闽江口及周边海域沉积物输运及资源效应

河流入海泥沙的大部分主要分布在河口、三角洲及近岸陆架地区,发育一系列的粗颗粒沉积体系,是海砂资源重要分布区。本文以福建闽江口为研究对象,初步探讨了沉积物输运过程及海砂资源的形成机制。观测结果表明,闽江河口水体盐度由河口内部向口外海域逐渐增大,水体浊度总体减小;闽江河口附近海域近底部(距离海底25cm)流向表现出一定的旋转流特征,潮周期内余流表现为向海输运,而推移质输运主要发生在涨潮期间,并且潮周期内净向陆输运。表层沉积物粒度分析结果表明,闽江河口水下三角洲前缘表层沉积物主要由粗颗粒物质组成,沉积物类型以砂和砂质粉砂为主,中值粒径小于4Φ;前三角洲地区表层沉积物主要由细颗粒物质组成,中值粒径介于4Φ—6Φ之间。沉积物粒径趋势分析结果表明,闽江入海泥沙经梅花水道和长门水道入海后,在盐淡水混合、径流、潮流的作用下,在闽江河口形成了四个粗颗粒沉积物汇聚区,成为闽江口地区海砂资源的重要分布区;而细颗粒物质在河口羽流和潮流的作用下向偏东方向输运,形成了以黏土质粉砂为主的前三角洲。     

沉积物干容重分析及其沉积学意义:以东海内陆架海区为例

干容重是沉积学研究中用于计算物质通量的一个重要参量,对于正确认识沉积物的收支平衡、源汇通量以及地貌演化等问题具有重要意义。然而,干容重的分析流程和计算方法仍然缺乏统一的规范,导致干容重的取值不尽合理,影响了沉积学研究的定量化和精准度,这个问题需要引起足够的重视。本文选取了东海内陆架的表层沉积物和柱状沉积物,运用实验测试和间接公式计算两种方法获得了沉积物的干容重,对比分析了两种方法的精准度。研究发现,东海内陆架的细颗粒沉积物的干容重的数值范围是1.1—1.5g/cm³;影响沉积物干容重的主要因素是沉积物的成分与粒度,前者通过颗粒态物质的密度起作用,后者通过孔隙度来影响。建议:干容重的分析测试工作应在采样后尽快完成;运用干容重进行沉积通量计算时,应根据沉积物的平均粒度和孔隙度的空间变化选择合适的数值,以获得更加合理的结果。     

菲与纳米银对胶州湾表层沉积物反硝化作用的复合毒性效应评价

多环芳烃(PAHs)与纳米材料污染已对沉积物生态系统和人类生存环境构成严重威胁,其复合污染的毒性效应环境危害可能更大。为了深入探讨PAHs与纳米材料对近岸表层沉积物反硝化作用的复合毒性效应,本文选取位于胶州湾(JZB)的大沽河河口区(DRE)E站和湾内S站,分别以菲和纳米银代表PAHs和纳米材料,通过测定不同剂量单一及复合污染下沉积物反硝化潜势(PDA)的变化,结合浓度相加模型(CA)、独立作用模型(IA)和中效/联合指数等效图法(CI)三种复合毒性评价方法,评价菲和纳米银对沉积物反硝化潜势的复合毒性效应,并对评价方法进行了优选。结果表明,两种污染物浓度越高,对研究区域反硝化潜势的抑制作用越大。菲、纳米银单一及复合作用下对河口区沉积物反硝化潜势的EC50值分别为44.62、112.49和64.86 mg·kg-1,对湾内分别为61.79、147.05和96.18 mg·kg-1。菲单一作用对反硝化潜势的抑制效应强于纳米银,但复合污染的抑制效应更强。两种污染物对河口区的沉积物反硝化潜势抑制效应强于湾内,可能与河口区具有较高Eh和沉积物颗粒度及较低的pH、盐度和有机质含量有关。三种毒性效应评价方法的结果表明,菲和纳米银的复合污染对2个站位反硝化潜势的毒性效应均为协同作用,且对大沽河河口区的协同作用更强。此外,CI法对复合效应的预测结果比CA和IA法更为接近实际观测值,且CI不需要考虑污染物作用模式的限制,因此认为CI法更适用于评价混合污染对沉积物反硝化作用复合影响的效果。本研究结果表明,菲和纳米银会增强彼此对反硝化菌及反硝化功能的毒性效应,由此推断,PAHs和纳米材料在环境中同时存在时比其单独存在对沉积环境的危害更大。     

远区台风“三巴”对长江口波浪动力场的作用机制

针对远区台风对河口波浪动力场的影响问题,利用第三代波浪模式SWAN计算了远区台风"三巴"期间长江口波浪动力场分布,分析了陆架至河口区的波浪能量耗散和波致泥沙侵蚀的时空分布,发现波浪由外海向近岸传播过程中,波-波相互作用导致能量由高频向低频转换,周期和波长逐渐增大,近底层轨道流速增大,能量密度增高;阐明白帽破碎是维持深水区波浪能量平衡和限制波高成长的主要机制,底摩擦耗能和水深诱导的破碎耗能是长江口横沙东滩和崇明东滩邻近海域波高衰减的主要原因;提出波浪产生的底部切应力与相对水深有关,当波浪传播到浅水区时,波长和周期越大,波浪切应力越大。研究揭示了与河口相距数百公里的远区台风能够对长江口波浪动力场产生明显影响,河口水下三角洲前缘是最容易受到波浪侵蚀的区域,研究成果弥补了目前关于陆架远区台风对河口波浪动力场影响研究的不足,对深化认识远区台风对长江口动力环境、地貌演变、航运安全和滩涂保护等有重要科学意义。     

南海北部底层沉积物捕获器中海雪和生物粪粒组成及来源探究

Sediment traps are an important tool for studying the source, composition and sedimentation processes of sinking particulate matter in the ocean. An in situ observational mooring(TJ-A-1) is located in the northern South China Sea(20.05°N, 117.42°E) at a water depth of 2 100 m and equipped with two sediment traps deployed at 500 m and 1 950 m. Samples were collected at 18-day intervals, and 20 samples were obtained at both depths from May 2014 to May 2015. Large amounts of fecal matter and marine snow were collected in the lower trap. The fluxes of marine snow and fecal pellets exhibited a fluctuating decrease between May 2014 and early August 2014 and then stabilized at a relatively low level. Scanning electron microscopy observations revealed that the main components of the marine snow and fecal pellets were diatoms, coccolithophores, radiolarians, and other debris, all of which are planktons mostly produced in photic zone. Used in conjunction with the particle collection range estimates from the lower trap and data on ocean surface chlorophyll, these marine snow and fecal pellets were related to the lateral transport of deep water and not vertical migrations from overlying water column. Moreover, the source area might be southwest of Taiwan.     

潮致泥沙全沙净输运解析模式

泥沙运动作为水流和底床相互作用的纽带,是河流、河口及海岸工程研究的重要内容。在潮波作用明显的河口、海岸地区,周期性的动力作用下的泥沙运动具有往复和可逆的特征,因此研究这类水域的泥沙的净输运更具有实际的意义。基于泥沙输运和流速呈指数关系假设,建立潮流环境下的泥沙全沙净输运的解析解公式,并对该公式的计算结果和数值计算以及数学模型的结果进行了检验和验证,结果表明本研究提出的公式能较好地反应潮流环境下的泥沙净输运。由此,基于本公式采用潮流分潮调和常数可计算得到全沙净输运,并可以分析各分潮流及其相互作用与泥沙净输运的关系。研究结果显示,在受径流影响较大的半日潮河口,S2、MS4、M2三潮相互作用对全沙净输运的贡献显著高于通常的潮流不对称作用,即M2、M4的相互作用。此外,河口区域径流导致的余流对泥沙净输运的贡献不可忽略,特别是在洪季,大径流量条件下往往导致余流较大,其对泥沙净输运的贡献所占比例较大。     

沉积物粒度组分空间预测的神经网络残余kriging方法

针对近海表层沉积物粒度组分空间变异的尺度差异性,提出了基于广义回归神经网络残余kriging的沉积物粒度组分空间预测方法,并以海州湾沉积物粒度数据为基础,分析了其在沉积物粒度组分空间预测和底质类型制图中的应用效果。结果表明,广义回归神经网络残余kriging方法能够获得比普通kriging方法更高的沉积物粒度组分空间预测精度,并且其底质类型的总体空间预测精度达到85%以上,相应的Kappa系数也在0.8以上,显示底质制图的预测类型与样本的实测类型具有较高的一致性。新方法对于开展定量化的沉积物粒度组分空间预测和底质类型制图具有参考价值。     

Response of the barrier island coastal region of southwestern Nigeria to climate and non-climate forcing

Despite threats emanating from the influence of climate and non-climate forcing on the barrier island coastal region of southwestern Nigeria, the extent of the coastal erosion is poorly understood. We report evidence of coastal erosion and sediment accumulation in the region over a 34-year period (1973–2017), using Landsat imagery at intervals of approximately six years. Landsat image corrections and various water-extraction algorithms were used to systematically delineate coastal erosion and accumulation in the area. The region was subdivided into western and eastern subregions separated by Lagos Harbour. In the west, erosion took place during the periods 1973–1979, 1979–1984, 1990–1999 and 2005–2011, whereas in the east, erosion occurred during 1973–1979, 1990–1999 and 1999–2005. Coastal sediment accumulation occurred in the east during 1979–1984, 1984–1990, 2005–2011 and 2011–2017, whereas gains in the west occurred during 1984–1990, 1999–2005 and 2011–2017. The study revealed substantial net erosion of 1 228.1 ha in the region as a whole, over the full period. Sediment accumulation accompanying the coastal erosion appears to be linked to longshore drift. Erosion between 1973 and 2011 was probably attributable to climate change (storms and tidal conditions), longshore drift, the inflow and outflow of water at Lagos Harbour, coastal morphology and, possibly, human impacts. However, the coastal changes between 2011 and 2017 were more obviously associated with human activities, such as development of the Eko Atlantic construction project. Coastal surveillance, together with the use of environmentally sensitive protective measures, could possibly help to reduce coastal erosion in the region. Careful coastal management practices, including artificial nourishing and the installation of resilient structures (e.g. seawalls), should be undertaken to protect human settlements that are already at risk from sea-level rise.     

钢管脐带缆扭转平衡设计

钢管脐带缆包含多种螺旋缠绕的功能单元,其在外力载荷下会发生相对运动,而且钢管的刚度较大对扭转平衡有重要影响,因此,相对于普通电缆,钢管脐带缆在扭转平衡设计时更加困难。根据扭转平衡理论公式,采用控制变量法,以第二层铠装钢丝的绞合角度为变量进行扭转平衡设计。首先建立脐带缆缆芯有限元模型,对其施加拉伸载荷,结果显示缆芯出现了扭转,这证明不能将脐带缆缆芯视为一实心圆柱。其次建立不同绞合角度的脐带缆有限元模型,设置各功能单元的材料属性和摩擦系数,分析模型在拉伸载荷下的扭转角度,并将相同拉伸载荷下的扭转角度拟合为直线,从而得到钢管脐带缆在扭转平衡状态时的最优绞合角度。最后,采用试验方法对实物钢管脐带缆进行扭转平衡测试,测试结果显示在拉伸载荷下脐带缆单位长度扭转角度十分微小,这表明缆是扭转平衡的。因此验证了使用的有限元方法在钢管脐带缆扭转平衡设计中的有效性。     

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。