泥沙研究对比性分析与展望

着眼于泥沙研究的历史和前沿领域，从传统泥沙与未来泥沙、灾害泥沙与资源泥沙、实体模型与数学模型等3个方面作了对比性分析和展望，指出：①由于泥沙现象本身十分复杂，量测中存在不少问题，因此一些关键问题尚未突破，对基本概念甚至同一问题争议较多；②解决泥沙灾害及其灾害链是泥沙研究工作的归属，要变被动为主动，引泥沙灾害向泥沙资源的方向发展；③应改进实体模型的观察手段，提倡正确的研究方法，数学模型应向综合性、高水平模型发展；④研究泥沙问题必须注重理论与实际相结合，兼顾随机性与偶然性；⑤理论分析、实验观测和数值计算共同促进了对泥沙的认识，应努力提高其竞争力、创造力和适应性。     

应用指纹识别方法确定泥沙来源研究进展

本文介绍了指纹识别方法在泥沙来源研究中的新进展。国际上新近的研究主要针对计算模型的改进和结果的不确定性分析,提出了多种泥沙来源相对贡献率的计算方法,提高了结果的准确性。本文重点介绍了5种指纹识别方法新的计算模型:改进的Collins混合模型、Modified Hughes模型、Landwehr模型、Distribution模型和多元判别分析方法;讨论了不同泥沙来源分区、采样方法和指纹识别因子等对结果不确定性的影响。研究表明通过统计分析方法提高样本数量或使用多指纹识别因子组合可以提高结果的精度。最后,结合实例对多种计算方法进行了分析和比较     

黄河源头地区泥沙来源的初步分析

黄河源头扎陵湖、鄂陵湖为吞吐湖泊,是黄河源头二大主要湖泊。扎陵湖、鄂陵湖等众多的湖泊的滞洪拦沙,使大量泥沙淤积在湖泊中,黄河源头控制站黄河沿站实测输沙量、含沙量、输沙模数也难以全面反映整个黄河源头产沙状况。在统计分析黄河沿站实测输沙量的基础上,初步分析了黄河源头泥沙来源和分布。黄河沿站泥沙主要来源于鄂陵湖出口—黄河沿站区间,同时估算了进入扎、鄂二湖沙量,年平均进入扎、鄂二湖泥沙量约为13万t左右,大部分淤积在扎陵湖内。黄河源头输沙模数呈自东向西递减的分布规律,认为在鄂陵湖以上多年平均输沙模数一般为5～10t(km·a),鄂陵湖出口以下多年平均输沙模数在20～40t(km2·a)之间。     

海河口岸线演变及泥沙来源分析

海河口淤积已严重影响了海河中下游地区的防洪安全。弄清河口泥沙来源,是解决海河口淤积问题的首要问题。通过对海河口及其岸线的形成、演变和潮汐泥沙特性的分析,得出了泥沙来源主要为海河口本身水下三角洲和淤泥质岸滩的结论。     

长江泥沙的来源,输移和沉积特性分析

本文依据大量原型观测资料和分析研究成果,论述了长江泥沙的来源、输移及沉积特性。文中对影响流域产沙的气候条件、下垫面条件及人类活动等项主要因素进行了分析,并根据近期资料统计,长江流域的土壤侵蚀总量为22.39亿t。流域产沙具有泥沙输移比小和产沙地区集中两个基本特征。河流泥沙的沉积主要为水库淤积、湖泊沉积和河床的冲淤。     

泥沙来源确定方法述评

对解析泥沙来源的径流小区观测法、大面积调查法、水文资料分析法和理化分析法等4类方法进行了阐述,并介绍了从理化分析法发展而来的"指纹"识别技术。各种解析方法的适用条件和应用效果差别较大,缺乏详细的可信度分析;探索新的单一沙源解析方法以及通过多种解析方法组合来分析复杂沙源是以后研究的趋势。     

汕头港泥沙来源及运动途径的模糊相似分析

在汕头港泥沙运动研究中,由中子活化技术及颗粒级配分析和矿物分析获得样本特征值,由样本特征值建立各子域样本点间的模糊相似关系,从而得到该区域泥沙运动的相似矩阵.由相似矩阵进行模糊聚类分析,得到了汕头港地区底沙输运路径.对于人工开挖航道等造成回淤的情况,本文由线性加权特征值求最大相似度来识别不同泥沙来源淤积量百分比的方法求得航道开挖后淤积物来源百分比,与现场调查分析及物理模型试验结论吻合.     

博贺湾海域悬沙输移机制分析

根据博贺湾海域大潮期间的水文泥沙实测资料,采用悬沙通量机制分解法将悬沙净输移通量分解为多个动力项,并分别从平流输沙、潮泵输沙和垂向净环流输沙三方面分析了悬沙输移机制。结果表明:博贺湾海域大潮期间拉格朗日余流基本沿涨潮方向,离岸越远,余流值越大,欧拉余流大小与拉格朗日余流相近,斯托克斯余流接近于零;平流输沙在悬沙净输移中占主导作用,其中欧拉余流输沙作用方向与涨落潮优势流相关;博贺湾海域潮泵效应输沙作用不强,潮泵作用由涨落潮潮流和含沙量在潮周期的不对称性引起;垂向余环流输沙作用很弱,垂向净环流输沙和拉格朗日余流和含沙量的垂向分布有关。     

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。     

大连长兴岛海域表层沉积物特征及运移趋势

根据2008-2011年大连长兴岛海域近岸表层沉积物取样结果,分析表层沉积物的粒度分布特征,并利用GSTA模型分析了该海域的表层泥沙运移趋势。研究结果表明:研究海域的沉积物类型集中于砂、黏土质粉砂和砂质粉砂三种,砂主要分布在长兴岛的北侧和西侧以及葫芦山湾外湾-10m以浅水域,黏土质粉砂主要分布于高脑子角东侧近岸、葫芦山湾外湾-10m以深水域、葫芦山湾内湾以及西中岛西南侧近岸,砂质粉砂主要分布在董家口湾水域。研究海域的沉积物类型和粒度参数特征在横向上和纵向上均呈现不连续的分布特征,深水区以及较为隐蔽水域的分选程度都属中常或较差,而近岸开敞水域的分选程度则很好。GSTA模型计算结果显示,研究海域沿岸泥沙向岸横向输移趋势较明显,顺岸纵向输移趋势不明显,冬季波浪作用加潮流作用是研究海域泥沙输运的主要动力条件。     

杭州湾南岸电厂取水口海区泥沙冲淤分析

杭州湾南岸电厂取水口所在海床的冲淤情势是取水口高程设置和电厂安全运行需要考虑的核心要素。基于工程海区不同历史时期的地形资料,结合水沙运动规律、人类活动和二维潮流泥沙数学模型计算,分析了工程海区海床演变规律和趋势。结果表明:工程所在海床属于杭州湾南岸滩涂的一部分,摒弃围垦引起的短期冲刷效应,海床长期处于缓慢淤涨态势,淤积速率约0.04 m/a;沿岸潮流的输沙作用以及围填海等人类活动是海床淤涨的主因。工程建设后,取水口区域仍将保持淤积态势,周边规划工程亦将使取水口床面区域产生0.2 m左右的淤积。研究成果可为取水口方案的确定提供理论依据和数据支撑。     

渠道不同粒径组泥沙的输移特性

本以灌区实测水沙资料为基础．通过分析悬沙垂线分布，提出泥沙输送的条件，进一步分析不同粒径组泥沙的输移特性及对渠道泥沙淤积的影响。指出粗沙是造成泥沙淤积的关键．阐述不同粒径组泥沙都具有多来多排的特性．但其变化规律有所差异。通过比较多十挟沙能力公式．最后给出适应簸箕李灌区挟沙能力的具体表达式。     

尾闾河道及海域整体冲淤数学模型研究

针对黄河下游水少沙多和河口淤积延伸速度快的特点,本文建立了一套包括一维河道和二维海域、适用于多沙河口的整体泥沙冲淤数学模型。模型建立在高含沙的不平衡输沙理论上,采用动边界和动床阻力技术,模型可同时考虑径流、潮流及波浪等多种动力因素共同作用,可用于尾闾河道冲淤、河口泥沙输移扩散和河口演变计算。本文 应用二维模型计算了整个渤海的潮汐过程,得到几个主要分潮的同潮图,计算与实测值符合良好。用1983年汛后至1996年汛前艾山-口门河道地形资料、1996年6～10月和1996年10月～2000年10月的海区地形资料对一、二维连接模型进行了验证。计算结果给出的黄河下游河道的淤积延伸过程、河道水位、河道及海区冲淤量和流路河长延伸等均与实测值基本一致,证实了模型的可靠性。     

辐射沙脊群泥沙来源及输运研究综述

对辐射沙脊群海域形成时间、物质基底以及现代辐射沙脊群物质来源的研究进展进行综述,并结合"十二五"国家科技支撑项目近期关于辐射沙脊群海域泥沙来源以及泥沙输运过程的一些成果,认为现代长江口与江苏沿岸的泥沙交换和北、东、南3个方向进出辐射沙脊群区的泥沙量级等问题有待进一步研究确定。     

Impacts of wind waves on sediment transport in a large,shallow lake

Lake Okeechobee is a large, shallow subtropical lake, located in south Florida. Over the last several decades, Lake Okeechobee has experienced accelerated eutrophication due to excessive phosphorus loads from agricultural run‐off. Recycling of phosphorus from bottom sediments through resuspension is critical to addressing eutrophication of the lake and for water quality management. The present study investigates the impacts of wind waves on sediment transport in Lake Okeechobee, using measured data and the Lake Okeechobee Environmental Model (LOEM). The LOEM was fully calibrated and verified with more than 10 years of measured data in previous studies. Analysis of the measured data indicates significant wave height (SWH) and suspended sediment concentration are closely correlated to the wind speed in the lake. The nonlinear interaction of high‐frequency wind waves with relatively low‐frequency currents in the boundary layer plays a key role in sediment deposition/resuspension. Without considering the effects of wind waves, the bottom shear stress can be greatly underestimated. The spatial variations of key variables for sediment modelling, including SWH, water depth, orbital velocity, current velocity, bottom shear stress and sediment concentration, are discussed. In general, the near‐bottom wave velocity (and the associated bottom shear stress) is greater than or the same order of magnitude as the near‐bed current velocity (and the associated bottom shear stress) in this shallow water system. Although the sediment zones of Lake Okeechobee were described in previous studies, few published papers discussed its formation mechanisms. The findings of the present study include that the multiyear averaged bottom shear stress with wind‐wave effect plays a key role in forming the spatial patterns of the sediment zones. The study results are currently being used in lake management and in developing strategies for reducing phosphorus in the lake.