长江口粗粉砂和极细砂输移特性研究--幕式再悬浮和底形运动

在长江口区主航槽中利用悬浮物浓度测定系统（ＡＣＰ－１）第一次获得了近底紊流“猝发”（ｂｕｒｓｔ）和床面泥沙喷发（ｅｊｅｃｔｉｏｎ）的连续时间序列可视图像和数据，同时利用高分辨率流速仪以及旁侧声纳、热敏式双频测深仪等手段获得了大量底形沙波的实测图像和数据。这些图像和数据结果表明：长江口南支－南港之间粗粉砂至极细砂在涨落潮流的八月征，呈现静止－细颗粒泥沙起、悬扬－粗颗粒喷发运移的同时进行大尺度底形运动     

1998长江全流域特大洪水期河口区床面泥沙运动特征

在 1998长江全流域特大洪水后期用旁侧声纳、热敏式双频测深仪、D .GPS、声学悬沙浓度剖面仪和流速仪等对长江口主航槽南支至南港河段床面泥沙运动进行了走航和定点测量。观测期间为大潮讯 ,水深 13～2 1.3m ,底质粒径 0 0 8～ 0 12 5mm ,平均粒径 0 10mm ;水面以下 1m处流速最大值 2 17cm s、量小值 0 75cm s、平均值 12 9cm s;调查船航速 2 5～ 3.5m s。走航测量获得的大尺度三维底形沙波波长在 2 0～ 30 0m之间 ,波高0 5～ 3.6m之间 ,波长大于 10 0m以上者仅占 7% ,陡坡朝向下游。定点测量获得的连续 14小时沙波平均运移速率为 0 0 9m s。这种罕见的极细砂质大尺度底形沙波由大洪水期强涨落潮流和底沙再悬浮作用所致。伴随着沙波运移实时同步再悬浮的泥沙浓度底部平均值为 0 9kg m3 、最高可达 1 33kg m3 、最低为 0 44kg m3 。它们是长江口下游河槽不稳定的关键因素。     

崇明东滩水文泥沙过程分析

基于2005年9月在崇明东滩采集的现场观测数据,分析了水流和泥沙在潮滩上从光滩到植被区域的不同输运过程。研究结果表明,从光滩到植被带,涨潮和落潮流速逐渐变小,大潮时最大流速由113 cm/s(光滩)减小到8.1 cm/s(植被带);从光滩外侧(靠海)到内侧(靠岸),含沙量逐渐增加,至植被带再减小。潮周期内,流速和水体含沙量变化过程均呈现双峰,峰值出现在涨潮初期和落潮中期,最大含沙量高达7.7kg/m3。测点各潮周期内流速最大值、平均含沙量均与潮汐强弱显著相关。流速增大引起泥沙再悬浮,瞬时含沙量响应流速变化。表层沉积物由光滩外侧(靠海)到内侧逐渐变细,得出泥沙由光滩外侧区域再悬浮,经潮流输移至潮滩内部的泥沙输运模式。分析光滩和植被水沙数据差异表明,植被具有较强的缓流滞沙作用。     

长江口徐六泾断面近底悬沙测验及影响分析

近底悬沙浓度的确定对于研究床面泥沙的起动和输移具有十分重要的意义。基于双尾翼近底悬沙采样系统,选择徐六泾断面浅滩和深槽,在洪、枯季水文监测期间同步采集了距河床50 cm和10 cm的水样。现场实测资料分析表明：(1)浅滩和深槽含沙量垂向分布规律不同,浅滩泥沙粒径较粗且越靠近河床泥沙越粗,含沙量垂向分布呈“L”形,中上层水体含沙量变化较小,越靠近河床含沙量变化越大;深槽泥沙粒径较细,含沙量垂向分布较为均匀。(2)近底悬沙对浅滩和深槽的测验成果影响程度不同,计入近底悬沙后,浅滩处平均含沙量平均增幅为7.37%,深槽处平均增幅小于1%。(3)近底悬沙对测验成果的影响程度在时间尺度上有差异,计入近底悬沙后,含沙量一般情况下是增大的,但增幅不同,枯季大于洪季,落潮大于涨潮,大潮大于小潮。     

澳门东侧水域夏季潮流动力时空变化特征

珠江河口澳门东侧水域是伶仃洋西滩和澳门水道洪季重要水沙通道,基于洪季实测资料分析显示,澳门东侧水域为不规则半日潮流,洪季澳门东侧水域整体涨潮平均流速21～23 cm/s,落潮平均流速18～29 cm/s,涨潮流态为N—NNW向、落潮流态为S向,流态基本稳定,靠外海侧潮流动力更强。潮周期内水域平均流速主要取决于潮型大小,洪水径流主要对余流和历时有较明显影响,洪水期水域北侧形成滞流区,南侧水沙朝伶仃洋口外净输移。40%水深范围内的水流垂向动力结构受海面风影响显著,且近海面10%水深范围余流流向与海面风向具有较好的跟随性;西南风作用下,最大水平流速梯度出现在潮周期内的第二次涨憩至落憩阶段,与潮周期内的最大含沙量出现时间相对应,由于水域北侧水深浅,床面剪切梯度力整体大于水域南侧,导致水域北侧含沙量显著大于东南侧。综合分析来看,天文潮、洪水径流和海面风是澳门东侧水域的主控动力因子,水域北侧浅水摩擦阻力较南侧显著增强,造成垂向涨落潮历时和相位的差异,形成该水域较为特别的“表层汇、中底层散”的垂向动力结构特征,洪水期大量淡水径流下泄进一步加剧了该趋势,导致表层冲淡水朝东侧漂移、底层高盐水向近岸入侵。     

促淤板水流特性数值分析

在航道整治和河道治理工程中，常使用促淤结构来促进泥沙淤积、保护洲滩。结合导板结构与透水结构的特点，提出一种新型促淤护滩结构——开孔促淤板。为进一步分析开孔促淤板的促淤拦沙效果，基于RNG k-ε紊流模型建立了三维开孔促淤板水流数值模型，并通过物理模型试验对数值模型进行验证。计算分析了流速、开孔率、相对单孔面积等因素对流速、减速率的影响，拟合得到最优开孔率与最佳单孔面积的预测经验公式。结果表明：相对单孔面积对板前流态影响较小，对板后的流速、流态及减速区的形成有影响；开孔率越大，板后减速效果越差，开孔率为30%时，近底区域减速效果最好；来流流速会影响开孔促淤板的减速效果，来流流速为0.2 m/s时减速效果最好。     

基于光谱特征的长江口细颗粒泥沙絮凝体投影表面积和沉速模拟

2009年5月23日~6月2日在长江口南槽九段沙水域，利用便携式地物光谱仪和现场激光粒度仪分别测量水体光谱反射率和细颗粒泥沙絮凝体现场特性，同步采集水样测量悬沙浓度(SSC)。研究显示：① 水体光谱反射率随絮凝体投影表面积(PSA)的增加而增大，光谱曲线在350~950 nm波段间存在两个明显反射峰，分别以690~720和810 nm波长为中心；② 絮凝过程改变细颗粒泥沙的水体反射光谱特征，导致SSC与光谱反射率的相关性低于PSA与光谱反射率的相关性。PSA与波长＞715 nm波段光谱反射率的相关性r＞0.7，p<0.01；③ 可选择常用卫星遥感可见光、近红外通道范围，且PSA与光谱反射率相关性较高的波段，建立PSA与单波段光谱反射率和多波段光谱反射率组合比值的拟合关系式，其中单波段860 nm(r=0.9227，p<0.001)和860/670多波段组合(r=0.9373，p<0.001)的指数方程预测效果均最优；④ 基于PSA与光谱反射率、絮凝体现场沉速(WS)间均存在良好相关性的分析，构建了光谱反射率与WS间的幂函数拟合关系式(r=0.8337，p＜0.001)，这为监测长江口大尺度区域絮凝体PSA和WS的空间分布和动态变化提供了一种新的尝试方法。