刚性沉水植物影响下波浪传播及泥沙悬浮数值模拟

由于植物引起的紊动作用,含刚性植物床面中悬浮泥沙浓度与无植物裸床相比显著增加,而通过平均流速计算底床切应力的传统泥沙模型无法模拟出该现象。因此,在含植物水流水沙运动物理模型试验的基础上,构建了基于Flow–3D的含刚性沉水植物条件下波浪传播的三维数学模型,模拟了植物影响下波浪动力特征和泥沙悬浮过程,同时从紊动能角度修正希尔兹数,对泥沙模块进行了改进。与实测数据相比,该模型可较精确地模拟出植物引起的整体水流流速减小和局部冠层顶部处的流速增大、水体紊动增强以及紊动能在波周期内出现两个峰值的现象。与原始泥沙模块相比,改进的模型考虑了植物尾流紊动对泥沙运动的影响,可提高含植物床面泥沙悬浮模拟的精度。

波流作用下泥沙悬浮释放污染物的数值分析

基于一维垂向模型(1DV模型),建立了波流共同作用下泥沙悬浮释放污染物的数学模型,模型通过验证可较好的描述床面附近紊动特性、水流结构、泥沙垂向分布及污染物解吸释放规律.利用数学模型,通过设置不同的模拟情景,分析计算了波流共同作用下泥沙悬浮特征、污染物释放动态过程及时空分布特征.研究表明:波流共同作用下,吸附态污染物及总污染物垂向分布与悬浮泥沙分布一致,波浪底部边界层的周期性振荡限制了从底部悬扬的泥沙向上部水体的扩散,在近床面存在梯度较大的高浓度层,在悬浮释放的初期,溶解态污染物的垂向分布规律与吸附态污染物一致,达到平衡后,沿垂向均匀分布.水流流速和波浪强度对泥沙悬浮释放污染物有着不同程度的影响,水流对泥沙及污染物的垂向分布影响明显,波浪的影响主要体现在床面附近形成高浓度含沙层和污染物层.

水省流中的泥沙悬浮（Ⅰ）

近年来用于含沙水流中悬浮颗粒垂向浓度分布的理论已有很多。连续性假设虽然被证明在描述流体运动时非常成功，但却不足以谂 水流中的离散固体颗粒运动。随机模型能用于研究流动中单个颗粒的运动，但很难解释固体颗粒之间相互作用的机制。本文对各种传统理论进行了综合分析和比较，对已有的典型颗粒浓度分布的一般性解释进行了讨论，并据此提出了今后研究的重点。

绞吸式挖泥船疏浚中泥沙悬浮输送的数值模拟

为了合理描述绞吸式挖泥船疏浚施工对泥沙悬浮扩散的影响,文章将绞吸式挖泥船疏浚施工引起的泥沙再悬浮源强计算公式引入水流泥沙数学模型中,并将该模型应用于天津海滨旅游区临海新城吹填项目中,计算分析了疏浚施工作业过程中泥沙悬浮扩散的强度及范围,为进一步采取工程措施降低疏浚泥沙再悬浮对环境的影响提供了技术支持。

辽河口悬浮泥沙时空变化特征及其动力因素分析

基于2019—2020年HY-1C CZI的L2B级泥沙数据和同期气象、水文数据,应用空间分析和统计方法开展辽河口海域悬浮泥沙质量浓度的时空变化特征及其动力因素分析研究。结果表明:潮汐是该海域悬浮泥沙日变化的主导因素,落潮期平均悬浮泥沙质量浓度高于涨潮期;径流对辽河口海域悬浮泥沙质量浓度影响的范围主要在近岸区域,一般不超过5 m等深线;当落潮流流向与风向相反时,浑浊带常横向扩展,而当落潮流流向与风向相同时,浑浊带则收缩在辽河口顶部;风速与悬浮泥沙质量浓度存在显著相关性,离岸越近,风对悬浮泥沙的作用越强烈,这可能与风、浪的协同作用有关;受潮流、径流和风浪的影响,8 m等深线内侧通常发育为最大浑浊带。

环西太平洋海岸带1990-2020年悬浮泥沙变化遥感监测和趋势分析

太平洋西海岸是世界主要大河的入海口,近年来气候变化和人类活动持续改变导致太平洋西海岸带的悬浮泥沙浓度显著变化,使沿海海岸带生态系统受到严重影响。然而,由于沿海岸带观测站有限,难以对这些变化进行有效监测。本研究使用3种典型的悬浮泥沙反演算法,选取1990-2020年的Landsat卫星影像反演太平洋西海岸近岸水域的悬浮泥沙浓度,并重点分析6大亚洲大河入海口悬浮泥沙的空间分布以及动态变化特征。结果表明:①3种悬浮浓度模型的反演结果在31年内时空变化趋势上表现出高度一致,悬浮泥沙浓度在太平洋西海岸6大河口均发生显著下降;②长时间内长江口、杭州湾以及黄河口悬浮泥沙浓度较高,而同时期的珠江口以及湄公河口则相对较低,且不同河口内的悬浮泥沙具有不同的空间分布特征;③6大河口由于受到降水、上游输沙量、风速以及潮汐等不同主导因素的影响,具有不同的季节变化特征。本研究成果对海岸带稳定和可持续发展具有重要参考价值。

基于World View-2影像的西溪湿地悬浮泥沙遥感监测

西溪湿地作为城市次生湿地,其生态和旅游功能为人们所重视,因此监测其水质安全尤为重要.水体中悬浮泥沙浓度是评定水质的相关参数之一,利用环境遥感技术可对水体的悬浮泥沙浓度信息进行监测.以西溪湿地2个时相的World View-2影像为主要数据源,通过水体光谱测量及水样采集,建立悬浮泥沙定量反演模型,并利用实测数据对反演模型精度进行验证评估.研究结果表明:1)采用第三、第五波段遥感反射率比值模型可削弱大气影响,突出悬浮泥沙信息,模型平均相对误差为19.98%;2)采用FLAASH大气校正方法,影像所有波段平均相对误差为17.58%;3)2011年、2013年选用的单景影像反演结果显示西溪湿地悬浮泥沙平均浓度分别为7.48mg/L、9.35mg/L,且湿地各区域悬浮泥沙浓度差异明显;4)采用合适的大气校正和悬浮泥沙反演模型,World View-2影像可较好地应用于西溪湿地悬浮泥沙浓度的遥感监测.

蓬莱近岸海域夏季悬浮泥沙输运及控制因素

基于2019年6月在蓬莱近岸海域实地观测获取的样品和数据,研究了海流、温度、盐度和悬浮泥沙的时空分布特征,利用小波分析、单宽通量机制分解和Richardson数等方法,探讨了悬浮泥沙的输运机制和控制因素。研究区悬浮泥沙在平面上呈以登州浅滩为中心向周围海域逐渐降低的分布特征,垂向上呈由表层至底层逐渐升高的趋势。悬浮泥沙浓度变化与潮流变化具有较好的正相关关系,但在时间上滞后1~2 h。研究区单宽净输沙率为7.84~43.12 g/(s·m)。平流输运在研究区悬浮泥沙输运过程中占主导地位,垂向净环流输运次之。潮流是研究区悬浮泥沙输运的主要动力,悬浮泥沙净输运方向与余流方向一致,登州水道南部悬浮泥沙由西向东输运,水道中部悬浮泥沙由东向西输运,南长山岛两侧悬浮泥沙呈向水道输运的趋势。研究区海域部分水体层化现象明显,水体混合受到抑制,悬浮泥沙的分布和输运受到潮流、水体混合和地形地貌共同控制。

2016-2020年黄河三角洲尾闾河道悬浮泥沙时空分布

三角洲河道悬浮泥沙的时空分布与河口流路稳定性及水下三角洲发育密切相关。基于Sentinel-2高分辨率卫星影像反演悬沙浓度,结合河道形态和水动力数值模拟,分析了近年来黄河尾闾河道悬沙的时空分布特征和影响因素。结果表明:2016-2020年,黄河尾闾河道平均悬沙浓度具有显著的洪枯季差异和不同的沿程分布;洪季悬沙浓度受上游来沙和底沙起动共同控制,王家庄和清加2断面是底沙起动再悬浮的主要断面;径流流速的增大对不同河段悬沙浓度的影响不尽相同,河口段悬沙浓度更易受径流流速的影响;以王家庄断面为界,上下游悬沙浓度分别呈现“深泓低两岸高”和“深泓高两岸低”两种截然不同的分布模式;尾闾河道悬沙浓度对调水调沙响应敏感,2018年调水调沙期间悬沙浓度达到10.75 g/L,但随着河床底沙粗化,尾闾河道悬沙浓度对调水调沙的响应敏感性下降。

悬浮泥沙环境下微塑料颗粒的絮凝特征研究

微塑料颗粒与悬浮泥沙的絮凝特征研究,尤其在天然水体环境中生物膜附着的情况下,对于微塑料颗粒在紊动水体中与悬浮泥沙的沉积动力学过程具有科学意义。选用高岭土作为悬浮泥沙的代表,与聚乙烯微塑料颗粒在紊动剪切率可控的搅拌槽中进行絮凝试验,并采用非侵入式絮凝体观测系统进行观测,分析絮团在不同悬浮泥沙浓度及不同紊动剪切率条件下的絮凝特征。试验结果表明,随着紊动剪切率和悬浮泥沙浓度的增加,絮团的特征粒径总体呈现出先增大后减小的规律。利用Winterwerp模型对试验数据进行拟合,数值模拟结果较好地印证了试验的结果。

海底电缆敷设施工悬浮泥沙起悬比研究

由于海上风电海底电缆敷设产生的悬浮泥沙会影响海洋水环境,故悬浮泥沙是海上风电项目环境影响评价的重点之一,目前悬浮泥沙源强的计算采用经验公式,其中起悬比的选取是关键。通过大丰、阳江海上风电项目海底电缆敷设现场浊度实测,推算海底电缆敷设施工产生的悬浮泥沙源强,再通过经验公式反推悬浮泥沙起悬比。结果表明,在底质粒径介于0.011~0.11 mm的粉砂质或淤泥质海域采用水力冲射法进行海底电缆敷设,产生的悬浮泥沙起悬比选取范围在7%~10%之间,该经验为类似项目提供了实测依据。

机器学习模型的珠江口悬浮泥沙遥感反演与规律分析

本文以珠江口悬浮泥沙水质采样数据及高光谱数据为基础,构建了人工神经网络(ANN)、支持向量回归机(SVR)、随机森林(RF)悬浮泥沙反演模型,结果发现模型预测精度从高到低依次为:RF、ANN、SVR。采用随机森林模型对珠江口悬浮泥沙反演,结果得到珠江口岸悬浮泥沙浓度呈现西高东低,从近岸到离岸逐渐递减趋势。主要是由于珠江口地形为喇叭形,在季风和潮汐共同作用下,珠江口顶部区域受潮汐和风向混合作用强烈。在远离珠江口顶部区域地形较为开阔,各支流径流的悬浮泥沙汇聚堆积在珠江口西南区域,导致珠江口西南区域悬浮泥沙浓度高。

基于GEE的黄河口表层悬浮泥沙浓度时空分布及其影响因素分析

黄河三角洲作为我国重要的生态功能区,探究入海口处表层悬浮泥沙浓度(Suspended Sedi-ment Concentration,SSC)分布及其影响因素对沉积物侵蚀再悬浮、河口海岸带生态过程等具有指导意义。本文基于色度角与SSC之间的关系建立了适于黄河口及邻近海域的SSC反演模型(R2=0.80,MRE=11.0%,RMSE=1.35 mg/L)。借助GEE平台,研究得到2000-2021年黄河口及邻近海域SSC的时空分布特征和变化规律,并从自然和人类活动两方面进行影响因素分析。研究区年均SSC呈波动下降的趋势(-1.83mg/(L·a));空间分布表现为由近岸向远岸逐渐降低的趋势;扩散区间(年均SSC>20mg/L)仅在距离河口4.8~14.6 km之间,黄河入海泥沙对现行黄河口处泥沙扩散影响有限。波浪与悬浮泥沙浓度存在相同的季节特征,非调水调沙期间,有效波高与SSC年代际月均值呈现正相关关系(r=0.66,p<0.01);调水调沙期间,现行黄河口门以及莱州湾处SSC受风速、有效波高影响有限,调水调沙占主导地位。调水调沙期间的来沙系数与高浓度区面积变化率呈正相关的关系,调水调沙结束后(16 d内),高浓度区(SSC>200 mg/L)边界由距沿岸约1.3 km扩大至约2.5 km。

码头工程钻孔灌注桩施工产生的悬浮泥沙影响研究

本文建立了舟山金塘港区宏运物流有限公司通用码头附近海域二维水动力模型和悬浮物扩散预测模型,对潮流进行数值模拟,模拟结果可反映工程附近海域的潮流动力情况。进一步计算了概化桩基产生的悬浮泥沙源强,采取连续性移动点源模拟了码头桩基施工过程中产生的悬浮泥沙扩散,明确了悬浮泥沙扩散的范围和浓度,使得对钻孔灌注桩施工时产生的悬浮泥沙从定性描述细化到定量分析,有助于对周边敏感目标的影响分析和对海洋生物资源损失的定量计算。

珠海一号高光谱数据在黄河流域吴忠段河流泥沙含量检测中的应用

本研究采用珠海一号高光谱卫星数据,结合实地采集的水质样本数据和水表反射率数据,对黄河流域吴忠段的悬浮泥沙浓度进行了反演分析。通过半经验法建立反演模型,并对模型结果进行了验证。结果显示,该模型的R2值为0.78,表明模型具有较高的预测精度,能够有效地反映黄河流域吴忠段悬浮泥沙的空间分布特征。本研究的方法具有可行性和实用性,可进一步推广至黄河其他河段或其他河流型水体。

长江口水域悬沙浓度时空变化与泥沙再悬浮

根据近年来长江河口及其邻近水域8个测站1年的表层悬沙浓度逐日观测资料,并结合水动力状况,对悬沙浓度的时空变化进行了分析。结果发现,长江口自徐六泾以下悬沙浓度不断增高,并呈现口内夏高冬低,而口外冬高夏低,且量值为口外大于口内,杭州湾大于长江口。表明长江入海泥沙在海洋动力作用下强烈再悬浮;悬沙浓度在时间上呈现明显的大小潮周期和季节性变化。进一步分析认为,海洋动力(风浪和潮流) 是泥沙再悬浮的主导因素,制约悬沙浓度的年内变化,其中潮流控制悬沙浓度的大小潮周期变化,风浪引起悬沙浓度的季节性变化,河流径流和海洋动力的对比制约悬沙浓度的空间分布。

水体悬浮泥沙动态监测的遥感反演模型对比分析——以鄱阳湖为例

水体泥沙是进行水环境监测及研究与泥沙输移有关的侵蚀、沉积过程所带来的灾害问题的关键因素,实现悬浮泥沙遥感定量动态监测的关键在于建立合适的反演模型。采用实测光谱模拟TM/ETM+和MERIS数据,对比分析了单波段和波段比值遥感因子构建的5种常用的经验半经验模型。结果表明,以MERIS第7波段遥感反射率为遥感因子建立的对数模型最适宜鄱阳湖地区悬浮泥沙的动态监测。

基于遥感反演结果的悬浮泥沙时空动态规律研究——以珠江河口及邻近海域为例

选择了珠江口及其邻近海域1995年～2000年152个时相的NOAA/AVHRR影像反演的悬浮泥沙浓度结果,通过对悬浮泥沙反演结果影像的叠加,求算叠加像素点像素平均值,计算了研究海域在1995～2000年间月、季及丰枯水期几个时间尺度上的悬浮泥沙平均浓度及其平均变化.结果大致表明了陆地径流对海域的影响范围和悬浮泥沙在海域的运动方向.

长江口水体表层悬浮泥沙时空分布对环境演变的响应

基于1974-2009年15个时相的陆地卫星影像,采用Gordon模型在长江口地区开展了悬浮泥沙浓度反演研究。对反演结果的时空分布规律分析表明:近40a来长江口悬浮泥沙浓度最大下降幅度达40%;悬浮泥沙浓度演化规律与长江口来沙量变化规律具有较好的相关性;曲线拐点与2003年的长江截流、2006年三峡水库蓄水等重大工程事件吻合良好。在忽略波浪、地形等影响因素的情况下,在长时间跨度范围内,遥感技术反演的长江口悬浮泥沙浓度对长江流域环境变迁与人类水利工程活动响应敏感,较好的揭示了环境的变迁。