崇明东滩水沙输移及植被影响分析

论文摘要

本文通过2005年9月和2006年9月两次在崇明东滩的现场水文泥沙观测,利用ADP、ADV等流速仪、OBS浊度仪,通过对潮流、悬沙、沉积物以及波浪要素的分析,探讨了潮滩泥沙输运过程及植被影响,主要研究结果如下。（一）潮流过程潮流动力较强且流速与潮差相关。在光滩外侧,大潮时观测到最大流速113cm/s,大潮时涨潮平均流速36cm/s,落潮62cm/s;小潮时潮周期内流速全线下降,平均流速为大潮的1/3～1/2。流向在光滩外侧基本与周围海域流向一致,靠北为沿岸往复流、靠南为近似旋转流。空间上流速沿向岸方向递减,大潮时海三棱藨草带（外侧植被）平均流速约为10cm/s,到互花米草带（内侧植被）平均流速不足1cm/s。由于浅水环境（水深小于30cm）下潮位变化引起加速效应,涨潮初、落潮末流速较高,比其他时间的平均值高出1～3倍,形成潮锋。涨潮中后期高水位时和落潮中期潮位变率大时流速也小幅上升。潮波为驻波型,中潮位时潮位变率最大,潮锋作用在光滩位置最强,至植被带减弱。近底流速垂线分布很好的符合对数分布,拟合相关系数大于95%以上的垂线占总数的78.6%。计算得出潮流摩阻流速u*c。范围为0.39～6.8cm/s,粗糙长度Z0=0.31cm。（二）泥沙过程平均含沙量受到潮汐控制。在潮水上滩阶段,水体极度混浊,最大含沙量高达14.2kg/m3。潮周期平均含沙量在0.7～3.8 kg/m3范围内。大潮动力条件强,光滩上平均含沙量范围为2.5～3.8kg/m3,小潮时含沙量均变小,光滩上范围为0.7～2.3kg/m3。含沙量值空间分布复杂,多数情况下从光滩外起,向岸方向沿程增大,到植被带略为减小。流速变化影响含沙量大小,流速的增大引起泥沙再悬浮。含沙量一般在涨潮初和落潮中期较大。涨潮初由高速水流及滩涌作用,含沙量高达5～14 kg/m3。落潮时由于落潮流速的上升,及潮滩上部高含沙量水经过,在落潮中期含沙量达到峰值。在植被带也有此规律,但峰态平缓,峰值较小,一般3～5 kg/m3。含沙量与流速做简单线性回归可看出,在光滩处相关性好,植被带关系差,说明光滩处泥沙再悬浮作用强,显著影响含沙量水平,在植被带,含沙量更多的依赖于潮流强弱,靠潮流平移输沙,再悬浮作用弱。表层沉积物由于潮流分选搬运作用沿向岸方向由粗变细。在光滩外侧为铁板沙带,D50为76μm,至光滩靠内侧泥沙颗粒迅速变小,成为泥滩,D50为10μm,至植被带粒径变化不大。（三）波浪作用本区观测期间大部分时间风速小于10m/s,波浪作用中弱。光滩外侧最大有效波高0.74m。高潮位时波浪在光滩传播未发现明显衰减,但进入植被带衰减迅速。波浪引起近底水层瞬时流速呈与波浪周期（2.8～8.5s）相近的轨迹运动。利用流速瞬时值推求出浪、流共同作用的摩阻流速是单纯潮流摩阻流速的1.3～5.6倍。近底层的含沙量过程密切响应摩阻变化,剪切力增大引起泥沙起动。通过对悬沙过程分析,得出滩地临界剪切力τcr=0.48 N/m2,并计算多种情况下滩地临界流速。由于波浪存在,泥沙更易被潮流起动,光滩距底1m高度层处流速使泥沙大量再悬浮的临界值从31.8cm/s降至6.9～8.4cm/s。波浪加强了传统的潮流搬运分选。在铁板沙带,强动力条件导致此处泥沙颗粒粗并伴有沙纹出现。至光滩靠内侧,由于波浪的迅速衰减,D50从79μm突降至10μm,突变对应了波高迅速衰减的分布格局。（四）植被影响植被有缓流消能以及滞留泥沙的作用。通过估算,有植被区域流速衰减速度比光滩快10倍以上,海三棱藨草带流速相应衰减量是互花米草的2～3倍。植被带有效抑制波浪向高潮滩发展。海三棱蔗草带仅前缘位置波高迅速下降34%。进入植被带后水体含沙量变小,但减小幅度一般不超过1/5水平,再悬浮作用不明显,导致含沙量过程线变化平缓。植被更重要的作用是对潮滩泥沙输运模式的影响。植被带形成新的潮流屏障。大量的细颗粒泥沙在此淤积,利于植被生长,植被不断向海发展,滩地淤高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.3 本文研究内容
• 第2章 研究区域概况、资料获取方法
• 2.1 研究区域概况
• 2.2 资料来源
• 第3章 潮动力过程研究
• 3.1 潮流空间分布及潮周期特征
• 3.2 潮汐强弱
• 3.3 植被影响
• 3.4 潮锋形成机理
• 3.5 近底流速垂线分布及阻力计算
• 3.6 小结
• 第4章 波浪要素及底床阻力特征
• 4.1 波浪特性
• 4.2 瞬时流速特征
• 4.3 波浪作用下底部阻力计算
• 4.4 小结
• 第5章 泥沙演变过程研究
• 5.1 悬沙分布及潮周期特征
• 5.2 含沙量的动力响应
• 5.3 沉积物分布
• 5.4 植被影响
• 5.5 波浪影响
• 5.6 小结
• 第6章 潮滩泥沙输移
• 6.1 泥沙输移量
• 6.2 水沙过程模式
• 6.3 泥沙输移模式
• 第7章 结论
• 主要参考文献
• 致谢