2010年黄河调水调沙期间河口泥沙输运过程的数值模拟

利用EFDC三维数学模型,以整个渤海的水动力环境为背景,加入利津站逐日水沙数据和河口区域的风场数据,模拟了2010年黄河调水调沙期间河口入海泥沙输运过程。黄河调水调沙期间,河口泥沙的输运方式主要受到径流输入的悬沙浓度的变化的影响。通过模拟结果估算了不同传输方式相互转化的悬沙浓度阈值。在没有强风浪扰动的情况下,径流输入悬沙浓度小于13.5g/L时,河口泥沙的传输方式为表层羽状流;输入的悬沙浓度在13.5g/L-24.5g/L之间时,羽状流遭到破快,河口淡咸水由于密度接近发生混合;当输入的悬沙浓度在24.5g/L-29.0g/L时,在底层河口泥沙以低密度异重流的方式传输,在表层则同时形成羽状流;输入的悬沙浓度大于29.0g/L时,黄河入海径流在河口处迅速潜没,形成高密度异重流。高密度泥沙异重流携带大量沉积物沿着海底斜坡向海输运,其初始速度可达1m/s以上。异重流在传输过程中受到底床摩擦力的阻碍作用和泥沙沉降,速度和密度降低,逐渐向混合状态转化,最后以羽状流的形势向海传输。黄河入海泥沙在夏季主要堆积在河口三角洲附近的一个相当有限的区域。     

长江口底部边界层细颗粒泥沙过程

1连续的、高时空分辨率的河口细颗粒悬沙浓度垂线分布在长江口深水航道北槽,利用"声学是沙观测系统"观测到大潮典型的高时空分辨率细颗粒是沙浓度声学垂向分布图和垂线分布曲线。研究结果表明：（1）在涨潮时呈L形,是沙浓度的垂向变化梯度小（浓度小于1.0gL－1）。（2）在涨急时呈射流形,射流项悬沙浓度达10gL-1,悬沙浓度的垂向变化梯度大。（3）在接近涨想时,是沙浓度的垂向梯度小。（4）在落潮时从水面到水底是沙浓度按指数增加,代表恒定均匀流中悬沙处于平衡条件的分布,泥沙垂向扩散系数。在数值上大约是泥沙颗粒沉降速度Ws的两…     

长江口洪季北槽深水航道区域悬沙沉降速度估算

根据北槽深水航道区域洪季多年固定测点的水文泥沙资料,综合利用Rouse公式及霍夫变换方法,估算了深水航道工程下洪季北槽悬沙沉降速度。从悬沙沉降速度角度探讨了北槽深水航道区域泥沙高回淤的基本原因。研究结果表明:航道回淤与悬沙沉降速度有十分密切的关系;洪季条件下,北槽悬沙沉降速度在2～8 mm/s之间,其悬沙沉降速度随盐度变化有先增大后变小的特点,在7‰左右时悬沙沉降速度最大;结合洪季北槽航道回淤分布,在深水航道CSW～CS3测点附近泥沙回淤量较高,该处航道高回淤是由于该区域具有较好的泥沙絮凝条件(盐度)及较高的水体含沙量致使该区域悬沙沉降速度较大造成的。     

基于现场实验结果对倾倒泥沙扩散数值模型参数率定研究

倾倒区倾倒过程泥沙输运扩散数值模型理论较为成熟,但模型的一些相关参数给定范围较大,且一般由实验室静水或河口淡水实验获取,用于海洋倾倒区的泥沙模型有一定的局限性,使得模型预测结果波动范围也很大,具有较强的不确定性,模型参数亟需物理实验数据的率定和验证。2011-2014年在沙埕港临时性海洋倾倒区开展了3次倾倒物海洋倾倒实验,对现场实验结果数据分析论证后,建立倾倒过程二维泥沙输运扩散数值模型,用实验数据对模型中一些主要参数进行计算和率定。计算率定结果表明:沙埕港倾倒区倾倒过程初期疏浚泥絮团沉降速度可达3.0 cm/s,细沙颗粒充分混合后沉降速度减小,一般小于0.5 mm/s;悬沙紊动扩散系数Dx、Dy取45 m~2/s时计算悬浮物浓度增量曲线与实测结果吻合效果最佳,建议调试值域为30~50 m~2/s。模型参数率定后计算结果的客观性和准确性进一步提高,可为海洋倾倒区选划泥沙扩散模型参数的选取提供一定参考。     

长江口潮沼植物对动力沉积过程的影响

为探讨潮沼植物对动力沉积过程的影响,在长江口南汇东滩沼泽和邻近的光滩上进行了近底层流速、波浪、悬沙浓度、沉积物粒径和滩面淤积速率等对比实验,并在九段沙潮沼中做了两种先锋植物黏附悬沙的实验.结果表明,沼泽和同高程的邻近光滩近底层平均流速的比值为0.16～0.84;两种环境平均波周期、平均波高和平均悬沙浓度的比值分别为1.4,0.43,和0.71.波浪传入沼泽后,一方面波高大大降低,另一方面变得规则有序.海三棱草和草两种先锋植物群落黏附的悬沙分别达到298和40g/m2.由于水动力降低和植物的捕沙功能,细颗粒泥沙易于在沼泽中沉积下来,导致沼泽环境沉积物明显较相邻光滩细;沼泽中沉积速率加快,侵蚀受到抑制.     

浙江乐清湾现代沉积与悬沙质量浓度分布特征及意义

通过对乐清湾野外考察、表层沉积物的粒度分析和水样的悬沙质量浓度分析，探讨了乐清湾现代沉积和悬沙质量浓度分布特征。研究结果表明，乐清湾现代沉积主要以细颗粒沉降为主，粉沙和粘土总含量占90％以上；悬沙质量浓度具有从湾口向湾内递减的变化趋势，湾口悬沙质量浓度为0．2～0．25kg／m^3，而湾内质量浓度小于0．01kg／m^3。半封闭性海湾和以外海来沙为主的物质来源共同决定沉积物的特征及悬沙质量浓度的空间变化规律，而泥沙来源及沉积过程的研究将为港湾治理工程提供重要的依据参数。     

伶仃洋河口泥沙絮凝特征及影响因素研究

泥沙絮凝对河口细颗粒泥沙运动过程起着极其重要的作用。本文通过LISST-100激光粒度仪等仪器实测伶仃洋河口2013年洪季悬浮泥沙絮凝体现场粒径及水动力、泥沙条件,结合实验室悬沙粒径分析,研究大小潮期间伶仃洋河口泥沙絮凝特征,探讨紊动剪切强度、含沙量、盐度分层及波浪等因素对伶仃洋河口泥沙絮凝的影响。结果表明:伶仃洋河口水体中现场粒径平均值为148.53 μm,大于实验室悬沙分散粒径36.74 μm,河口絮凝现象明显;沉速与有效密度、粒径呈正相关,絮团平均有效密度为153.49 kg/m3,平均沉速达1.13 mm/s;小潮时絮团平均粒径大于大潮,垂向上表底层絮团粒径小、中层大,中底层絮团沉速大于表层。伶仃洋河口水动力、泥沙条件是影响其泥沙絮凝的重要因素,低剪切强度（小于5 s-1）、低含沙量（小于50 mg/L）及高体积浓度有利于细颗粒泥沙之间的相互碰撞,促进絮凝作用;当剪切强度与颗粒间碰撞强度高于絮团所能承受的强度时,絮团易破碎分解成小絮团或更细的泥沙颗粒;伶仃洋河口盐度层化引起的泥沙捕获现象增大中层泥沙体积浓度,有利于中层絮凝体的发育;观测期相对较大的波浪增强水体紊动,增大了水体细颗粒泥沙的碰撞几率,表层絮团粒径随波高峰值的出现而增大。     

辽东半岛东岸近海泥区悬沙浓度的时空分布及控制因素分析

鸭绿江作为典型的中小型河流,细颗粒沉积物从鸭绿江流域到辽东半岛东岸近海泥区的源汇过程有着独特的机制,而遥感解译是了解入海沉积物在河口-陆架输运过程和机制的有效手段之一。因此,本文通过在辽东半岛东岸海域进行了现场悬沙浓度测量,并与GOCI影像建立关系,反演了该地区2011年4月至2017年3月间的表层悬沙浓度,从而揭示了该海域表层悬沙浓度的时空特征,分析了潮流、大风天气和洪水对悬沙浓度变化的影响,在此基础上探讨了研究区的悬沙浓度输运格局。结果显示,研究区表层悬沙浓度空间差异大,河口附近是悬沙浓度高值区,可达500 g/m3以上,其他区域则悬沙浓度多小于20 g/m3。另外,研究区表层悬沙浓度枯季高,洪季低,有着显著的季节性变化。进一步分析表明,枯季大风天气引起的风浪作用增强,是导致表层悬沙浓度增高的主要原因;洪季虽然悬沙浓度较低,但流域洪水期间的悬沙浓度显著增加。此外,作为典型的中小型源-汇传输体系,沉积物从鸭绿江到辽东半岛东岸近海泥区总体上仍遵循"夏储冬输"的输运机制。     

海州湾水流紊动强度和含沙量对沉降速度的影响研究

选取海州湾近岸潮流和含沙量实测资料,分析水体紊动强度与含沙量对近岸絮凝体沉降速度的影响,提出了新的沉降速度确定方法。研究表明：淤海州湾近岸泥沙沉降速率大部分在 0.05 ~ 2.50 mm/s 之间,潮周期内泥沙絮凝体的沉降速度 有明显变化。于含沙量较小时,泥沙絮凝体的沉降速度基本随含沙量的增加而增加;含沙量较大时,含沙量与沉降速度呈现出负相关,无论是大潮还是中潮,当含沙量达到 0.7 kg/m3左右时,絮团沉降速度最大,而随着含沙量的增大,絮团沉降速度开始减小。盂在涨落潮垂线平均流速最大时刻,紊动强度达到峰值,含沙量较低时,随着紊动强度增加,沉降速度也随之增加,大潮期间紊动强度对泥沙沉降速度的影响高于中潮。榆新的泥沙沉降速度计算公式不仅考虑了含沙量,还计入了紊动强度 G,大大提高了沉降速度计算值与实测值的相关性。     

风暴过程中潮滩悬沙浓度和悬沙输运的变化及其动力机制——以长江三角洲南汇潮滩为例

悬沙浓度是淤泥质海岸重要的环境指标。为探讨潮滩悬沙浓度和悬沙输运对风暴事件的响应过程及其动力机制,于2014年9月"凤凰"台风过境前、中、后在长江三角洲南汇潮滩进行了现场观测,获得同步高分辨率的水深、波高、近底流速和浊度剖面时间序列(9个潮周期)。结果表明,风暴中平均和最大波高、波-流联合底床剪切应力、悬沙浓度和悬沙输运率可比平静天气高数倍;风暴期间高潮位低流速阶段悬沙沉降导致近底发育数十厘米厚的浮泥层(悬沙浓度大于10 g/L)。研究认为风暴事件中淤泥质海岸悬沙浓度和悬沙输运的剧烈变化其根本动力机制是风暴把巨大能量传递给近岸水体,进而显著增大波-流联合底床剪切应力,导致细颗粒泥沙再悬浮。     

应用走航式ADCP测量分析与验证金塘水道的高悬沙浓度

在金塘水道西口门2006年冬季和2007年夏季大、小潮期间应用美国RDI公司生产的300 kHz声学多普勒流速剖面仪(ADCP)进行25 h的走航式断面观测,同步采集水样过滤获得悬沙浓度.实测断面流速、流向表明:落潮时流向为东南向,涨潮时分两股,靠近北仑为西南向,靠近金塘岛为西北向;夏季大潮最大流速为260 cm/s,大于冬季大潮;观测期间断面悬沙浓度为0.4～1.5 g/L,冬季大于夏季约0.3～0.5 g/L;ADCP后向散射强度冬季大于夏季约5 dB.应用实测CTD数据进行声吸收系数校正,通过计算,断面后向散射强度分布趋势基本不变.后向散射强度与悬沙浓度成正比,与水深成正比,垂向分布与潮时有关,冬季小潮水深增大时,后向散射强度反而减小.回归ADCP后向散射强度与水样悬沙浓度之间半经验半理论统计关系,发现冬季不成线性关系,夏季成线性关系,且相关性较好,相关系数为0.7,说明夏季较高浓度下后向散射强度可以表示悬沙浓度的大小.夏季大、小潮期间高分辨率的悬沙浓度断面数据分析表明,反演后的悬沙浓度值与流速成正比;近岸悬沙浓度大于断面中部;涨急和落急时同一水深高低含沙量值错落分布,涨憩和落憩则分层明显;大潮悬沙浓度大于小潮流约0.05 g/L.断面两端点反演后的悬沙浓度与实测值比较,呈现半日潮含沙量双峰特征,夏季大潮反演后的悬沙浓度与实测值分布一致,实测值大于0.9 g/L时,两者量值相差大,小潮则拟合很好.因此,应用走航式ADCP测量高悬沙浓度是可行的,它可大大提高测量效率,为获取现场悬沙浓度提供了一种新方法.     

鸭绿江西水道口悬沙动力特征

根据鸭绿江西水道口外两个站位大小潮实测悬沙数据,结合表层沉积物特征及潮流动力分析结果,从悬沙浓度、悬沙输沙量和悬沙粒级3个方面,分析了悬浮泥沙浓度大小潮时空变化特征及其与潮汐、潮流动力因素的关系,净输沙量特征及输沙方向、悬沙各粒级百分含量与涨落潮及泥沙沉积物之间的关系等内容。计算分析表明:影响悬沙动力特征的主要因素为空间位置、动力强弱及泥沙源;1#站位细粒沉积物丰富,潮流及输沙受口门地形控制,2#站位地形平坦,沉积物颗粒粗,泥沙源来自异地;悬沙浓度受潮流、潮汐动力影响呈规律性变化,输沙量受潮流动力、泥沙来源双重影响;两个站位悬沙粒级百分含量随涨落潮的峰值变化及与流速、流向、潮位的对应关系的不同,有效的指示了沉积物空间分布特征,反映了外部环境对悬沙的作用过程。     

波浪作用下细颗粒泥沙悬移特性的试验研究

通过9组室内水槽试验,系统分析了不同周期和波高波浪作用下粉砂质细砂的悬移特性。试验结果表明,在波浪作用下,细颗粒泥沙在水体中悬浮产生明显的三层混浊结构：近底高浓度混浊层、中部混浊层和上部低浓度混浊层。其混浊度的大小与波浪动力条件相关,波浪周期的延长和波高的增加都会使近底层悬沙浓度显著增大,悬沙浓度的波动性在近底层表现得最为突出和复杂;波浪动力条件的改变对上层水体的悬沙浓度基本不产生影响。当波浪作用停止,悬沙开始静水沉降时,近底层水体含沙浓度的变化与波浪要素的比值相关,当波浪要素的比值大于临界值时,底层含沙浓度在一定时间段内反而增加,出现浓度返起现象。     

渤海表层悬沙的时空分布特征及其动力成因

针对目前渤海整个海域悬浮泥沙分布全貌的研究不充分。根据2000—2004年渤海表层悬浮泥沙分布特征选取7个典型海区,通过利用长时间序列悬沙质量浓度和风场遥感反演资料,在分析悬沙质量浓度与局地风速、物质来源等关系的基础上,定量研究风浪和潮流共同作用下、随季节显著变化的沉积物再悬浮过程,从而揭示整个渤海海域代表性海区悬沙质量浓度时空分布的动力成因。渤海不同海区表层悬沙质量浓度绝对值差别很大,多年平均最高质量浓度在20~450mg/L变化,高质量浓度集中在近岸河口区及其邻近海域,如黄河口和辽河口地区,低质量浓度区位于渤海中部、渤海海峡以及秦皇岛外海(属于近岸海域却质量浓度常年偏低的特殊海区)。渤海表层悬沙质量浓度具有明显的季节变化特征,风场的季节变化是主要影响因子,各代表性海区悬沙质量浓度与风速之间具有显著正相关关系。悬沙质量浓度与风速之间存在一定时间段的滞后相关。沉积物再悬浮的定量研究表明,除渤海海峡外,渤海其它典型海区表层悬沙质量浓度及其季节变化,均与各自海区风浪和潮流共同作用产生的最大底流速及其季节变化相对应。在渤海,底层沉积物再悬浮的季节变化是影响悬沙质量浓度季节变化最关键的动力过程。     

长江口北槽黏性细颗粒泥沙特性的试验研究

选用长江口北槽黏性细颗粒泥沙,在不同盐度的人工海水中通过静水沉降、动水沉降等各种试验手段了解其基本特性。在静水沉降管中观测了胶粒的电化学絮凝过程和重力碰并过程,于不同盐度条件下找出最佳絮凝盐度;并通过黏性细颗粒泥沙在流动海水中絮凝的试验研究,揭示其在动水中絮凝的机理和规律,及不同条件下的起动流速、不淤流速、沉降速度等特征值,从而分析其落淤情况。研究结果表明,长江口北槽细颗粒黏性泥沙的最佳絮凝盐度约为15,起动流速为15~20 cm/s,这与泥沙的淤积固结时间有关,而不淤流速约为60 cm/s。并由试验得到了挟沙力与流速之间的经验关系,以及用于估算不同流速条件下泥沙沉降速度及淤积量的经验公式。这些结果可用于长江口航道的疏浚、整治工作中,具有一定的理论指导意义。     

椒江河口悬沙浓度垂向分布和泥跃层发育

论述了椒江河口粘性细颗粒泥沙洪、枯季及大、小潮悬沙浓度分布.椒江河口水体高度混浊,近底层悬沙浓度可达71kg/m3以上.在河口最大混浊带,小潮期水体层化现象明显,悬沙浓度垂向分布呈三层结构,即活动悬沙层、泥跃层和浮泥层.泥跃层是水体中悬沙浓度分布剧变层,梯度大.在河口咸、淡水互相作用下,悬沙浓度大于3kg/m3、盐度在4～16及水流速度中等的条件下泥跃层发育.     

三沙湾夏季底边界层动力过程及悬沙输运特征

基于2018年8月福建三沙湾湾内外共两个定点站位的船基和座底三脚架观测数据,研究了三沙湾底边界动力过程及悬沙输运特征。结果表明,三沙湾湾内湾外两个站位均表现出涨落潮历时相近但涨落潮流速明显不对称的现象,即湾内涨潮流速大于落潮流速,湾外则相反。湾内水体受淡水输入影响较大,表现出落潮期间显著的温盐层化,而涨潮期间水体混合良好;湾外水体受淡水影响不明显,表现为水体温度主导的层化。通过对底边界层动力过程的分析表明,湾内（距底0.75 m）、湾外（距底0.50 m）站位底边界层的平均摩阻流速分别是0.016 m/s、0.013 m/s,且两个站位拖曳系数基本相等（2.03×10-3）,表明在相同流速下湾内站位的底部切应力更大,近底沉积物再悬浮和搬运相对湾外站位更为显著。因此观测期间悬沙浓度最大值出现在湾内站位,为109 mg/L,且悬沙在垂向上的分布可达上层水体;湾外站位悬沙浓度更低,并且底部悬浮泥沙仅能影响至距底5 m的水体。悬沙通量机制分解结果表明,三沙湾夏季的潮周期单宽悬沙从湾外向湾内方向净输运,湾内站位向湾内方向净输运74.88 g/(m·s),平流输沙占主导作用,贡献率41.7%;湾外站位向湾内方向净输运10.57 g/(m·s),主要受平流输沙和垂向净环流的控制,贡献率94.9%     

长江口南槽最大浑浊带表层沉积物动态变化研究

河口最大浑浊带表层沉积物的动态变化在很大程度上反映径潮流交汇作用影响的悬底沙交换过程,直接关联最大浑浊带区域的拦门沙冲淤整治。利用2013年6月在长江口南槽最大浑浊带小潮至大潮期间定点持续采集的共9 d逐时水文资料及表层沉积物等数据,分析了南槽最大浑浊带表层沉积物沉积动力过程。主要结果包括：(1)南槽最大浑浊带表层沉积物颗粒较细,以粉砂为优势粒级,沉积物分选性较差,平均粒径、分选系数及偏态自小潮到大潮呈逐渐减小的特征。落潮时水体悬浮泥沙易发生絮凝沉降,表层沉积物较细,以极细粉砂为主;涨潮期间,受涨潮顶托作用,以细砂为主的水体粗颗粒泥沙易于沉降,表层沉积物较粗。(2)沉积物组分存在2种变化模式：主要模式为潮流作用及盐水絮凝引起细颗粒悬沙沉降,以粗黏土及极细粉砂为主的沉积模式;次要模式为径流作用下,细颗粒泥沙被冲刷,细砂比重增加,导致表层沉积物变粗,以中粉砂为主的沉积特征;其中径流主导了表层沉积物的短时间内变化,而盐度的变化决定了表层沉积物整体的粗细转换。     

闽江河口潮滩季节性冲淤变化格局及其控制机制

潮滩是潮汐作用下形成的细颗粒沉积物堆积体，在世界范围内分布广泛，在碳汇和海岸防护中发挥着十分重要的作用。随着河流输沙的减少，河口潮滩冲淤格局发生了变化，直接影响了潮滩功能发挥，亟需开展河口潮滩短周期的冲淤变化过程研究，为评估潮滩功能提供科学依据。根据在福建闽江口琅岐岛潮滩开展的不同季节沉积动力要素（水深、流速、波浪、悬沙浓度）和现场冲淤观测及表层沉积物的粒度分析结果，琅岐岛潮滩表层沉积物在夏季主要以粉砂和黏土组成的细颗粒沉积物为主，冬季则主要以砂和粉砂组成的粗颗粒沉积物为主；潮间带上部的互花米草盐沼总体以持续淤积为主，潮间带中部和下部表现出周期性的冲淤特征，总体以夏季淤积、冬季侵蚀为总特征，并且潮间带中部的冲淤变化幅度较潮间带下部大；冬季潮流流速、波浪作用及悬沙浓度均大于夏季，冬季潮周期内近底部悬沙以净向海输运为主，而夏季则以净向岸输运为主。综上所述，闽江口潮滩冲淤变化主要受动力过程控制，冬季波浪作用导致表层沉积物发生再悬浮，并被较强的潮流净向海输运，导致滩面发生侵蚀；夏季，波浪作用较弱，水体中的悬沙易发生沉降，较弱的潮流将泥沙净向岸输运，导致潮间带发生淤积。     

茂名海域水体表层悬浮泥沙浓度时空分布特征的遥感分析

利用Gorden关系式,从茂名海域的多时相卫星影像定量反演了表层悬浮泥沙浓度的时空分布特征。经近期该海域实测悬沙资料验证表明,茂名沿海水体表层悬浮泥沙浓度偏低,一般低于200 mg/L;表层悬浮泥沙浓度在空间尺度上由岸向海呈带状分布,并逐渐降低,其中-1 m以浅区悬沙浓度最高,一般可超过100 mg/L,-10 m以深区浓度最低,一般低于20 mg/L。此外,沿海水体表层悬沙浓度往往在冬季高于夏季,大风天气高于平常天气。