长江河口北槽抛泥作业状态下的悬沙浓度分布与扩散过程

在长江河口北槽抛泥过程中 ,应用ASSM Ⅰ型声学悬浮泥沙观测系统观测悬沙浓度的时空分布规律 ,结合多普勒流速剖面仪走航式断面流速测量。研究发现 :( 1 )泥沙浓度垂向分布形成至少三种结构类型 ,即上小下大的“L”型和指数型 ,上大下小的“漂浮”型 ;( 2 )受抛泥泥沙输移的影响 ,断面流场形成低流速区 ,或分布在水体表、中层 ,或贯穿整个水体 ,形成流速切变锋 ,它们的强度随抛泥泥沙输移扩散逐渐减弱 ;( 3)在落潮流和颗粒重力共同作用下 ,抛泥泥沙同时存在输移扩散和沉降过程。小潮型抛泥泥沙主要就近扩散和沉降 。

潮汐河口断面悬沙通量组分模式及其在长江口的应用

断面泥沙通量估算的误差主要来源于计算方法、测点布局等,通量模式应该建立在通量估算统计误差最小的原则基础之上.在断面网格设计中采用统计误差最小的等面积单元网格,在泥沙通量估算中采用泥沙组分浓度,在流速变量插值上垂向采用对数函数插值,横向采用第一边界三次方样条函数插值.这样建立的潮汐河口悬沙断面通量组分模式较以往的任何模式更完善,断面通量估算的误差最小.将该模式应用于长江河口南港断面悬沙通量估算及其输移机制分析,断面泥沙通量表现为大潮期大进大出、大出大于大进;小潮期小进小出、小出大于小进;主要输移机制是拉格朗日输移和潮泵.

长江口北槽抛泥流速和悬沙浓度时空分布观测

河口泥沙运动有其独特的规律,需要采用高分辨率的观测手段进行系统的现场观测,以此发现河口流速和泥沙分布结构,进而探讨其形成机制,应用声学多普勒流速剖面仪和声学悬浮泥沙观测系统,通过定点和走航式观测长江河口不同潮型和流态下流速和悬浮泥沙浓度时空分布发现:(1)不同潮型出现高浓度“事件”的次数和成因存在差异,中潮型出现高浓度“事件”的可能性最大;(2)抛泥泥沙浓度垂向分布至少有3种结构类型,即上小下大的“L”型、指数型和上大下小的“漂浮”型;(3)受抛泥泥沙输移的影响,断面流场形成低流速区,它们的强度随落潮流的扩散逐渐减弱;(4)不同潮型的落潮流表现出不同的输移行为,大、小潮型落潮流偏北,中潮型落潮流偏南;(5)在落潮流和颗粒重力共同作用下抛泥泥沙同时存在输移扩散和沉降过程,小潮型抛泥泥沙主要就近扩散和沉降,中潮和大潮型抛泥泥沙输移扩散范围较远。

黄茅海河口湾泥沙输移研究——兼论McLaren模型在河口中应用的问题

以珠江黄茅海河口为例，使用１９８８年４月、１９９２年洪、枯季表层沉积物颗粒分析成果，根据泥沙粒径统计特征值，运用ＭｃＬａｒｅｎ模型分析河口泥沙输移趋势，并结合水动力及水下地形进行综合分析，确定泥沙来源、搬运方向，探讨泥沙输移机制。为进一步研究河口泥沙运动规律及泥沙通量提供背景，同时为研究河口湾出海航道、港口泥沙淤积及河口污染物输移扩散提供一条新途径。

沙坝和沙脊的形成机制与理论模型

沙坝和沙脊是广泛发育于河流、河口海岸与浅海陆架的大尺度泥沙堆积体 ,由于发育环境和动力过程的不同 ,它们的形成机制和演变规律存在明显的差异。从动力过程、形成机制和预测理论模型等方面分别评述了河流沙坝、河口海岸沙坝与沙脊的研究现状 ;总结出沙坝与沙脊形成发育的 4种预测理论 。

现代三角洲动力沉积过程与沉积体系发育机制评述:以珠江三角洲为例

全球变化和海平面上升背景下大型三角洲体系的响应机制与应对措施,将是关系到区域和全局性的环境与生态安全问题。现代珠江三角洲是一个受构造活动与地貌控制、河流与潮汐共同作用的内陆架浅水型三角洲,在世界大型海岸三角洲研究中具有独特的地位。过去由于水下三角洲勘探与研究不足,尤其动力沉积过程与潮汐沉积地层研究的薄弱,致使现代珠江三角洲发育演变规律长期成为学术界争论的焦点问题。本文将从三角洲类型与地层模型、三角洲动力沉积过程、珠江三角洲等三个方面进行评述,提出三角洲研究的突破口在于从三个时间尺度,即现代动力沉积过程、百年尺度的高分辨率沉积地层和千年尺度的沉积体系,探讨三角洲发育演变与动力沉积机制。

河口涨落潮槽水沙输运机制研究

以长江口南支、新桥水道、南小泓和南港主槽作为典型涨、落潮槽研究对象,分析了2001年洪季水沙资料,研究了长江河口涨、落潮槽的水沙输运机制,探讨了不同河槽的各种动力因子对水沙输移的贡献差异,结果表明落潮槽的欧拉余流均大于涨潮槽的值;水量净输移大小依次是南支主槽、南港、新桥水道和南小泓。净输水量分布和其欧拉余流分布相对应。平流输沙项在落潮槽对总输沙的贡献要大于其在涨潮槽的贡献,瞬时源汇输沙项在涨潮槽对总输沙的贡献要大于其在落潮槽的贡献。

舟山海域陆源溶解有机质变化及其对近岸羽状流的响应

2007年夏季在东海舟山海域河口锋区开展了陆源溶解有机质的调查研究。测定了有色溶解有机质（CDOM）在激发波长370 nm/发射波长460 nm处的荧光强度和在λ=355 nm处的吸收系数,用于代表陆源CDOM浓度,并测定了荧光指数以指示CDOM来源。结果表明,CDOM的荧光值和紫外吸收系数之间呈显著正相关性,陆源CDOM浓度大体有向海方向降低的趋势,但是纵向上存在一些＂突跃＂现象。在舟山海域东北角不时观测到表层水体含有高浓度的CDOM,但变异性很大,推测可能该海区受到长江口羽状流的影响。在连续观测站发现陆源CDOM浓度在低平潮时往往比高平潮时要高。河海水在混合过程中CDOM浓度与盐度呈显著的线性负相关关系。在低盐度的悬沙锋区（S〈24）CDOM浓度明显低于理论稀释值,而在较高盐度的羽状锋区,CDOM浓度接近于理论稀释值。在盐度为24~31范围内,大部分水样的荧光指数在1.50上下波动,表明其中CDOM来源以陆地来源为主;在较低盐度（S〈24）的水样中荧光指数在1.70至1.90以上,表明CDOM以海洋来源为主,这与其陆源组分在高浊度的低盐度区存在显著的去除过程有关。研究表明,舟山海域水质存在着显著的变异性,与近岸羽状流密切相关,陆源溶解有机质的分布特征对此有较好的响应。

河口底边界层湍流观测后处理技术方法分析

河口底边界层过程是河口海岸研究与工程应用中的重要内容。三维点式高频流速仪(ADV)已经成为湍流现场观测的最有效的工具之一,然而受测量状态、复杂的波流环境、底床几何结构等因素的影响,湍流观测的后处理目前还不成熟。在前人工作的基础上,提出了河口底边界层湍流观测后处理的综合技术方法,包括测量状态判断、数据质量检测、坐标系旋转、去除毛刺及滤波,探讨了这些处理方法中的某些步骤及处理顺序对湍流参数估算可能产生的影响,提出了综合后处理技术的准确性评估方法。该研究对于近岸海洋湍流混合、泥沙输运等重要问题的解决可以提供较为扎实的技术支持。

长江口海图深度基准面换算关系研究

长江口不同时期的海图采用的深度基准面不一样 ,为充分利用诸多历史海图资料 ,需要了解历史海图深度基准面之间的关系。本文介绍了海图理论深度基准面 (前苏联弗拉基米斯基的低潮面 )的推算方法 ,用Matlab语言实现了对海图理论深度基准面的人机交互式计算。利用 1977年实测潮位资料计算获得的调和常数 ,计算了长江口 10个验潮站的深度基准面 。

河口涨落潮槽水动力特征及河槽类型判定

在前人对河口冲刷槽研究的基础上,选择长江口南支、新桥水道、南小泓和南港主槽作为典型涨、落潮槽研究对象,以2001年洪季和2003年枯季实测资料为根据,比较分析了长江口涨落潮槽的水流、泥沙、优势流和优势沙等动力特征,结果表明用单一因子分析河槽性质不够全面.提出了一个(无量纲因子)河槽类型系数(λ)来综合表述河槽的多种水文泥沙特征,可以较全面地用多个影响因子来合理地判断河槽类型.

伶仃洋ZK19孔晚第四纪沉积地球化学特征及其古环境意义

依据对珠江口伶仃洋海域ZK19孔岩芯材料的沉积学、年代学和沉积地球化学研究,探讨了该海域古环境演变特征。该孔以末次盛冰期风化层为界,存在2个沉积旋回和2次海侵事件。微量元素质量分数、主量元素(Al2O3/Na2O值、Mg O/Al2O3值、Sr/Ba值及V/Cr值等),化学蚀变指数(CIA)和化学风化指数(CIW)的变化特征,反映了MIS4晚期至MIS3初期,该地由陆相向滨海相过渡,气候从偏冷逐渐升温,海平面逐渐上升,但速度较慢;MIS3该地为河口湾相,气候进一步转暖,海平面以较大幅度上升;MIS2阶段(末次盛冰期)海平面大幅下降,气候变冷;MIS1的8―12 cal.ka B.P.气候逐渐转暖,海平面快速上升,为河流相―滨海潮滩相―河口湾浅滩相―河口湾相;中全新世大暖期,受水下滩槽地貌侧向迁移影响,该孔地层遭剥蚀;晚全新世3 cal.ka B.P.以来,气候整体相对稳定,较早全新世温暖,沉积环境依次为河口湾相―三角洲前缘斜坡相―三角洲前缘浅滩相。

长江口涨、落潮槽底沙输移趋势探讨

选择长江口南港南小泓和南港主槽作为典型涨、落潮槽为研究对象，以 2001 年 9 月所采底沙的颗粒分析资料为根据，并结合实测水文、泥沙资料进行水动力分析, 运用 Gao-Collins 粒径趋势分析模型分析了底沙输移趋势，结果表明：南小泓的底沙主要是来自口门附近，由于涨潮流强于落潮流而使底沙向上游输移，即 SE—NW 方向，而南港主槽的底沙主要来自上游，由于落潮流强于涨潮流而使泥沙向下游输移，即 NW—SE 方向。

基于小波变换的西、北江水沙关系特征分析

对珠江高要、石角站近50年(1957—2000年)流量、含沙量和输沙量月均时间序列利用复Morlet小波变换,分析水沙序列的多时间尺度变化特征,并在流量的特征时间尺度上分段建立相应的水沙关系,结果显示:(1)两站水沙时间序列具有多时间尺度特征,年内洪枯季周期最为显著,水沙丰枯变化不同期。流量的长周期振荡特征较含沙量与输沙量明显,中时间尺度振荡在20世纪70年代有明显的突变点,石角站突变点略滞后于高要站。高要站输沙量明显多于石角站,在20世纪80年代之后石角站输沙量明显减少;(2)特征时间尺度上水沙关系存在丰枯变化。水沙关系公式Cs=aQb中,系数a值变化反映出少水期泥沙的供给量较小,指数b值显示少水期水流的挟沙能力强。两个多水时段(1992—2000年和1957—1974年)水沙关系近似平行下移,说明水流的挟沙能力相近,但泥沙供给量存在一定差别,前一个多水时段泥沙供应量小于后一多水时段,明显的人类活动是主要原因。整体时段的水沙关系曲线只能代表多水期的水流挟沙特征,而不能代表少水期的水沙关系。

基于小波变换的水沙关系特征分析：以长江大通站为例

根据长江大通站近50年（1957～1999年）的水沙数据，利用复Morlet小波变换，分析水沙时间序列多尺度小波特征，建立了不同时间尺度上的水沙关系式。分析结果显示：（1）呔通站水沙序列年内洪、枯季周期波动最为显著，流量的长周期特征明显，含沙量与输沙量的短周期特征显著。（2）大通站水沙序列多尺度特征明显，流量的振荡周期主要为3～6a和8～16a；含沙量多尺度振荡周期较为平稳，4～6a的周期振荡中心尺度呈明显下降的趋势；输沙量以4～6a和10～14a的周期显著振荡，输沙量变化平稳，较含沙量变化有一定的滞后期。（3）根据流量小波特征分析，近50年的水沙变化过程大致可分为3个时期，分时段拟合水沙关系曲线，发现总体水沙曲线的指数与正常期和丰水期的接近，而与少水期的存在较大的差距。少水期系数较小、指数较大，表明在少水期泥沙的供给量较少，但水流的搬运能力增强。

珠江河口地形致动力结构研究——以崖门为例

局部地形对于河口动量和能量平衡有重要作用,影响了潮波性质和物质输运特性。选取珠江河口崖门这一典型的地貌单元,通过水尺和座底式支架的观测,对其特殊地形边界影响下的动力结构进行了探讨。结果表明:(1)过水面积的缩窄导致崖门口处形成局部高水位区,来流方向水位壅高,去流方向水位梯度增大;(2)忽略斜压作用的情况下,由水位梯度所产生的正压项是主要的动力项。沿河道方向的二维垂向平均动量平衡中,急流时刻主要是正压项和对流加速度项平衡,憩流时刻主要是正压项和局地加速度项平衡;(3)地形变化所产生的形态阻力比床面粗糙所产生的肤面阻力要大数倍到一个数量级。

珠江河口底边界层憩流动力特征

通过在珠江黄茅海河口进行的25 h定点连续观测,分析了潮流底边界层在憩流时刻的动力特征。结果表明,憩流期非恒定性增强,改变了平均流和湍流结构。主要表现:1)平均流结构出现三种不同类型,分别是对数分布(摩擦力主导)、垂向均匀分布(惯性主导)和过渡状态(摩擦力和惯性力平衡);2)湍流各向异性增强,湍谱惯性子区带宽减小。各湍流特征参数在转流时刻达到最小值,表明惯性作用抑制了湍流的发育。

河口底边界层座底支架稳定性实时监测技术

河口水文座底式观测中,如何确保支架的稳定性是一个关键问题。现有的方法是通过回收数据推测测量过程中支架的状况,缺乏观测期间支架状态的实时监测。利用声学原理设计了一套简单的实时通讯姿态监测仪,实验结果表明,监测仪可将座底支架的姿态信息从河床底部实时传送到测量船,提供支架姿态实时的时间序列信息,为获取高质量的观测数据提供了可靠的技术保障。

多波束系统通讯结构优化方案探讨

对于现场多要素水文综合测量,多个厂家仪器设备的通讯结构与协议往往存在明显差异,这将直接影响测量质量,甚至导致测量任务失败。为了有效地保障测量项目的顺利展开,本文以多波束系统为例,开展测量系统通讯结构设计,提出优化方案。结果表明,改进后的通信性能稳定可靠,测量操作简单方便,具有较大的应用推广前景。

基于ADV声学泥沙反演与扩散机制分析

利用座底三脚架观测系统于2012年洪季对珠江黄茅海河口湾底边界层沉积动力过程进行了系统观测,建立了基于现场ADV探测的高频泥沙声学反演方法,分析了泥沙浓度、泥沙扩散通量及泥沙扩散系数随潮汐变化的特征,探讨了泥沙再悬浮的湍流猝发机制。泥沙浓度、泥沙扩散通量、涡动扩散系数及泥沙扩散系数具有明显的潮汐变化特征,主要表现为急流时较大、憩流时较小。泥沙沉降速度与泥沙浓度之间的幂函数关系可以很好地描述潮周期内沉降速度的变化。湍流猝发过程中,喷射和扫射事件是泥沙垂向扩散的主要动量来源,大振幅的猝发事件对泥沙垂向扩散具有决定性影响。