基于TM影像的长江口悬沙浓度遥感反演定量模式研究

近年来,由于水利工程等因素,长江入海径流量变化较大并导致入海泥沙量明显呈下降趋势,必会影响海岸带环境．利用遥感技术研究泥沙含量不仅速度快,效率高,周期短,而且对分析河口海岸带冲淤变化,研究流域入海物质通量、物质循环、河口沙洲变化,港口建设,航道治理以及海岸带环境管理都有十分重要韵意义．利用长江口TM影像数据以及现场采集的多个长江口表层悬沙浓度数据,建立悬沙浓度遥感定量反演模式．通过对遥感数据预处理,运用不同的悬沙反演模式进行回93分析,得到低浓度悬沙水体运用多项武模式反演效果较好,高浓度表层悬沙水体运用乘幂模式反演效果较好,同时应用Arcgis软件绘制成悬浮泥沙空间分布图,并归纳出长江口悬沙分布和输移的基本规律．     

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.     

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.     

新洋港河口悬沙特征与再悬浮过程

中小型入海河口由于数量众多、分布广泛,其沉积动力学特征对于河口区的地貌环境演化等具有重要意义.新洋港河口是江苏淤泥质平原海岸上的典型中小型建闸河口,本文通过在新洋港河口进行的高精度三船同步现场观测,研究了河口的悬沙特征及沉积物对再悬浮作用的响应状况.结果表明,潮周期内悬沙浓度变化显著,涨潮及开闸放水期间悬沙浓度较大,最大平均悬沙浓度达1.45g·L-1;而在其它时间段内悬沙浓度较小,从口门至闸门悬沙浓度有逐渐增大趋势.潮周期内典型时刻悬沙垂向分布符合"L型"分布特点,表、底层悬沙浓度差异显著.在有径流下泻期间,悬沙浓度垂向变化较为均匀,水体混合作用显著.悬沙平均粒径介于5~10μm;悬沙组分以粉砂为主,平均含量在70%以上.闸下及入海口区域再悬浮作用显著,最大再悬浮通量为10-4~10-3 kg·m-2·s-1,从口门至河闸呈递减趋势;同时,悬沙出现粗化现象,砂组分含量增加.     

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.     

台风对长江口表层悬沙浓度的影响

悬沙浓度是衡量水质的重要指标,其变化对底床冲淤、生物初级生产力及土地资源保护有重要影响.以长江河口海岸区域为例,利用六个典型测站的表层悬沙浓度数据(包括徐六泾、青龙港、高桥、横沙、佘山和芦潮港),以及长时间尺度的连续风速风向、波高、波周期等资料,分析2010—2014年间台风事件对长江口表层悬沙浓度的影响特征.结果表明,在六次台风袭扰下,平均有效波高是台风前2.2倍,平均风速是台风前1.7倍.平均表层悬沙浓度短期可达到0.69 kg/m~3,是台风前(0.32 kg/m~3)的2倍,个别台风(圆规;)影响后悬沙浓度可增大4倍.另外,台风对于长江口不同河段的影响程度不同.河口下段的佘山站与芦潮港站短时间内受到台风影响最为显著,悬沙浓度分别增加167.1%、143.7%;而河口中段敏感性不高,受风速影响相对较小.据长时间尺度数据统计,悬沙浓度在风级1-4级内增长幅度较为平缓,5级以上风级越大相应的悬沙浓度变化幅度越明显.高能量的台风引起的风速和波高变化是促使表层悬沙浓度急剧变化的主要因素,在台风期间因台风影响导致的悬沙浓度变化远大于因潮汐和径流量作用的悬沙浓度变化.该研究有利于台风天气下的海岸带防护,并对多学科交叉研究有重要的意义.     

水沙交界面冲刷与淤积的同步性探讨

在悬沙与底床泥沙的交换过程中,冲刷的同时是否伴随着悬沙的淤积,这对于了解水沙交界面泥沙通量至关重要,冲刷和淤积的具体过程值得进一步探讨。本文分析总结了几个系列实验,包括经典的Krone、Mehta、Partheniades等的实验,并从近底泥沙通量的几个不同提法出发,分析各自所描述的冲刷和淤积过程,结合Sanford等在一些河口、海湾的分析,认为近底水沙交界面附近,不论非粘性粗颗粒泥沙还是粘性细颗粒泥沙,冲刷和淤积同时发生。利用再悬浮过程解释细颗粒泥沙冲刷与淤积过程同时发生的问题,从而进一步完善近底泥沙交换现象的物理图谱。     

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。     

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。     

论黄河调水调沙

首先从7个方面论述了黄河调水调沙的理论根据和实践基础,包括黄河下游输沙能力表达、堆积性与洪峰期间的巨大输沙能力、河道的游荡多变与平衡趋向性、“多来多排”的根据及利用、“冲河南（段）,淤山东限）”及其相反、第二造床流量与平滩流量、下游排沙比与水库排沙比关系以及拦粗排细等．接着,根据6年来调水调沙的实践,阐述了5个方面的主要效益：加大了入海沙量;降低了洪水位;扩大了主槽和加大了平滩流量;增加了山东河段冲刷比例,没有发生“冲河南（段）,淤山东（段）”;改善了小浪底水库变动回水区淤积部位,促进了异重流和浑水水库排出．尤其是加大了平滩流量,其最小值从1800m^3／s加大到3500m^3／s．利用调水调沙,大幅度改善了900km的河道,这在世界治河史上是创举．最后,分析了黄河调水调沙的巨大潜力,若能充分发挥,有可能利用75％的来水,排走全部来沙．     

入海河口退化生境阶梯式生态修复策略构想

基于河口生态系统的结构与功能,结合近年来中国主要河流入海污染物的主要种类及含量,提出入海河口生境阶梯式生态修复策略,主要包含:河口"上游段—中游段—下游段"纵向阶梯式生态修复技术体系;河口各段"潮上带—潮间带—潮下带"横向阶梯式生态修复技术体系;污染物在河口从上至下各段(上游段—中游段—下游段)各带(潮上带—潮间带—潮下带)阶梯式消减技术体系;"污染物源头处理—河口污染物生态修复"阶梯式生态修复技术策略。并对这些策略给予理论论证,为构建入海河口生态修复技术体系,消减陆源污染物经河口进入海洋提供新思路。     

风水两相作用对黄河支流悬移质粒度特征的影响及其意义

以黄河中游29条支流、40个站点的资料为基础,研究了风水两相作用对黄河支流悬移质粒度特征的影响.研究表明,悬沙中＞0.05 mm的粗颗粒组分百分比随年降水量的增大而减小,随年沙尘暴日数的增大而增大;悬沙中＜0.01 mm细颗粒组分的百分比随年降水量的增大而增大,随年沙尘暴日数的增大而减小;悬沙中值粒径D50随年降水量的增大而减小,随年沙尘暴日数的增大而增大.建立了悬沙中＞0.05 mm的粗颗粒组分百分比和悬沙中＜0.01 mm细颗粒组分百分比与年均沙尘暴日数tss和年均降水量Pm之间的回归方程.分析结果表明,tss和Pm的变化对于悬沙中＞0.05 mm的粗颗粒组分百分比变化的相对贡献率分别为70.4%和29.6%,对于悬沙中＜0.01mm细颗粒组分百分比变化的相对贡献率分别为91.1%和8.9%,对于D50变化的相对贡献率分别为93.1%和6.9%.提出以年均降水量Pm与年均沙尘暴日数tss之比作为风水两相作用指标.资料分析表明,悬沙中＞0.05 mm的粗颗粒组分百分比(r＞0.05mm)随风水两相作用指标(Pm/tss)的增大而减小,悬沙中＜0.01 mm的细颗粒组分百分比(r＜0.01mm)随风水两相作用指标的增大而增大.在不同的河流之间,随着风水两相作用指标的变化,粗细颗粒之间表现出不同的搭配关系, 这种搭配关系的变化对高含沙水流的形成有一定的影响,导致悬移质含沙量出现峰值.     

三峡工程对葛洲坝枢纽下游近坝段水位与航道影响研究

根据实测地形和水文泥沙资料,分析了葛洲坝枢纽运用后宜昌河段的河床冲淤变化、推移质和床沙的粗化以及枯水位的变化。由数学模型计算和物理模型试验成果,预测了三峡工程施工期及初期运用阶段葛洲坝枢纽近坝段水位下降及对通航的影响。     

河口航道边抛弃土运动的计算

简述边抛疏浚原理和边抛施工的水动力依据，将边抛泥沙作为点源，边抛弃土分为悬沙和浮泥两部分．介绍了悬沙运动基本方程，得到悬沙浓度、水体中悬沙含量随时间、运动距离的变化；对边抛浮泥运动基本方程进行简化处理得到边抛浮泥运动速度、厚度在上层水流、重力、底部摩擦等因素作用下的运动规律．对长江口北槽下段挖槽边抛弃土中悬沙和浮泥进行模拟计算并进行分析，以提高边抛成槽率．     

新水沙条件下荆江河段强冲刷响应研究

三峡工程运用后,坝下游荆江河段水沙条件重新分配,其河床进入剧烈冲刷状态,揭示其河床响应综合特征可进一步丰富水库下游河床演变规律.本文通过原型观测数据对比分析,阐述了荆江河段水沙重分配特性,多方面揭示出河段的强冲刷响应特征.研究结果表明:三峡工程运用带来了坝下游荆江河段水量过程上的重分配,沙量区域上及过程上的重分配,从而激发其河床的高强度冲刷响应,其中既有枯水位下降、断面窄深化、床沙粗化等常规响应,也有上荆江分汊河段"支汊冲刷发展"、下荆江急弯河段"凸冲凹淤"等异常响应.     

长江河口潮位站潮汐特征分析

基于横沙、马家港、堡镇和永隆沙4个潮位站2009年实测的逐时水位资料,分析了长江河口潮位站潮汐的时空变化特征、分潮组成、潮汐类型和变形.长江河口潮位站的潮汐存在日不等现象,主要表现为高潮位不等,其中3月份、9月份期间的日不等现象小潮比大潮明显,而6月份、12月份期间则是大潮比小潮明显.统计给出了潮位站各月最大潮差和最小潮差,长江河口的潮差呈现双峰变化,月最大潮差在3月份、9月份出现极大值,6月份、12月份出现极小值;月最小潮差在6月份、12月份出现极大值,3月份、9月份出现极小值.受径流和摩擦等影响,在南支向上游潮差减小.因北支径流分流比小,且地形呈喇叭口状,使得永隆沙站潮差比其他3个潮位站大.长江河口潮汐主要由4个主要半日分潮（M ₂、S ₂、N ₂、K ₂ ）、4个主要全日分潮（K ₁、O ₁、P ₁、Q ₁）和3个主要浅水分潮（M ₄、MS ₄、M ₆）组成.半日分潮占绝对优势,受河口水浅的影响,浅水分潮显著.潮汐类型系数除了永隆沙站小于0.25,其余3站的均大于0.25,表明北支属于正规半日潮,而北港、南港和北槽则属于不正规半日潮.4个测站的潮汐变形系数均大于0.1,表明长江河口潮位站潮汐变形显著,其中以北支永隆沙潮汐变形最为严重,变形系数可达0.173.     

南黄海如东近岸海域的沉积物特征与输运趋势

2003年在南黄海如东近岸海域获取了表层底质样397个,进行粒度分析,获取粒度参数．分析结果表明,如东近岸海域的表层沉积物以砂质粉砂和粉砂质砂为主,其物源主要是古长江残留物质,受现代水动力作用改造并掺混一定数量的现代长江入海物质和江苏沿岸侵蚀的物质．采用粒径趋势进行分析,发现该海域深槽中的沉积物主要向外海输运,但在中部海洋沙、太阳沙以西存在一个沉积物汇聚中心．     

蓄水两坝间长系列水动力及泥沙淤积的研究

对黄河上游龙羊峡至李家峡间的贵德-李家峡河段的蜿蜒河道进行了研究，为蓄水两坝间的通航和河床稳定性问题提供可行性分析依据．根据二维水流连续、运动方程、悬沙扩散方程和两相流底沙运动方程，采用加权集中质量剖分方法，建立了蓄水两坝间水动力、泥沙淤积数学模型．提出了泥沙交换和河床粗化计算模拟的物理图案，对长系列水动力和泥沙运动进行了模化处理．通过调试，验证了水尺水位和李家峡建坝前该河段4年的地形演变量．应用李家峡建坝后典型水文年长系列的组合资料，预报了河床经长期冲淤调整后迭到基本平衡需要的时间．介绍了泥沙交换和河床粗化计算模拟的物理图案和长系列河床演变数学模型的研究方法．     

雅鲁藏布江中游游荡型河道演变规律研究

雅鲁藏布江的演变受到水流泥沙的影响外,地壳运动、高原抬升、气候变化等对其作用显著,多重叠加作用下的演变较为复杂。根据收集研究河段的水文泥沙、实测地形及历史卫星影像等资料,分析雅鲁藏布江中游游荡型河段的洲滩变化、主槽与支汊的变化和河相关系,探索雅鲁藏布江中游游荡型河道的演变规律。研究结果表明,雅鲁藏布江中游游荡型河道河谷的宏观边界基本由高山控制;雅鲁藏布江的游荡不仅与宽深比有关,河岸的约束性、河道比降及床沙粒径对游荡型河道影响也较大;根据河相关系分析,拉萨河口至泽当段稳定性稳定性较差,进一步游荡的趋势明显,米林至尼洋河口段则相对稳定。     

闽江北支水道水文、泥沙特征分析

利用闽江口所设置5个定点连续观测站的流速、盐度、温度、浊度与悬沙资料以及同步观测的5个潮位观测站的潮位资料,分析闽江河口的水文特征和悬浮泥沙含量特征.研究表明,闽江口的水文特征有:涨潮历时短,退潮历时长,各潮位观测站的涨潮时刻由河口向感潮河段的上游依次推迟,落潮时刻由感潮河段的上游向河口依次推迟.温、盐分布情况受径流和潮流共同作用,径流对表层水体温度、盐度影响剧烈.在观测时间,观测区域内,温度变化范围在24.9-30.1℃,盐度变化范围在4.1-33.7.输沙量计算结果显示,在测量期间,壶江水道和熨斗水道落潮输沙量大于涨潮输沙量,河口输沙以河流输沙为主.