,小潮期低于临界值1.0。小潮期水体层化强于大潮期;潮汐应变项是影响势能差异变化率的重要因素;落潮期间层化向混合状态转化,涨潮相反。     

长江口南槽最大浑浊带短周期悬沙浓度变化

2003年2月17～24日,在长江口南槽最大浑浊带地区进行了大、小潮水文泥沙定点连续观测.用OBS-5观测水深、盐度和浊度,用直读式海流计(SLC9-2)观测不同水层流速,同时获取了不同潮时不同水层悬沙水样.通过对水深、盐度、浊度、悬沙浓度和流速等数据进行大、小潮周期对比与分析.得出如下主要结果:(1)盐度和水流流速变化范围分别为13.5～22.3和0.30～2.13 m/s;(2)表层与底层悬沙浓度变化范围分别为180～222 mg/L和1 019～1 300 mg/L;(3)一个潮周期内,可出现4次悬沙浓度峰值;(4)通常情况下,悬沙浓度值涨潮大于落潮,大潮大于小潮,但强风或风暴潮会改变大、小潮的悬沙浓度变化格局.研究表明,研究区悬沙浓度变化具有一定的周期性和规律性,但也存在一些不确定性.长江口南槽最大浑浊带的发育主要是由于"潮泵效应"和盐水异重流引起的对床底侵蚀和泥沙再悬浮造成的.另外,动水絮凝和滩槽之间泥沙交换,也对最大浑浊带的形成与发育有重要影响.     

长江口徐六泾洪季水沙特性观测研究

2001年7月，在长江口徐六泾对流速、流向和悬浮泥沙浓度进行了大小潮定点观测。观测数据分析表明徐六泾处大潮流速及其变化远大于小潮流速。大潮悬沙浓度大于小潮悬沙浓度。由于径流的影响，落潮期间垂向速度梯度比涨潮期间大，落潮垂向切变增强，使落潮期间悬沙浓度的变化幅度大于涨潮期间的泥沙变化幅度，同时存在泥沙浓度峰值滞后于流速峰值的现象。     

基于潮沟定点观测的潮间带水、沙、盐交换研究——以长江口九段沙一潮沟为例

为研究潮间带和潮下带的水、沙、盐交换,于夏、秋两季在长江口九段沙一典型潮沟的固定点利用OBS-3A和ADP-XR进行了水深、浊度、盐度、流速流向剖面和回声强度观测。结果表明:(1)夏季大潮、冬季中-大潮、冬季小潮的潮周期垂向平均流速分别为26.5、15.9和8.4cm/s,夏、冬季观测到的最大流速分别为84cm/s和35cm/s。(2)夏季盐度变化范围为0.65—4.91,平均盐度2.14;冬季盐度变化范围为3.5—10.3,中-大潮和小潮平均盐度分别为6.26和7.98。(3)高悬沙浓度出现在涨潮初期和部分落潮末期的低水位阶段;涨潮阶段的平均悬沙浓度是落潮阶段的1.11—7.0倍。(4)涨、落潮阶段的水体和盐输运量大体上趋于平衡;(5)无论是冬夏季或大小潮,潮沟在潮周期内的净输沙方向均指向陆,即落潮输沙量小于涨潮输沙量(平均小40%);平均每个潮周期内净输沙量为6102kg,结合潮盆面积推算的潮周期沉积速率为0.0112mm/tide,或8.2mm/a。     

Effect of Fly Ash on Frost-Resistance and Chloride Ions Diffusion Properties of Marine Concrete

It is necessary to pay more attention to the durability of concrete undergoing freeze-thaw cycles and seawater attack simultaneously.Investigated are the effects of water-binder ratio,fly ash (FA) contents and air-entraining agent on resistance to frost and chloride diffusion of marine concrete blended with FA in natural seawater.The results show that fly ash does not improve the frost resistance of concrete but can improve its resistance to chloride diffusion by addition of less than 30%.The resistance to frost and chloride diffusion of FA concrete can be improved with the decrease of water-binder ratio,and FA may improve both of them simultaneously only being mixed with air-entraining agent.A ratio (named as R) of the frost-resisting durability factor to chloride diffusion coefficient can be used to evaluate the durability of marine concrete.Scanning electron microscope (SEM) analyses are consistent with the evaluations by the value of R.     

海洋环境下粉煤灰混凝土的抗冻性与抗氯离子渗透性的耦合

针对海洋环境条件,重点研究了粉煤灰混凝土的抗冻性和氯离子渗透性能的相互关系.试验分别研究了水胶比、粉煤灰等量取代水泥掺量大小、引气剂掺量等因素对抗冻性和抗氯离子渗透性能的影响,并与普通混凝土进行了对比.结果表明,粉煤灰不增加混凝土的抗海水冻融耐久性;粉煤灰增加混凝土的抗氯离子渗透性能,但是掺量超过30%,抗氯离子渗透性能下降;粉煤灰对混凝土抗冻性和抗氯离子渗透性的耦合影响在30%左右存在一个最佳掺量.为评估混凝土的抗冻性和氯离子扩散性的耦合性能,提出了新的评价方法--冻渗比(R值方法),并进行了试验验证.SEM和MIP微观分析与R值方法评价的结果是吻合的.     

海水环境粉煤灰混凝土结构耐久性现场检测与评估分析

对服役12年的华南某跨海大桥典型构件开展碳化性能、氯离子扩散性能等指标的耐久性检测,评估了海水环境下掺粉煤灰的高性能混凝土长期耐久性。研究表明:随高程的增加混凝土碳化深度逐渐增大,其中大气区浪溅区水位变动区,碳化作用对粉煤灰混凝土结构耐久性的影响较小;粉煤灰可显著提升实体结构混凝土抗氯离子侵蚀性能,粉煤灰高性能混凝土的氯离子扩散系数不大于0.40×10-12m2/s,比普通混凝土氯离子扩散系数降低了约6倍;利用规范计算了引桥承台混凝土中氯离子含量计算值,其计算值与实测值吻合较好,可用于实体工程混凝土结构的耐久性评估,评估结果显示采用粉煤灰高性能的桥梁典型构件满足100年设计使用寿命的要求。     

钢筋混凝土耐久性海洋暴露试验

对不同技术条件的钢筋混凝土试件进行长期的海洋暴露腐蚀试验,以了解其服役特性,为钢筋混凝土结构的耐久性设计提供依据。近7年的暴露结果表明：在混凝土中掺加高炉矿渣等活性掺合料,能大大降低氯离子渗透速率,提高钢筋混凝土的耐久性。     

海洋混凝土结构表面自由氯离子含量时变规律及对其寿命影响

表面氯离子含量(C_s)是研究海洋环境条件下混凝土结构耐久性和服役寿命的氯离子扩散方程的边界条件,是海洋混凝土结构耐久性分析和定量设计的重要参数。依据国内外大量自然暴露试验与工程实测数据,通过采用Excel、Origin等数据分析软件进行数据统计和回归分析,确定了海洋混凝土结构表面自由氯离子含量(C_(sf))与表面总氯离子含量(C_(st))之间的相互关系,探讨了海洋混凝土结构的C_(sf)时变规律,建立了C_(sf)与暴露时间之间的关系表达式及其取值范围,并运用可靠度理论和修正氯离子扩散理论分析了C_(sf)时变性对海洋混凝土结构寿命的影响。结果表明:C_(sf)与C_(st)线性相关,且C_(sf)随着暴露时间的延长呈指数或者幂函数的增长关系;采用不同的C_(sf)时变性规律,对海洋混凝土结构寿命具有重大的影响。     

海洋混凝土结构环境作用等级与耐久性设计参数的中外规范对比

围绕海洋混凝土结构的环境作用等级划分和耐久性设计参数限值,对国内外现行的混凝土结构耐久性设计规范进行了系统对比分析。首先分析了国内外14个国家和地区的32部混凝土结构耐久性设计规范的技术特点,然后对比了不同规范对于海洋氯盐环境条件和环境作用等级划分的依据和差异性,进而从最低混凝土强度等级、最大水胶比、最小胶凝材料用量、最小保护层厚度、抗氯离子渗透性指标限值、最大初始氯离子含量和最大裂缝宽度等方面,系统对比分析了不同规范对于海洋混凝土结构耐久性设计参数限值的差异性,为海洋混凝土结构的耐久性设计提供了参考。     

Probabilistic Durability Assessment of Concrete Structures in Marine Environments: Reliability and Sensitivity Analysis

A probabilistic framework for durability assessment of concrete structures in marine environments was proposed in terms of reliability and sensitivity analysis, which takes into account the uncertainties under the environmental, material, structural and executional conditions. A time-dependent probabilistic model of chloride ingress was established first to consider the variations in various governing parameters, such as the chloride concentration, chloride diffusion coefficient, and age factor. Then the Nataf transformation was adopted to transform the non-normal random variables from the original physical space into the independent standard Normal space. After that the durability limit state function and its gradient vector with respect to the original physical parameters were derived analytically, based on which the first-order reliability method was adopted to analyze the time-dependent reliability and parametric sensitivity of concrete structures in marine environments. The accuracy of the proposed method was verified by comparing with the second-order reliability method and the Monte Carlo simulation. Finally, the influences of environmental conditions, material properties, structural parameters and execution conditions on the time-dependent reliability of concrete structures in marine environments were also investigated. The proposed probabilistic framework can be implemented in the decision-making algorithm for the maintenance and repair of deteriorating concrete structures in marine environments.     

海洋环境中温湿度变化对混凝土氯离子传输研究

氯离子渗透到混凝土内部诱发钢筋锈蚀是海洋钢筋混凝土面临的耐久性关键问题。构建考虑骨料、浆体集料界面区的混凝土模型,建立了环境温度、湿度影响的氯离子传输模型,基于COMSOL数值模拟软件分析了材料、环境对混凝土氯离子传输的影响规律,并通过试验进行了验证。结果表明:模拟结果和试验数据具有较高的吻合度;随着温度的升高,氯离子扩散加快,而混凝土中氯离子的渗透深度随着内部湿度的增大而呈现减小趋势。混凝土中高致密骨料存在阻碍了氯离子传输,但界面区存在使得氯离子沿界面区传输并在骨料背后形成传输前锋。     

氯盐干湿环境下受弯横向裂缝对钢筋混凝土耐久性影响

为了研究持续开裂状态下横向裂缝对钢筋混凝土结构耐久性的影响特性,开展了8根受弯开裂钢筋混凝土梁构件的盐溶液干湿循环试验;借助无损检测技术和破损实测方法,分别对氯离子侵入量、钢筋半电池电位、腐蚀电流密度以及平均锈蚀率等进行了对比分析。研究结果表明,裂缝的存在将提高混凝土的渗透性,裂缝处及周围混凝土内的氯离子含量明显增大;对于一定裂缝分布状况的钢筋混凝土试验梁,内部钢筋的腐蚀电位、腐蚀电流密度以及平均锈蚀率均高于裂缝自愈及无裂缝的试验梁,并受到保护层厚度与裂缝开展状态的影响,其影响规律可用单位长度内的平均裂缝宽度与保护层厚度的比值wm/c来进行综合评价。综合试验结果,初步建议海洋干湿侵蚀环境下钢筋混凝土构件的最大裂缝宽度wmax宜小于0.003 3 c,相关结论可为海洋混凝土结构的耐久性设计提供参考。     

The behavior of fly-ash derived arsenic in seawater

With the rising cost of oil the electric power generating companies are turning to coal as a fuel source. Large amounts of fly ash are produced as a by product of coal combustion. This fly ash must then be disposed of, with the oceans being considered an alternative to land fill disposal. This research investigated the sorptive behavior of the surface-associated arsenic and utilized the results to project arsenic's impact on the water column during the ocean disposal of fly ash.Several acid digests were investigated to determine an effective method of arsenic recovery from fly ash. Of these, the HCl digest was the most effective technique, yielding 100% arsenic recoveries from fly-ash particles. The arsenic content of the fly ashes studied varied from 69 ± 11 μg g⁻¹ to 323 ± 24 μg g⁻¹, reflecting differences in the arsenic content of the source coal. In both seawater and freshwater there is an increase in arsenic desorption with increasing pH. The greatest release of arsenic occurred at pH 12 with generally over 80% of the surface arsenic released.Fly ash in contact with seawater and freshwater can exhibit either acidic or alkaline tendencies depending upon the soluble elemental composition on the surface of the flyash particle. The acidic ashes were shown to leach a greater percentage of arsenic (16.9%) than the more alkaline ashes (8.2%). During these leaching studies in seawater, arsenic was found to leach in both the pentavalent and trivalent oxidation state. The pentavalent state was predominant, comprising 77% of the arsenic initially desorbed.The dissolution in seawater of arsenic was utilized to assess the possible impact of the ocean disposal of fly ash. Based upon these data it appears that the natural levels of arsenic in the water column would not be significantly increased. Further research is needed on the fate of fly-ash particles in marine sediments.