江苏大丰潮滩悬沙级配特征及其动力响应

根据2002和2003年夏季在江苏大丰潮滩的现场观测资料,详细分析了悬沙级配的时空分布特征、影响因素及其对再悬浮、沉降和流速的响应.研究结果表明,悬沙颗粒较细,以粉砂为主,悬沙级配在潮周期内的变化模式有两种类型:一是稳定型,悬沙级配的时空(垂向和平面)变化很小;二是双峰型,悬沙级配的时空变化显著,粗细峰高度不断变化.再悬浮、沉降、涨潮时输入潮滩的悬沙和底质级配是影响悬沙级配的重要因子.再悬浮使粗颗粒悬沙的含量增加,悬沙与底质级配不断接近,沉降对悬沙级配的影响与再悬浮相反.再悬浮发生时悬沙级配对流速有明显响应.在没有再悬浮和沉降影响的情况下,潮滩不同部位、不同时间的悬沙级配趋于稳定和相同,对这种状态下的悬沙级配可称为背景悬沙级配,大丰潮滩背景悬沙级配的平均粒径为7μm.     

长江口崇明东滩水域悬沙粒径组成和再悬浮作用特征

根据2006年10月在崇明东滩潮间带和潮下带两个站位的大小潮水文泥沙观测资料和悬沙水样的室内粒度分析资料,对悬沙粒径的时空分布特征及其与流速等的关系进行了分析,并对再悬浮特点进行了探讨,结果表明,大小潮期间的悬沙颗粒组成较细,平均粒径的均值仅为6μm;大潮时的悬沙粒径略粗于小潮的,潮间带的略粗于潮下带的;由底床向上悬沙粒径趋于减小。悬沙粒径与流速、悬沙含量无明显的统计学关系,底质粒径、再悬浮强度和再悬浮泥沙粒径的空间变化以及浮泥的悬浮作用等是主要的影响因素。由于底质粒径的空间分布复杂,在东滩水域再悬浮具有明显的空间变化。在底质平均粒径大于60μm的粗颗粒沉积区,大小潮的再悬浮作用微小,底质以推移质运动为主。在底质平均粒径介于5~11μm的细颗粒沉积区上,悬沙级配与底质级配基本相同,该区域是再悬浮的主要发生源地;悬沙级配的变化过程揭示,再悬浮对底层悬沙的贡献率平均为8%~20%,大潮时的再悬浮强度是小潮的5~10倍,由底质再悬浮产生的悬沙在底部水层中的平均含量约为0.03~0.47 kg/m3。     

Observations of boundary layer parameters and suspended sediment transport over the intertidal flats of northern Jiangsu, China

A current-turbidity monitoring system (CTMS) was deployed on the intertidal flat at Wanggang, northern Jiangsu during October 16-17, 2000, to measure the tidal current speeds and seawater turbidities at 5 levels above the seabed. Based upon the logarithmic-prof‘de equation, the boundary layer parameters, i.e., u*, Z0 and C60, were obtained for 247 tidal flow velocity prof‘des. Around 90% of the profiles were logarithmic according to the critical correlation coefficient. Internal consistency analysis shows that these parameters derived by different methods are consistent with each other. In addition, the height of the bedforms observed is close to the seabed roughness lengths calculated from the velocity prof‘des, indicating that the boundary layer parameters obtained can reveal the conditions at the sedimentwater interface on the intertidal flats. Suspended sediment concentrations were obtained from the 5 CTMS turbidity meters using laboratory and in-situ calibrations. The results show that the in-situ calibrated SSCs have a much higher accuracy than the laboratory calibrated ones. Calculation of suspended sediment fluxes on the intertidal flats, with a magnitude of 104 kg/m per spring tidal cycle, indicates that suspended sediment moves towards the northwest, which is reversal to the transport pattern controlled by the southward Northern Jiangsu Coastal Current in the sub-tidal zone and adjacent shallow waters.     

1998年11月长江河口悬浮体粒度特征的空间分布

利用Cilas940L型激光粒度仪对1998年11月取自长江河口的46个悬浮体样品进行了粒度测试分析。结果表明，长江河口悬浮体粒度特征在空间上具有明显的变化。悬浮体粒度的平均粒径、分选系数、偏态和峰态等参数，以及粉砂和粘土级含最在河口区平面和垂向上的分布的变化部较为显著。悬浮体的粒度分布为非正态分布，表层悬浮体为双峰分布模式，底层悬浮体为双峰或三峰分布模式。重点探讨了长江河口悬浮体粒度变化的影响因素中的表层沉积物的再悬浮作用和悬浮细颗粒絮凝这两个主要的因素。对长江河口表层沉积物的再悬浮通量进行了估算，表明，不同区域的再悬浮作用存在较大的差异，拦门沙地区为主要的再悬浮发生区。     

苏北大丰港海域航道临时抛泥区悬沙扩散影响研究

以大丰港航道临时抛泥区抛泥为研究对象,建立苏北辐射沙洲大丰港海域二维潮流泥沙数学模型,研究了航道临时抛泥区抛泥后的泥沙运移特征及对周边航道、锚地的影响。研究表明,在地形和边界的约束作用下,抛泥区的水质点运动具有明显的往复流特征,大潮涨落潮水质点轨迹存在一定的流路分歧;抛泥区抛泥后,高浓度含沙水体呈南北条状形态,轴线与航道基本平行;涨急和涨憩时刻抛泥,悬浮泥沙对航道具有一定的影响,而落急和落憩抛泥,悬浮泥沙对锚地影响相对较大。     

庙岛海峡周边海域表层沉积物再悬浮及悬浮泥沙输运机制

根据实测水文泥沙资料,利用悬浮泥沙沉降公式、泥沙起动流速公式、再悬浮通量与沉降通量公式以及通量机制分解方法,分析了庙岛海峡周边海域的悬浮泥沙时空分布和变化特征,计算了再悬浮通量、沉降通量、单宽悬浮泥沙输运量,探讨了表层沉积物再悬浮和悬浮泥沙运移特征及动力机制。结果表明,悬浮泥沙浓度周期变化与潮流流速周期变化具有较好的相关性,底层悬沙浓度变化对高流速的响应比较明显,表层悬沙浓度变化对低流速响应比较明显;悬浮泥沙单颗粒沉降现象不明显,除庙岛海峡外其他海域较适合悬浮泥沙絮凝沉降,并以中、底层絮凝沉降为主,且表现出自表层至底层絮凝沉降作用逐渐加强趋势;表层沉积物再悬浮对近岸浅水区、庙岛群岛周边海域水体悬浮泥沙浓度的影响显著于其他海域;悬浮泥沙输运整体以平流输运为主,垂向净环流为辅,庙岛海峡南侧向黄海输沙、北侧向渤海输沙,二者同时进行,悬浮泥沙净输运主要由水道向两侧浅滩。     

粒径趋势分析对长江南支口外沉积物输运的指示意义

沉积物粒径趋势分析是自20世纪80年代逐步发展起来的一种粒度分析方法,其核心是从沉积物粒度参数的空间分布变化规律中提取沉积物净输运方向的信息[1].这一方法已经成功地被应用于河流体系、湖泊、海岸带、港口、河口乃至陆架、海底峡谷等多种沉积环境中进行沉积物输运趋势的分析[2~11].目前将该方法直接应用于大河三角洲沉积体系来探讨沉积物在三角洲体系内部的输运趋势的研究还较少见.     

悬沙组分对再悬浮过程响应的初步研究——以长江口南槽口门为例

根据2011年5月31日至6月3日在长江口南槽口门附近海域投放三角架观测系统获取的沉积动力观测数据以及现场采集的水样和底质样品,进行底部边界层参数、悬沙粒度及悬沙组分分析,以探讨研究区近底部边界层特征和沉积物再悬浮过程。结果表明,研究区海域的悬沙以粉砂组分为主,潮周期内近底部流速与相应层位的悬沙浓度变化呈正相关,存在显著的再悬浮作用。分析发现,随着水体中悬沙砂组分的增加,再悬浮通量随之显著增加;砂组分减小,则再悬浮通量亦减小。因此,悬沙砂组分是对再悬浮过程响应的敏感组分,在一定程度上可指示和"示踪"再悬浮效应。     

长江口北支悬沙浓度在潮周期内和大小潮周期尺度的变化特征及输运研究

Profiles of tidal current and suspended sediment concentration(SSC) were measured in the North Branch of the Changjiang Estuary from neap tide to spring tide in April 2010. The measurement data were analyzed to determine the characteristics of intratidal and neap-spring variations of SSC and suspended sediment transport. Modulated by tidal range and current speed, the tidal mean SSC increased from 0.5 kg/m3 in neap tide to 3.5 kg/m3 in spring tide. The intratidal variation of the depth-mean SSC can be summarized into three types: V-shape variation in neap tide, M-shape and mixed M-V shape variation in medium and spring tides. The occurrence of these variation types is controlled by the relative intensity and interaction of resuspension, settling and impact of water exchange from the rise and fall of tide. In neap tide the V-shape variation is mainly due to the dominant effect of the water exchange from the rise and fall of tide. During medium and spring tides, resuspension and settling processes become dominant. The interactions of these processes, together with the sustained high ebb current and shorter duration of low-tide slack, are responsible for the M-shape and M-V shape SSC variation. Weakly consolidated mud and high current speed cause significant resuspension and remarkable flood and ebb SSC peaks. Settling occurs at the slack water periods to cause SSC troughs and formation of a thin fluff layer on the bed. Fluxes of water and suspended sediment averaged over the neap-spring cycle are all seawards, but the magnitude and direction of tidal net sediment flux is highly variable.     

南海北部湾表层悬浮体分布规律

受实测数据海域位置的限制,目前基于遥感手段对北部湾表层悬浮体的研究,在部分海域如海湾西部精度不高,且缺乏对悬浮体浓度（suspended sediment concentration,SSC）季节变化的研究。基于2003—2017年MODIS-Aqua卫星L1B数据,结合海南岛西部、广西沿岸和越南沿岸实测数据,建立表层SSC的反演模型,获得北部湾海域2003—2017年月均表层SSC分布,并对其影响因素进行初步探讨。结果显示：北部湾表层SSC存在3个终年高值区,包括广西沿岸、海南岛西侧和红河三角洲沿岸;受河流输沙和海洋动力季节变化影响,SSC表现为冬季和夏季较高、春季最低的季节变化特征;热带气旋过境导致北部湾海域SSC增高,其中热带风暴“贝碧嘉”过境时位于路径右侧的雷州半岛西部SSC较多年平均值增幅达75%。     

长江口水体表层悬浮泥沙时空分布对环境演变的响应

基于1974-2009年15个时相的陆地卫星影像,采用Gordon模型在长江口地区开展了悬浮泥沙浓度反演研究。对反演结果的时空分布规律分析表明:近40 a来长江口悬浮泥沙浓度最大下降幅度达40%;悬浮泥沙浓度演化规律与长江口来沙量变化规律具有较好的相关性;曲线拐点与2003年的长江截流、2006年三峡水库蓄水等重大工程事件吻合良好。在忽略波浪、地形等影响因素的情况下,在长时间跨度范围内,遥感技术反演的长江口悬浮泥沙浓度对长江流域环境变迁与人类水利工程活动响应敏感,较好的揭示了环境的变迁。     

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。     

江苏中部海岸潮沟形态对滩涂围垦的响应

根据2001-2013年江苏中部海岸的遥感影像和野外观测数据,对滩涂围垦影响下潮沟的形态演变过程进行分析。结果显示,研究区潮沟在大规模滩涂围垦影响下整体有明显的退化和消亡趋势,潮沟集水面积由2001年的293.94 km2逐渐降低到2013年的103.40 km2,潮沟长度随着其集水面积的缩减呈幂函数减小(R2=0.98),而潮沟宽度随着潮沟长度和集水面积的变小呈指数方式变窄(R2分别为0.87、0.93),总体上研究区每围垦1 km2滩涂,潮沟长度和宽度分别减小约2.60 km和0.67 m,在整个滩涂围垦过程中,落潮后期潮滩的主要排水方式逐渐由潮沟排水向滩面排水方式转变。江苏中部海岸潮沟形态在统计上具有多尺度分形结构,总体上研究区分纬值从大到小依次为潮沟分维值、各潮沟系统分维值、单支潮沟分维值。研究区潮沟的分维值(无标度区间25~210内)在滩涂围垦影响下呈波动性降低,由2001年的1.26逐渐降低到2013年的1.13,各潮沟系统的分维值随着其分汊个数减少呈线性降低(R2=0.89),各单支潮沟的分维值随着其蜿蜒性减小呈线性降低(R2=0.86)。根据潮沟的退化和消亡过程反推潮沟的起源和发育过程,本研究认为研究区最早出现的一类潮沟可能是陆源水流侵蚀型潮沟,而滩面水流冲刷型和潮流辐聚侵蚀型潮沟是随着潮滩淤积变宽过程逐渐发育的,其最初的发育形态可能是潮滩下部的冲刷凹地。     

椒江河口洪季最大浑浊带核部的悬沙分选机制

以实测悬沙粒径、流速、含沙量资料为基础,通过悬沙不同粒级组分、中值粒径以及粒度参数的统计,分析椒江河口最大浑浊带核部悬沙粒径分布变化特性。研究表明,悬沙粒径分选主要受物质来源、潮流动力作用下底部部分物质再悬浮和絮凝沉降3个因素的影响。其中第二个因素起主导作用,大潮期比小潮期显著,第三个因素的作用主要发生在涨落憩前后低流速期,并在表层较近底层的水体明显。     

黄河三角洲埕北海域底质沉积物粒度特征及泥沙输运分析

通过黄河三角洲埕北海域表层沉积物的粒度资料、实测潮流数据以及50 a一遇的波浪要素,分析了埕北海域表层沉积物的分布类型以及粒度参数特征,并计算了表层沉积物的临界起动应力、日平均单宽输沙通量以及波流共同作用下的单宽推移质输沙率。结果表明:研究区表层沉积物主要是粉砂质砂、砂质粉砂、粉砂和泥四种,分选中等偏差,近对称到正偏,中等尖锐到尖锐峰态;对大潮期间埕北海域潮流底应力和表层沉积物的临界起动应力的计算说明潮流在大部分区域具有起动和输运泥沙的作用;秋季潮流作用下的日平均单宽输沙通量均值为372.32 kg/（m·d）,方向为涨潮流向。利用贝克尔（Bijker）和经典的Van Rijn公式计算出的50 a一遇的波流共同作用下单宽推移质日平均净输沙率结果近似相等。     

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。     

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。     

黄河三角洲潮滩高浓度悬浮沉积物的控制因素

黄河口潮滩以其悬浮沉积物浓度高而闻名。但是,目前对其高浓度悬浮沉积物的控制因素和来源的了解尚不清晰。因此,本文基于黄河口潮滩上为期7天的水动力(水深,波高和水流速度)和悬浮沉积物浓度观测,对黄河口潮滩不同海况下悬浮沉积物的控制因素和来源进行分析。数据显示,在大部分时间里,黄河口潮滩处于1级海况下(波高小于0.1m),SSC的变化范围为0.1-3.5 g/L,潮流的沉积物输运为悬浮沉积物的主要来源。但是,当水动力作用增强并且导致海底发生大规模侵蚀时,再悬浮沉积物成为了悬浮沉积物的主要来源,水体中的悬浮沉积物浓度可达到17.3 g/L。我们发现悬浮泥沙通量主要受平流输运的控制,而波浪引起的切应力也可通过影响悬浮泥沙浓度影响悬浮泥沙通量的变化。在观测期间, 1级海况下,流致再悬浮沉积物浓度(RSC)大于波致RSC。与此相反,在2级海况下,波致RSC大于流致RSC,例如,在观测期间出现的单个波浪事件导致6小时内海床被侵蚀了11.8 cm。该研究揭示了河控河流三角洲潮滩附近高悬浮沉积物浓度的不同控制因素,并有助于我们更好地了解三角洲的沉积和侵蚀机制。     

河口海岸二维悬沙数学模型挟沙力公式修正及应用

在河口海岸二维悬沙数学模型中,半潮或全潮平均的潮流挟沙能力并不能完全反映其逐时的实际情况,为此进行了分析研究。研究结果表明:1)应用半潮或全潮平均的潮流挟沙力公式进行悬沙数值模拟时,应引入一个修正系数;2)该修正系数与公式中的指数成反比,与相对水深成正比,且与相位角也存在一定联系;3)该修正系数理论正确、实用方便、验证成果良好,实例计算表明能够较好地复演天然悬沙场分布。     

长江口悬沙沉速室内试验研究

在充分认识传统沉降筒缺陷的基础上提出了"大型可温控自动搅拌沉降试验筒"。通过室内系列试验发现:(1)含沙量对长江口细颗粒沉降速度影响最大;(2)温度上升,沉速增加,但不同阶段影响程度有所不同;(3)含沙量越高,盐度对沉速的影响越小,含沙量相同情况下,长江口北槽悬沙枯季水温下盐度对沉速的影响在1.8~5.7倍左右;洪季水温下盐度对沉速的影响在1.5~2.2倍左右。(4)枯季最佳絮凝盐度在7左右,最佳絮凝含沙量为7 kg/m3;洪季最佳絮凝盐度在10~12左右,最佳絮凝含沙量为4.5kg/m3。本研究成果可望加深我们对细颗粒泥沙动力过程相关机理的认识,同时可为相关港口、航道的淤积机理分析,数学模型、物理模型研究工作提供一定技术参考。