苏北辐射沙洲海域水文特征与COD潮扩散计算分析

采用平面二维水动力及污染物输运模型.针对研究海域的水动力特性.应用潮流场作为背景场驱动控制污染物浓度的对流扩散方程,利用有限元方法对苏北辐射沙洲海域大、中、小潮水动力特征及如东洋口港附近污染物输运进行了计算分析。计算结果与实测结果比较表明:计算所得潮流场合理.辐射沙洲区部分潮流脊间水道的潮流运动具有明显的定向往复流形式,潮流强,潮差大.且形成了辐射状潮流流炀;排污口排放的污染物的扩散影响范围不大,不利潮型为小湖,大潮和中潮情况下,污染面积有所减小。     

南黄海辐射沙洲成因的潮流数值模拟解释

用接近计算海域自然陆架坡度的均匀倾斜海底，对南黄海辐射沙洲区的潮流椭圆和潮流场进行数值模拟的结果表明：辐射状潮流场不依赖于海底地形而存在，相反，可能是产生和塑造辐射沙洲的主要动力。并用潮流和潮余流的计算结果，对沙洲区海底沉积物的运移、分布，海底沙洲北大南小的不对称性以及海底沙洲的动态作了解释     

苏北中部滨海平原成陆机制研究

苏北中部滨海平原位于废黄河三角洲和长江三角洲之间，其形成与全新世最大海侵之后长江、古黄河的供沙历史和供沙状况密切相关，并且现今海域南黄海辐射沙洲的辐聚点也位于这段海岸，故探讨其成陆机制具有重要意义。本文数值模拟了公元８世纪时该区的Ｍ２潮汐、潮流，在此基础上，计算了７种粒径泥沙在当时潮流场中的净输运状况，划分了海底冲淤区。计算结果表明，公元８世纪时苏北岸外存在大致以东台为顶点的辐射状古潮流场，其分布格局与现今苏北岸外大致以京港为顶点的辐射关潮流场基本一致，该辐射状潮流场的存在是由当时台东岸外的独特驻潮波波腹所决定的。进入苏北岸外古辐射状潮流场中的泥沙，在辐聚、辐散的潮流作用下，每一个潮周期均自ＮＥ、ＳＥ方向向东台附近海域净输运泥沙，在东台附近海域发生淤积。由此认为，苏北中部滨海平原是大致以东台为顶点的辐聚、辐散潮     

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。     

鸭绿江西水道口悬沙动力特征

根据鸭绿江西水道口外两个站位大小潮实测悬沙数据,结合表层沉积物特征及潮流动力分析结果,从悬沙浓度、悬沙输沙量和悬沙粒级3个方面,分析了悬浮泥沙浓度大小潮时空变化特征及其与潮汐、潮流动力因素的关系,净输沙量特征及输沙方向、悬沙各粒级百分含量与涨落潮及泥沙沉积物之间的关系等内容。计算分析表明:影响悬沙动力特征的主要因素为空间位置、动力强弱及泥沙源;1#站位细粒沉积物丰富,潮流及输沙受口门地形控制,2#站位地形平坦,沉积物颗粒粗,泥沙源来自异地;悬沙浓度受潮流、潮汐动力影响呈规律性变化,输沙量受潮流动力、泥沙来源双重影响;两个站位悬沙粒级百分含量随涨落潮的峰值变化及与流速、流向、潮位的对应关系的不同,有效的指示了沉积物空间分布特征,反映了外部环境对悬沙的作用过程。     

悬浮体粒度特征所反映的南黄海辐射沙脊群泥沙扩散趋势

基于大量的悬浮体现场粒度和浓度数据,借助细颗粒悬浮体作为示踪物,分析了潮流作用下南黄海辐射沙脊群海底沉积物的再悬浮和扩散特征,并探讨了沙辐射沙脊群以北泥质区的形成机制。研究结果表明：（1）在辐射沙脊群以北,近岸悬沙在离岸方向上的扩散受到限制,向南又被辐射沙脊群中心浅滩所阻挡,只能在辐射沙脊群与废黄河口之间形成沿岸分布的高浓度浑水团。（2）辐射沙脊群以北的往复潮流对海底沉积物有分选作用,倾向于把海底沉积物中的粗颗粒分选搬运至沙脊群,把细颗粒沉积物向北输送,从而在沙脊群以北形成泥质区。（3）在正常海况下,沙脊表层沉积物再悬浮作用十分微弱,沙脊上覆水体中的悬沙主要来自于临近沟槽海底沉积物的水平扩散。     

基于解析解的长江口南港悬沙侧向捕集特征分析

为探讨长江口南港的水动力结构及悬沙侧向输运特征,本文从解析解的角度构建了潮汐河口水沙输运数学模型,并将其应用到长江口南港某横断面上。南港水动力主控于半日潮流,余流主要由陆相径流及本地非线性对流项驱动,悬沙分布上北侧副槽远大于南侧主槽,水沙分布的计算结果与实测结果在结构上基本一致。通过输沙函数进一步分析表明,潮流输沙和余流输沙是南港侧向输沙函数的两个主要部分。南港中强劲径流削弱了涨潮流,增强了落潮流,使得向河槽南侧的涨潮流输沙小于向河槽北侧的落潮流输沙,潮流输沙指向河槽北侧。径流驱动的南港侧向余流在涨潮流方向上为一逆时针环流结构,余流输沙指向河槽北侧。扩散输沙指向南侧主槽,因其总是指向悬沙浓度梯度的负方向。在各输沙因子的综合作用下,南港中大量悬沙捕集于河槽北侧,使得河槽北部底层潮平均含沙量值达到最大值。     

苏北近海水动力场及污水稀释扩散的模拟

针对苏北辐射沙洲海域,通过数值计算,模拟了其水动力场;并利用实测数据对模拟结果进行了验证,分别就大、小潮情况下的流速、潮位及潮流变化特征进行了分析研究.在潮流场基础上结合苏北辐射沙洲附近海域污水排放情况进一步模拟了陆源排放污水的稀释扩散场,分别就两种典型污水排放量下污染物的稀释扩散范围及污水扩散场作了比较分析.结果表明,正交曲线网格能较好地拟合岸线,利用ADI法离散求解正交曲线坐标系下的控制方程,能够有效地对苏北辐射沙洲水动力场进行模拟;受太平洋前进潮波与黄海驻潮波的影响,苏北辐射沙洲岸外南向近岸流和长江冲淡水入海后形成的北上近岸流在弶港交汇,其水动力场以弶港为中心辐聚辐散,形成向外逸散的放射状150°扇面;涨潮平均流速略大于落潮平均流速,落潮流历时略大于涨潮流历时,形成辐射状定向往复流.利用水动力场基础上建立的污染物输运模型模拟污水的稀释、扩散场等值线分布,并计算污染物的稀释情况.在规划的3 000 m3/h污水排放量下,涨潮阶段,排污口A附近污水沿大丰港附近的深槽稀释扩散,排污口C附近污水自N、NE、E和SE方向扩散,污水稀释度等值线向外海有一定的扩展,但相对不明显;落潮阶段,在苏北南向近岸流和长江冲淡水入海后形成的北上近岸流作用下,包络线向北及向东突起,污水稀释度等值线在落潮过程中达到最大.在规划的5 400 m3/h污水排放量下,排污口附近的稀释度等值线范围明显增大,其中排污口A和B附近稀释度等值线相互包络,落憩时刻污水稀释包络范围达到最大.在小潮过程,污水稀释扩散情况和大潮的潮周期过程较为相似,由于潮流较弱,稀释度范围相对小于大潮情况,各阶段的污水扩散范围变化较大潮时小.苏北近海海域内潮汐强、潮差大,潮间带广阔,排污口附近海域的水动力场对污水有较强的稀释、扩散作用.利用苏北海域的水动力条件及物质输运规律科学地排入污水,充分发挥其自净能力,既可改善海域内水污染状况,促进当地经济的发展,又可节省相应的污水治理费用.因此,探讨该海域的水动力变化特征及污水稀释扩散规律是必要的.     

悬浮体粒度特征反映的南黄海辐射沙脊群泥沙扩散趋势

基于大量的悬浮体现场粒度和浓度数据,借助细颗粒悬浮体作为示踪物,分析了潮流作用下南黄海辐射沙脊群海底沉积物的再悬浮和扩散特征,并探讨了辐射沙脊群以北泥质区的形成机制。研究结果表明:(1)在辐射沙脊群以北,近岸悬沙在离岸方向上的扩散受到限制,向南又被辐射沙脊群中心浅滩所阻挡,只能在辐射沙脊群与废黄河口之间形成沿岸分布的高浓度浑水团。(2)辐射沙脊群以北的往复潮流对海底沉积物有分选作用,倾向于把海底沉积物中的粗颗粒分选搬运至沙脊群,把细颗粒沉积物向北输送,从而在沙脊群以北形成泥质区。(3)在正常海况下,沙脊表层沉积物再悬浮作用十分微弱,沙脊上覆水体中的悬沙主要来自于临近沟槽海底沉积物的水平扩散。     

东碇倾倒区疏浚泥悬沙输移和海床冲淤数值模拟

采用区域海洋模型ROMS(Regional Ocean Modeling System)在东碇倾倒区建立三维水动力与泥沙输移数值模型,在水动力验证的基础上模拟预测了在冬、夏季节不同背景潮流和风场作用下的疏浚泥悬沙输移规律及海床沖淤变化。结果表明:在纯潮流作用下,悬沙扩散以抛泥点为中心,呈圆对称分布,且冬季泥沙输移扩散范围比夏季大;加入风场驱动后,悬沙扩散呈下风面拖拽的椭圆形,同时水体混合加强更有利于高浓度悬沙的扩散,但对悬沙输移的作用不明显;抛泥点位置从倾倒区中心变为西北角后,其作用主要体现在冬季较高浓度区面积的减小和由于局地水槽引导而形成的向北延伸的浓度舌;在海床冲淤方面,潮流和风场的作用主要是改变地形增量较大的面积,而更改抛泥点位置则会导致地形增量最大值出现较大的差异。     

南黄海辐射状沙脊成因的沉积动力学研究

自南黄海辐射状沙脊被发现，尤其是江苏省海岸带和海涂资源综合调查揭示了其全貌，并同时测得辐射状沙脊区存在辐射状潮流场(任美愕，1986)以来，对南黄海辐射状沙脊的成因，主要包括其形成的水动力条件、物质来源、形成机理与形成过程等，本领域学术界一直存在争论1)(李从先等，1979；任美锷，1986；李成治等，1981；周长振等，1981；万延森，1982；刘振夏，1983；刘振夏等，1983，1995；耿秀山等，1983；夏东兴等，1984；夏综万等，1984；杨长恕，1985；黄易畅等，1987；张光威，1991；赵松龄，1991；朱大奎等，1993；杨治家等，1995；朱玉荣等，1995，1997；张东生等，1996；李从先等，1997)。 南黄海辐射状沙脊的形成机理及形成过程是与其形成的水动力条件、物质来源紧密联系在一起的。持该区的辐射状潮流场是受海底地形与(或)局部弶港海湾形态控制而形成观点的学者，多认为辐射状潮流场形成的同时或之后会反作用于海底地形，逐渐将海底地形改造成辐射状沙脊1)(任美锷，1986；李成治等，1981；万延森，1982；张光威，1991)，并且认为辐射状沙脊的形成需要几千年的时间1)，或是一个历史过程(李成治等，1981)，或经过最近一百多年的改造而形成(万延森，1982)，或形成于距今4000年前以来(张光威，1991)。这种观点的本质在于认为辐射状沙脊的辐射状形态是由海底地形的初始辐射状形态决定的，辐射状潮流场的作用在于使具初始辐射状形态的海底地形的辐射状形式更好，即认为辐射状潮流场对辐射状沙脊辐射状形态的形成不起决定作用。认为辐射状潮流场是由东海传入黄海的前进潮波与山东半岛南部的旋转潮波相交汇而形成，并且认为辐射状潮流场有可能自全新世海侵影响本区，或自7000年前以来就一直存在(对古海岸时辐射状潮流场存在的认识只是推测，尚缺乏证据)的学者，多认为辐射状沙脊的辐射状形态是由该区潮流场的辐射状形态决定的(周长振等，1981；刘振夏,1983；夏综万等,1984；杨长恕,1985；黄易畅等，1987；朱大奎等,1993；朱玉荣等，1995，1997),即认为辐射状潮流场对辐射状沙脊的辐射状形态起决定作用。这两种观点根本对立。     

Heterogeneous tide-surge interaction during co-occurrence of tropical and extratropical cyclones in the radial sand ridges of the southern Yellow Sea

The Radial Sand Ridges(RSRs)area in the southern Yellow Sea are subject to tropical and extratropical cyclone activities frequently,in which the special geometry feature and moving stationary tidal system result in complex storm-induced hydrodynamic processes,especially the tide-surge interactions.We studied a rare weather event influenced simultaneously by an extratropical cyclone EX1410 and Typhoon Vongfong as an example to investigate the characteristics of storm surges,wave-surge,and tide-surge interaction in the RSRs area,and applied a high-resolution integrally-coupled ADCIRC+SWAN model,in which the meteorological forcing inputs are simulated by the WRF-ARW model.The model is validated by records from 4 tide gauges and 2 wave buoys along the Yellow Sea coast.Results show that the tide-surge interactions are of considerable regional heterogeneousness.The surge curves at Lüsi(in south RSRs)and Jianggang(in middle RSRs)have abrupt falls near the time of low tide,where the peak occurrence time of interaction residuals tend to shift towards the mid-ebb period.Significant increase of bed shear stress in shallow waters was proved the dominant factor to affect the tide-surge interaction in broad tidal flats of the RSRs area.Differently,the interaction pattern in the Xiyang Trough(in north RSRs),showed a unique rising in mid-flood period due to the phase advances of real surge waves in relatively deep waters.Therefore,we suggested to the local flood risk management that the tide-surge interaction tends to alleviate the flooding risk in the RSRs area around the time of high tide,but aggravate the risk on the rising tide in the Xiyang Trough and on the falling tide in large-scale tidal flats of the southem RSRs area.     

Mechanistic Drifting Forecast Model for A Small Semi-Submersible Drifter Under Tide–Wind–Wave Conditions

Understanding the drifting motion of a small semi-submersible drifter is of vital importance regarding monitoring surface currents and the floating pollutants in coastal regions. This work addresses this issue by establishing a mechanistic drifting forecast model based on kinetic analysis. Taking tide–wind–wave into consideration, the forecast model is validated against in situ drifting experiment in the Radial Sand Ridges. Model results show good performance with respect to the measured drifting features, characterized by migrating back and forth twice a day with daily downwind displacements. Trajectory models are used to evaluate the influence of the individual hydrodynamic forcing. The tidal current is the fundamental dynamic condition in the Radial Sand Ridges and has the greatest impact on the drifting distance. However, it loses its leading position in the field of the daily displacement of the used drifter. The simulations reveal that different hydrodynamic forces dominate the daily displacement of the used drifter at different wind scales. The wave-induced mass transport has the greatest influence on the daily displacement at Beaufort wind scale 5–6; while wind drag contributes mostly at wind scale 2–4.     

渤、黄、东海海流和潮汐共同作用下的悬浮物输运、沉积及其季节变化

渤、黄、东海是一个水动力状况相当复杂的半封闭宽陆架海，本海区悬浮颗粒物含量高，季节变化明显，影响范围广，是世界上悬浮物含量最高的海域之一。对于该海域悬浮物的输运沉积过程、分布规律以及底质分布等中外学者均进行过比较深入的研究(秦蕴珊，1963； Honjo et al.，1974；Milliman et al.，1985，1986；秦蕴珊等，1987，1989；杨作升等，1992；Li et al.，1997；孙效功等，2000；雷坤等，2001)。然而，以往的研究大都基于实际海洋调查资料，由于受实测资料在时间和空间覆盖范围上的限制，很难从整体上把握渤、黄、东海陆架区悬浮物输运的时间和空间变化规律。数值模拟的方法能很好地克服上述局限，已有学者从不同角度对渤、黄、东海的某些海域的悬浮物进行了模拟研究。 董礼先等(1989)首先模拟了在二维潮流场作用下，黄、渤海推移质和悬移质的输运状况，得出潮流作用下海底的冲淤状况。Graber等(1989)利用有限水深的风浪模型、模拟了风浪对悬浮物输运、沉积的作用。Yanagi等(1995)用拉格朗日粒子追踪方法对整个东中国海冬季悬浮物的输运、沉积过程进行了计算。江文胜等(2000，2001)考虑了风等气象要素、外海传入的潮波的作用、悬浮物的沉降及再悬浮机制，对渤海中悬浮物的浓度进行了数值模拟。 海洋环流、潮汐、潮流和波浪均对悬浮物的输运与沉积产生影响，尤其在中陆架和外陆架地区，环流对悬浮物的长期输运起决定性作用，因此以往仅针对潮流、风浪作用的模拟很不完整，其结果与实际情况的差别也会较大。其次，海水的流动处在不断变化之中，小到日变化、月变化，大到季节变化、年际变化，因此定常风场、定常温盐场的环流模拟，即诊断流场并不符合实际情形。本文将首先对渤、黄、东海月平均风场、温盐场作用下的环流场进行模拟，进而探讨环流以及潮汐、潮流共同作用下的悬浮物输运过程及其季节变化规律。     

Observations of some sedimentary processes acting on a tidal flat

In order to examine sedimentary processes acting on tidal flats, eighteen foot valves were “plumbed” into a small tidal cove in southern New Hampshire. Transport of suspended sediment was determined by comparing concentrations (determined by filtering) at 15 and 30 cm above the tidal flats throughout a tidal cycle. In general, sediment resuspension occurs more readily on the flood tide than the ebb. The concentration of suspended sediment follows the water mass distribution and is affected to a lesser degree by tidal currents and small amplitude waves. Deposition occurs during slack water shortly after high tide primarily in the bottom regime (15 cm); it is probably related to coarser particle sedimentation. The water mass distribution was not a simple rise and fall perpendicular to the bottom contours, but rather followed a slow clockwise gyre. The net effect on the suspended sediments was to impart a “longshore” component of drift to the suspended load during the tidal cycle.     

基于GOCI影像的半月潮周期内渤海悬浮泥沙浓度变化研究

悬浮泥沙浓度(SSC)的变化对渤海海域的生态等有着重要的影响.本文基于已有表层水体SSC遥感反演算法进行了优化,利用较高时空分辨率的GOCI影像,基于优化后的模型对渤海表层水体的SSC浓度在半月潮周期中的时空分布与变化特征进行了研究.结果 表明:(1)渤海各海湾表层水体SSC在半月潮周期内的变化规律存在差异.从小潮到大...     

三门湾悬移质输运特征

三门湾为一典型半封闭强潮海湾,平均潮差4.25m,湾内外水沙交换剧烈。根据2003年在三门湾水文泥沙测验、分析结果,湾口附近N1、N2、N3站所构成的断面上:(1)从大潮到小潮,流速递减;从N1站向N3站流速增加;春季,大多数情况下涨潮流速大于落潮流速。而秋季,大多数情况下涨潮流速小于落潮流速。(2)春、秋季,大小潮期间N1、N2、N3三个站上平均悬移质浓度都是涨潮大于落潮;中潮期间这三个站上平均悬移质浓度都是涨潮小于落潮。     

Mechanistic Drifting Forecast Model for A Small Semi-Submersible Drifter Under Tide-Wind-Wave Conditions

Understanding the drifting motion of a small semi-submersible drifter is of vital importance regarding monitoring surface currents and the floating pollutants in coastal regions. This work addresses this issue by establishing a mechanistic drifting forecast model based on kinetic analysis. Taking tide-wind-wave into consideration, the forecast model is validated against in situ drifting experiment in the Radial Sand Ridges. Model results show good performance with respect to the measured drifting features, characterized by migrating back and forth twice a day with daily downwind displacements. Trajectory models are used to evaluate the influence of the individual hydrodynamic forcing. The tidal current is the fundamental dynamic condition in the Radial Sand Ridges and has the greatest impact on the drifting distance. However, it loses its leading position in the field of the daily displacement of the used drifter. The simulations reveal that different hydrodynamic forces dominate the daily displacement of the used drifter at different wind scales. The wave-induced mass transport has the greatest influence on the daily displacement at Beaufort wind scale 5-6; while wind drag contributes mostly at wind scale 2-4.