长江口南港底沙再悬浮特征及其浓度预测

利用声学悬沙浓度剖面仪（ACP-1）和Endeco流速仪、双频测深仪等对长江口南港底沙再悬浮的浓度、流速和盐度、水深等进行连续14h定点同步观测。对长江口南港底沙再悬浮特征及其影响因子进行综合分析，结果表明：转流阶段再悬浮频率较小，强度较大；涨（落）急阶段，再悬浮频率较大，强度较小；过滤阶段，再悬浮频率和强度随流速同相变化；底沙再悬浮浓度的主要影响因子是盐度、流速、水深和悬沙粒径。再悬浮浓度与流速、盐度、水深和悬沙粒径的线性回归关系显，相关系数达0.91，且流速、水深和粒径与之呈正相关，盐度与之呈负相关。     

悬浮絮凝体特征及其影响因子的综合作用——以长江口内河槽和口门最大浑浊带为例

絮凝对河口细颗粒悬沙运动起着极其重要的作用.为深入探讨长江口悬浮絮凝体的特征及其主要影响因子的综合作用,于2014年10月19—23日(长江口径流量、潮差、风浪均接近多年平均值)利用多种仪器在人类活动干扰较小的南支-北港-口外海滨水域进行了综合现场观测和取样,获得了四个潮流特征时刻(涨急、涨憩、落急、落憩)的悬浮絮凝体粒径、分散粒径(即分散悬沙的原始粒径)、悬沙浓度、体积浓度、流速流向、盐度等数据.利用灰色关联度分析方法分析五大影响因子(悬沙浓度、体积浓度、流速、盐度和分散粒径)对絮凝体粒径和有效密度影响程度.结果表明,在相同体积水体中,口门最大浑浊带测点的絮凝体相对口内河槽测点数量多、粒径小,絮凝体内粘土颗粒少、空隙大、自由水多.在口内河槽,絮凝体粒径主要受悬沙浓度、分散粒径和体积浓度控制,有效密度主要受到分散粒径、悬沙浓度和流速控制;在口门最大浑浊带,絮凝体粒径的主控因子是流速,有效密度主要受到盐度、悬沙浓度控制.     

长江口北槽口外细颗粒悬沙沉降速度

提供了一种计算长江口外细颗粒悬沙沉降速度的方法,利用流速仪和声学悬浮泥沙观测系统,获得了长江口北槽口外大潮水流、悬沙浓度垂线分布资料,采用落憩时刻的悬沙浓度７条垂线分布资料,通过Ｒｏｕｓｅ公式拟合,计算了与悬沙浓度垂线分布曲线相对应的细颗粒悬沙沉降速度,计算结果相对集中于３．０－４．０ｍｍ／ｓ。     

动水条件下泥沙絮凝体粒径变化分析实验研究

絮凝体广泛存在于自然界水体中,而在河口海岸动水环境下的黏性细颗粒泥沙的絮凝变化过程是一个重要且有待完善的研究课题。利用长江口北槽现场悬沙样本开展了系统的室内絮凝实验。采用粒径分布与有效粒径两种分析方法,研究了在水流紊动、盐度和悬沙浓度等不同絮凝因子条件作用下对长江口北槽泥沙絮凝体粒径变化的影响。实验结果表明:紊动剪切率对絮凝体粒径作用为先促进后减小,临界值出现在23. 09 s~(-1),此时最大有效粒径为50. 26μm;而悬沙浓度会抑制絮凝体生长;同时长江口北槽悬沙的絮凝饱和盐度要大于高岭土,约为14. 4 ppt。     

潮滩微地貌的声学观测与分析

于2013年6月8日至6月9日在江苏如东潮滩进行海底地貌与沉积动力学观测.采用"差值法"从声呐数据中提取底形信息,并分析底形演化与水动力、悬沙浓度的关系.底形数据结果表明,潮周期内底床形态变化明显;分析同步的沉积动力学观测数据发现,底床形态的起伏程度与流速呈正相关关系.随着流速增加,近底部水体悬沙浓度增加,底床形态起伏程度增加;流速减小,近底部水体悬沙浓度回落,底床形态的起伏程度降低.分别分析东西向与南北向底床起伏程度与流速的关系表明,流向对沙纹的起伏程度具有重要影响,垂直沙纹走向的水流会增大底床形态的起伏程度,平行沙纹走向的水流会减小底床形态起伏程度.     

长江河口悬沙颗粒特征变化趋势及成因

以长江口潮区界(大通站)至口外海滨为研究区域,通过对1950~2013年60余年实测水沙数据的分析,研究了长江河口悬沙颗粒变化特征、趋势及成因.主要结论为:(1)1950~2013年期间,潮区界d63μm悬沙百分含量增加,输运量减小,d63μm悬沙输运量和百分比均减小,且该组分悬沙主要沉积在潮区界至潮流界区间;(2)潮区界至潮流界区间沿程上悬沙粒径伴随d63μm悬沙输运量减小而减小,2006~2013年该区间悬沙粒径较1960~1985年期间为细化趋势;(3)2013年7月潮流界至徐六泾河段的悬沙中值粒径(d_(50))较2004年8月明显减小,同时2002~2010年逐年8月徐六泾断面悬沙中值粒径与大通站同步性减小趋势,表明流域悬沙粒径变化已影响至长江口;(4)1998~1999年、2003年、2007年和2010~2011年期间南支、拦门沙、口外海滨及北支河段的悬沙中值粒径为减小趋势,百分含量上黏土增加,粉砂和砂略有减小;(5)南港—南槽为粗颗粒悬沙输运通道,2005年8月、2007年8月和2010年8月南港、北港、南槽和北槽悬沙中值粒径均为减小趋势,百分含量上黏土先增加后减小,粉砂先减小后增加,整体上仍以d63μm泥沙占优势.在成因上,长江流域进入河口d63μm悬沙输运量的锐减为潮区界至口外海滨区域悬沙细化的主要因素.     

沙波形态及运动特征的概化数学模型研究

水库修建后坝下游水沙条件发生显著变化,推移质补给大量减少,悬移质占输沙量的主要部分.在河床持续冲刷过程中,沙波运动从以推移质为主逐渐转变为推移质与悬移质共同输移.建立了一维沙波形态及运动特征的概化数学模型,对比了基于推移质和悬移质输移的沙波运动特征,采用已有公式对基于推移质运动的沙波形态变化和运动速度进行了验证,并讨论了不同参数对沙波运动的影响.模拟结果表明：(1)基于推移质运动的沙波向下游运动,沙波上各点的运动速度与其高程正相关,迎流面冲刷,背流面淤积,沙波形态逐渐向不对称发展,沙波运动临界时间为31.78h,与已有解析解误差仅为1.5%;基于悬移质运动的沙波未向下游运动,以垂向冲刷为主,沙波上各点冲刷强度与其高程正相关,波高逐渐减小,沙波形态基本对称且趋于消亡;(2)基于推移质运动的沙波波峰和波谷的运动速度计算值分别为51m/d和17m/d,与已有公式的最大相对误差小于26%,形态曲线的平均相对误差小于19%,故计算结果能较好地反映沙波运动特征;(3)水沙参数对沙波的影响比沙波初始形态参数更显著,增大单宽流量和减小水深均能使沙波运动增强,且对水深变化的响应更加敏感.     

平衡输沙条件下非均匀推移质运动特性

考虑床沙特性以及颗粒暴露度对非均匀沙运动的影响,根据滚动平衡关系,提出了非均匀沙起动流速公式,利用实测资料分析了附加阻力系数的特点,并得到其数学表达式.通过对非均匀泥沙颗粒运动方程的分析,导出了非均匀沙临界起动希尔兹参数的数学表达式,从而从理论上解释了非均匀沙颗粒与均匀沙起动的不同之处(粗颗粒较同等粒径均匀沙容易起动,细颗粒则与之相反).分析了非均匀沙颗粒随水流运动的特点,指出非均匀沙颗粒运动与其所处的床面条件具有直接的关系,床面条件不同,运动也将呈现不同的特点.最后建立了平衡输沙条件下非均匀推移质分组输沙率公式,公式的计算值与实测资料吻合较好,并且能够用来计算均匀沙推移质输沙率,具有广泛的通用性.     

长江口及其邻近海域洪季悬沙分布特征分析

基于近几年大量的实测资料,对长江口及其邻近海域洪季期间悬沙浓度的时空分布特征进行了分析.结果表明,悬沙浓度空间上以杭州湾测点最高,其次是长江口内、长江口外,舟山海域最低;悬沙平面分布总体态势为近岸高而外海低;长江口纵向上自口内经口门向口外悬沙浓度大致呈“低-高-低”分布,沿杭州湾测点则由西向东逐渐降低;横向比较长江口外海滨四个测点发现其悬沙浓度自北向南顺次升高;悬沙浓度一般由表及底逐渐增大,但在不同水域其主要呈现的垂线结构类型则有所不同.时间上由于潮流的大小潮和潮周期变化,悬沙浓度还存在大小潮和涨落潮周期变化.另外,对长江口及其邻近海域悬沙浓度时空分布特征的原因进行了初步分析.     

泥沙起动流速研究现状分析

该文通过回顾泥沙起动的随机性、运动判别标准、以及泥沙颗粒在河床面的受力分析研究,简要综述了粗颗粒散体泥沙、均匀沙散粒体及细颗粒粘性泥沙、非均匀沙、砾石和卵石以及斜坡上泥沙起动流速的一些主流研究成果,并将最近的一些研究成果与经典研究进行对比。虽然泥沙起动流速研究由国外学者奠基,但在后续的理论体系完善中我国学者也进行了较为深入的研究工作并得到许多实用的经验和半经验公式。粗颗粒散体泥沙的起动流速、均匀沙散粒体及细颗粒粘性泥沙的起动流速研究较为透彻,非均匀沙和砾石和卵石的起动机理,以及斜坡上的泥沙起动流速仍有很大发展空间,对于规律性较为不明显的起动流速研究将会成为今后研究的热点方向。     

中国西部矿区厚松散层的溃沙临界流速与水沙流动特征

以陕北榆横矿区为例,研制全程可视化水沙两相高速流动试验装置,开展颗粒起动试验、溃沙试验和水沙两相流动试验.试验结果表明:细颗粒的流失是溃沙的先决条件,为粗颗粒的运移创造膨胀空间.0.3~0.6mm风积沙颗粒之间主要以碰撞的形式传递能量,而0.15~0.3mm的风积沙颗粒之间的相互摩擦和挤压作用占优,相比于碰撞作用能量损失较少,相同时间内出沙量随着颗粒粒径的增大呈递减趋势.随着轴向应力的不断增大,风积沙所需要的溃沙临界流速也越来越大.当风积沙粒径d<0.6mm时,溃沙时渗流状态为线性层流,临界流速为0.03~0.4cm/s.单位时间内溃沙量与水力梯度成正比,表明含水层水压力是决定溃沙灾害程度的关键因素.     

磨刀门水道枯季底边界层的泥沙交换过程

河口底边界层细颗粒泥沙运动往往受边界层内多种尺度的动力过程影响而变得十分复杂。由此,基于座底支架上的ADV与OBS,于2010年枯季在珠江磨刀门水道分别进行大、中、小潮的底边界层观测,对磨刀门水道底边界层湍流动力特征与小尺度泥沙交换过程进行研究。结果表明:悬沙有效沉速、床面切应力与底床侵蚀率的变化范围随着潮差的增大而增大;底床侵蚀率与平均流速变化规律相似,当流速小于0.3 m/s时,侵蚀率基本保持在0.002 kg/m2左右,流速超过此临界值时,床面泥沙发生再悬浮。悬沙和床沙交换过程随着潮差增大而增强,且落潮时段强于涨潮时段。     

论底沙的开动流速和输沙率

本文就泥沙研究中至今尚未很好解决的两个基本问题——底沙的开动流速和输沙率进行了探讨。在收集整理和分析近年来我国有关单位以及我们自己对各种人工轻质沙和天然沙进行开动流速试验和底沙输沙率试验所得大量数据基础上,提出了两个新的统一协调的底沙计算公式。当沙粒粒径d≥0.24mm时两公式具有下列简便形式:■上二式中V_k为以垂线平均流速计的沙粒开动流速；r_s为沙粒幺重；r为水幺重；g为重力加速度；d为所考虑沙粒的粒径；h为水深；p为以密实体积计的单宽输沙率；V为水流实有垂线平均流速。     

长江口枯季水动力悬沙特征与再悬浮研究

2004年2月13~22日枯季大小潮期间在长江口北港、口门及口外进行了水动力、悬沙浓度和盐度的全潮观测,并对数据进行分析,同时对研究区域的再悬浮/沉降通量进行计算,进而讨论长江口枯季水动力和再悬浮特征.结果表明,长江口外以潮流作用为主,但流速、悬沙浓度和盐度的分布和变化仍与径流作用有关,观测期间再悬浮现象不显著.北港内及口门处,径流作用较强,盐度较低,落潮流速大于涨潮流速,当流速较大时,底部再悬浮作用显著.计算结果表明,再悬浮通量的数量级为10-3~10-6kg m-2s-1,沉降通量为10-9~10-10kg m-2s-1.     

长江口流速和悬沙垂线规律研究

根据长江口的实测水流流速、悬沙含量及其级配资料，分析了它们变化的规律性，并用通用公式进行了验证．从研究结果可以看出：实测资料与现有理论和经验公式的拟合程度较好；在相对水深η=0.4处的流速、悬沙含量及其级配与垂线平均值基本一致，因而可用η=0.4处的流速u0.4与含沙量S0.4来计算单宽输沙率．     

潮滩减少对杭州湾悬沙特征的影响

1974至2020年间,杭州湾沿岸潮滩累计减少面积将达1 290 km2,占杭州湾水域面积的25.8%.基于FVCOM水动力数值模型,耦合水沙密度,引入悬浮泥沙对底边界层的影响,并考虑细颗粒泥沙絮凝过程,建立河口三维细颗粒泥沙数值模型,提高了高悬沙浓度河口悬沙数值模拟的准确性.实测及卫星反演数据验证结果显示,该模型能较好地模拟杭州湾水沙运动.基于所建模型,采用不同时期的杭州湾潮滩数据,研究潮滩面积减小对悬沙浓度、悬沙通量及冲淤分布的影响机理.结果显示:潮滩减少过程中湾内流速及底床切应力发生变化,进而影响湾内悬沙浓度.杭州湾潮滩减少导致乍浦以西水域流速降低,月均悬沙浓度最大减幅高达30%.乍浦以东水域流速增大,月均悬沙浓度升高约15%.潮滩减少主要通过影响潮泵效应,进而改变湾内悬沙输运特征,平流输沙项在潮滩减少过程中对杭州湾悬沙特征的影响较小.1974至2003年间,杭州湾潮滩面积减少约787 km2,澉浦断面潮泵效应增强,陆向悬沙净通量增大,金山、芦潮港断面陆向悬沙净通量减小,杭州湾淤积量减少.2003至2020年间潮滩面积减少约503 km2,金山、芦潮港断面潮泵效应增强,陆向悬沙净通量增加,而澉浦断面由于潮泵效应减弱导致悬沙净通量减小.杭州湾内湾淤积量不断增大,外湾冲刷量逐渐增大.研究结果可为河口海岸规划和环境管理提供科学依据.     

水汽相变耦合撞击流作用下细颗粒物的脱除特性

采用水汽相变和撞击流耦合的方法,研究了烟气对喷水平间距、烟气流速、水蒸气添加量等参数对细颗粒脱除效率和相变脱除后烟气中细颗粒中位粒径的影响,并分析测试了相应条件下系统的流体阻力和除雾器的压力降.结果表明:细颗粒脱除效率随烟气对喷水平间距的增加先增大后减小,随烟气流速和蒸汽添加量的增大而增大;相变脱除后烟气中细颗粒中位粒径的变化规律与细颗粒脱除效率的变化规律相反;系统阻力和除雾器的压降均随烟气流速的增大而增大;随烟气对喷间距的增大,系统阻力减小,除雾器的压降基本保持不变.撞击流相变室的系统阻力小,细颗粒物脱除效率高,因此,蒸汽相变耦合撞击流是一种用于脱除细颗粒物的切实可行的方法.     

柳河流域来沙与产沙分析

本研究也探讨了柳河流域悬移质泥沙颗粒特征,及泥沙粒径与径流量、含沙量间的复杂关系,及其对流域侵蚀产沙过程的反映。     

复式河道滩槽泥沙粒径分布特性

以实体模型概化水槽为基础,研究水深、含沙量及泥沙级配等因素对滩槽泥沙粒径分布的影响.复式河道滩槽泥沙粒径的分布一般具有进口悬沙粒径大于出口悬沙粒径、主槽床沙粒径大于滩地床沙粒径、主槽悬沙粒径大于滩地悬沙粒径以及床沙粒径大于悬沙粒径等基本特征;滩槽床沙粒径比随滩槽相对水深的增加而增加,但滩槽悬沙粒径比随相对水深的变化不大;滩槽床沙粒径比随着含沙量的增加而减小,粗颗粒泥沙的减小幅度要比细颗粒泥沙大,而滩槽悬沙粒径比随含沙量变化不大;滩槽悬沙粒径比及床沙粒径比均随着来沙粒径的增大而减小,滩槽床沙粒径比的变化幅度要大于悬沙粒径比的变化幅度.通过分析滩槽泥沙粒径分布的主要影响因素,建立了相应的经验公式.     

底沙冲刷流速的实验研究

在本文第一部份及第二部份中,总结了在研究单向水流及波动水流中底沙发生初始运动的各种理论及冲刷流速的各种推算公式。 在第三部份中阐述和分析了对均匀砂及三种不同级配组成混合砂的实验情况及数据。实验说明有可能规定明确而具体的决定底砂起冲的标准,文中提出了迭今标准。 实验证实了混合砂平均粒径颗粒的底冲刷速度可以用均匀状在寸的流速值代替,这样也说明了可以直接寻求推算底冲刷流速的关系式。 最后在附录中有各种可资实用的推算单向水流及波动水流的冲刷流速的表格。