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.     

基于浊度计和ADCP的悬沙浓度估计与分析

作者采用浊度计和声学多普勒流速剖面仪(ADCP)在近海区域连续、定点观测的应用中,利用浊度与悬沙浓度之间良好的线性关系,对潮汐半月周期内的浊度和ADCP后向散射声强数据进行相关性分析,讨论了小、中、大潮期间利用ADCP后向散射声强反演悬沙浓度的可靠性,反演过程中综合考虑了声学近场非球面扩散和本底噪声的影响。结果表明,在实验海域中,小潮情况下,各水层内悬浮泥沙成分较为稳定,ADCP后向散射声强与浊度变化相关性较高,达到0.91;而在大潮情况下,ADCP后向散射声强与浊度变化的相关性降低,悬沙浓度及成分容易在海流的影响下发生变化。     

激光悬沙测量传感器研究

激光悬沙测量传感器是一种直接测量现场水体的激光粒度仪.激光悬沙测量传感器由水下机和分析软件组成.针对粒径测量范围和浓度适用范围提出了环形光电探测器、激光器、准直光路、信号存储电路的设计原则.同时采用改进的R-R分布法.利用多线程技术,对现场激光悬沙测量传感器采集的光能数据处理问题进行了研究.文中还介绍了实验室比测和现场试验结果.     

潮间带水沙多层位同步测量系统应用的初步研究

利用水压、光电转换原理研制成的多层位水沙同步测量系统(WCT系统)不仅可测量潮间带水位随时间的变化系列、同一层位的浊度及流速，还可以同步观测这些参数在潮间带水流剖面不同层位上的变化。野外对比试验表明，WCT系统获得的流速值与直读式流速仪的测量结果基本一致，平均相对误差为14．52％；悬沙传感器经野外现场率定获得悬沙浓度，平均相对误差为21．96％，精度比室内率定提高—倍以上。悬沙粒径是影响悬沙浓度测量精度的主要因素。此外，自然环境(如海水温盐度)的变化及仪器本身的特性也可能影响到测量结果。因此，WCT系统在潮间带的水位、流速和悬沙浓度的观测和边界层研究方面有相当潜力。     

ASM-IV仪器在河口近底层悬沙浓度观测分析中的应用研究

近底层悬沙时空变化对于理解河口冲淤变化有着至关重要的作用。然而,长期以来河口近底层水体悬沙浓度的连续变化大都是基于单点观测数据或水样处理获取。基于此,本研究利用光学仪器边界层悬浮物剖面测量仪(Argus Surface Meter IV,ASM-IV)获得长江口南槽近底层进行连续10 d的实测数据,探讨ASM-IV仪器监测悬沙浓度精度的有效性。结果表明:(1)传统仪器布设方法所获取的数据,相对误差高于基于ASM-IV所测误差,在大、中及小潮期间的平均误差值分别为24.15%、17.31%和16.18%;越靠近底部河床,相对误差从距底52 cm向下随距底距离的减小而逐渐增大;(2)对于近底层单宽悬沙通量测量结果而言,传统测量仪器布设方法所测量数值一般偏小;(3)大潮时期近底层1 m内的水体悬沙分布均匀,分层不明显;在中、小潮时期,与近底层1 m内平均悬沙浓度相差最大的点皆位于距底20~50 cm附近。因而,近底层悬沙浓度测量时间在大潮时期或越靠近底层,利用ASM-IV监测近底层悬沙浓度值更为准确。中、小潮时期利用单点或采集水样测量时,选取0.8H层水体悬沙浓度代替近底层悬沙浓度较最底部水体悬沙浓度更为准确。     

ASM-Ⅳ仪器在河口近底层悬沙浓度观测分析中的应用研究

近底层悬沙时空变化对于理解河口冲淤变化有着至关重要的作用。然而,长期以来河口近底层水体悬沙浓度的连续变化大都是基于单点观测数据或水样处理获取。基于此,本研究利用光学仪器边界层悬浮物剖面测量仪(Argus Surface Meter Ⅳ,ASM-Ⅳ)获得长江口南槽近底层进行连续10 d的实测数据,探讨ASM-Ⅳ仪器监测悬沙浓度精度的有效性。结果表明:(1)传统仪器布设方法所获取的数据,相对误差高于基于ASM-Ⅳ所测误差,在大、中及小潮期间的平均误差值分别为24. 15%、17. 31%和16. 18%;越靠近底部河床,相对误差从距底52 cm向下随距底距离的减小而逐渐增大;(2)对于近底层单宽悬沙通量测量结果而言,传统测量仪器布设方法所测量数值一般偏小;(3)大潮时期近底层1 m内的水体悬沙分布均匀,分层不明显;在中、小潮时期,与近底层1 m内平均悬沙浓度相差最大的点皆位于距底20～50 cm附近。因而,近底层悬沙浓度测量时间在大潮时期或越靠近底层,利用ASM-Ⅳ监测近底层悬沙浓度值更为准确。中、小潮时期利用单点或采集水样测量时,选取0. 8H层水体悬沙浓度代替近底层悬沙浓度较最底部水体悬沙浓度更为准确。     

OBS浊度标定与悬沙浓度误差分析

利用光学后向散射浊度计OBS-3A,在长江河口南槽进行大小潮周期连续观测。利用OBS室内和现场浊度标定,计算不同潮时OBS观测悬沙浓度相对误差,并对影响其观测精度因素进行分析。主要结果有:(1)现场OBS标定R值比室内标定偏低,但也在0.8以上;(2)大潮平均相对误差值变化比小潮大,在悬沙浓度低于1.5kg/m3条件下,大小潮悬沙浓度平均相对误差都在15%以下;(3)悬沙粒径大小是影响OBS观测精度的主要因素,生物、泥沙颜色、水色和水中气泡等因素也对观测结果产生一定影响。     

光学悬浮沙粒径谱仪

在海岸工程应用中,需要了解悬沙运移规律,由于我国近海河口悬沙浓度很高,尚未有可用的现场测量仪器。在国家863计划的支持下,我们研制成功了可用于现场高浓度悬沙测量的“光学悬洋沙粒径谱仪”。文章介绍光学悬浮沙粒径谱仪的原理,现场实验结果和高浓度悬沙数字图像分析技术。现场实验表明,该仪器可用于粒径5～100μm浓度大于10%的悬沙现场测量。文中给出了芦潮港海区悬沙测量结果。     

温州瓯飞滩海域悬沙浓度变化特征分析

基于温州瓯飞浅滩海域2011、2013和2014年7个站点大、小潮垂向同步连续海流和悬沙浓度等观测资料,分析了该海域悬沙浓度的时空变化特征及其影响因素,并利用Morlet小波分析方法探讨了悬沙浓度变化与潮流间存在的多种周期变化;同时对该区域因围填工程前后导致的悬沙浓度变化做了回顾性分析。分析结果表明:(1)悬沙浓度在平面分布上符合"近岸高,外海低"的一般规律,在瓯江与飞云江两个河口存在悬沙高浓度区。悬沙浓度垂向分布大致呈准直线、斜线、抛物线和混合型4种类型变化;(2)河口处潮流为往复流,悬沙浓度出现4次峰值。悬沙浓度的峰值滞后于流速峰值1~2小时。由岸及远,潮流呈旋转流,悬沙浓度峰减弱并且峰数减少;(3)悬沙浓度变化同潮流变化周期密切相关,存在4、6和12小时的周期性变化,浅水分潮主要影响的是中底层的悬沙变化,对表层悬沙变化影响较小;(4)随工程进行,区域悬沙分布时空特征并未发生大的变化,但局部地区的工程影响不可忽略,近工程站点悬沙浓度都有增加趋势,瓯江南口大潮和小潮间的悬沙浓度变化加剧。     

声学光学法泥沙浓度观测的对比研究

根据光学后散射传感器(Optical Backscatter Sensor,OBS)和声学后散射传感器(Acoustic Backscatting Sensor,ABS)估算悬浮沉积物质量浓度(Suspended sediment concentration,SSC)的原理,在水槽实验室不同波况产生较高悬浮沉积物质量浓度的条件下运用OBS仪器ASM-IV(激光边界层泥沙剖面仪)和ABS仪器AQUAscat1000(多频声学悬沙剖面仪)观测并记录数据。然后用水槽实验抽取的水样标定光学和声学仪器,反演得到高精度的垂向泥沙浓度分布剖面。结果表明,OBS仪器ASM-IV上的不同光学探头测得的浊度与SSC可以用同一个线性关系描述,相关系数高达0.996,进而能够高精度(垂向间距1cm)地反演垂向的SSC剖面;对于本组水槽实验的粉土底质和不同的波况而言,声学仪器比光学仪器的量测精度低;不同频率声学仪器换能器的量测值可相差几个数量级,不同波况条件下的声学仪器反演值与实测SSC的相关性系数在0.716~0.974变化。     

ADCP对悬浮沉积物浓度的测量及其误差分析研究

为实时、连续地测量海水中悬浮沉积物,利用声学多普勒海流剖面仪(ADCP),可以在测流的同时,测量海洋悬浮沉积物浓度。描述了利用后散射强度,估计悬浮沉积物浓度的原理。在现场测试中,利用采水器采集水样,通过水样分析并结合声信号的衰减特征对AI)CP的测量结果进行修正。作者还结合现场测试结果,对这一测量方法的精度进行了分析。现场实验表明,经公式校正后,ADCP测得的后散射强度与实测水样所获得的悬浮沉积物浓度之间有很好的相关性,相关系数达0．88,由此证明,此测量方法具有很好的实用价值和应用前景。     

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。     

Development of acoustic suspended sediment monitor

INTRODUCTIONA~q~tityofmudsandSandsbIDughtbyinfluentriverssUSpendin~talseawater.ThemudsandSands,affectedbythetidesandc~ts,areconstantlymoving,tranSportinganddealting,andcancauseseriousinfluencesonharhars,channelsandwaterconservancies,coaStalandOffshae...     

Remote Sensing Analysis of the Suspended Sediment Transport in Lingdingyang

- The data of landsat TM of multi-temporal for Lingdingyang Estuary, Pearl River in China is firstly used with suspended sediment concentration of field measurement to establish a correlative model equation. After the ratio processing of TM data and atmospheric correction, the images of suspended sediment concentration of different temporals are exported from the image processing systems AREIS II and III. These images express the characteristics of suspended sediment distribution, the mode of sediment transport and the extent of dispersion under the actions of tidal current and wind condition of different seasons.     

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。     

石浦港下湾门水道的水沙运移特征

根据2003年9月5~10日的实测水文泥沙测验资料,对石浦港的主航道——下湾门水道各测站的潮流和悬沙特征进行分析研究。结果表明,研究海域潮流流况主要受地形影响,悬沙运移涨潮大于落潮,泥沙进入石浦港内。对下湾门水道的水沙运移特征进行分析,有助于了解石浦港内水沙运移和冲淤状况。     

声学方法监测悬浮物浓度的定标技术研究

海洋中特别是河口海岸中存在着大量的悬浮物，其中，包含有内陆河流夹带的大量泥沙、海洋内浮游生物及残骸，以及大陆倾倒的大量废水废渣，造成对海洋的污染。研究悬浮物随深度剖面的变化关系，即它的时空特性，将给河口和港湾的疏浚、泥沙综合治理、沿岸工程建设、环境污染防止等方面提供可靠的理论依据和直观方便的监测手段。所以，对悬浮物浓度的定标的研究有着十分重要的现实意义。     

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。