长江河口北槽抛泥作业状态下的悬沙浓度分布与扩散过程

在长江河口北槽抛泥过程中，应用ASSM－Ⅰ型声学悬浮泥沙观测系统观测悬沙浓度的时空分布规律，结合多普勒流速剖面仪走航式断面流速测量。研究发现：（1）泥沙浓度垂向分布形成至少三种结构类型，即上小下大的“L”型和指数型，上大下小的“漂浮”型；（2）受抛泥泥沙输移的影响，断面流场形成低流速区，或分布在水体表、中层，或贯穿整个水体，形成流速切变锋，它们的强度随抛泥泥沙输移扩散逐渐减弱；（3）在落潮流和颗粒重力共同作用下，抛泥泥沙同时存在输移扩散和沉降过程。小潮型抛泥泥沙主要就近扩散和沉降，中潮和大潮型抛泥泥沙输移扩散范围较远。     

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。     

悬沙浓度分布对鸭绿江河口流速结构的影响

对鸭绿江河口1994和1996两年两个站位共4个潮周期的数据进行了分析,通过流速对数剖面公式计算了边界层参数,并对各个潮周期内的边界层参数的变化规律进行了分析,同时也对悬沙输送可能对垂向流速结构以及边界层参数造成的影响进行了探讨,分析结果表明,正是由于悬沙分布的影响,打破了原有的温度、盐度、水体密度在水层间的分布格局,改变了原有水体的纵向密度梯度,除少数时刻对应的水体Rf值减小之外,水体的Rf值被普遍提高,并且分层稳定。应用改造后的Von karmen-Prandtl流速对数分布剖面公式,重新对原先公式计算的边界层参数进行了修正,修正后结果表明,u*、C100和τ分别比通过原公式的计算值平均减少了21%、56%和36%,而由于水体悬沙则使τ比在没有悬沙存在的情况下的τ值平均减少了22%。     

长江口北槽抛泥流速和悬沙浓度时空分布观测

河口泥沙运动有其独特的规律,需要采用高分辨率的观测手段进行系统的现场观测,以此发现河口流速和泥沙分布结构,进而探讨其形成机制,应用声学多普勒流速剖面仪和声学悬浮泥沙观测系统,通过定点和走航式观测长江河口不同潮型和流态下流速和悬浮泥沙浓度时空分布发现:(1)不同潮型出现高浓度“事件”的次数和成因存在差异,中潮型出现高浓度“事件”的可能性最大;(2)抛泥泥沙浓度垂向分布至少有3种结构类型,即上小下大的“L”型、指数型和上大下小的“漂浮”型;(3)受抛泥泥沙输移的影响,断面流场形成低流速区,它们的强度随落潮流的扩散逐渐减弱;(4)不同潮型的落潮流表现出不同的输移行为,大、小潮型落潮流偏北,中潮型落潮流偏南;(5)在落潮流和颗粒重力共同作用下抛泥泥沙同时存在输移扩散和沉降过程,小潮型抛泥泥沙主要就近扩散和沉降,中潮和大潮型抛泥泥沙输移扩散范围较远。     

鸭绿江洪季的河口最大混浊带

对 1 994年 8月在鸭绿江河口的水文和悬浮泥沙的观测资料进行分析。结果表明 ,在洪季鸭绿江河口的最大混浊带 ,出现在第一个河口锋面内侧。它的核心处盐度小于 1 ,从上游带入河口的细颗粒泥沙多数被河口第一锋面截留 ,还有一部分上游来沙穿过该锋面 ,聚集在河口第一和第二锋面之间。垂向密度环流作用和絮凝作用在鸭绿江洪季最大混浊带的维持过程中起着主导作用     

南沙群岛海域理化参数垂向分布特征及跃层生态系的提法

自1985～1999年中国科学院南沙综合科学考察队在南沙群岛进行了12个航次的综合科学考察.根据调查的结果,通过分析南沙群岛海域理化参数垂向分布特征,得出次表层海水理化参数具有极值现象、跃变现象和波动现象的特点,讨论了这些独特特征反映的独特生境,提出了南沙群岛海域垂直方向上存在跃层生态系的观点.     

1982和2012年枯季长江口最大浑浊带悬浮泥沙和盐度垂向剖面特征对比

2012年1月在长江口北港、北槽和南槽水域纵断面开展枯季多船准同步观测,将获得的大小潮悬浮泥沙和盐度数据与1982年12月同水域调查结果进行对比分析。结果表明：2012年长江口最大浑浊带枯季悬沙浓度比1982年减小了约50%;北港、北槽、南槽相近测点的大潮垂向平均悬沙浓度相较于1982年分别减小了43%、60%和40%,2012年长江口表层平均悬沙浓度与1982年相比减少了约53%。北港断面浑浊带核心与1982年浑浊带核心位置相近;北槽浑浊带核心向内迁移;南槽浑浊带核心位置向外迁移。2012年与1982年枯季遥感反演的长江口同水域表层悬浮泥沙浓度也明显降低。在30年来入海泥沙持续减少背景下,长江口3条入海主汊的最大浑浊带特征依旧显著,径流与潮流的此消彼长、径流的季节分配不同以及口内汊道分流分沙比的变化影响了长江口最大浑浊带核心的移动,浑浊带悬沙浓度最高的地段也是盐度梯度最高的地区。     

河口最大浑浊带形成的动力模式和数值试验

应用改进的ECOM模式,耦合泥沙输运模型,研究理想河口最大浑浊带形成的动力机制。河口最大浑浊带位于滞流点处,上下游余流均向该处输运泥沙,造成该处泥沙汇合,而由流场辐合产生的上升流又使该处的泥沙不易落淤。南岸(河口东向)的泥沙浓度比北岸高,最大浑浊带位于南岸,这是由于盐水入侵带来的高盐水位于北岸的底层,其斜压效应使底层的环流由北向南流动,把底层高浓度的泥沙向南岸平流,聚集于南岸底层。除上游河流泥沙来源外,强大的涨落潮流冲刷床面,使沉降于床面的泥沙再次悬浮,成为余流输运泥沙的来源之一。     

双台子河口区悬沙分布和运移特征

利用海流与悬沙含量实测资料相结合的方法,对双台子河口悬沙运动进行分析。结果表明本区含沙量与波浪、潮流等水动力关系密切,双台子河悬浮泥沙中的细颗粒物质经落潮流搬运至较深水域的潮道和浅海进行沉积,泥沙入海沉积后,接受海洋水动力作用的改造,部分细颗粒物质在水动力作用下会再次起动、运移。悬浮泥沙中的细颗粒物质主要有两个来源：一是波浪、潮流输运而来的大辽河、大凌河等河流物质,二是波浪、潮流对周边海域沉积物质的搬运。1990--2002年研究区整体处于淤积状态,淤积物主要为粒径在2～4Φ的粗颗粒物质,这些物质主要来自于波浪、潮流对河口潮滩的侵蚀、冲刷。     

层化对东海大陆架潮流垂向结构的影响

利用ADCP对东海大陆架定点(26°30.052′N,122°35.998′E)连续观测6个多月的海流数据进行分析研究,结果表明:层化对该海域潮流的垂向结构有显著影响,层化导致潮流流速、潮流椭圆长轴、椭圆率和倾角在通过密度跃层时发生较大改变。9月份,东海大陆架存在较强的密度跃层,层化加强,海流流速、M2分潮潮流倾角和M2分潮潮流椭圆率在跃层深度以浅随深度显著增大,跃层处达最大,跃层以深随深度迅速减小;2月份,上层海洋混合较强,密度跃层强度最弱,潮流流速、潮流椭圆长轴、椭圆率和倾角在垂向上变化不大。     

3-D fluid-mud dynamics in the Jiaojiang Estuary, China

A 3-D model has been developed for the muddy Jiaojiang Estuary and adjoining coastal waters, and verified against field observations. To simulate fluid-mud formation, the model uses a fine resolution grid near the bottom and involves coupling processes between hydrodynamics and fluid mud such as the sediment-induced buoyancy, increasing turbulent kinetic energy sink and kinematic viscosity, mixing by internal waves riding on the lutocline, and non-Newtonian properties of fluid mud. The effective hydrodynamic drag was reduced in the presence of fluid mud. It is shown that the estuary is infilled by tidal pumping and that longitudinal and transversal gradients of suspended sediment concentration, salinity, and currents control the formation of mud banks. Thus a 3-D model is necessary to estimate the fate of mud, although the model results are very sensitive to details of the parameterization of the hydrodynamics-mud feedback processes.     

Cohesive Sediment Transport in the Jiaojiang River Estuary, China

Extensive data were obtained of the water and fine sediment dynamics during spring tides in the extremely turbid Jiaojiang River estuary at spring tides. These data enabled the calibration of a two-dimensional (2-D) width-integrated model. Four processes dominated the mud dynamics. These were, firstly, the formation at slack tide of soft mud deposits with an erosion constant much smaller than that of the underlying compacted sediment, secondly the sediment-induced buoyancy effects, thirdly the collapse of the turbulence by the sediment suspension in the fluid mud range and fourthly the inflow of sediment at the mouth of the estuary. These findings demonstrate the necessity to have detailed field data to enable quantitative, as opposed to qualitative, modelling of mud dynamics in turbid estuaries. The estuary is infilling with sediment from the East China Sea and not from riverine inflow, this sediment presumably originates from the Yangtze River located 200 km further north.     

波-流作用下悬沙体积比垂向分布研究

在悬沙体积比垂向分布的研究中往往只研究悬沙体积比时均浓度分布,忽略悬沙体积比随时间的变化。而Wikramanayake悬沙模型采用时不变的紊动黏滞系数,利用奇异摄动理论中的多重尺度法分离波流作用下悬沙运动的对流扩散方程,将悬沙体积比按照时均值和周期分量进行了分析。作者在Wikramanayake悬沙模型中的周期浓度的基础上考虑了对流项的影响,从而使描述瞬时悬沙体积比的数学模型更加合理。     

长江口南槽最大浑浊带潮周期内悬沙变化规律及其影响因素

最大浑浊带水体悬沙时空变化过程是河口沉积动力学研究的核心内容之一。利用2013年6月16—24日在长江口南槽最大浑浊带自小潮至大潮连续9天的逐时定点水文及悬沙观测资料,分析南槽最大浑浊带悬沙垂向变化特征及影响机制,由此加深对长江口最大浑浊带形成及变化的理解。主要结果包括：(1) 南槽最大浑浊带悬沙平均粒径为3.52～18.84 μm。从小潮到大潮、从表层水体到底层水体,悬沙粒径逐渐增大,水体含沙量逐渐增大,含沙量为0.12～2.29 g/L。(2)水体流速呈现自下而上、自小潮到大潮逐渐增大的态势,与悬沙粒径的关联度较好;而水体盐度呈现自上而下、自小潮到大潮逐渐增大的态势,与悬沙含量的关联度较好。(3)南槽最大浑浊带水体悬沙垂向变化涵括两种控制机制：涨落潮作用引起的底沙再悬浮控制水体悬沙约7 h的周期性变化;涨潮流挟带的口外泥沙絮凝形成的絮团在涨潮流和重力作用的影响下引起水体悬沙出现约14 h的周期性变化特征。     

椒江河口层化动力特性研究

基于椒江河口大、小潮期间水位、流速、盐度和悬沙浓度观测数据,研究了椒江河口主潮汐通道的水动力、盐度和悬沙浓度的时空变化特征,解释了高浊度强潮作用下的层化物理机制。椒江河口大潮期悬沙浓度和盐度均大于小潮期,主潮汐通道区域落潮期悬沙浓度大于涨潮期;盐度随潮变化,盐水锋面出现在S2测站,锋面附近出现最大浑浊带;自陆向海,悬沙浓度递减,盐度递增;随水深增加,悬沙浓度与盐度递增。Richardson数与混合参数显示,盐度和悬沙引起的层化现象,是随着潮汐的变化而变化,涨潮时的层化均强于落潮,小潮时的层化持续时间最长,区域更广。混合参数随潮周期变化,大潮期高于临界值1.0,小潮期低于临界值1.0。小潮期水体层化强于大潮期;潮汐应变项是影响势能差异变化率的重要因素;落潮期间层化向混合状态转化,涨潮相反。     

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。     

三沙永乐龙洞悬浮体垂直分布特征及其影响因素

为研究中国唯一已知、全球最深海洋蓝洞的形成、发育和演化机制,应用LISST-100X现场激光粒度仪、CTD温盐仪等搭载工作级水下机器人,于2017年5月在三沙永乐龙洞进行了悬浮体、温盐剖面测量,获得了全洞深的悬浮体体积浓度、温盐和溶解氧等数据,并进行了悬浮体垂向分布特征研究。研究结果表明,洞内90 m以下水体为无氧环境,悬浮体浓度呈现5个变化旋回,温度、盐度均存在3个跃层,并且它们之间有着较好的对应关系。龙洞内水体表层悬浮体总浓度约为20 μL/L,悬浮体平均浓度值为5.93 μL/L。悬浮体旋回层Ⅰ位于5 m以浅水层;旋回层Ⅱ位于10～43 m之间,与第一个温盐跃层(深度10～20 m)部分对应;旋回层Ⅲ位于70～110 m之间,与第二个温盐跃层(深度70～110 m)完全对应;旋回层Ⅳ位于130～150 m之间,与第三个温盐跃层(深度130～150 m)完全对应;旋回层Ⅴ位于260 m以深至洞底300 m。龙洞表层悬浮体浓度较高,主要是受到洞外周边珊瑚礁松散沉积物输入的影响。洞内悬浮体垂直分布特征主要受到水动力、洞体形态、温盐跃层、溶解氧含量以及浮游生物等的控制和影响。     

2013年夏秋季黄、渤海悬浮颗粒物及粒径分布特征研究

悬浮颗粒物及粒径是水质重要参数,其分布特征研究有助于加深对海洋生态环境的了解。利用2013年6月和2013年11月LISST-100观测数据,研究了黄、渤海区域悬浮物粒径和浓度的分布情况,浓度分布整体上呈现近岸高远岸低的状况,粒径分布呈现近岸细远岸粗的特征,季节分布特征明显;通过典型断面分析,悬浮物粒径和浓度随着水深变化明显,连续站数据分析结果表明大风对底层颗粒物的再悬浮作用显著,潮流对悬浮物的时空分布有着重要影响;水体衰减系数随着体积浓度变化明显;此外,还研究了悬浮颗粒物粒径Junge分布在黄、渤海区域的适用性。     

Carbon and nitrogen stable isotopes in suspended matter and sediments from the Schelde Estuary

The C/N and stable C and N isotope ratios (δ¹³C, δ¹⁵N) of sedimentary and suspended particulate matter were determined in the Schelde Estuary. Suspended matter was divided into 2 to 5 size fractions by centrifugation. Four major pools of organic matter were recognized: riverine, estuarine, marine and terrestrial materials. Terrestrial organic matter (δ¹³C≈−26‰, δ¹⁵N≈3.5‰, C/N≈21) is important for the sedimentary pool, but suspended matter is dominated by the marine (δ¹³C≈−18‰, δ¹⁵N≈9‰, C/N≈8), riverine (δ¹³C≈−30‰, δ¹⁵N≈9‰, C/N≈7.5) and estuarine (δ¹³C≈−29‰, δ¹⁵N≈15‰, C/N≈8) end-members. In the upper estuary, the suspended matter size fractions vary systematically in their carbon and nitrogen biogeochemistry, with the small particles having low C/N ratios, depleted δ¹³C and enriched δ¹⁵N values relative to large particles. Moreover, sedimentary and suspended matter differ significantly in terms of C/N ratios (17 vs. 8.9), δ¹³C (−26.3 vs. −28.9‰) and δ¹⁵N (+6.9 vs. 12.0‰). In the lower estuary, suspended matter fractions are similar and sedimentary and suspended organic matter differ only in terms of δ¹³C (−23.5 vs. −20.1‰). Our data indicate that autochthonous organic matter contributes significantly to the total suspended matter and that the suspended organic matter composition cannot be explained in terms of conservative mixing of riverine and terrestrial sources on the one hand and marine sources on the other hand.