海床原位监测及其动力特性研究

论文摘要

本课题采用一套海底沙脊沙波原位监测系统对北部湾进行了长达半年的现场数据测量。系统集成了高频多普勒流速剖面仪、浪潮仪、光学透射仪、光学后反射仪、倾斜仪、水下定标和水面信标等先进设备,以CR800为核心开发了集控制、采集和存贮为一体的高可靠主机。该系统采用分散控制,采集和记录的方法,从根本上避免了关键核心采集设备失效,引发全部测量失败的弊端。利用原位监测系统在北部湾测得的数据,对该区域悬浮体粒径进行分析。结果表明,悬浮颗粒表层多为单峰分布,中间层和底层多为双峰分布,表层粒度较细,随着深度增加粒度逐渐变粗,到达底层时粒度最粗。粒度以砂为主,粉砂含量次之,不含粘土。本文尝试了利用声学方法估计悬浮体浓度的研究,结果表明,观察期前三个星期悬沙浓度与后散射强度之间具有较好的相关性,由光学和声学方法测得的悬沙浓度拟合较好。但随着OBS受生物附着影响,两者之间的相关性越来越差直到最后无相关性。底床粗糙度是研究河口海岸沉积物运移和水流结构的重要因素,利用声学多普勒流速剖面仪坐底测得的流速剖面数据,以不同的潮周期为单位,对该单位内的粗糙长度进行了分析。结果表明,不同潮汐周期内计算出的粗糙长度略有差异,但波动较小,相关系数较高,且随着流速剖面拟合的数据点越多,波动越小。相反,传统单个流速剖面拟合得到的粗糙长度变化范围较大,相关系数较低。研究结果也表明,粗糙长度的大小对摩阻流速的影响不大。虽然不同潮汐周期单位内的粗糙长度不同,但由其算出的摩阻流速却相差不大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的研究意义
• 1.2 海床原位监测技术的研究现状
• 1.3 海床动力特性研究进展
• 1.3.1 悬沙粒度分析
• 1.3.2 悬沙浓度分析
• 1.3.3 潮流边界层研究
• 1.3.3.1 边界层定义
• 1.3.3.2 水流结构
• 1.3.3.3 底部剪切应力
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 原位监测系统的总体设计
• 2.1 监测系统的结构设计
• 2.1.1 测量平台结构设计
• 2.1.2 平台选材依据
• 2.1.3 仪器的选型
• 2.1.3.1 仪器选用依据
• 2.1.3.2 仪器主要技术指标
• 2.2 监测系统的集成
• 2.2.1 测量系统的硬件集成
• 2.2.2 监测系统的软件集成
• 2.2.2.1 水下自动采集测量系统
• 2.2.2.1.1 CR800 简介
• 2.2.2.1.2 采用CR800 的优势
• 2.2.2.1.3 CR800 功能描述
• 2.2.2.1.4 自动测量系统的软件设计
• 2.2.2.1.5 系统可靠性验证
• 2.2.2.2 水下自含式测量系统
• 第三章 研究区域概况
• 3.1 地理位置和地貌特征
• 3.2 气象水文特征
• 3.3 灾害性天气
• 3.4 波浪特征
• 3.5 潮汐类型
• 3.6 海流
• 第四章 海床动力特性分析
• 4.1 粒度分析
• 4.1.1 LISST-100 测量原理
• 4.1.2 LISST-100 测量方法
• 4.1.3 粒度参数计算
• 4.1.4 结果及分析
• 4.1.4.1 悬浮颗粒粒径分布
• 4.1.4.2 水柱剖面特征
• 4.1.4.3 粒度参数及其变化
• 4.1.4.4 粒度组成及其变化
• 4.2 悬沙浓度分析
• 4.2.1 OBS 标定
• 4.2.2 近底床的悬浮物浓度
• 4.2.3 OBS 测量影响因素分析
• 4.2.4 声学测量原理
• 4.2.5 数据分析与结果
• 4.4 海底边界层参数计算
• 4.4.1 流速剖面
• 4.4.2 粗糙长度
• 4.4.3 摩阻流速
• 第五章 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢