长江口南槽河道水沙特性及河床沙再悬浮研究

为研究河口地区泥沙在陆海动力共同作用下的再悬浮过程和机制,基于长江口南槽河道连续8 d的水文泥沙同步观测数据,对拦门沙河道潮流速、悬沙浓度、悬沙粒径随时间变化和河床沉积物再悬浮进行了分析研究。结果表明:涨、落潮的水动力和历时存在不对称性;水体悬沙浓度随小潮到大潮的变化而逐渐增加;水体悬沙粒径也随小潮至大潮的变化而不断粗化,但细砂含量略有增加,致使细砂类出现再悬浮现象;一个潮周期内,出现3次悬沙浓度峰值;水体悬沙浓度以及悬沙粒径的变化与流速及底床切应力都有着显著相关性。     

金塘水道的悬沙输运和再悬浮作用特征

根据1986年秋季和1987年春季金塘水道内十个站点的大、中、小潮的流速和悬沙浓度的同步观测资料,利用悬沙质量守恒原理,分析了金塘水道的悬沙输运和再悬浮作用特征。水道与外海的悬沙交换、水道内悬沙与底质的泥沙交换分别使水道内的悬沙质量平均每小时发生2%~10%和7%~14%的变化,前者小于后者。水道与外海进行悬沙交换时,水道向外海输出悬沙,大潮周日输出的悬沙质量比小潮大2个数量级。在悬沙与底质的泥沙交换过程中,大潮和中潮以再悬浮作用为主,小潮以沉降作用为主,在一个大小潮周期中,再悬浮作用强于沉降作用,水道底床发生侵蚀。再悬浮通量与流速、(τ-τcr)/τcr具有一定的正线性关系(τ为底部切应力,τcr为临界再悬浮切应力)。再悬浮系数处于10-4kg.m-2s-1量级,与(τ-cτr)/τcr不具有明显关系,底质沉积特征是影响再悬浮作用和再悬浮系数的重要因素。     

ADP与OBS观测悬沙浓度实验对比研究

光学(OBS)和声学方法(ADP/ADCP)进行现场悬沙浓度观测,是目前悬沙浓度变化研究的重要方法.在长江河口,利用ADP、OBS对水体悬浮泥沙浓度进行大、小潮周期现场定点同步观测:(1)在水平方向上,ADP、OBS观测悬沙浓度具有同步峰值变化,但ADP峰值变化要比OBS平缓;(2)在垂向上,从表层到近底层,悬沙浓度逐渐增加,增加幅度在不同特征时刻、不同水层有较大差异;(3)大、小潮期间,ADP、OBS观测的悬沙浓度与传统方法得到的悬沙浓度的平均相对误差都小于20%;(4)ADP声强信号与OBS浊度、ADP与OBS观测的悬沙浓度,分别具有较好的相关性.主要结论,OBS可观测传感器附近的悬沙浓度,具有较高的精确度;ADP在观测不同水层水动力参数的同时,可同步提取不同水层的悬沙浓度信息,并且对周围水动力环境没有干扰;在特征时刻取悬沙水样率定OBS和ADP,也可用OBS率定ADP,ADP和OBS观测悬沙浓度结果可以相互验证.可见,利用声学与光学仪器进行现场联合观测,可以提高现场悬沙浓度观测的时空分辨率和准确度,同时,也为深入研究悬沙浓度变化的机制、机理,以及悬沙通量计算提供了一个有效而可靠的途径.     

长江口悬沙浓度时空变化研究——以2012年和2013年洪季为例

河口悬沙浓度及其变化具有重要的生态学、地貌学和工程学意义。2012和2013年7月,在长江口南支、南港、北港、南槽、北槽、口外海滨共10个观测点进行了双潮准同步观测,分析了洪季悬沙浓度的平面、垂向变化特点以及大、小潮和年际差异。结果表明：测点平均悬沙浓度沿口内河槽变化不大;大潮悬沙浓度的纵向差异明显大于小潮;2013年洪季悬沙浓度纵向差异大于2012年;最大浑浊带的位置与最小水深（拦门沙）、最大潮差、盐度锋和砂到泥底质的突变带相吻合。长江口悬沙浓度的平面格局存在显著的时间变化和空间垂向变化,反映了径流（及其悬沙浓度）、潮汐、波浪等因素的不同组合对河口泥沙运动的复杂影响。     

运用等面积时变网格估算长江口南北港断面净水沙通量

对断面进行网格划分 ,是进行断面通量估算的重要步骤之一。本文根据等面积时变网格的设计原则 ,运用Sufer和MapInfo软件的技术支持 ,结合长江河口的地形资料和实测水位资料分别设计并计算出南、北港两断面随潮汐变化的等面积时变网格。在此基础上 ,根据 1998年枯季大、小潮期间 ,南、北港两断面八个定点站位连续的水位、流速和悬沙的观测资料 (大潮连续 2 5小时 ,小潮连续 13小时 ) ,运用机制分解法 ,分别估算了长江河口南、北港两断面水、悬沙在大、小潮周期平均下的净通量 ,并对各不同动力因子对净通量的贡献和输运机制作了讨论。     

珠江磨刀门河口洪季泥沙絮凝机理研究

基于珠江磨刀门河口2013年7月现场观测的悬浮物资料,综合同步测验的盐度、流速、悬沙浓度、水温,以及室内泥沙粒度分析数据,探讨了该区域泥沙絮凝特征及其主要影响因素,结果发现:磨刀门悬沙现场粒径平均达91.7μm,而平均分散粒径仅29.3μm;小潮泥沙絮凝较大潮明显,潮周期内憩流时刻絮团最大,可达200μm;絮凝效应垂向差异显著,表现为中层最大而表、底层较小;功率谱分析得到现场粒径具有3h、8h和24h的变化周期,其中8h与平均落潮周期相近,24h则与全潮周期相近。研究表明,控制磨刀门悬沙絮凝的因素主要为流速,絮凝临界流速约45cm/s;盐度则在弱动力条件下(流速50cm/s)控制着河口泥沙絮凝,最佳絮凝盐度为21‰;悬沙浓度和温度对絮凝影响不显著;垂向水动力及盐度差异是导致絮凝效应垂向差异的主要原因。     

九龙江口-厦门湾悬沙浓度及多岔口潮汐汊道泥沙输运的数值模拟

基于环境流体动力学模型(Environment Fluid Dynamic Code/EFDC)水动力和泥沙模块,该文针对九龙江口-厦门湾水域潮动力强、浅滩面积大的特点建立二维潮流泥沙数学模型并利用实测数据进行校验。模型精简适用,成功反演了该水域的水动力场和悬沙浓度场,并能正确反映浅水区域的水沙运动特征。结果表明:在潮流作用下,厦门湾水体中悬沙浓度由外向内递增,悬沙随着潮流的涨落在湾内外作中-长距离的往复运动。湾内特别是浅滩区,大潮期悬沙浓度大于小潮期且浓度随潮变化明显,小潮期悬沙场则较为稳定。采用抓斗式挖泥船(源强Q=7.5 t/h)在翔安东南侧浅滩疏浚作业对邻近保护区基本无影响,但翔安南部"五岔口"型潮汐汊道存在能远程输运近岸疏浚泥沙的"泥泵式"水动力场,促使形成环绕厦门岛东海域的带状悬沙分布,该文进一步揭示了形成该分布的水动力机制。增大疏浚强度可导致白海豚保护区被污染,悬沙带宽度增大,浓度上升。     

椒江河口最大浑浊带悬沙粒径分布及其对潮动力的响应

以枯水季节大，小潮期３个时间连续（２５ｈ）站和１条纵剖面１０个瞬时观测站的悬沙粒径资料为基础，通过对悬沙不同粒级，中值粒径及粒度参数的计算和统计。本文讨论了悬沙粒径分布的区域变化和潮汐周期变化，其中第二个因素的作用大潮期比小潮期显著，第三个因素的作用小潮期则较大潮期明显。     

椒江河口悬沙浓度时空变化特征分析

2013年12月和2014年6月,在椒江河口各布设6个水文观测站,进行洪枯2季大小潮水文观测,以此实测资料为基础,分析了椒江河口悬沙浓度的时空分布变化特征。结果表明:(1)椒江河口悬沙浓度一般而言枯季高于洪季,大潮高于小潮;(2)纵向分布上,从上游椒江河道向下游椒江口门,再至台州湾海域,悬沙浓度逐渐降低;(3)垂向分布上,椒江河口最大浑浊带内发育有泥跃层是其垂向分布的最显著特点。泥跃层的发育受潮流速、悬沙浓度、盐度的共同影响,枯季较洪季发育显著,枯季小潮时最为发育。     

山东半岛靖海湾及其附近海域悬沙粒度特征及再悬浮作用研究

表层沉积物再悬浮作用研究一直是海洋沉积动力学中的重点和难点问题。本文尝试通过对靖海湾及其附近海域的现场观测资料及悬浮体的室内分析,对悬沙粒径的时空分布特征及其与悬沙浓度、流速的关系进行讨论,并对研究区域表层沉积物的再悬浮特点进行研究。结果表明:研究区域悬沙粒径由西向东呈现逐渐减小的趋势,而在垂向上悬沙粒径差别不大;根据潮周期内悬沙粒径、悬沙浓度、流速的变化特征及6个站位的悬沙级配曲线,推断在一个潮周期内表层沉积物出现了2次再悬浮,再悬浮产生的颗粒粒径在100～300μm,各站潮周期内的最大再悬浮量在1.49×10-3～6.66×10-3kg/m3之间。     

珠江磨刀门河口悬沙浓度变化特征分析

根据2011年枯季和2012年洪季在大、中、小潮期间的多点同步现场观测资料,分析研究了磨刀门河口悬沙浓度变化特征。结果表明:磨刀门口悬沙浓度纵向分布呈近岸高,远岸低的趋势;横向分布具有季节性差异,洪季主槽大于滩地,枯季滩地大于主槽;垂向分布洪季主要以斜线型分布为主,枯季主要以抛物线型分布为主。潮周期平均含沙量大潮普遍大于中、小潮;洪、枯季磨刀门口外落潮含沙量普遍大于涨潮含沙量。洪季含沙量混合较为均匀,落潮时含沙量增大,涨潮时含沙量减小,枯季含沙量分层明显,。受波浪潮汐作用,一个周期内有多次明显的再悬浮过程,涨潮时增大,落潮时减小。     

长江口枯水期最大浑浊带形成机制

用ADCP获得了长江口最大浑浊带内的高频率和高分辨率流速和悬沙浓度数据,对不同定点站位和走航断面的悬沙浓度、流速和盐度数据进行了分析,同时对不同站位的再悬浮通量以及悬沙输运机制也进行了计算,进而讨论了长江口枯水期最大浑浊带的形成机制。结果表明,枯水期的长江口处于淤积状态,再悬浮通量较小,其数量级介于10-4-10-7kg·m-2s-1之间;平均流输运在整个悬沙输送中占主导地位,斯托克斯漂移效应、垂向环流和潮振荡的垂向切变作用对悬沙输运也有着重要作用;通过分析走航断面的数据确定了枯水期中潮期内最大浑浊带的显著分布区域,“潮泵”作用和河口重力环流作用均在该地区最大浑浊带形成中都发挥着重要作用。     

兴化湾海域泥沙特征及地形变化分析

为了查明兴化湾海域泥沙特征及地形变化,基于2013年7月份兴化湾海域水文泥沙测验资料,分析了研究区域的泥沙分布特性,并结合兴化湾深槽历年实测数据探讨了悬沙运移对其水下地形变化的影响。分析结果表明:测区含沙量较小,本次测验平均含沙量为0.062 kg/m³,大潮的平均含沙量较大,小潮的平均含沙量较小;含沙量的涨、落潮变化明显,最大含沙量多出现在最大涨急时刻附近,最小含沙量多出现在最大落急时刻附近,表明测验海域泥沙受到的扰动较小;各测点涨潮输沙率占优势,但涨、落潮输沙率绝对值都很小;研究海域泥沙随潮流往复进出,总体上为涨潮流方向,即由东南向西北运移,这与江阴壁头附近的情况相吻合,即深槽宽度不断向两侧扩展,而海底水深稳中有冲,基本处于略有冲刷的平衡状态。     

Engineering application of submerged water jets for sediment removal in a tidal riverbed

Sediment deposition problems have attracted the interest of engineers and researchers. Several experimental studies have been conducted on scour depth using turbulent jets. However, field observation and monitoring have rarely been reported. This study aimed to eliminate sediments on a tidal riverbed using a prototype device, which consisted of a set of submerged vertical water nozzles and submerged horizontal air nozzles. The effectiveness of the water jet in sediment removal during spring and neap tides was evaluated. The quantitative relationships of dimensionless parameters, such as (1) the relative sediment scour volume versus the number of flows from the jet exit, (2) the relative sediment scour volume versus the relative scour depth, and (3) the relative scour size versus the relative jet intensity, were analyzed. The results showed that the freshwater flowing to the sea affected the sediment scour volume during the falling cycle of spring tides. In contrast, the rising cycle of spring tides retarded the freshwater flow, resulting in a decrease in the sediment scour volume. A steep water surface slope accelerated the river flow and further influenced the cross-flow current around the study area. As a result, a highly diffusive turbulent flow was produced, causing suspended sediments to be rapidly removed from the scour hole center. An increase in the number of flows from the jets led to intensified diffusion of turbulent energy into the flow. The rapidly varying water depth caused jet energy to be dissipated before approaching the riverbed, and it significantly affected the scour process during the spring-tide period. The proposed equations can be used to estimate the scour volume, scour size, and re-suspended sediments in tidal rivers within defined ranges of parameters.     

镇江内江沉水植物恢复的环境效应

建立了镇江内江水流、水质、悬沙及叶绿素a多因子耦合数学模型,对内江沉水植物恢复后产生的环境效应进行了定量评估了模型参数根据前期研究成果确定.研究结果表明:内江沉水植物恢复后,夏秋季节与冬春季节水体平均含沙量分别比天然条件下降低了约11.1%、11.5%;由于沉水植物对水体的净化作用,在夏秋季,内江TN,TP平均浓度分别降低为0.659mg/L、0.137mg/L,较恢复前分别降低了32.2%、30.8%;在冬春季,恢复后的内江TN、TP浓度较恢复前分别降低了29.5%、27.3%;沉水植物的克藻作用亦使内江叶绿素a的平均浓度降低了37.2%,可能暴发水华的面积减少了49.3%;同时,夏秋季及冬春季平均水体透明度分别提高了7.9%和14.0%.     

三维水动力泥沙输移模型及其在珠江口的应用

为研究河口的泥沙输移规律和最大浑浊带与盐水入侵、咸淡水混合等的关系，本文提出了具有二阶精度、建立在9结点有限单元上的三维水动力及泥沙输移模型，该模型考虑了由水平密度梯度引起的斜压项、引用2．5阶Mellor-Yamada紊流模型耦合计算水流的涡动黏滞性系数与物质的紊动扩散系数。本模型采用破开算子法求解控制方程：用欧拉-拉格朗日法求解水平对流项；用有限元法求解水平扩散项；有限差分法求解垂向扩散项。模型应用于模拟珠江口的泥沙运动，计算域包括整个河口的八大口门，用1998年7月的洪季大潮实测资料进行了潮位、流速及流向、盐度及含沙量等的验证，模型计算结果与实测结果吻合良好。在模型验证的基础上，文中简要讨论了珠江河口的泥沙输移、盐水入侵及最大浑浊带等物理现象。     

椒江口整合工程影响下的动力沉积作用

根据椒江河口的水文测验资料，分析了整治工程对河口动力沉积作用的影响。整治工程后使大、小潮时的涨落潮流速度普遍增大，落潮流速大于涨潮流速；涨、落潮流时含沙量增大，落潮时的含沙量大于涨潮；在涨、落潮流作用下，椒江口南槽受冲刷，深槽发育，北槽淤浅，浅滩发展。     

Monitoring and assessment of oil pollution in the Danube River during the transnational Joint Danube Survey.

An extensive river basin monitoring exercise of 2581 km of the river Danube was carried out in 2001 under of the aegis of the transnational Joint Danube Survey (JDS). Water, suspended and bottom sediment, and biota samples were collected from 76 cross-sections in the Danube main stream and 22 major tributaries during the 39-day cruise, and analysed for chemical and biological variables. During the JDS, oil pollution was characterised with GC-FID and fluorescence measurements. Fluorescence fingerprints of the cyclohexane extracts of water, suspended and bottom sediment samples allowed characterization and quantification of the type and level of oil pollution. The results revealed that the oil pollution in the water varied in the range 1-300 microg/l. Gasoline type contamination was found at the higher concentration levels and diesel oil type in the lower concentrations. Oil contamination was similar in the suspended and bottom sediment (the less than 63 microm grain-size fraction) and varied between 2-140 mg/kg. A higher contamination level was found along the middle Danube reach. The highest concentrations were observed in the suspended sediment upstream of the Danube delta. Weathered crude oil characteristics were observed in the upper Danube basin, whereas between crude and diesel oil characteristics were dominant along most of the middle and the lower Danube reaches.