基于电导率判定黄河三角洲悬浮泥沙浓度研究

论文摘要

水体悬浮泥沙浓度的测量是水文要素观测中一项十分重要的内容,是计算沉积物再悬浮通量的重要参数之一,现代黄河三角洲日趋加剧的海岸侵蚀,已严重地恶化了黄河三角洲的发育功能和三角洲经济开发环境。本文在国家863计划项目“风暴过程中沉积物再悬浮通量原位监测技术(No.2008AA09Z109)”的资助下开展的研究工作,旨在通过建立悬浮泥沙浓度与电导率的定量关系式,为实现风暴事件过程中河流入海沉积物再悬浮通量自动观测分析提供数据支持。以黄河三角洲土样为研究对象,主要从悬浮泥沙浓度与电导率的关系以及影响二者关系的因素、函数关系式的适用性和“悬浮泥沙浓度测量”数据处理软件的开发三个方面开展研究,寻找悬浮泥沙浓度与电导率定量关系式的最优表达。论文首先对海水中悬浮泥沙浓度与电导率的关系及其影响因素进行了实验研究,得出当海水盐度、温度、泥沙粒径一定的情况下,悬浮泥沙浓度与电导率值存在很好的线性关系,悬浮泥沙浓度越高混合水体的电导率值就越低。盐度、温度和颗粒粒径对二者的关系具有一定的影响,且盐度的影响最大,温度次之,本实验中颗粒粒径的影响太小几乎可以忽略。通过MATLAB多元线性回归分析得出的函数关系式显示,此函数关系式的相关系数为0.9699,当盐度小于10‰时误差较大,该关系式不适合此范围内悬浮泥沙浓度的测量；当盐度大于10‰时误差较小,平均相对误差为5%,此时关系式较适用。各影响因子的影响大小分别为72.85%,27.10%和0.06%。其次,论文进一步验证了悬浮泥沙浓度与电导率的定量关系式的适用性。通过水槽实验发现悬浮泥沙浓度在225g/L范围内公式较适用,实测电导率值与公式计算所得数值的相对误差很小；随着浓度的加大实验相对误差也随之增大,但在盐度较高的海水中,较大的悬浮泥沙浓度不会导致实验误差的过大,黄河水下三角洲流域海水的盐度与标准海水的盐度相差很小,因此,实验所得悬浮泥沙浓度与电导率关系的函数式可以较好的适用于黄河三角洲海域悬浮泥沙浓度的自动判定。可以通过下一步的野外实验来寻求函数关系式的最优表达。最后,根据不同海水盐度下自制电极探杆的数据与WTW PH/Cond340i电导率仪数据的差异对自制电极探杆的电极输出数据进行校正,将拟合出的悬浮泥沙浓度与电导率关系式写入数据处理软件中,初步实现海水悬浮泥沙浓度的自动判定。本文的研究实现了一定情况下悬浮泥沙浓度与电导率关系的定量判断,首次成功利用电导率法实现海水悬浮泥沙浓度的测量。将实验所得函数关系式整合到正在研制的原位监测装置的数据处理软件中可以简单、快速、实时的对极端海况下,海水悬浮泥沙浓度进行测量,具有广泛的应用范围。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究目的
• 1.2 国内外悬浮泥沙原位测量技术研究评述
• 1.2.1 悬浮泥沙浓度的声学测量技术
• 1.2.2 悬浮泥沙浓度的光学测量技术
• 1.2.3 悬浮泥沙浓度的卫星遥感反演
• 1.3 利用电法进行沉积物性质原位监测研究评述
• 1.4 本文的研究内容与技术路线
• 1.5 小结
• 2 实验样品采集区环境特征
• 2.1 黄河三角洲概况
• 2.2 黄河三角洲沉积物特征
• 2.2.1 黄河三角洲沉积物类型
• 2.2.2 黄河三角洲沉积物物理力学性质
• 2.3 黄河三角洲水文动力条件
• 2.4 实验样品的采集
• 2.4.1 实验样品类型
• 2.4.2 实验样品采集点侵淤状况及物理力学性质
• 2.5 小结
• 3 悬浮泥沙浓度与电导率关系及其影响因素实验研究
• 3.1 概述
• 3.2 悬浮泥沙浓度与电导率关系验证性实验
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.3 结果与讨论
• 3.3 悬浮泥沙浓度与电导率关系及其影响因素实验研究
• 3.3.1 实验材料
• 3.3.2 实验方法
• 3.3.3 实验结果
• 3.4 分析与讨论
• 3.4.1 悬浮泥沙浓度与电导率的关系
• 3.4.2 温度的影响
• 3.4.3 盐度的影响
• 3.4.4 颗粒粒径的影响
• 3.4.5 根据电导率确定悬浮泥沙浓度公式
• 3.4.6 悬浮泥沙浓度对盐度的影响
• 3.5 小结
• 4 悬浮泥沙浓度与电导率关系水槽实验研究
• 4.1 实验材料与方法
• 4.1.1 实验仪器
• 4.1.2 悬浮泥沙浓度与电导率关系水槽实验方法
• 4.2 实验结果
• 4.2.1 悬浮泥沙浓度小于225g/L水槽实验结果
• 4.2.2 悬浮泥沙浓度大于225g/L水槽实验结果
• 4.3 分析与讨论
• 4.3.1 悬浮泥沙浓度
• 4.3.2 盐度
• 4.4 小结
• 5 悬浮泥沙浓度数据处理程序设计
• 5.1 实验仪器
• 5.1.1 测试系统简介
• 5.1.2 电极探杆的设计参数
• 5.2 电导率仪对自制电极探杆的数据校正实验研究
• 5.2.1 实验方法
• 5.2.2 实验结果
• 5.2.3 分析与讨论
• 5.3 悬浮泥沙浓度数据处理程序设计
• 5.3.1 数据处理程序简介
• 5.3.2 悬浮泥沙浓度测量程序设计
• 5.4 小结
• 6 结论及下一步研究
• 6.1 结论
• 6.2 下一步的研究
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果