潮滩泥沙输移及沉积动力环境--以杭州湾北岸、长江口南岸部分潮滩为例

本文分析了潮滩波浪特征,弱浪与暴风浪时期潮滩流场变化,泥沙输移及地貌响应,发现Postma(1954)和Straaten等(1958)提出的沉降迟后和冲刷迟后效应虽然对弱浪时期潮滩泥沙淤积有一定作用,但在暴风浪时期流这种作用受到极大的限制,波浪及其引起的余环流取代潮流成为潮滩泥沙运动和地貌演变的主要动力。在潮滩发育过程中,潮锋及潮滩波浪的快速衰减有着不可忽略的作用。     

瓯江口南岸潮滩沉积动力过程的探讨

根据冬、夏两季的潮滩沉积地貌现场观测,大小潮的悬沙含量、悬沙沉降量、沉积物活动层等测定,以及以往的海岸带调查资料,本文着重讨论了自岸向海高潮滩砂质、高潮滩砂泥混合质、中潮滩砂质、中潮滩砂泥混合质和低潮滩泥质5个沉积带的沉积动力作用,从而说明了十余年来潮滩沉积物以砂和粗粉砂级组分向岸、极细粉砂和粘土级组分向海为主的搬运过程.     

渤海动力对黄河入海泥沙输移的影响

海洋动力过程对黄河入海泥沙的淤积和扩散具有决定性作用，利用三维斜压动力－泥沙模型分析了黄河口外海域潮流动力变化与黄河入海泥沙淤积，扩散特性之间的响应关系，季节环流以及涨落潮的分布和变化很好地解释了黄河口南北浮泥的形成和消长变化以及黄河入海泥沙向海扩散的机理，结果表明，入海泥沙在洪季，枯季和表底层都具有不同的输移特性。     

河口海岸泥沙输移的分组数学模型研究

根据河口海岸水沙输移的特点,建立了一个新的二维分组数学模型,用来预测该区域的水沙输移过程。该模型耦合了水动力模块、泥沙输移模块和床面演变模块。其中水动力模块基于浅水方程组,综合考虑了柯氏力、床面切应力以及表面风应力的影响,引入干湿判断法处理动边界。泥沙输移模块首先将泥沙按照粒径分组,针对不同泥砂性质,对各组泥沙分别进行建模求解。床面演变模块基于质量守恒方程,实时更新床面高程以及床沙级配变化,并传递给水动力模块,更新底部边界。该模型被应用在了英国塞汶(Severn)河口,其预测的泥沙浓度和实测数据以及不分组的模型的预测结果进行了比较,结果显示,文中建立的分组模型预测的结果要明显好于不分组模型。     

基于CFD的水动力与泥沙输移模型研究及其在海洋海岸工程中的应用

随着海洋、海岸工程日益趋于复杂化,无论是在工程施工还是在设施运营过程中都存在流体-结构物-泥沙相互作用的过程。近年来,计算机技术的飞速发展,为复杂因素影响下的流场及泥沙输移过程的精细化模拟研究提供了必要的技术支撑。本文从计算流体力学的角度出发,总结归纳了目前在海洋、海岸工程中广泛应用的水动力模型和泥沙输移模型。通过梳理各类模型中的湍流模拟方法和泥沙输移模拟方法的特点和适用范围,阐明了现有模型存在的问题及技术挑战,并且从模拟精度及求解效率等方面对流场水动力及泥沙输移过程的数值模型的未来发展趋势做出了合理展望。     

基于ADP-XR和OBS-3A的潮滩水文泥沙过程研究以胶州湾北部红岛潮滩为例

于2004年8月17~24日在胶州湾北部红岛潮滩上用OBS-3A和ADP-XR观测了水深、浊度、水平和垂直流速、回声强度、波浪、盐度、水温等水文泥沙要素,同时采集了悬沙和底沙样品作粒度分析.结果和结论为:(1)潮流动力较弱,表层和近底层最大流速分别只有31和26cm/s;(2)弱潮流动力导致潮周期大部分时间的悬沙浓度小于30mg/dm3,但浅水阶段近底悬沙浓度为100~1000mg/dm3;浅水阶段的短暂高悬浮泥沙浓度和其余长淹没时段的低悬沙浓度共同构成悬沙浓度的“U”形潮周期过程线;(3)悬沙浓度的垂直成层分布主要发生在潮周期的深水阶段和平静天气;(4)由于潮流弱和风浪的干扰,悬沙浓度未呈现大小潮周期的变化规律;(5)水体盐度为23.6~29.5;(6)淹没期的温度(21.4~28.6℃)比出露期的(19.3~30.9℃)稳定,温度极高值出现在午后出露期,而极低值出现在凌晨出露期;(7)“浅水效应”是弱动力潮滩泥沙运动的重要特点.     

木兰溪河口及邻近海域春季水文环境特征及悬沙输移机制分析

基于2016年春季航次观测数据,分析了木兰溪河口及邻近海域温度、盐度及浊度等水文环境要素特征;并运用通量机制分解法分析该区兴化湾南日水道连续观测站位资料,以揭示该海域悬沙输移的控制机制。结果表明,春季兴化湾及邻近海域温盐变化受木兰溪径流、浙闽沿岸流和台湾暖流共同控制,湾外东南侧海域受高温高盐台湾暖流控制,西北侧近岸海域受低温低盐的浙闽沿岸流显著影响。调查海域悬沙浓度总体较低,外海泥沙通过南日水道向兴化湾内输移,但净输运量非常有限,仅为0.32×10-4kg/(m·s)。平流输沙与潮泵输沙是南日水道泥沙净输运的主要机制,底沙再悬浮作用较显著,且剪切扩散效应也不容忽视。     

靖海湾表层沉积物粒度特征及沉积动力环境分区

随着人类开发活动的加剧,靖海湾沉积动力环境受到显著影响。靖海湾57个站位的表层沉积物调查资料的分析结果表明,靖海湾表层沉积物以砂质粉砂和粉砂为主,含有少量泥,沉积物粒径偏小;随着水动力条件的增强,表层沉积物平均粒径增大,分选系数呈增大趋势,正偏更显著;以此为依据,利用Pejrup三角图式把靖海湾划分出4个沉积动力环境单元,结合粒度概率图,认为靖海湾沉积物搬运方式以悬浮为主,跃移次之,并有少量以推移方式搬运,随着水动力条件的增强,悬浮组分减少,跃移组分和推移组分增加。     

烟台北部近岸海域表层沉积物粒度分布及沉积动力环境特征

基于烟台北部近岸海域56个表层沉积物样品的粒度资料,分析了研究区沉积物粒度分布特征。采用Pejrup三角图对研究区沉积动力环境进行了分区,利用Gao-Collins粒径趋势分析方法分析了沉积物的输运趋势,在此基础上探讨了研究区的沉积动力环境特征。研究结果表明,研究区粒度呈现中间粗、东西部海域细的分布格局; 沉积动力环境可划分为AⅢ、BⅢ、BⅣ、CⅢ、CⅣ、DⅢ、DⅣ 7个区,总体表现为“中间强、两侧弱,近岸强、远岸弱”的分布格局; 研究区东西部开阔海域各存在1个沉积物汇聚中心,物质来源多样; 研究区表层沉积物运移和分布与水动力条件基本吻合,且受沉积物来源的影响。潮流、沿岸流以及沉积物来源共同控制其沉积动力环境。     

文登近岸海域重矿物组合分布及对沉积动力环境的指示

对文登近岸海域97个表层沉积物样品进行了重矿物分离与鉴定,应用相关性分析、Q型聚类分析等数理统计分析手段,研究了重矿物的组合及分布特征,并进行了重矿物分区,辅以沉积物粒度特征对研究区沉积物来源及沉积动力环境进行了分析,进一步探讨了五垒岛湾消退的原因。结果表明,研究区碎屑重矿物以角闪石、绿帘石为主,重矿物组合主要有黑云母-白云母-风化云母-绿泥石组合、钛铁矿-磁铁矿-褐铁矿-锆石-石榴石组合、普通辉石-紫苏辉石-透辉石-电气石组合以及普通角闪石-绿帘石组合共4种。研究区可划分为5个矿物组合区,各矿物区物源及沉积动力环境差异较大。充足的物源供应和适宜的沉积环境导致了五垒岛湾的淤积,五垒岛湾将会进一步萎缩。     

台风作用下的港湾型潮滩沉积过程 以2008年“凤凰”台风对福建省罗源湾的影响为例

通过对"凤凰"台风的现场观测和沉积物样品的分析,结果表明,在台风影响下潮水淹没时间增长,增水达1.1 m;台风期间互花米草盐沼内流速变化较复杂,而且盐沼内部流速大于盐沼边缘的;台风期间盐沼边缘潮周期平均悬沙含量是台风前2 d的7倍;台风期间十分之一波高最大为1.54 m。滩面重复测量结果显示,台风登陆期间整个光滩滩面都发生了侵蚀,盐沼内部有部分地区发生侵蚀,侵蚀深度为4.5~5.5 cm,盐沼边缘的侵蚀深度仅为0.7 cm,侵蚀原因主要是植被在风浪作用下从根部折断,从而带走了滩面的沉积物;随着台风强度的减弱,整个滩面均接受悬沙沉降;台风带来的强降雨是影响滩面沉积物活动的重要因素。     

强潮海滩响应威马逊台风作用动力沉积过程研究——以北海银滩为例

研究台风影响下的海滩沉积过程不仅可加深极端海况下的海滩冲淤变化理解,而且有利于海滩资源的保护与海岸工程保护。以强潮海滩——北海银滩为例,通过采集北部湾海区1409号威马逊超强台风作用前后的沉积物、剖面高程及水文资料,探讨强潮海滩的动力沉积过程。结果表明:1)台风作用前后的海滩沙丘-滩肩-沙坝体系的地貌状态基本不变,其中沉积物组分均为砂,细砂、极细砂和中砂三组分平均含量占所有组分的95%以上;与台风作用前比较,台风后的地貌在维持先前形态的条件下,发生局部侵蚀和后退,沉积物相对变粗且细砂含量增加了10%。2)台风作用后后滨沙丘侵蚀,且沉积物滚动组分增加;冲流带和滩肩前缘沉积物的搬运由双跳跃转为单一的跳跃形式。3)台风作用前后的海滩沉积物主要变化过程可由两个模态表征,其中主要模式反映了台风作用前后的海滩以细砂为主的动力沉积变化特征,该模式受控于区域波浪和潮汐的长期耦合作用,并以波浪为主导因素。台风作用前的次要模式反映潮汐作用控制下的海滩沉积横向振荡特征;台风作用后的次要模式表征了台风影响下的海滩横向沉积物偏粗、冲流带-低潮带振荡及其沉积分异过程。     

强潮环境下的海滩剖面沉积特征——以春季广西北海银滩为例

海滩地貌动力状态是海滩过程和陆海相互作用研究中的重要内容,但目前国内对北部湾强潮环境下的砂质海滩地貌与沉积的研究相对较少。对2010年3月采集的北海银滩剖面高程与沉积物变化的资料进行分析,探讨此类海滩响应外在驱动力作用的地貌动力状态特征,结果表明:1)北海银滩地貌结构简单,地貌状态属于消散型类型。2)银滩沉积物类型为砂,并以细砂、中砂为主,沉积物分选性较好;此外,沉积物中砂的百分含量和中值粒径自陆向海逐渐减小,而极细砂的百分含量则逐渐增加。3)北海银滩横向剖面沉积物可区分为后滨、滩面和内滨3个沉积单元。后滨沉积物在风的作用下以跃移质为主;滩面沉积物因波浪形成的冲流作用而具有双向运动的性质;内滨沉积物主要受控于波浪和潮流的联合驱动作用而以跃移质组分为主。     

沉积物捕获器在海岸与陆架沉积动力研究中的应用:以罗源湾和台湾海峡为例

运用时间序列的沉积物捕获器对海岸与陆架海域沉降颗粒物进行采集,估算沉降通量,并运用多学科综合研究手段分析沉降颗粒物的来源、组成、时空变化及控制因素,可以为海岸与陆架沉积动力过程的研究提供新的研究手段。福建罗源湾的实验表明,夏季罗源湾潮下带小潮至中潮期间的沉降通量为133.20~256.18g/(m2·t);由中潮向大潮变化期间单个潮周期的沉降通量明显增大,台风过后的大潮期间的沉降通量为373.99~590.51g/(m2·t);台风显著影响期间的沉降通量为746.34g/(m2·t);粒度分析及水动力观测结果显示,观测期间罗源湾潮下带沉降颗粒物主要来源于海底沉积物的再悬浮。台湾海峡西北部内陆架海域的实验研究表明,该海域近底部悬浮颗粒物沉降通量最大值为13.34g/(m2·d),由小潮向中潮沉降通量逐渐增大,这主要是由于近底部温盐跃层层位上移,近底部垂向混合作用增强,致使底部再悬浮沉积物向上扩散,并最终被沉积物捕获器捕获。沉积物捕获器可以接收到再悬浮沉积物,结合底部边界层过程的观测研究,可以深入认识海底沉积物的侵蚀、沉降及埋藏过程,在研究海岸与陆架区沉积动力学、泥质区沉积记录的形成过程与保存潜力中扮演着十分重要的角色。     

山东半岛东部南北岸典型砂质海岸沉积、地貌的横向差异及成因分析———以海阳万米海滩岸段和威海国际海水浴场岸段为例

根据2011年在海阳万米海滩岸段与威海国际海水浴场岸段调查获得的夏、冬两季海岸实测地形剖面与沉积物粒度数据,并收集相关水文资料,对南北两海岸地貌与沉积差异性进行分析,探讨了半岛东部南北岸典型砂质海岸动力环境的差异。研究结果表明,南部海岸宽广平缓,发育滩脊、滩肩、沙波纹等地貌,沉积物在水下岸坡上段以中粗砂、中细砂为主,水下岸坡以下段以粉砂、黏土质粉砂为主;北部海岸地形陡,发育滩肩陡坎、水下沙坝等地貌,沉积物以砾质砂为主。导致这些差异的动力为风、波浪、潮汐及沿岸流堆积。