基于BJ-1影像和高分辨率潮汐网格的潮滩DEM构建

平缓潮滩的测绘受到潮汐和淤泥的双重影响,难以进行大区域的人工作业。探讨利用序列遥感影像构建潮滩DEM的技术方法。基于多时相BJ-1小卫星自动提取水边线,利用中国近海高分辨率潮位网格,与卫星过境时刻的水边线进行空间关联与内插,生成带有高程值的系列水边点,并以此来构建潮滩地形三角网,最后生成格网潮滩DEM。与现场RTK验证的三个剖面的高程相比,其高程绝对误差均值小于0.2m。结果表明,应用中分辨率遥感影像进行淤泥质潮滩地形反演可以达到一定比例尺的制图精度。     

潮滩沉积动力学研究概况

海洋水位的变化给予海岸发育的影响非常大,Davis(1964)按潮差进行海岸分类。当潮差大于4米、在2—4米之间或小于2米,这些海岸分别被称为强潮、中潮、或弱潮海岸。潮汐不仅用水流直接作用于潮滩沉积物及其形态,而且通过潮位涨落使潮滩周期性交替受到大气或波浪的作用。此外,潮汐又是对潮滩生物分异现象最有影响的环境因素。长周期的海平面相对升降对于盐沼和潮滩的塑造也有巨大的影响。本文仅介绍近期淤泥质潮滩沉积动力学研究的某些成果。     

基于地面激光扫描仪的潮滩地貌研究初探

传统潮滩地貌的研究方法难以刻画潮滩的微观地貌特征,地面激光扫描仪(TLS)的应用为潮滩地貌的研究提供了新的切入点,然而目前关于TLS在潮滩地貌研究中鲜有报道。以江苏东灶港海岸一段潮滩地貌为研究对象,基于野外扫描数据,对扫描区域的点云数据进行精度评估,并尝试利用反距离加权插值(IDW)与克里金插值(Kriging)方法构建了潮滩地貌的数字高程模型(DEM)。研究结果表明:(1)通过点云数据构建的DEM数据能够实现潮滩地貌的定量模拟;(2)利用IDW插值可以便捷高效构建潮滩海量数据点的DEM;(3)利用TLS量化短期地貌变化如潮汐沉积旋回效果并不好。本研究可为利用TLS在潮滩微观地貌中的量化研究提供参考。     

基于无人机技术的潮滩动态监测研究

无人机具有快速高效、体积小和成本低等特点,不仅可以监测淤泥质潮滩不同区域的变化趋势,还可以观测到卫星难以捕获的潮滩短历时发育过程。文章基于无人机航拍测量技术,通过后期图像处理生成正射影像,获取临港新片区潮滩的沙滩和植被区域面积,分析潮滩短周期沙滩和植被时空分布特征和对不同事件的响应。研究结果表明：近年来临港潮滩潮上带从淤泥质海滩逐渐转变为沙质海滩;潮滩植被有明显季节性变化,秋冬季枯萎,春夏季生长茂盛,分布在潮滩西侧的植被变化最为显著;沙滩随着植被枯萎而裸露,易受波浪、潮汐冲刷;相比于季节性转化,沙滩在事件上的响应更为显著,洪水期淤积和台风冲刷导致潮滩变化剧烈。     

河口地貌对潮汐不对称性影响的数值模拟研究

河口地貌形态对潮汐不对称性的产生和发展有着至关重要的作用。本文根据英国Humber河口数据建立了概化模型,研究了在同一纳潮量情况下,主槽断面形态、平面形态和河口收缩率对河口潮汐不对称性的影响。结果表明,较深的主槽能使相位差峰值出现较晚且峰值更大,从而影响局部区域的涨潮流强弱,主槽越浅,最大落潮流速越小,落潮所需历时越长,河口更倾向于涨潮主导,窄潮滩倾向于涨潮主导型,宽潮滩倾向于落潮主导型;平面形态沿程收缩且长度较长的河口涨潮主导型最强,此外,河口宽度沿程缩窄会加大主槽的余流流速,减小潮滩的余流流速;随着河口平面收缩率的增强,主槽的余流流速减小,潮滩余流流速增大,潮滩更倾向于涨潮主导。本文进一步丰富了河口地形地貌变化对潮汐不对称性影响的认识,可为河口区工程建设和管理维护提供科学依据。     

胶州湾环流和污染扩散数值模拟Ⅳ胶州湾变边界模型

胶州湾的潮滩面积约占高潮水域面积的三分之一．因而模拟包括潮滩在内的潮汐运动过程将能更好地重现这一实际的物理现象。为此．本文采用变动边界模型处理潮滩区域．并得到优于固定边界模型的计算结果。     

胶州湾环流和污染扩散数值模拟Ⅳ胶州湾变边界模型

胶州湾的潮滩面积约占高潮水域面积的三分之一,因而模拟包括潮滩在内的潮汐运动过程将能更好地重现这一实际的物理现象。为此,本文采用变动边界模型处理潮滩区域,并得到优于固定边界模型的计算结果。     

江苏大丰中潮滩大小潮周期沉积特征研究

于2007年7月28日至8月14日期间对江苏大丰海岸中潮滩进行了连续半个月的大小潮周期沉积的现场观测与采样,对采集的沉积物样品在室内进行了粒度、沉积通量和质量磁化率等的测试,结果表明:研究区中潮滩沉积物颗粒的粗细、沉积通量等与潮汐的周期变化关系不明显,而与波浪之间有着较为密切的关系;从中潮滩的上部到中部,再到下部,沉积物颗粒由细变粗,沉积通量由低变高,质量磁化率由小变大。此外,研究区的中潮滩沉积物质量磁化率与粒径组分中的细砂和极细砂关系密切。本项研究结果为微观尺度上潮滩沉积差异的分析以及潮汐韵律层作为高分辨率测年工具的适用性评价提供了参考。     

江苏淤长型淤泥质潮滩的剖面发育

本文根据江苏射阳河口—长江口淤长型淤泥质潮滩布设的19个测量断面连续10年(1980—1989年)的观测资料,对其潮滩的沉积特征和剖面的形成过程进行了研究分析,提出了影响这里潮滩剖面发育的主要因素有泥沙供应、风浪、潮流以及围垦等;而江苏淤长潮滩双凸形剖面形态的形成是由潮滩的两个沉积峰区所造成的,同时,风浪、供沙等季节性因素,潮汐变化周期性因素,围垦等人为因素也使潮滩剖面形态不断调整变化。     

大小潮作用对潮滩沉积物层理影响的数值模拟研究

潮滩垂向沉积韵律层的形成主要取决于周期性的潮汐条件,包括涨落潮、大小潮、季节性及更长时间尺度的潮汐特征,为探究大小潮周期对潮滩沉积物垂向层理形成机制的影响,应用一维潮流泥沙与底床分层数学模型,对周期性潮汐条件作用下潮滩垂向沉积韵律层形成机制进行了数值模拟研究。结果表明,大小潮的周期性是模型中沉积层理表现韵律性的主要原因之一,韵律层中单个层理结构对应于1个大小潮周期过程,层理结构由形成于小潮期间的泥质层及形成于大潮期间的砂质层组成,层理的厚度也呈旋回性变化,大潮时层理较厚而小潮时层理较薄。水体边界含沙量是影响潮汐层理结构的重要因子,边界含沙量中粉砂占比增大会使潮汐韵律层整体粗化且砂质层厚度增大,当边界含沙量整体显著增大时,潮滩上的垂向潮汐韵律层会更加完整且厚度明显增大。潮汐层理的形成与特征是多种因子共同作用的结果,后续需进一步探究包括波浪、风暴潮、潮滩生物等其他因子的作用。     

Groundwater response to the tide in wetlands: Observations from the Gillman Marshes,South Australia

We present results from a series of piezometers installed in the foreshore flat and mangrove environments of the Gillman Marshes, South Australia in an interdisciplinary study of the propagation of the ocean tide into the coastal aquifers. A unique feature of the analysis is that all water level records were harmonically analysed so that the behaviour of the four major tidal constituents could be independently examined. The main findings were that: (1) the decay of the groundwater tide in the coastal aquifers was greater than that predicted by the Ferris solution. A theoretical model has been developed and applied to the study site. The model suggests that this behaviour is due to the occurrence of a time delay in the Darcian response in the shelly and muddy sand substrate; (2) when the tide is incident over a gently sloping bank, the time delay in response gives rise to a spiked signal in which high water is confined to a small fraction of the tidal cycle; and (3) at the coastal interface tidal propagation across a sloping bank causes a rise in the water table relative to mean sea level which is proportional to the variance of tidal elevation and inversely proportional to the decay constant of the groundwater tide. The model developed in this study is also applicable to other coastal groundwater systems with tidal influence.     

A modeling study of the dynamics of pore water seepage from intertidal marsh sediments

A numerical boundary integral equation model has been used to simulate tidally driven transient variations in pore water seepage from salt marsh sediments into tidal channels and its subsequent recharge by tidal inundation. In general the results show that the maximum seepage discharge occurs at or near the intersection of the creek bank and the channel water surface. Over a tidal cycle typically two-thirds of the total seepage discharge occurs through the creek bank with only about a third discharging from the channel bottom. Of the creek-bank discharge up to a third occurs through the seepage face that develops above the tide line at tidal stages below mean tide. These results indicate that placement of seepage meters only on the channel bottom will not give samples or measures representative of the total seepage. Of the total recharge only about 5% occurs through the upper part of the creek bank with the remainder infiltrating vertically through the marsh platform during early stages of tidal submergence. For the platform recharge about 80% occurs within 3 m of the creek bank. Thus, most of the water that seeps out of marsh sediments is derived from sediments that lie within several meters of the creek bank and accordingly has had a relatively short residence (one to two years) in the marsh. Compared to the distal portion of the marsh this relatively rapid flushing may enhance the productivity of Spartina alterniflora in the creek-bank environment and control the differential generation of radium quartet isotopes.     

中国沿海GPS站用于潮波系数提取分析

首先给出了基于GNSS-MR技术提取潮波系数的原理与方法,然后利用布设在浙江省石浦港验潮室屋顶的GPS站DSPU实测数据对潮波系数进行了提取,并与验潮站实测潮位调和分析结果进行了对比分析。实验结果表明GPS-MR反演潮位与验潮站实测潮位值吻合较好,相关系数优于0.97;GPS-MR反演潮位与验潮站实测潮位获取的潮波系数基本一致,除M2、S2外其它差异较小。两者获取的潮波系数差异主要因为DSPU测站观测环境极大地影响了GPS-MR提取潮位精度。沿海GNSS站用于潮位监测和潮波系数提取,将进一步拓展沿海GNSS监测站的应用领域,在一定程度上可弥补验潮站的不足。     

远程GPS验潮方法研究

提出了基于精密单点定位(PPP)技术的远程GPS验潮方法,可有效地弥补现有实时动态GPS验潮模式受距离限制的缺陷。分析了影响GPS验潮精度的各种因素,并针对具体的试验区域,将远程GPS验潮方法在不同作用距离下的观测结果与验潮仪的观测结果分析比对,结果表明基于PPP技术的远程潮汐测量方法切实可行,因此扩大了GPS验潮的作用范围,提高了海洋测绘的作业效率。     

乐清湾内外潮波变形及不对称性分析

海湾内外的潮波变形及其不对称性影响海湾内外动力输送和水体交换。利用乐清湾内外共9个测站连续潮位进行调和分析,得到该海湾内外各分潮变化规律,利用潮不对称性偏度计算方法确定湾内外潮汐不对称性时空变化特征,比较了主要分潮组合对潮汐不对称性的贡献度,通过数值研究探讨了湾内偏度比湾外偏度值更小的主要成因,分析了湾内外围垦工程对潮不对称偏度的影响。研究发现:乐清湾内潮汐不对称偏度值为负,表现为落潮占优,同期湾外洞头站偏度值为正,与邻近瓯江、飞云江河口的潮不对称偏度变大、表现涨潮占优的变化规律相反;湾外沿岸各站偏度由东北向西南逐渐增大,由落潮占优向涨潮占优变化;潮汐不对称性偏度呈周期性变化,分析确定M2-M4、M2-S2-MS4分潮组合对潮不对称贡献大,该海域潮汐不对称的强度主要由浅水分潮振幅控制,而相对相位则决定潮汐不对称的方向;数值研究探讨表明,湾内大范围的浅滩地形是其潮汐不对称落潮占优的主要原因,围垦将削弱湾内的落潮占优。     

基于遥感和GIS的福建文渡湾海域潮滩演变研究

强潮海区的潮滩冲淤演变对于潮滩开发利用、海洋环境保护及灾害预防等具有十分重要的意义。本文以福建北部文渡湾海域为研究对象,采用遥感和GIS相结合的方法,对淤泥质潮滩的冲淤演变特征进行研究。研究结果表明:1991年以来文渡湾湾顶潮滩地形呈淤积状态,尤其2005年以后淤积明显;淤积的主要原因可能与围垦造陆使得湾口缩窄,致使湾口流速增大、湾口局部海床冲刷的泥沙向湾顶搬运有关。     

基于潮汐分带校正的海岸线遥感推算研究

提出并实现了基于遥感技术和多站点潮位插值的淤泥质海岸线推算方案。利用多时相遥感影像提取出人工岸线和瞬时水边线,在控制站点潮汐调和分析的基础上,利用潮汐线性分带插值校正处理,赋予水边线离散点在影像成像时刻的实际潮位,进而根据三角函数相似性原理推算出岸滩的平均坡度和平均大潮高潮点位置,连接形成自然岸线,最终根据自然岸线与人工岸线合成得到海岸线的空间分布。实践应用证明,该方案得到的海岸线与现场测定的平均大潮高潮痕迹点相吻合,可为快速确定淤泥质海岸岸线,监测岸滩资源的空间变化提供方法与数据支撑。     

The role of tidal vortices in material transport around straits

The strong tidal current (tidal jet) in straits generates tidal vortices with a scale of several kilometers. The role of the vortices in material transport was investigated in the Neko Seto Sea, located in the western part of the Seto Inland Sea of Japan. A clockwise vortex with a diameter of about 0.8 km was observed in Nigata Bay (lying between two straits, the Neko Seto Strait and the Meneko Seto Strait). It was concluded that the clockwise vortex was the tidal vortex which was generated by the tidal jet in the Meneko Seto Strait. The vortex moved into the bay with the tide, but tended to stay on the sand bank in the bay. It was confirmed by current measurement with an ADCP and turbidity measurement that the secondary convergent flow was generated in the bottom layer of the vortex. This secondary flow seemed to contribute to the formation of the sand bank. It was suggested that tidal vortices may play an important role in the sediment transport and formation of topography in and around straits.     

粤西沿岸海域潮汐特征

对粤西海域水东、湛江、硇州岛、南渡和海安验潮站各1年水位资料进行了调和分析及统计。结果表明:粤西海域北部湛江、水东、硇洲岛、南渡4站主要分潮为M_2、K_1、S_2和O_1,是不规则半日潮;而南部海安站主要分潮为O_1和K_1分潮,是不规则日潮。粤西沿岸各站浅水分潮和平均水位从北到南有减小趋势。在日潮不等方面,粤西沿岸验潮站都存在明显的日潮高、日潮时不等现象。日潮时不等总体上从北到南有降低的趋势,北部湛江、水东和硇州岛涨潮时间比落潮长1~1.5 h,南部南渡和海安两站涨、落潮时相差不大。另外,调和分析和经验公式不再适用于南渡站,南渡河入海口处堤闸工程是主要原因。这为粤西海域环境资源开发、航运活动等提供环境支持和保障。     

人类活动和自然演变共同驱动下黄河三角洲海域潮波及物质输运变化

在海堤建设等人类活动和三角洲蚀淤等自然演变的共同作用下,黄河三角洲岸线水深近年来发生了剧烈变化,同时也将引起邻近海域潮波系统及物质输运路径的重要变化。本文基于FVCOM数值模式,建立了黄河三角洲及邻近海域三维高分辨率潮汐、潮流及拉格朗日粒子追踪数值模型。通过与环渤海长期验潮站的潮汐调和常数、黄河三角洲临时潮位站和测流站的实测资料对比,模型结果验证良好,能较好反映黄河三角洲及邻近海域潮汐、潮流运动特征,并获得了2019年M₂分潮无潮点位置。通过设置1980年、2019年黄河三角洲岸线自然演变、海堤建设及相应水深地形变化的5个数值实验,结果表明：在人类活动与自然演变共同驱动下,黄河三角洲海域的M₂分潮无潮点向东南方向移动,主要影响因素为水深。黄河口向海延伸和海堤丁坝建设导致的岸线变化,对无潮点位置影响较小,但在该凸出岸段两侧形成余流流涡,使得黄河入海物质在莱州湾内停留时间变长,向渤海输运扩散的时间推迟。