江苏大丰潮滩潮流边界层特征研究

2003年7月中小潮期间使用MIDAS-400用户化数据采集系统在江苏大丰潮滩上进行了垂向多层位同步的流速和悬沙浓度观测。根据观测资料研究了潮流作用下的潮滩底部边界层过程,结果表明,观测地点的潮汐不对称现象十分明显,落潮流速、历时和输水输沙量皆明显大于涨潮;在潮周期内的多数时间里流速剖面符合对数分布,但在风力较强、水流快速增加和流速缓慢的情况下,流速剖面常偏离对数分布;悬沙颗粒垂向混合均匀,悬沙浓度剖面符合Rouse公式;落潮时的底部切应力和摩阻流速明显大于涨潮,摩阻流速与各水层流速通常有较好的线性关系;滩面糙度主要与沙纹形态和推移质运动强度有关,它与摩阻流速存在密切关系;悬沙浓度具有明显的减阻效应,受其影响,摩阻流速和底部切应力分别减小了28%~41%和40%~62%。     

江苏梁垛闸潮间带表层沉积物特征及输运趋势

采用激光粒度仪对2004年1月在江苏梁垛闸附近潮间带下部采集的36个表层沉积物样品以及垂向海岸的8个表层沉积物样品进行了粒度分析,获得了粒径分布和矩值参数的分布规律,结果表明:(1)江苏梁垛闸附近潮间带表层沉积物以粉砂为主,随着由海向陆水动力的减弱,沉积物粒度参数出现有规律的变化,由海向岸其粒径逐渐变细,分选变好,砂的含量逐渐减少,粘土和粉砂的含量逐渐增多。(2)运用G ao-Co llins二维沉积物粒径趋势分析模型模拟出了江苏梁垛闸潮间带的泥沙输运趋势,即该区的泥沙主要向北和北偏东16°左右方向输运,这种运动趋势主要受当地的潮流特征、地貌形态等因素的控制。     

Grain-size distribution patterns of suspended sediment in response to hydrodynamics on the Dafeng intertidal flat, Jiangsu, China

1Introduction The sediment dynamics of intertidal flats in-volves erosion, transport, and settling processes. A-mong these, the mechanisms of sediment transportare a key question. Progress has been made in awide range of associated areas, including sedime…     

厦门吴冠海岸潮间带沉积物粒度特征及其沉积动力学涵义

潮滩沉积物的粒度参数可以用来反映沉积物沉积的水动力、沉积物来源和沉积物搬运趋势等环境信息。对厦门吴冠潮间带35个表层样的粒度资料进行分析的结果表明,研究区沉积物类型以黏土质粉砂和粉砂质砂为主;沉积物主要来源于海岸侵蚀物质的输入,随着沉积物向海方向搬运,沉积物粒度参数表现出有规律的变化趋势,即由岸向海粒径具有细化趋势,分选程度变好。与开敞海岸淤泥质潮滩粒度特征相比,研究区的粒度参数组合特征具有明显差异,这可能是由于水动力条件的差异引起的。     

三沙湾夏季底边界层动力过程及悬沙输运特征

基于2018年8月福建三沙湾湾内外共两个定点站位的船基和座底三脚架观测数据,研究了三沙湾底边界动力过程及悬沙输运特征。结果表明,三沙湾湾内湾外两个站位均表现出涨落潮历时相近但涨落潮流速明显不对称的现象,即湾内涨潮流速大于落潮流速,湾外则相反。湾内水体受淡水输入影响较大,表现出落潮期间显著的温盐层化,而涨潮期间水体混合良好;湾外水体受淡水影响不明显,表现为水体温度主导的层化。通过对底边界层动力过程的分析表明,湾内(距底0.75m)、湾外(距底0.50m)站位底边界层的平均摩阻流速分别是0.016m/s、0.013m/s,且两个站位拖曳系数基本相等(2.03×10^–3),表明在相同流速下湾内站位的底部切应力更大,近底沉积物再悬浮和搬运相对湾外站位更为显著。因此观测期间悬沙浓度最大值出现在湾内站位,为109mg/L,且悬沙在垂向上的分布可达上层水体;湾外站位悬沙浓度更低,并且底部悬浮泥沙仅能影响至距底5m的水体。悬沙通量机制分解结果表明,三沙湾夏季的潮周期单宽悬沙从湾外向湾内方向净输运,湾内站位向湾内方向净输运74.88 g/(m·s),平流输沙占主导作用,贡献率41....     

江苏大丰潮间带粉砂滩的潮流边界层特征

对江苏大丰潮间带粉砂滩的潮流观测数据，运用Karman-parndtl模型分析了流速对数剖面的出现频率和边界层参数（摩阻流速与粗糙长度）。结果表明，不同时间尺度（10^1-10^3s）的平均流速对计算u-lnz线性关系出现频率的影响不大，而不同层位组合的影响较为显著，影响流速对数剖面分布的自然因素为波浪、风、潮流旋转、表底层流向差异、滩面坡度和水流加减速等。相邻层位的流速在时间序列上存在很高的线性关系，回归直线的斜率与水层距底床的高度、粗糙长度和摩阻流速有关。涨潮阶段床面粗糙长度大于落潮阶段，涨潮阶段摩阻流速小于落潮阶段。     

青岛灵山湾潮间带沉积物粒度参数高光谱定量反演

潮间带表层沉积物粒度参数不仅是研究现代海岸动态和变迁的参照,也是评价人类活动可持续发展的依据。本文以灵山湾潮间带野外实地采集潮滩表层沉积物及其表面实时光谱信息为研究对象,分析高光谱用于粒度参数识别的能力。针对高光谱信息提取的困难,对光谱数据进行数学变换,利用多层感知器神经网络建立沉积物粒度参数与光谱反射率之间的关系模型,探索了利用表层沉积物反射光谱特性进行沉积物特征定量反演的可行性。结果表明:基于高光谱对沉积物粒度参数的定量预测是可行的,建立的预测模型可以较准确地反映潮间带沉积物粒度特征,其快速、准确的优点为测定潮间带表层沉积物粒度参数提供了一种新方法。该模型的建立为进一步提高潮间带变化监测和预测的研究提供了参考借鉴。     

苏北潮滩不同生态带沉积物分布特征

利用2004年1月3日在江苏盐城珍禽国家级自然保护区核心区新洋港采集到的表层和柱状沉积物样品,采用矩值法对该潮滩沉积物粒度和粒度参数进行了分析和计算,并对潮滩沉积物的水平和垂向分布特征以及不同植被对沉积物分布的影响进行了研究,结果表明:(1)自海向陆,光滩、互花米草滩、互花米草盐蒿混合滩、盐蒿滩和芦苇地5个亚带中,光滩沉积物的粒径明显较其它4个亚带处的粒径大,在接近互花米草滩时沉积物的粒径迅速变小,而互花米草滩等其它4个亚带处的沉积物粒径则变化不大。较低部位光滩沉积物的频率分布曲线呈不明显双峰分布,而较高部位的光滩及其它生态带内的沉积物频率分布曲线均为单峰,显示出物源较为单一的特点。(2)沉积物自海向陆粒度特征的变化规律反映了潮滩水动力条件对沉积物分布的影响,尤其是反映了盐沼植物在潮滩的发育过程中所起的重要作用。(3)周期性变化的潮动力作用、潮流不对称作用、植被以及潮滩不同部位淤积演化差异的影响造成了潮滩不同部位沉积物敏感组分粒度垂向变化的差异。     

Hydrodynamics and associated sediment transport over coastal wetlands in Quanzhou Bay,China

Coastal salt marshes represent an important coastal wetland system.In order to understand the differences between boundary layer parameters of vegetated and unvegetated areas,as well as the mechanisms of sediment transport,several electromagnetic current meters (AEM HR,products of Alec Electronics Co.Ltd.) were deployed in coastal wetlands in Quanzhou Bay,China,to measure current velocity.During the low tide phase,the surficial sediment was collected at 10 m intervals.In situ measurements show that the current velocities on the bare flat were much higher than those in the Spartina alterniflora marsh.Current velocity also varied with distance from marsh edge and plant canopy height and diameter.Around 63% of the velocity profiles in the tidal creek can be described by a logarithmic equation.Over the bare flat and Spartina alterniflora marsh,a logarithmic profile almost occurs during the flood tide phase.Sediment analysis shows that mean grain size was 6.7 Φ along the marsh edge,and surface sediments were transported from bare flat to marsh;the tidal creeks may change this sediment transport pattern.The hydrodynamics at early flood tide and late ebb tide phases determined the net transport direction within the study area.     

杭州湾北部潮流深槽区细颗粒物质输运与再悬浮过程

于2005年5月大潮期间在杭州湾北部潮流深槽区的4个站位进行潮周期观测,获得了流速、悬沙等数据,并对其进行了分析,计算了水沙通量和再悬浮通量。分析结果表明,该深槽区涨潮流速大于落潮流速,涨潮历时小于落潮历时,潮差自湾口向湾内方向增大;悬沙的组分以粉砂为主,分选较差,偏态以负偏为主,这些特征与底质一致;深槽中部和东部的悬沙沿岸线向湾内方向输运;深槽西部和东部外侧的悬沙输运方向与余流方向一致,分别向湾内和南部输运;除转流和流速加速初期外,垂线流速分布符合Kûrmûn-Prandtl模型,摩阻流速与垂线平均流速变化趋势一致。计算得到的表观粗糙长度在涨落潮时段的水流加速或减速阶段都呈增大趋势,且数值较大,这难以把它简单地归结为床面形态的作用,表观粗糙长度的变化趋势可能是高悬沙浓度和浓度成层性共同作用的结果,但对这一假说的验证还有待于进一步的现场观测和机制分析。计算所得的再悬浮发生的周期性与实测悬沙浓度的周期性相符,而且最大悬沙浓度的出现滞后于最大再悬浮通量,说明再悬浮作用对水层中悬沙浓度的变化具有重要影响。     

基于高光谱的潮间带表层沉积物粒度参数空间分布规律研究

研究发现,Hyperion高光谱影像的中心波长为1215和2133nm的波段反射率组合与沉积物粒度参数(平均粒径、偏态和中值粒径)之间以及平均粒径和中值粒径之差与分选系数之间有显著的线性相关特征,据此构建了线性回归模型,反演并分析了江苏省射阳河口南侧潮滩沉积物粒度参数的空间分布规律。经独立样本的检验显示,粒度参数反演的总体平均相对精度和平均绝对精度分别在75.70%和72.17%以上。从粒度参数的空间分布来看,具有明显的空间变化特征,总体变化趋势为:平行于岸线走向由北向南颗粒逐渐变细,分选变差,偏态由近对称转为正偏;垂直于岸线走向从陆向海沉积物颗粒逐渐变粗,分选性变好,偏态由正偏转为近对称,但是在中潮位附近,沉积物颗粒粗细交替分布,平均粒径较大,分选性表现为大致由中潮位附近向海、向陆变差。这种变化趋势与研究区的水动力环境及沉积物物质来源吻合良好。     

基于ADP-XR和OBS-3A的潮滩水文泥沙过程研究以胶州湾北部红岛潮滩为例

于2004年8月17~24日在胶州湾北部红岛潮滩上用OBS-3A和ADP-XR观测了水深、浊度、水平和垂直流速、回声强度、波浪、盐度、水温等水文泥沙要素,同时采集了悬沙和底沙样品作粒度分析.结果和结论为:(1)潮流动力较弱,表层和近底层最大流速分别只有31和26cm/s;(2)弱潮流动力导致潮周期大部分时间的悬沙浓度小于30mg/dm3,但浅水阶段近底悬沙浓度为100~1000mg/dm3;浅水阶段的短暂高悬浮泥沙浓度和其余长淹没时段的低悬沙浓度共同构成悬沙浓度的“U”形潮周期过程线;(3)悬沙浓度的垂直成层分布主要发生在潮周期的深水阶段和平静天气;(4)由于潮流弱和风浪的干扰,悬沙浓度未呈现大小潮周期的变化规律;(5)水体盐度为23.6~29.5;(6)淹没期的温度(21.4~28.6℃)比出露期的(19.3~30.9℃)稳定,温度极高值出现在午后出露期,而极低值出现在凌晨出露期;(7)“浅水效应”是弱动力潮滩泥沙运动的重要特点.     

粤西海陵湾底质沉积特征与泥沙输运路径

在分析粤西海陵湾表层沉积物分布特征的基础上,应用泥沙搬运矢量模型计算了泥沙净输运趋势。结果表明,海区南北两端均存在着一个泥沙聚集区,北侧是径流与涨潮上潮流交绥的响应,南侧是波浪与落潮下泄流交绥的响应。分选性好的中部广大区域受单一动力作用,泥沙净输移方向由北指向南。     

渤海海峡沉积物输运的参数化计算

本文以2018年冬季渤海海峡两个站位的定点连续观测数据为基础,使用一维参数化方案,计算了观测站位底边界层内的水平悬浮物输运通量以及推移质输运量。在参数化方案中,简化的一维对流扩散方程被用于计算底边界层内的垂向悬浮物浓度。为了验证参数化方案的可靠性,本文基于观测数据对比了两种底剪切应力计算模型、四种临界起动剪切应力计算方法和两种一维对流扩散方程解法。对比结果表明:(1)不同模型计算的底剪切应力结果相近;(2)临界起动剪切应力受到颗粒间黏性作用的影响;(3)一维对流扩散方程的求解过程需要考虑沉积物浓度的分层效应和不同粒级颗粒临界起动剪切应力的差异。基于上述对比结果确定的最优参数化方案,进一步计算了观测站位的沉积物输运量:(1)在有再悬浮的时段,距底5 m内的水平悬浮物通量占全水深悬浮物通量的比例(T01站约为21%,T02站约为17%)显著高于相同层位水通量的占比;(2)依据参数化方案估算的冬季平均的悬浮物通量比忽略底边界层悬浮物浓度垂向变化的传统方法结果高约16%;(3)推移质输运量比悬移质输运量约低两个数量级。     

南海北部外陆架表层沉积物粒度参数特征及物源分析

为研究南海北部外陆架沉积物来源及沉积特征, 对南海北部外陆架18 个站位进行了表层沉积物取样和分析, 通过对沉积物的分类和粒度参数的计算, 探讨了沉积物类型和粒度参数的分布特征及其指示意义。研究结果表明, 研究区表层沉积物类型包括砾、砂质砾、砾质砂、砾质泥质砂、含砾砂、含砾泥质砂和含砾泥7 种类型。沉积物输运方式在外陆...     

Sediment transport on an estuarine intertidal flat: Measurements and conceptual model of waves, rainfall and exchanges with a tidal creek

Sediment (silt) transport on a wave-dominated estuarine intertidal flat dissected by a tidal creek that connects to the watershed freshwater network is investigated by analysing field data from Waikopua, New Zealand, and by applying simple models. The intention is to expand understanding beyond the case of the idealised, two-dimensional wave-dominated flat. During fairweather (no waves), there is a continuous exchange of silt between the bed of the tidal creek and the upper flat, and that exchange is controlled by the elevation of the flat with respect to the creek bed. Rainfall in the watershed does not fundamentally alter the way the intertidal flat and the creek interact, but it does increase silt loads in the creek, which in turn increases the amount of silt exchanged with the upper flat. Waves on the flat are fetch-limited, and frictional dissipation causes waves to reduce in height at the edge of the water body. Under some circumstances, a frictional-dissipation zone may occupy the entire middle-plus-upper flat. There is a maximum in wave-orbital speed at the bed (U_sigb) in the middle reaches of the flat, which arises from the particular balance between down-fetch wave growth, wave dissipation by bottom friction, and attenuation through the water column of wave-orbital motions under the short-period waves. There is a progressive decoupling of suspended-silt concentration (SSC) from U_sigb moving from the bottom to the top of the flat, such that SSC is highest towards the top of the flat, where U_sigb is virtually zero. We suggest that this is due to wave activity retarding the settling of suspended silt, and explore that idea with a simple model that is capable of reproducing the essential features of the data set. The results are assimilated in a conceptual model of the system, which shows the balances that control net silt transport in the creek and on the different parts of the flat, three different silt sources, and the role of waves and rainfall. The conceptual model also points at the feedbacks between sediment-transport processes and morphology that are inherent in the system. Implications of those feedbacks to long-term morphodynamics are essentially unexplored.     

南海北部陆架坡折附近表层沉积物的粒度特征和其输运趋势

对南海北部陆架坡折附近取的50个表层沉积物样品,作粒度测试,计算粒度参数。粒度分析表明研究区的沉积物主要存在4种类型:含砾砂、砾质砂、砂质砾和含砾泥质砂;沉积物组分中砾石和砂占绝对优势,基本上不含黏土。综合因子分析和聚类分析的结果把研究区划分为4类沉积区:Ⅰ类沉积区属于内陆架沉积区,Ⅱ类沉积区属于陆架坡折上部沉积区,Ⅲ类沉积区属于陆架坡折下部沉积区,Ⅳ类沉积区区属于陆架边缘沉积区,每类沉积区都代表着不同的沉积环境。研究区沉积物的粒径趋势分析结果显示,陆架坡折附近的沉积物主要向内陆架和外陆架边缘或上陆坡输运,同时存在着跨陆架输运和沿陆架坡折输运现象,这与研究区实测的底流方向相一致。本研究表明,南海北部陆架坡折附近的沉积环境和沉积物输运模式比较复杂和特殊。本研究对今后陆架和陆坡区其他相关的研究具有十分重要的指导和借鉴意义。     

非对称歪斜波引起的片流输沙数值研究

本文用了一个可考虑相位差作用和波浪边界层非对称性的瞬态理论模型和一个两相紊流模型共同研究非对称歪斜波引起的片流输沙现象。为了解速度偏度和加速度偏度对输沙通量和输沙率的贡献,两相流模型为理论模型提供了必要的相位超前、瞬时侵蚀深度和边界层的发展过程。理论模型研究显示了由速度偏度和加速度偏度引起的向岸阶段和离岸阶段的泥沙运动非对称性,解释了净输沙的产生原因。在以往的非对称歪斜波片流输沙研究中,净输沙的产生主要被归结于相位差作用。本文的研究则表明了非对称的边界层发展所产生的净流量和动床面效应在净输沙产生过程中的比相位差作用更为重要。     

Effect of bed roughness on turbulent boundary layer and net sediment transport under asymmetric waves

This paper presents an investigation of the roughness effects in the turbulent boundary layer for asymmetric waves by using the baseline (BSL) k–ω model. This model is validated by a set of the experimental data with different wave non-linearity index, N_i (namely, N_i = 0.67, N_i = 0.60 and N_i = 0.58). It is further used to simulate asymmetric wave velocity flows with several values of the roughness parameter (a_m/k_s) which increase gradually, namely from a_m/k_s = 35 to a_m/k_s = 963. The effect of the roughness tends to increase the turbulent kinetic energy and to decrease the mean velocity distribution in the inner boundary layer, whereas in the outer boundary layer, the roughness alters the turbulent kinetic energy and the mean velocity distribution is relatively unaffected. A new simple calculation method of bottom shear stress based on incorporating velocity and acceleration terms is proposed and applied into the calculation of the rate of bed-load transport induced by asymmetric waves. And further, the effect of bed roughness on the bottom shear stress and bed-load sediment transport under asymmetric waves is examined with the turbulent model, the newly proposed method, and the existing calculation method. It is found that the higher roughness elements increase the magnitude of bottom shear stress along a wave cycle and consequently, the potential net sediment transport rate. Moreover, the wave non-linearity also shows a big impact on the bottom shear stress and the net sediment transport.     

海南博鳌海域的沉积物输运趋势与沉积速率

2001年与2009年分别在博鳌海域进行表层沉积物和柱状沉积物取样,通过粒度分析和计算获取沉积物粒度参数,借助放射性同位素测年估算沉积速率.结果表明,与2001年相比,目前万泉河口、沙美内海有细化趋势(由粗砂变为细砂),玉带滩北部沉积物变粗,而玉带滩南部变化不大.此外,目前沙美内海北部沉积物输运趋势和2001年正好相反,南部则基本一致.万泉河口北侧沙嘴由淤积变为侵蚀,与实地调查一致.玉带滩北部沉积物沿岸向南、向外海输运,原处于侵蚀状态的南部岸段现已处于稳定阶段,这与2001年和2009年两个时段的岸线对比结果吻合.210Pb测年结果发现,潟湖内的沉积速率约为2mm·a-1,和2001年的测年结果基本一致.