河口海岸区悬沙输运量的声学多谱勒流速剖面（ADCP）观测技术的初步研究

基于ADCP的观测原理,推导出ADCP声学信息与水体中悬沙浓度的关系,从而提出用走航式ADCP在河口海岸区域进行悬沙输运量观测的方法。通过分析长江口的观测数据表明,在高悬沙浓度的河口区,用ADCP后向散射强度与采水样得到的悬沙浓度之间具有良好的数学关系。     

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。     

ADCP在琼州海峡悬沙观测中的应用

根据琼州海峡西口一测站4个季节的声学多普勒流速剖面仪(简称ADCP)回波强度数据以及现场采集的水样反演了悬沙浓度(SSC).结果显示,春季悬沙浓度为0.017～0.05 kg/m3,平均0.025 kg/m3,夏季悬沙浓度为0.012～0.026 kg/m3,平均0.017 kg/m3,秋季悬沙浓度为0.012～0.074 kg/m3,平均0.028 kg/m3,冬季悬沙浓度为0.012～0.1 kg/m3,平均0.028 kg/m3,悬沙的沉积和再悬浮跟潮流密切相关,各季节流速的不同导致夏季悬沙浓度明显的小于其他季节,大小潮流速的差别导致大潮期间的悬沙浓度大于小潮期间的悬沙浓度.观测点海水和悬沙由表到底都是全年向西输送,春季净输沙量为-7.5×104 kg,夏季净输沙量为-1.3×104 kg,秋季净输沙量为-3.03×105 kg,冬季净输沙量为-1.05×105 kg.     

ADCP陆上检测装置的设计与实现

声学多普勒流速剖面仪（ADCP）是近20年来发展起来的一种新型海流遥测计,由于其在大深度水中才能进行性能检测,故造成检测困难．为解决ADCP陆上检测的难题,介绍了一种ADCP陆上检测装置：通过设置回波信号相对于发射信号的延时实现了任意深度矢量的模拟,通过设置回波信号相对于发射信号的多普勒频移实现了任意速度矢量的模拟;通过对接阵将模拟的信号耦合到ADCP换能器中,经过ADCP处理后给出相应的高度和速度信息,对比ADCP的返回值和ADCP陆上检测装置设定值达到检测的目的．这样就可以在陆上通过ADCP陆上检测装置来检测ADCP．实验室试验和工程使用表明,该模拟装置使用效果良好．     

长江口表层悬沙浓度场遥感分析

长江河口的河床演变规律,核心问题是泥沙运动规律。借助卫星遥感新技术,展现了长江口表层悬浮泥沙浓度场空间分布和动态变化规律,并给出表层悬沙浓度场的定量分布及其与垂线平均含沙量的关系,为长江口深水航道整治方案的确定提供了科学依据。     

长江口北槽悬沙输移机理分析

运用通量机制分解法对长江口北槽深水航道的实测水文泥沙资料进行了分析,将悬沙通量分解成了8个动力项,从平流输沙、潮泵效应输沙和垂向净环流输沙三方面综合分析了长江口北槽的悬沙输移特征。研究结果表明:在水文资料实测年份时,北槽输沙主要来源于上游来沙;平流输沙项占总体净输沙的比重最大;潮泵输沙所占比例较小;航道内的各测点的垂向净环流输沙主要受欧拉余流控制;深水区悬沙含量垂向变化明显,河口浅水区,表底余流方向不同,垂向净环流输沙作用增强。     

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.     

长江口启海港枯季悬沙浓度的特征分析

分析2012年枯季启海港海域的实测水文泥沙数据,得到如下结论：该港区海域的悬沙浓度与流速成正相关关系;悬沙浓度的峰值一般出现涨、落急后。港区海域悬沙浓度在垂向上分布为：斜线型、准直线型和混合型,近岸水域的泥沙在中上层运动紊乱,离岸水域的泥沙紊乱则集中在下层。盐度对泥沙的再悬浮作用起一定作用,在流速较大时,底部悬沙浓度变化幅度很小,最大含沙量出现在中层。     

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.     

长江口徐六泾水域余流及潮流垂直结构变化规律研究

基于长江口徐六泾断面3个测站2011年春、夏、秋3个季节对应的不同径流量下的ADCP流速剖面数据,采用调和分析方法对徐六泾感潮河段的余流和潮流进行分离。研究表明,余流流速变化规律与长江口径流流量季节性变化一致,各测站流向沿水深变化平稳,基本与河岸线平行;潮流椭圆极化严重,几乎接近于直线,且基本与河岸线平行;潮流振幅和倾角的垂直变化和季节变化规律与余流的流速和流向的变化规律一致,即潮流的强度与径流强度呈正相关,且潮流椭圆的倾角变化幅度与平均流速变化幅度基本一致。     

潮汐与陆架环流作用下的悬沙输运:江苏新洋港海岸冬季观测结果

细颗粒沉积物在海洋动力的作用下往往会以悬移质形式进行长距离的运动,并在海岸和内陆架产生侵蚀和堆积.废黄河三角洲至江苏中部潮滩系统是研究源—汇过程和产物问题的理想区域.遭受强烈侵蚀的废黄河三角洲作为物源,在沿岸陆架环流和潮流的作用下再悬浮起来的泥质沉积物沿岸输运并最终归宿于江苏中部潮滩.本研究于2013年冬季大潮期间在侵蚀—淤积的过渡带的新洋港岸外开展的全潮水文泥沙观测结果表明,近岸6km内区域的具有高悬沙浓度和强南向沿岸输沙的特征,而距海岸12km站位的悬沙浓度大致为内侧站位的1/3,而悬沙输运单宽净通量比内侧站位小一个数量级.计算估计出冬季大潮沿江苏海岸南下的悬沙通量大致为每天46万吨,这一数值可以和江苏海岸侵蚀岸段的侵蚀量相比较.     

长江口北槽波-流-悬沙的连续观测及初步分析

利用先进的水文、泥沙观测仪器，设计并进行包括大、中、小潮的定点水文、泥沙多要素连续观测，得到了一批颇有价值的波浪、水流、盐度、泥沙等资料；通过对资料的初步整理与分析，揭示了这些要素的一些变化特征和它们之间的内在关联，得到了一系列有用的结论。     

长江口北槽下游河道悬沙浓度垂向分布特征研究

根据2013年10月26日至11月9日在长江口北槽下游河道从小潮到大潮连续14 d的现场定点水沙观测数据,对北槽下游河道悬沙浓度的垂向分布特征进行了研究,并探讨了盐度梯度和流速大小潮变化对悬沙浓度分布的影响.结果表明,北槽下游河道的水动力条件存在显著的大小潮差异,小潮具有流速弱、悬沙浓度低、盐度梯度大、盐度分层显著的特点,而大潮则具有流速强、悬沙浓度高、盐淡水混合程度高、盐度分层弱的动力特点.受较大盐度梯度和弱流速的影响,小潮期间的悬沙浓度分布主要为阶梯型和L型,强盐度密度分层使悬沙难以扩散到水体表层,高浓度悬沙仅出现在水体中下部.在强流速和弱盐度分层的影响下,大潮期间的悬沙浓度分布主要为线性分布,悬沙能够扩散到水体表层,盐度密度分层对悬沙浓度分布的影响显著削弱,在落潮后期悬沙浓度分布表现为典型的垂线型分布,悬沙在水体中充分混合.研究表明,小潮和大潮的悬沙浓度分布基本偏离Rouse分布,仅在小潮落憩时刻符合.在大潮期间,实测的线性分布都很好地符合Soulsby公式,利用该公式能够很准确地预测这些浓度分布.     

崖门水道悬沙输运及底床冲淤特性研究

针对感潮水道独特的水动力特征和泥沙输移情况,同时考虑径流、潮流等多种动力因素共同作用,建立了三维悬沙输运及床面冲淤数学模型.水平方向采用非结构三角形网格,垂向采用σ坐标,利用有限体积法离散积分形式三维浅水守恒方程,对每个控制体单元分别进行水量和动量平衡计算.利用模型对崖门水道的悬沙分布和输运情况进行了数值模拟,对泥沙浓度场的分布特征进行了分析,并对底床冲淤变化进行了定量计算.     

长江口南支分流分沙比观测与分析

2007年2月在长江口南支进行沉积动力学参数的全潮观测,以获取枯季期间南北槽、南北港的分流分沙特征．结果表明,多数站位涨潮流速大于落潮流速,涨潮历时小于落潮历时,涨潮悬沙浓度大于落潮悬沙浓度,这种涨落潮不对称效应主要与径流作用和潮波变形有关．悬沙浓度与流速也有一定的相关关系,表明再悬浮作用较为显著．从净泄水量看,北港大于南港,南槽大于北槽,形成由陆向海输运的格局．输沙量则为由海向陆,尤以南槽和南港为最大,加之河流上游亦有来沙,最终在南支拦门沙附近海域形成较为显著的淤积状态．     

长江口咸淡水混合及其对悬沙的影响

本文应用现场实测水文资料,讨论了长江口咸淡水混合及潮差、高潮位的关系以及在不同潮相时各种混合动力机制的相对重要性。还从混合产生的环流效应、絮凝作用、层化界面等方面分析了长江口悬沙输移和聚集的原因,并用二维盒子模型计算验证了环流对河口泥沙聚集的效应。本文的结论深化了以往对长江口混合的认识,具有理论意义和实际应用价值。     

长江口咸淡水混合及其对悬沙的影响

本文应用现场实测水文资料,讨论了长江口咸淡水混合及潮差、高潮位的关系以及在不同潮相时各种混合动力机制的相对重要性.还从混合产生的环流效应、絮凝作用、层化界面等方面分析了长江口悬沙输移和聚集的原因,并用二维盒子模型计算验证了环流对河口泥沙聚集的效应.本文的结论深化了以往对长江口混合的认识,具有理论意义和实际应用价值.     

夏季风下的太湖风场-流场野外观测研究

为研究太湖风场特征、湖流特征以及不同类型风场对太湖湖流的影响,在太湖不同区域布设6台多普勒剖面流速仪和4座气象站,获取同步流场和风场数据,分析夏季风与湖流流场的关系。结果表明:(a)风场方面,空间分布具有不均匀性,各观测点间风速差异较大,各观测点间风向随风速减小而差异扩大化。(b)太湖流场具有明显的风生流特征:空间上,大风(时段平均风速在6.7 m/s以上)情况下,西部湖区出现逆时针环流,湖流分层不明显;小风(时段平均风速在3.8 m/s以下)情况下,没有明显的环流出现,上、下层湖流分层明显,各层流向相对稳定但不相同,补偿流发育。(c)流速方面,10 cm/s以下流速比率90%以上,局部区域水流速度在强风条件下可达20 cm/s。     

近岸悬沙质量浓度垂向分布公式

为解决现有悬沙质量浓度分布公式积分难的问题,基于流速幂函数及摩阻流速推导出一个近岸流速垂向分布公式,并结合悬沙扩散方程推导出平衡状态下可有效避免Rouse公式在水表面为零的不合理性的悬沙质量浓度分布公式。近岸水文及泥沙实测资料验证分析结果表明：该流速、悬沙质量浓度分布公式具有较高的准确性;根据流速、悬沙质量浓度分布公式推导的悬沙输沙率公式可由初等函数表示,并能有效解决爱因斯坦方法积分难的问题。