异质潮滩水沙输运研究

论文摘要

在径、潮流的共同作用下,河口潮滩不同区域的底质分布和水动力过程差异明显,滩面冲淤也各具特色。本文于2010年11月在长江口崇明东滩南、北两侧光滩开展了现场水沙观测活动。利用三角架观测系统,获取了包括潮流、波浪以及滩面底质在内的高精度水沙数据,分析、归纳、探讨了异质潮滩水、沙过程特点,水沙动力响应机制和悬沙输移模式,得出了如下的认识。1、崇明东滩是淤泥质和粉砂质潮滩共存的异质沉积体崇明东滩北部为淤泥质潮滩,表层沉积物中值粒径8μm,悬沙中值粒径10.4μ m。沉积物组分以粘土和粉砂为主,砂含量为零；南部为粉砂质潮滩,表层沉积物中值粒径64μ m,悬沙中值粒径40.5μ m,沉积物组分以粉砂和砂为主,粘土含量极少。悬、底沙粒径级配对比发现,崇明东滩北部悬、底沙交换强度大于南部。2、异质潮滩潮流强度和方向各异：南强北弱,北部潮流偏向植被带,南部潮流平行于植被带崇明东滩南、北两侧潮流均呈涨潮优势。观测期间,北部流速值一般在3-15cm/s之间,涨潮流偏向植被带,有利于水沙向高潮滩输运。南部流速值一般在30—50cm/s之间,并具有沿岸流特征,流向基本平行于植被带边缘,不利于水沙向高潮滩输运。北部潮滩摩阻流速为3.5cm/s,粗糙长度为4.35cm,潮流底剪切力为1.3N/m2。南部摩阻流速为3.2cm/s,粗糙长度为1cm,潮流底剪切力1.0N/m2。剪切力与流速呈正相关。北部淤泥质潮滩近滩面水流结构严重偏离对数分布。3、异质潮滩的波浪衰减特性各异：淤泥质潮滩对波浪强衰减,粉砂质潮滩对波浪弱衰减常态天气下,对波浪的有效波高、平均波高、波能密度、平均周期、有效周期进行统计分析。崇明东滩北部淤泥质潮滩各参数值分别为9.1cm、6.0cm7.7Jm-2、2.7s、3.6s;南部粉砂质潮滩相应值分别为16cm、10.6cm、22.5Jm-2、1.9s、2.2s。淤泥质潮滩对波浪的衰减能力大于粉砂质潮滩。水平方向上,前者衰减率为后者的1.4倍。垂直方向上,前者为后者的2.9倍。潮滩波能衰减率随相对波高（平均波高/水深）的增大而增加。波浪向岸衰减时,高频部分的衰减速率基本大于低频部分。波浪剪切力峰值出现在涨潮初期和落潮末期,与相对波高（平均波高/水深）呈正相关。4、异质潮滩悬移质供沙来源和强度各异：北部为潮流控制,悬沙浓度涨潮大、落潮小；南部受径、潮流共同影响,落潮高浓度时有出现。崇明东滩北部淤泥质潮滩悬沙浓度值在1-1.5kg/m3左右,涨潮悬沙浓度是落潮时的2.3倍。南部粉砂质潮滩悬沙浓度值在1.2-2kg/m3之间,涨潮水体浓度时常小于落潮水体。潮流剪切力一般大于波浪剪切力,常态天气下,潮流应是控制悬沙浓度的关键动力因子。潮滩悬沙浓度和潮流流速基本呈正相关,但涨潮流速增加期间,悬沙浓度并未有明显增大。5、异质潮滩悬移质输沙强度和方向各异：涨潮强,落潮弱；南部强,北部弱；南部净离岸,北部净向岸。崇明东滩南、北潮滩泥沙输移强度均有涨潮强、落潮弱的特点,南部平均泥沙通量（输移强度）大于北部。北部潮滩涨潮泥沙总通量（814.5kgm-2）是落潮（246.5kgm-2）的2.5-4.1倍。南部潮滩涨潮泥沙总通量（1671.5kgm-2）是落潮（1297kgm-2）的1.3-2.4倍。北部潮滩沿岸单宽泥沙净通量（506.6kg/m）较垂岸净通量（302.8kg/m）大,泥沙净输移方向以指向北支口内和高潮滩为主,有利于潮滩淤积；南部潮滩沿岸单宽泥沙净通量（2179.2kg/m）指向北港,垂岸泥沙净输移量（1839.5kg/m）指向东滩潮下带,潮滩易被侵蚀。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.3 本文研究内容及框架
• 第二章 研究区域概况和数据处理方法
• 2.1 研究区域概况
• 2.2 资料来源
• 2.3 数据处理方法
• 第三章 异质潮滩下垫面特征对比
• 3.1 沉积物和悬沙粒度分析
• 3.2 沉积物和悬沙关系讨论
• 3.3 从粒径组成看滩槽泥沙交换
• 3.4 本章小结
• 第四章 异质潮滩潮流特性研究
• 4.1 异质潮滩潮流特征
• 4.2 潮滩近底边界层探究
• 4.3 本章小结
• 第五章 异质潮滩波浪特性研究
• 5.1 异质潮滩波浪特征
• 5.2 波浪衰减特性研究
• 5.3 波周期的变化
• 5.4 波浪剪切力特征
• 5.5 本章小结
• 第六章 异质潮滩悬沙浓度和水沙输运
• 6.1 异质潮滩悬沙浓度时空分布
• 6.2 悬沙浓度的动力响应
• 6.3 潮滩悬沙通量
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 后记