声学悬浮泥沙观测系统的研制和应用

为观测水中悬浮泥沙的浓度剖面、监测水中污染物及研究近岸海区泥沙的迁移和沉积,研制了声学悬浮泥沙观测系统(ASSM).总结了设计时主要技术参数的确定及解决关键技术的方法。应用此系统观测长江口悬浮泥沙,得到典型悬浮泥沙浓度剖面。     

声学悬浮泥沙观测数据现场定标研究

用声学设备探测水体中悬浮泥沙浓度及其变化的关键问题是对观测数据进行标定。通过分析在长江口海域现场观测得到的声学后向散射强度数据和水样泥沙实测值,提出了三种将声学观测数据转换为泥沙浓度的现场标定方法。结果表明,采用特征时刻标定所得数据与实际值相比离散性较小,统计误差约为20%.该方法比同步采水标定更为简便实用。     

枯季珠江河口悬浮泥沙絮凝沉降特征的观测与分析

2000年1月,利用L ISST-ST现场激光粒度沉速仪,对珠江河口悬浮泥沙的现场粒级与沉速特征进行观测和分析,结果表明:珠江河口悬浮泥沙絮凝沉降特征具有复杂的时空变化,悬浮泥沙颗粒现场中值粒径为10~96μm,各粒级颗粒的现场中值沉速为0.001~0.02 cm/s,并可用关系式iω=k.din(0.29相似文献   

钦州湾悬浮泥沙特征

钦州湾由于湾内外特殊的海洋动力、泥沙来源和地形地貌条件,导致海湾悬浮泥沙特性存在较大差异。通过2007年和2010年钦州湾13个站位的实测悬浮泥沙含沙量数据,总结了钦州湾的泥沙来源,分析了钦州湾悬浮泥沙的空间分布特征、运移趋势和输沙能力。研究结果表明,钦州湾泥沙主要来自河流输沙、海向来沙及岸滩侵蚀;水体含沙量最大值空间分布整体表现出"外湾 > 内湾 > 湾颈"的特点,平均值由内湾到外湾逐渐减小;水体垂向平均含沙量最大值出现层位不同,内湾表底层平均含沙量趋于一致,但中层略大,而外湾由表层至底层存在渐进变化;潮流强度、地形特征及泥沙来源是影响悬浮泥沙空间分布的主要因素;悬浮泥沙输运主要受潮流控制,输沙强度呈"湾颈 > 外湾 > 内湾"特点,总体输沙趋势由湾顶向湾外、沿落潮流由北向南输运。     

大沽河口悬浮泥沙遥感模式实验研究

河口悬浮泥沙反射率渡谱特性研究是悬浮泥沙遥感定量分析的基础工作。不同水域悬浮泥沙物质成份、粒径分布和浓度的不同,其相应的反射率波谱特性也有所差异。对此,国内外尚未建立起具有普适型的算法模式,用以处理不同水域的悬浮泥沙遥感问题。鉴于此,我们于1991年9月6～11日对胶州湾大沽河口区进行了现场悬浮泥沙波谱特性实验。由此建立了大沽河口悬浮泥沙落度SSC与陆地卫星TM_3和TM_4渡段相应的光谱反射率之间的数学模式。经过相关分析和误差分析的检验证明,由模式计算所得结果是令人满意的。     

基于ADV声学泥沙反演与扩散机制分析

利用座底三脚架观测系统于2012年洪季对珠江黄茅海河口湾底边界层沉积动力过程进行了系统观测,建立了基于现场ADV探测的高频泥沙声学反演方法,分析了泥沙浓度、泥沙扩散通量及泥沙扩散系数随潮汐变化的特征,探讨了泥沙再悬浮的湍流猝发机制。泥沙浓度、泥沙扩散通量、涡动扩散系数及泥沙扩散系数具有明显的潮汐变化特征,主要表现为急流时较大、憩流时较小。泥沙沉降速度与泥沙浓度之间的幂函数关系可以很好地描述潮周期内沉降速度的变化。湍流猝发过程中,喷射和扫射事件是泥沙垂向扩散的主要动量来源,大振幅的猝发事件对泥沙垂向扩散具有决定性影响。     

厦门嵩屿附近水域洪水期悬浮泥沙活动的特征

本文根据1984～1986年5次水文泥沙观测资料,研究了福建厦门嵩屿附近水域洪水期悬浮泥沙对河口三角洲和厦门西港东渡以南海域的淤积作用。     

闽江口拦门沙悬浮泥沙动态的遥感分析

闽江口内、外拦门沙是福州港通海之主要障碍。本文应用遥感分析研究其悬浮泥沙的动态。结果表明,内拦门沙的形成与演变受多种因素控制,最重要的是川石水道的分流;外拦门沙是经梅花水道合流和铁板沙过滩水流分流后川石水道远端泥沙扩散的产物。目前,外沙浅滩仍显现不稳定状态。这些结论可为闽江口拦门沙整治规划提供科学依据。     

珠江口悬浮泥沙迁移数值模拟

建立了珠江口海域三维悬浮泥沙的非饱和输沙数学模型,并与珠江口三维水动力斜压模型耦合,对悬沙迁移分布进行了模拟。模型由4个点的逐时实测含沙量过程进行了验证。各点模拟含沙量与实测含沙量吻合较好,表层分布与同期珠江口悬沙分布遥感图像基本一致.模拟结果表明,珠江口海域悬沙分布分层明显,河口附近水域大多为底层含沙量大于表层,但在盐淡水交汇处出现中层含沙量最小的情况总体上,自各个口门输出的泥沙受沿岸流作用向西南万向输送明显。大多数河口落潮时相对涨潮时含沙量等值线外移,反映珠江口水域悬浮泥沙主要来自河流。     

小尺度海底沉积物的声衰减特性研究

为研究小尺度海底沉积物样品的声衰减特性,作者提出了用声学探针测量海底沉积物声波幅值的新方法,对沉积物样品扰动小,两个测量点的距离可小于波长,为海底沉积物微观声衰减测量提供了新手段。作者用小于波长的间隔逐点测量了沉积物的压缩波幅值,数据分析表明沿沉积物柱状样全长的声衰减满足指数衰减模型。目前主要用同轴差距衰减测量法获得海底沉积物声衰减数据,但该方法不能辨识声衰减模型,因此不同海区的测量结果难以建立联系。对此作者又提出用声吸收系数反演的幅值比与声衰减系数反演的R值(两种幅值比的比值)作评价依据,分析了垂直轴差距衰减测量法获得的南海海底沉积物声衰减测量数据,发现部分沉积物样品声衰减的R值远大于1,其声衰减不满足指数衰减模型。在声衰减满足指数衰减模型的条件下,用Hamilton的声衰减和频率经验公式预报的南海沉积物声衰减比与作者用声学探针测量海底沉积物所得的声衰减比对比,通过对R值分析得出Hamilton的声衰减和频率经验公式可以预报南海沉积物声衰减比的范围。作者提出的声学探针测量海底沉积物声衰减的方法的优点是既能获得声衰减数据又能辨识声衰减模型,不同海区测量的沉积物声衰减比可用R值建立联系。     

南海浅海海底沉积物的声衰减

报道了南海浅海海底沉积物的声衰减性质。给出了测量和计算海底沉积物声衰减的方法。分析讨论了不同频率下的声衰减以及与若干个海底沉积物物理参数的关系,结果表明,同一类型沉积物在高频段时的声衰减要比低频段的声衰减大;同一频段下粗颗粒沉积物的声衰减要比细颗粒的声衰减大;北部湾海底浅层沉积物声衰减在低频100kHz下为80~150dB/m,在高频1MHz下为150~360dB/m;海南岛南部外海海底浅层沉积物声衰减在低频下为66~160dB/m,在高频1MHz下为190~350dB/m;高频段的数据与台湾海峡北部海底表层沉积物声衰减测量分析数据比较接近,而低频段的数据与台湾海峡北部海底表层沉积物声衰减测量分析数据有较大的差别。     

水声通信及组网的现状和展望

水声通信是海洋中无线信息传输的主要技术手段。水声通信技术在海洋环境监测、水下航行器/载人潜水器作业等方面有着广泛应用。同时,水声信道传输状态多变、海洋作业环境恶劣,对通信算法和设备可靠性有较高要求,水声通信及组网成为目前的研究热点。文中面向海洋环境监测领域,从水声通信物理层技术、网络技术及组网应用等方面进行介绍,并对未来技术趋势进行展望。     

海底沉积物声衰减研究现状及展望

根据近年来海底沉积物声学物理研究发展的态势,介绍了与研究声衰减有关的海底沉积物样品采集装置和海洋沉积物声速结构模式,综合解析多种对海底沉积物声衰减等声学特性研究方法,并做出较为详细地比较和讨论,提出对海底沉积物声衰减研究在满足科研要求的同时也应符合国家标准和要求。同时,指出了研究海洋沉积物声衰减的必要性和重要性,强调了对海底沉积物声衰减研究的科学意义和应用意义。     

海底底质声学性质原位测量技术研究

系统介绍了海底底质声学性质原位测量技术,提出了新的原位测量方法,并根据这一测量方法,初步设计制作了相应的海底原位测量仪器。利用初步制作的测量仪器在实验室内对砂质沉积物进行了模拟测量试验,仪器测量得到的沉积物声速与直接透射法测量获得的声速基本一致。在宁波近海海域进行了海上实际测量试验,获得了该测量区域海底底质的声速,验证了此测量技术的可行性,为进一步研发先进的海底原位测量仪器奠定了基础。     

海底沉积物声衰减同轴差距衰减测量法与其他测量方法的对比研究

以精度较高的现场测量Hamilton的原位测量所得数据为标准,对比研究了钱正明的直立同轴衰减测量法、刘强的垂直轴差距衰减测量法和我们课题组的同轴差距衰减测量法等3种研究海底沉积物声衰减的实验室测量方法。通过3种实验测量方法所得数据跟Hamilton原位测量所得数据进行对比,分析了以上实验室方法的优缺点,并分析了声衰减与样品长度和测量频率的关系。同轴差距衰减测量法与直立同轴衰减测量法相比,前者在消除测量仪器和耦合衰减误差方面,以及在实验样品长度方面更合理。同轴差距衰减测量法与垂直轴差距测量法相比,同轴差距衰减测量法在原理上保证了声波传播能量接收的同轴性和同指向性,其实验数据比利用相同实验仪器的垂直轴差距测量法的数据更准确。     

珠江口外伶仃洋海底含气沉积物声波反射及衰减特征

高分辨率地震剖面显示,在珠江口外伶仃洋海底有大面积含气沉积物。根据含气沉积物地震反射特征将其分为声学空白、声学幕、声学扰动、不规则强反射顶部和相位下拉等类型。对含气沉积物声波衰减初步分析表明约在3.3kHz附近有一衰减峰值,将实际资料与理论模型计算进行对比,认为此峰值频率对应于等效半径约6mm的气泡的特征振荡频率,此等效半径气泡的阻尼振荡是引起声波衰减的主要原因。     

海底松散沉积物声学性质原位测量实验研究

分析研究了国内外海底松散泥沙的声速和声衰减系数测量的研究现状,并据此研制了海底表层沉积物声速声衰减系数原位测量系统。利用原位测量系统分别在实验室和海滩对不同粒度的沉积物进行了测量分析,得到了不同粒度沉积物的声速和声衰减系数。数据分析表明,沉积物的声速和声衰减系数与沉积物的粒径有密切的关系,粒径越粗,声速越高,声衰减系数越大。通过沉积物声学性质研究,可以开发海底浅层沉积物声学性质原位测量技术,提高相关海洋调查的速度和效率。     

Acoustic imaging of an inhomogeneous sediment matrix

This paper presents and applies a new acoustic imaging approach to quantitatively determine geophysical parameters of complex inhomogeneous sediment layers. The concept is called an Acoustic Sub-seabed Interrogator or ASI and it is based on optimising the criteria of temporal and spatial resolution and of coherence by utilizing broadband, narrow beam calibrated sources and fixed receivers on a stationary platform.The ASI concept was experimentally tested over a complex pseudo-glacial till built at a scale of 20:1. Compressional velocity, attenuation losses and thickness values were easily attained using the ASI's coherent spatial scanning approach and through a discrete application of the Hilbert transform in the post processing of data. The simulations provided indepth insight into the model's physical and spatial variations and by statistical distribution emphasized the depositional processes involved in creating the layer. It is believed that the fundamental internal information elucidated by the ASI for the pseudo-till structure and illustrated in the resultant acoustic core cannot be attained using current marine geophysical and geotechnical techniques.