伶仃洋滩槽演变与水沙环境研究进展

珠江口伶仃洋是一个地貌独特、水沙条件复杂、具有重要航运功能的河口湾,其滩槽演变和水沙环境研究既有科学意义又有工程意义。在大量文献基础上,对珠江口伶仃洋滩槽演变与水动力泥沙环境的研究成果进行了归纳总结,包括伶仃洋的范围界定、成因、水下地形地貌特征及其成因、水域变化、滩槽演变及发展趋势、水动力泥沙运动特征及各种水沙现象、水动力泥沙环境模拟研究、治理与开发利用研究等,以期对伶仃洋滩槽演变、水沙环境及开发治理研究能起到一定的指导作用。     

珠江口内伶仃洋沿岸土地利用动态分析

珠江口内伶仃洋沿岸地区近年来大规模填海造田,使虎门、蕉门、洪奇沥和横门四大口门日益缩窄,水泄不畅,对环境造成很大影响。根据2003年在珠江口内伶仃洋水域获得的海洋地质环境与地质灾害综合调查资料,结合调查区5个时相的遥感影像资料,运用遥感影像机助解译方法、GIS空间分析方法、GPS定位方法以及相应的数理统计方法,综合分析了内伶仃洋沿岸老城区土地利用动态变化的特点及若干驱动因素,认为内伶仃洋沿岸的土地利用已从早期的填海造田、围海养殖,转向用于发展工业及高新技术的厂房和港口建设的土地开发。     

水质扩散系数在伶仃洋水域水体交换中的影响分析

选取珠江河口伶仃洋水域为例,建立了贴体曲线坐标系下的二维珠江河口水流数学模型,并采用纯隐格式的混合有限分析法对数学模型进行了离散和求解。在对模型验证的基础上,针对珠江河口伶仃洋水域中的水质扩散系数选取问题进行了分析和探讨。研究表明,主潮汐通道水体的置换率基本不受扩散系数取值的影响,扩散系数的影响主要体现在远离伶仃洋主潮汐通道和示踪剂浓度分界线的水域,并初步推荐了该水域示踪剂扩散系数的取值范围。     

港珠澳大桥人工岛水下滩槽演变的数值模拟与工程检验

港珠澳大桥地处伶仃洋的湾口水域,东、西人工岛分别位于伶仃洋大濠深槽两侧。人工岛水域水深流急,潮流正面冲击人工岛,易造成人工岛海域水下地形发生大的变化与调整,最终形成以人工岛为中心的局部滩槽新格局。在大桥工程设计阶段,采用伶仃洋二维潮流泥沙数学模型,对人工岛建设后的伶仃洋水沙环境和水下地形冲淤进行了模拟计算。模型预测结果表明,人工岛对伶仃洋水域的水沙环境影响集中在人工岛上、下游各5 km水域内,人工岛呈冲刷趋势,岛体上下游形成以岛为中心的梭状淤积体。人工岛建设10年前后的水下地形冲淤变化结果表明,人工岛建设引起的海床冲淤变化趋势与数学模型预测结果基本一致,此为当初采用的数学模型预测效果提供了良好的佐证。     

珠江口及邻近水域鱼类群落结构研究

根据１９８６－１９８７年珠江口及邻近水域底拖网鱼类采样资料，运用系统聚类与排序等多元分析方法和群落多样性指数，研究该水域鱼类群落结构及其与环境因素的关系。分析结果把该水域鱼类划分为淡水，河口和沿岸３个群落，分别位于莲花山－虎门河道，珠江河口伶仃洋和珠江口浅海水域，各群落结构组成呈沿盐度梯度成带分布的格局。     

珠江口伶仃洋滩槽发育演变影响因素的分析

珠江口伶仃洋汇集了虎门、蕉门、洪奇沥、横门的来水来沙,这些水、沙进入伶仃洋后,在各种因素的综合作用下,不断地运移,造成今天的伶仃洋三滩两槽复杂的水下地形。     

基于“发现”号ROV的近海底综合声学调查系统及其在台西南冷泉调查中的应用

随着海洋调查技术的发展和海洋研究的深入,基于深潜器平台的近海底调查在海洋调查与研究中的综合应用日趋常态。基于这一背景,本文介绍了搭载于"发现"号缆控水下机器人(remotely operatedvehicle,ROV)的近海底综合声学调查系统及其在台西南冷泉区的应用实例。基于"发现"号ROV平台的近海底综合声学调查系统主要由R2Sonic2024多波束测深系统,模块一体化的侧扫声纳-浅地层剖面系统和水下综合定位与导航系统构成。该系统的配置极大地扩展和完善了"发现"号ROV的近海底调查能力,实现了近海底多波束、侧扫和浅剖等声学数据的同步采集和快速融合处理。基于本套系统在南海冷泉区的综合应用,本文对其工作流程进行了介绍,并对所获得一系列成果进行了初步分析。结果表明,近海底综合探测系统的应用为南海冷泉区的识别、海底地形地貌特征分析以及空间规模量化研究等内容提供了不可或缺的基础资料。本套系统的配置和成功应用,有效地提高了我国的近海底调查和作业能力。     

30a来伶仃洋海岸线变迁及海底冲淤变化

采用Kriging网格化等方法,构建了伶仃洋1990年和2008年2期海底地形四维时空模型,结合210Pb测年,分虎门区、淇澳岛区、伶仃洋浅滩区、伶仃航道区和铜鼓航道周边区等5个亚区定量分析了1975年以来伶仃洋海岸线变迁和海底冲淤时空变化。30a来,全区陆地面积增加216.0km2,水域面积减少84.6km2,滩涂面积减少131.4km2,水域容积减少19 783.7×104 m3,年均淤积量达到477.4×104 m3,河口整体处于不断淤浅萎缩中。5个亚区的年冲淤量分别为-236.6×104,135.3×104,663.7×104,-452.7×104和367.7×104 m3;平均冲淤速率分别为-4.46,0.93,1.27,-5.49和2.93cm/a。虎门区和伶仃航道区总体水深加深,其他区域水深变浅,铜鼓航道周边淤积最为严重。虎门区水深加深主因是自然冲刷和人工采砂,伶仃航道水深加深是人工清淤的结果,铜鼓航道为新开挖的人工航道。受人工疏浚抛泥影响,各航道两侧水深明显变浅,其他区域水深变化系三角洲自然演变结果。随着伶仃洋两岸经济的迅猛发展,人类活动已成为该区海底地形地貌演变的重要因素。     

大深度近海底精细地形地貌探测技术

船载低频多波束测深声纳、侧扫声纳可以对深海海底地形地貌进行快速、高效、大面积探测,但其测量精度有限,难以满足深海科学考察、资源勘探开发对高精度海底地形地貌的需求。随着各类大深度水下移动载体(如深海拖体、水下机器人、遥控潜器和载人潜水器)的涌现,特别是各类耐高压测绘声纳的商业化,使大深度近海底精细地形地貌探测成为可能。首先分析了多波束测深声纳、侧扫声纳和测深侧扫声纳等3种测绘声纳的基本原理,然后分别介绍了各类测绘声纳的国内外典型商业化产品,并通过典型实例分析了其在大深度近海底精细测绘中的应用情况。     

珠江口及邻近水域鱼类群落结构研究

根据1986～1987年珠江口及邻近水域底拖网鱼类采样资料,运用系统聚类与排序等多元分析方法和群落多样性指数,研究该水域鱼类群落结构及其与环境因素的关系,分析结果把该水域鱼类划分为淡水、河口和沿岸3个群落,分别位于莲花山,虎门河道、珠江河口伶仃洋和珠江口浅海水域,各群落结构组成呈沿盐度梯度而成带分布的格局.淡水群落结构简单稳定,沿岸群落结构比较复杂,河口群落受水动力过程和生物活动影响最大,群落结构的季节变化较为显着.     

黄河三角洲北部海岸水下岸坡蚀退过程及主要特征

黄河三角洲海岸以其独特的成因、演化有别于其它海岸,本文通过对黄河三角洲北部海岸水下岸坡不同时期地形变化对比,展示了在侵蚀阶段潮间带蚀退变化的特征、潮下带斜坡准平衡带的形成及演化,并就其成因和发展作了探讨。     

Underwater Terrain Positioning Method Based on Least Squares Estimation for AUV

To achieve accurate positioning of autonomous underwater vehicles, an appropriate underwater terrain database storage format for underwater terrain-matching positioning is established using multi-beam data as underwater terrainmatching data. An underwater terrain interpolation error compensation method based on fractional Brownian motion is proposed for defects of normal terrain interpolation, and an underwater terrain-matching positioning method based on least squares estimation(LSE) is proposed for correlation analysis of topographic features. The Fisher method is introduced as a secondary criterion for pseudo localization appearing in a topographic features flat area, effectively reducing the impact of pseudo positioning points on matching accuracy and improving the positioning accuracy of terrain flat areas. Simulation experiments based on electronic chart and multi-beam sea trial data show that drift errors of an inertial navigation system can be corrected effectively using the proposed method. The positioning accuracy and practicality are high, satisfying the requirement of underwater accurate positioning.     

Underwater Terrain Positioning Method Based on Least Squares Estimation for AUV

To achieve accurate positioning of autonomous underwater vehicles, an appropriate underwater terrain database storage format for underwater terrain-matching positioning is established using multi-beam data as underwater terrain-matching data. An underwater terrain interpolation error compensation method based on fractional Brownian motion is proposed for defects of normal terrain interpolation, and an underwater terrain-matching positioning method based on least squares estimation (LSE) is proposed for correlation analysis of topographic features. The Fisher method is introduced as a secondary criterion for pseudo localization appearing in a topographic features flat area, effectively reducing the impact of pseudo positioning points on matching accuracy and improving the positioning accuracy of terrain flat areas. Simulation experiments based on electronic chart and multi-beam sea trial data show that drift errors of an inertial navigation system can be corrected effectively using the proposed method. The positioning accuracy and practicality are high, satisfying the requirement of underwater accurate positioning.     

基于GNSS方位辅助惯性导航系统的水下地形精密测量技术

多波束测深技术是目前水下地形测量的主要技术手段,测量平台的瞬时姿态及方位是影响多波束测深系统最终成果准确度的重要因素。GNSS方位辅助惯性导航系统,作为目前应用较为广泛的方位、姿态、及位置综合测量系统,不仅能够提供高精度位置信息,同时也能提供测量平台的瞬时姿态及方位数据,而且因为具有GNSS方位辅助测量,使得最终方位测量结果比传统方位测量精度大大提高,这对于多波束最终测量成果精度提高具有重要意义。文中从GNSS方位辅助惯性导航系统原理及技术优势出发,结合Trimble RTX后处理技术,从姿态测量、方位测量及辅助高程测量方面分析了在多波束水下地形测量中的应用,并以实际测量成果来展现其在水下地形精密测量技术方面的优势,结果显示,定位精度可以达到优于2 cm级别,方位精度可以优于0.01°(依赖于双GNSS天线之间的基线长度),该技术对水下地形测量准确度提升作用显著。     

多波束海底地形三维虚拟仿真研究

基于多波束探测获得的高精度海底地形数据,通过对水下地形进行设色纹理渲染生成地形和纹理数据集,以三维建模软件Multigen Creator和Terra Vista为主要工具,采用细节层次LOD(Levels of Detail)技术和虚拟纹理映射技术,建立起视景仿真领域通用的OpenFlight数据格式的三维地形数据库模型。利用交互式三维可视化分析软件Vega Prime可以真实直观地反映海底地形环境,实现了海底地形的三维可视化与漫游,可以更直观地表现和解译水下地形数据。虚拟现实技术为海洋测量数据的三维可视化展示方面提供了新的技术途径,在水下目标分析、航行保障和水下AUV、ROV安全保障中具有良好的应用前景。     

水下地形成图及数模整编系统的研究与运用

为了适应沿海经济对外的发展,满足水下地形测量以及数模研究、GIS应用的需求,自主研制了一套具有市场前景叉高效的水下地形成图及数模整编系统。     

上海市滩涂水下地形测量研究

针对上海市滩涂水下地形测量工作的历史与现状,详细介绍了滩涂水下地形的测量方法、技术标准以及测绘成果的应用,说明了水下地形测量工作在水利事业中发挥的重要作用,并对更好地提高测绘精度提出了建议,展望了滩涂水下地形测绘的未来发展。     

最近50年来莱州湾东部典型砂岸潮上带土地利用变化研究

以不同时期测量和成像的地形图和高分辨率遥感影像为数据源,综合使用野外调查、遥感(RS)、全球定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)等方法,对最近50多年来莱州湾东部砂岸典型岸段(界河口—刁龙嘴)的土地利用变化进行研究。结果表明,最近50多年来,莱州湾东部海岸土地利用/土地覆被变化显著,土地利用类型转化的总趋势是风沙地、林地、耕地向养殖池及居民地转化。从20世纪90年代初以来,该岸段潮上带风沙地大部分已为养殖池(塘、大棚)等所覆盖,在沿海防护林和海域之间新出现了一条平行于岸线、基本连续展布的水产养殖设施带,其外侧建有高出当地最高潮位的防浪堤。潮上带土地覆被的如此深刻变化,必然深刻地改变风暴潮作用时的水动力边界条件,导致风暴潮作用过程中沿水下岸坡—海滩—潮上带方向的能量分布发生调整,进一步会对海岸地貌及冲淤发生的范围、强度、性质和形式等带来变化。因此,大面积的潮上带土地利用可能是莱州湾东部砂岸,最近30年来海岸地貌冲淤演变的重要影响因素之一,这为今后深入研究并预测该段海岸地貌冲淤变化提供了新的视角。     

高频浅地层剖面技术在海底管道探测中的应用

在海底管道的探测中,为获知海管在海底的真实赋存状态,确定其埋藏深度或悬跨高度,多使用高频浅地层剖面仪等传统声学设备。但在海底斜坡、凹坑、凸起等不平整地层处,由于设备自身原理造成的地层探测界面偏移、图像失真及资料多解性问题仍困扰着工程人员。通过正演模拟的方法探究高频浅地层剖面仪在海底特殊地层处海管检测的波场传播特征,探讨资料的解释陷阱,并提出了解决方案。研究结果表明,利用浅地层剖面仪探测管道在海底的赋存状态,应将探测图像与海底地形、地貌、沉积物运移等因素结合起来综合考虑,把探测图像回归到真实海底环境中,以准确评价海底管道的安全状态。     

海底地形图表达方法探讨

为实现海底地形多样化表示与服务,丰富海底地形图表示样式,分析了海底地形图的主要内容,研究了海底地形图可视化表达机制。结合多源海底地貌与底质数据的特点,提出了基于颜色扩展联合图形符号、可灵活组合的海底地形图表示策略,给出了水深注记、等深线、深度区、海底底质这4类主要海底地形要素的具体表达方法。试验表明,设计的可视化表达方法能实现不同类型、不同来源、不同质量差异的多类型海底地形数据的有效表达,为海底地形数据的多样化表达提供参考。