长江口水体表层泥沙浓度的遥感反演与分析 【摘要】：水体悬浮泥沙浓度监测在海岸带环境管理中有重要的意义。常规船测法的成本较高，并且覆盖空间范围小，同步站点较少。卫星遥感数据具有明显的时间与空间优势，成为近岸Ⅱ类水体悬浮泥沙浓度反演与动态分析的重要数据源。本文以长江口及其附近水域为研究区，主要开展了以下工作：1)现场水体光谱测量。用ASDFieldSpec 光谱仪现场测量长江口Ⅱ类水体的反射率高光谱，同步采集表层0.5m 深处的水样，带回实验室用过滤称重法计算水样的泥沙浓度；同步测量流速、水体浊度等要素。2)对光谱数据进行处理，去除天空光等影响，计算水体的遥感反射率。光谱数据筛选，取平均以及一阶微分导数处理。3)分析水体反射率光谱的特征及其对表层泥沙浓度响应；基于最小二乘法，分别建立光谱反射率与泥沙浓度之间的指数形式和幂函数形式的拟合方程。选择对应常用卫星传感器波段，并且对泥沙浓度敏感的波长，建立泥沙浓度和光谱反射率之间的统计回归模式。4)对卫星遥感数据进行处理，然后从遥感数据中反演水体表层悬浮泥沙浓度；借助多期A VHRR和TM遥感影像反演的结果，对长江口泥沙分布进行遥感监测和分析。取得的成果和结论：1)水体反射光谱曲线随泥沙浓度不同而变化，并且存在两个反射峰(560～720nm和790～830nm)；波长大于500nm的光谱反射率与悬浮泥沙浓度之间具有明显的相关性，特别是690～830nm的相关系数大于0.8，对泥沙浓度较为敏感。2)基于最小二乘法，建立水体泥沙浓度和反射率之间的统
计回归模式，结果表明，利用715nm波长的光谱反射率与泥沙浓度的指数拟合回归方程对泥沙浓度估算的效果优于幂函数形式；用670nm、715nm和800nm波段建立的指数方程比810nm和860nm波段的指数方程的拟合程度高。参照常用卫星传感器的波段设置，建立了泥沙浓度和A VHRR、MODIS和TM对应波段反射率之间的统计回归模式。3)选择A VHRR、MODIS和TM数据作为主要数据源，对水体表层的泥沙浓度进行反演。根据不同时相遥感数据的结果，分析了长江口泥沙的分布受季节变化、潮流和径流影响的模式。特别是通过多年数据的分析发现，1998年、2004年和2006年分别为径流来水特丰、平水和特枯年，径流量变化对长江口泥沙分布格局有显著影响。【关键词】：遥感高光谱悬浮泥沙浓度长江口II类水体 【学位授予单位】：华东师范大学 【学位级别】：博士 【学位授予年份】：2007 【分类号】：P237;TV148.1 【目录】：摘要7-8ABSTRACT8-10附图10-12附表12-13目录13-15第一章绪论15-241.1选题背景和研究意义15-181.1.1选题背景15-181.1.2研究意义181.2国内外研究进展18-211.3研究思路和全文内容21-24第二章水色遥感的理论基础24-362.1水色遥感的原理
细颗粒泥沙基本特性试验报告 姓名：陶安 学号：21409112 日期：2012-11-13 联系方式：antao1990@https://www.doczj.com/doc/e75184336.html,
一、实验内容 1、环形水槽操作演示 2、分析泥沙粒径特性 3、粒径计管絮凝现象观察 二、基本特性测定的实验方法 1、环形水槽 环形水槽（结构如图1所示）由上、下盘及驱动控制系统三部分组成。下盘为一外径D=150cm、内径D= lO8cm、槽宽21cm、槽深45cm的有机玻璃环槽，上盘为一有机玻璃环片覆盖在下槽水面上，高度可任意调节以控制水深。上、下盘各由一台无级调速电机带动，上下盘相向转动，在切力作用下产生水流。由于水槽的曲率，会出现横向副流，但通过对上下盘转速比的合理调配，可使横向副流降低非常小的程度，从而达到较均匀稳定的流场。另外，在下盘槽壁设有多个取样孔，以便在需要时在不同水深处取得浑水样品，用来测定随时间与水探不同，含沙浓度的变化情况。 与常见的循环水槽相比，环形水槽具有几方面的特点: ①、无流入口和流出口的影响，水槽内所有断面的水流状态是一样的，并相当于一个无限长的水槽，满足细颗粒泥沙在盐水条件下絮凝过程所需时间和漫长沉降距离的要求，水槽运动所形成的水流运动既可以是恒定均匀流，也可以随时间而改变，从而可以模拟相应的潮汐水流运动。 ②、无回水装置和消能设施，不破坏泥沙的絮凝状态，亦即泥沙能在与现场条件相似的絮凝状态下沉降、起动和输移。 ③、实验水槽体积小，操作方便，适用性广，试验水深、水体含沙量、含盐度、水流速度可方便地进行调节。 对于某一流速，占初始悬沙总量一定比值的泥沙总处于悬浮状态，也就是说悬沙浓度和初始浓度的比值是底部切力的函数。根据这一特性，就可通过环形水槽试验得到不同初始含沙量，不同水流条件下泥沙平衡浓度，不淤流速，起动流速，以及泥沙沉速等泥沙水力特性。 利用环形水槽，用各种不同条件的泥沙，水介质等就可分析出不同条件下的不同泥沙的水力特性，分析各种条件下泥沙和淤积量关系。
基金项目 华东师范大学 作者简介 从事河口海岸水动力及泥沙运动研究 通讯作者 长江口浑浊带近底泥沙浓度变化何青刘红 华东师范大学河口海岸学国家重点实验室 上海上海河口海岸科学研究中心上海 摘要基于近底边界层四角架系统观测的水沙过程完整资料对近底悬浮泥沙浓度的变化及其动力响应关系 起动和沉降作用及床面泥沙的供应率对近底层悬浮泥沙浓度和动力响应变化的四个过程进行了详细的 关键词泥沙近底边界层长江口 中图分类号 前言 等四次风暴期间沙质床面近底水流和泥沙过程进行了分析发现悬浮泥沙浓度峰值出现在低流速阶段并 等 根据 等并应用于美国弗吉尼亚的 等用这种定常侵蚀率模型研究了 等 河口的悬浮泥沙浓度的涨落 他们的观测数据表明悬浮泥沙浓度和流速大小存在很强的正相关关系即在涨落河口的他们的观测数据为近底离床面 和观测等仪器研究了美国南卡罗来纳州泻湖
对泥沙浓度和动力的响应研究中他们发现最大的悬浮 但是由于影响悬浮泥沙浓度的因素很 三级分汊四口入海 时也是最大浑浊带活动区域 野外观测及数据处理 观测站点及仪器布置 月 观测站点平均水深为表层 沉积物实验室分析得到的中值粒径为 砂含量分别为悬浮水样和表层沉积物的粒径分析结果表明它们的粘土含量比 然而表层沉积物粉砂含量有所减 图观测站位示意图
图 底边界层观测系统及仪器布置示意图 测 的 垂向水流变化过程的 探头高度距离床面 离床面的高度分别为 和以 的采样间隔均为 的采样间隔为分 观测系统的东北面 的安全进行监测 观测内容主要包括 测量 整点采集垂向六点悬浮水样 利用 实时连续测量 数据处理 浊度率定 由于底边界层观测系统上面没有自动采水系统 的浊度探头进行观测得到的 进行现场水样率定见图 值为 间的相对误差为这表明在假定现场悬浮水样的率定曲线是可信的前提 尤其是悬浮水体的粒径 正因为表层沉积物的颗分粒径 分粒径 图 为了更好地反映正常的悬浮水体浊度变化过这里采用的筛选方法是通过的标准偏差值来进设定一个临界标准偏差值下文所用来分析和讨论的浓度值都是 已经通过该方法处理后的
海洋工程中悬浮泥沙源强的确定 摘要：随着各类海洋工程的施工建设，各类海洋工程施工均会引起周边海域悬 浮泥沙剧增，会对项目周边海域的环境产生不利影响。目前国内没有对海洋工程 中涉及的悬浮泥沙源强作出完整的归类，总结在海洋环评中多年的工作经验，本 文对海洋工程中悬浮泥沙源强类型进行了总结归纳，为海洋环评中悬浮泥沙源强 的选取提供参考和依据。 关键词：悬浮泥沙源强海洋环境影响 近年来，随着我国海洋经济的迅速发展，各类海洋工程的施工建设，包括填 海造地、港口建设、航道疏浚、跨海桥梁、各类透水构筑物及非透水构筑物等， 均会引起周边海域悬浮泥沙剧增，会对项目周边海域的环境产生不利影响。其中 悬浮泥沙的扩散输移对海洋环境影响较大，主要表现为悬浮泥沙的扩散输移范围 和浓度变化对海水环境和海洋生态环境的不利影响。针对国内外学者对海洋工程 中的悬浮泥沙源强确定缺乏比较全面系统的论述，为此，本文根据笔者工作中经 验对海洋工程中涉及的悬浮泥沙源强的确定进行了总结，可为海洋工程环境影响 评价悬浮物污染开展综合分析，根据工程的底质条件合理选择设备类型提供理论 依据。 1悬浮泥沙源强类型 海洋环评中数值模拟分析和悬浮泥沙污染源的存在形式密切相关，悬浮泥沙 源强一般在空间上分为：点源、线源、面源和体源；根据持续时间可分为瞬时源 和连续源。根据海洋工程施工计划和施工特点的不同，在海洋环评数值模拟中对 泥沙源强的处理方式也不同。一般疏浚挖泥及疏浚土抛投时采用设置固定点源或 瞬时源的方式进行模拟；溢流及抛石采用设置连续固定点源的方式进行模拟；爆 破挤淤一般采用瞬时点源；管道及航道的开挖根据施工线路的特点采用移动点源 的方式进行模拟。 2悬浮泥沙源强计算方法 针对不同的工程类型，由施工引起的泥沙源强确定方法也不同，目前泥沙源 强的确定一般采用公式计算结合同类工程经验或现场监测数据进行推算。本文根 据笔者的工作经验对海洋环评中涉及的源强方法进行了总结。 2.1疏浚源强 项目工程类型为疏浚，采用的施工机械一般为绞吸式挖泥船、耙吸式挖泥船、抓斗船，悬浮泥沙发生量按照《港口建设项目环境影响评价规范》中提出的公式 计算源强。 Fs—悬浮泥沙源强（kg/s）； m泥—一天爆破抛泥量（kg）； V水—受纳水体体积（m3）； t—一天实际施工的时间（h）。 2.8类比分析法确定源强 根据Mott MacDonald 1990年进行的疏浚泥沙再悬浮系统试验数据，绞吸式挖泥船泥沙
基金项目 作者简介 湖北人副研究员博士 主要从事河口海岸动力过程研究 沈焕庭 严以新 王永红 海洋学院江苏南京 河口海岸学国家重点实验室 上海 山东青岛 摘要 将历史海图的基准面进行统一换算采用实现了长江口及杭州湾通过百年时间尺度的大范围冲淤分析建立了长 江口泥沙收支平衡模式 以此为基础关键词 计算通量 引言 外力作用或边界条件变化对海洋物质通量的影响是计划 全球海洋联合通量研 究 密切相关的研究课 据 陆地入海物质通量中占有重要的地位大河河口及其陆架颗粒物质输移过程是揭示陆海相互作用和估中起重要作用有吸附效应泥沙输移对污染物的迁移和循环也起重要作用 因此研究河口入海泥沙通量及河口泥沙运动规律研究区域与研究资料 长江来水来沙进入河口以后泥沙冲淤的结果往往通过地形变化来反映长江口地区 本次研究主要目的在于弄清楚百余年来长江口及杭州湾泥海图资料选择要考虑充分利用长江口 同时兼顾考虑长江口地形演变重
吴淞原图系英国海军测量吴淞原图系英国海军测量吴淞旧中国海关海道测量资料 吴淞旧海军水道图吴淞 航保部长江下游航行图 吴淞 上海航道局 号海图系华东师范大学河口海岸研究所于 年代将不同比例尺海图统一转化而成的 表 拦门沙海图资料一览表 序号 年份 范围比例尺 说明吴淞原图系英国海军测量吴淞原图系英国海军测量吴淞原图系英国海军测量吴淞旧海军水道图吴淞伪海军水道图吴淞 上海航道局资料吴淞 上海航道局 浏河口 横沙岛万 中华人民共和国交通部安监局 号海图系华东师范大学河口海岸研究所于 年代将不同比例尺海图统一转化而成的 表 长江口或口外大范围海图资料一览表 序号 年份 范围 比例尺 说明长江口与杭州湾 系英国海军测量 中国人民解放军航海保证部中华人民共和国交通部安全监督局图 长江口部分潮位站分布图 研究方法 基准面换算关系研究 图采用的多种基准面与目前使用的理论深度基准面的语言实现了对海图理论深度基准 面的人机交互式计算验证表明基于年实测潮位资料计算获得的调
毕业论文（设计）开题报告 题目：上海滩附近的悬浮泥沙浓度遥感分析学院：海洋科学与技术学院 学生姓名： 专业：海洋技术 班级： 指导教师： 起止日期： 年月日
毕业论文（设计）开题报告 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 1、国内外研究动态 国外学者在海洋水色遥感方面的研究大致可以分为以下几个方面： 遥感数据的定性应用，这个阶段，遥感技术开始应用于海洋监测，但技术并不是很成熟，限于定性的分析。2004年，Kale等利用LANDSATI(ERTS1) MSS数据对Delaware Bay的海岸植被、土地利用等进行解译，并提出用对数统计模型来探测海湾悬浮泥沙浓度的方法[1]。Holler (2008)在研究实测光谱数据与同步悬浮泥沙浓度数据基础上，发现两者之间相关性高，因此，提出了利用遥感数据来监测悬浮泥沙的想法[2]。 Calnter(2001)在研究澳大利亚东南部实测数据的基础上，证明了利用LANDSAT多光谱遥感数据构建多重线性模型来预测悬浮物浓度、叶绿素浓度的可行性[3]。 统计回归经验模型是海洋水色反演最常用的算法，敏感波段及波段组合的选择，回归模型的选择，是学者们研究的重点。Philpot等(2001)研究发现陆地卫星LANDSATMSS 数据的第5波段和TM数据的第3波段对悬浮泥沙浓度变化最为敏感[4]。Tassan等(1994)基于地中海夏季Gulf of Naples实测数据，提出反演海岸带水体中悬浮泥沙、浮游植物和黄色物质吸收系数的模型，并利用Sea WiFS数据进行反演[5]。Froidefond等(2002)研究认为SPOT影像的第二波段为敏感波段，并建立了一种指数关系式来反演估算法属Guiana海岸的悬浮泥沙浓度[6]。Doxaran等(2002)在实测高浑浊水体法国Gironde河口光谱特性基础上，建立了经验关系式来反演悬浮泥沙浓度，研究表明近红外波段与泥沙浓度相关性差，而近红外波段与可见光波段的比值组合与泥沙浓度相关性高，它认为波段比值可以减少光照条件和泥沙物理性质等外界因素对模型建立的影响[7]。 V olpe等(2011)提出一种简化的辐射传输模型来反演泥沙浓度，该模型基于交叉验证方法和引导技术确定模型参数，并将该模型应用于Venice咸水湖[8]。Nina等(2012)提出了基于先验知识的遥感逼近模型来反演洪水状态下河流中的泥沙浓度，该模型利用光学理论以及辐射传输理论，模型精度良好[9]。 近些年来，随着水色遥感的不断发展，理论研究的不断深入，遥感反演的模型正越来越多样化。唐军武等(2010)在黄东海海域，根据现场实测数据，分别建立了反演水色三要素(悬浮泥沙、叶绿素和黄色物质)的统计反演模型和神经网络模型，研究表明神经网络模型同时反演三要素精度低于经验统计模型，而单独反演其中一种要素精度要高于经验统计模型[10]。丛王福等(2009)利用TM数据建立了大连湾海域悬浮泥沙神经网络反演算法，结果表明神经网络算法相比于传统的统计回归算法要好[11]。高中灵(2006)在台湾海峡建立MERIS数据反演悬浮泥沙和叶绿素浓度模型，结果显示采用R510，R490与R560比值波段的统计分析算法反演精度要好于神经网络模型和半分析模型[12]。许大力等
长江口水动力学及其泥沙运输规律 一、长江口概况： 长江河口地处我国东部沿海，受到来自流域径流、泥沙和外海潮流、成水入侵、风、波浪及河口科氏力和复杂地形等绪多园了的影响，动力条件多变，泥沙输运复杂。从陆海相互作用的角度看，长江河口至少存在几个水沙特性不同的典型河段，而每个典型河段又存在不同性质的界面，如：大通河段(潮区界)、江阴河段(潮流界)、徐六径河段(盐水入侵界)、拦门沙河段(涨落潮流优势转换界面)、口外海滨区(泥沙向海扩散的外边界和长江冲淡水扩散的外边界)。每个典型河段及关键界而都涉及到物质和能量的传输；每个典型河段及关键界面都有其固有性质，且相互影响，可以说河口过程在很大程度上被发生在每个典型河段的界面上各种现象所制约。 二、水动力方程及验证 1、长江口水动力过程的研究进展（长江口水动力过程的研究进展） 在过去20多年中, 长江口水动力过程研究成果大量来自河口海岸学家、物理海洋学家、海岸工程师、环境流体力学家的文献、著作。本文的目的是力图把这些文献(以正式发表的文献为准,不包括研究报告)汇集起来,对长江口潮流、余流、波浪、盐水入侵的研究进行总结, 究竟我们对长江口水动力过程了解多少?究竟长江口水动力过程还有哪些问题值得研究? 1.1 长江口余流、环流、水团、长江冲淡水 基于现场实测资料, 胡辉等1985年对长江口外海滨余流的运动变化特性进行了一定的研究。研究结果表明: 长江口外余流约为潮流的1/ 2～1/ 5 , 上层余流以向东为主, 中层余流多偏北, 底层余流有偏西的趋势。径流是长江口外上层余流的重要组成部分,并以冲淡水的形式存在; 中、下层余流则与台湾暖流的顶托和牵引有关。王康、苏纪兰1987年研究了长江口南港的横向环流、垂直环流及其对悬移质输运的影响。在前人基础上导出了长江口相对观测层次的物质断面传输公式,增加了反映环流及振荡切变的各种相互关系的有关项。基于现场观测资料,Wang等1990年研究了长江口水团、长江冲淡水团等的基本特征。根据1996年长江口南港水道枯、丰水期大、中、小潮两次各26 h的全潮水文实测资料,杨许侯等[1 ]统计分析了实测潮流的特征和潮流类型、运动形式、潮流垂直变化、余流、分潮对涨、落潮流不等的影响。崔茂常1984年, 张庆华等1993年, 朱建荣、沈焕庭1997年对长江冲淡水进行了研究。 1.2长江口潮流数学模拟 长江口水域开阔, 口内多浅滩和沙岛, 流场分布规律比较复杂。在长江口水域建立平面二维数学模型, 有利于对长江口的水动力特性从宏观上加以研究。同时, 河口平面二维数学模型的差分求解方法已比较成熟, 且运算量相对较小。采用平面二维数学模型能够利用现有的计算设备, 并在较短的运算时间内完成对长江口水域内流场平面分布特性的数学模拟。对平面二维数学模型的有限差分解法中, ADI法由于其较好的稳定性且计算量相对较小,赵士清1985年,刘上煊、叶永1987年,韩丕康、黄国玲1987年,刘世康、徐建益1987年,刘上煊、陶学为1987年,王船海、程文辉1991年,徐建益、袁建中1992年,许朋柱、毛锐1993年, 刘桦[2 ]等已将此法应用于长江口。此外,汪德等1987年用特征线法、破开算子法等差分方法进行长江口平面二维潮流数学模型求解。除有限差分法外, 唐苓等1992年将边界元法用于平面二维数学模型的求解;易家豪、叶雪祥1983年; 成安生等1987年采用有限单元法及限体积法等, 赵士清1985年采用三角形网格, 并将局部的有限元法和有限差分法结合起来, 在保证计算稳定性的同时,减少了计算量。参照国外学者的方法, 刘上煊、叶永1987年将长江口平面二维潮流方程分别划分为: 动量平流项、水
泥沙研究 2013年2月Journal of Sediment Research第1期 静止轨道卫星观测杭州湾悬浮泥沙浓度的动态变化及动力分析 刘猛，沈芳，葛建忠，孔亚珍 （华东师范大学河口海岸学国家重点实验室，上海200062） 摘要：利用静止轨道水色遥感卫星GOCI的一天多景数据，采用基于半经验辐射传输模型（SERT），反演获得杭州湾海区悬浮泥沙浓度的时空分布；结合三维无结构三角形网格的有限体积海洋数值模型（FVCOM），模拟卫星成像时刻杭州湾水位、潮流分布状况。综合分析结果表明：潮流变化是该海区在涨落潮、大小潮悬沙分布变化的主要影响因素；风浪作用导致杭州湾海域悬沙浓度枯季明显大于洪季。 关键词：静止轨道卫星；悬浮泥沙；动态变化；海洋数值模拟；杭州湾 中图分类号：TV148.5文献标识码：A文章编号：0468-155X（2013）01-0007-07 1引言 杭州湾位于浙江省北部，港口航道、滩涂及水产资源丰富。上海、宁波等经济开发区环绕南北，经济开发利用价值巨大［1］。杭州湾地形特殊，具有潮大、流急、含沙量高等特点，而高浓度含沙水体对港口影响巨大。因此，掌握杭州湾海区悬浮泥沙的变化规律，无疑对海区以后的工程决策、区域地形演变、沉积侵蚀速率有着重要意义［2］。多年以来，为了更加深入地了解杭州湾悬浮泥沙运动规律，很多学者以站点实测资料为基础，探讨了该海域悬沙变化问题。陈吉余等［3，4］依托长江口南汇嘴的实测泥沙和流速资料，分析了长江口到杭州湾的泥沙输移途径；针对杭州湾内浅滩、岛屿等的泥沙变化规律其他学者也进行了分析［5－8］。然而基于测船的实地调查，获得的数据比较离散，很难了解整个湾内的悬浮泥沙分布及变化全貌。由于卫星遥感具有覆盖面积大、多次重访的特点，有利于探测海域悬浮泥沙的连续分布和变化。早期，陈夏法［1］利用NOAA卫星影像对杭州湾悬浮泥沙进行了多实相的遥感分析；陈鸣等［9］利用Landsat和NOAA遥感资料联合监测了杭州湾的悬浮泥沙。21世纪以来，更多学者采用了Sea-WiFS、MODIS、MERIS海洋水色卫星数据观测杭州湾悬浮泥沙的分布［2，10，11］。 然而受卫星重访周期的限制，极轨卫星遥感反演最多只能获得每天某一时刻的悬沙分布，无法获得一个潮周期时间内悬沙分布的变化过程。由于潮周期内的流速变化和水位变化是杭州湾悬浮泥沙浓度变化的主要影响因素［12］，故结合连续时刻的悬沙遥感反演及卫星成像时刻海区的潮流情况，可为杭州湾海区悬浮泥沙分布及变化规律的揭示开辟一个新的途径。本文收集了覆盖杭州湾海区每小时重访的静止轨道水色卫星数据GOCI，利用Shen等［13］半经验辐射传输模型（SERT）反演杭州湾海域悬浮泥沙浓度；同时采用基于有限体积海洋数值模型FVCOM，模拟了卫星成像时刻前后的杭州湾海域的潮流分布，综合分析了杭州湾海域悬沙的浓度随不同潮情和季节的变异特性。 收稿日期：2012-09-07 基金项目：海洋公益性科研专项（200905001-9）；国家自然科学基金项目（50939003，41271375）；高等学校博士学科点专项科研基金（20120076110009）；河口海岸学国家重点实验室科研业务项目（2012KYYW02，2011RCDW03）作者简介：刘猛（1989－），男，江苏徐州人，硕士研究生，主要从事海岸带遥感及地理信息系统研究。 E-mail：liumeng_824@126．com 通讯作者：沈芳。E-mail：fshen@sklec．ecnu．edu．cn 7
浅谈河流泥沙的运动规律 摘要：泥沙在河流水流的作用下，有一定的运动形式，沿河底滑动、滚动或跳跃，这种运动形式称为推移质；被水流挟带随水流悬浮前进，这种运动形式称为悬移质。由于天然河道同一河段流速随时间、沿程发生变化，各河断及各时段在流速较小时，细沙也可呈推移质形式运动；而流速增大时，粗砂也可转化为悬移质。因此，实际情况中推移质和悬移质处于不断调整中，情况很是复杂。本文着重讨论了悬移质泥沙的运动规律。由于脉动，不同瞬时或短历时测量的悬移质含沙量就不会稳定，不能反映它的变化趋势，因此，悬移质含沙量等水文要素的测量应持续一段时间，最好大一个脉动周期。 关键词：河流泥沙；运动；规律；挟沙能力；脉动 该式结构特点表明，河流流速大、泥沙颗粒小、水深浅，则挟沙能力强。水流挟沙能力一般指各级颗粒的沙源均为充足条件下的平衡含沙量，并不代表水流的实际含沙量，各级颗粒的沙源不充足会出现非饱和输沙，条件特殊时也会出现超饱和输沙。但是，水流挟沙能力仍是分析河床冲淤或平衡问题的常用概念，当水流挟带的悬移质泥沙超过河段的水流挟沙能力时，这个河段必将发生淤积；反之，则会发生冲刷。 2悬移质的时空分布规律 2.1河流泥沙变化的影响因素 河流从流域挟带泥沙的多少与流域坡度、土壤、植被、季节性气候变化，降雨强度以及人类活动等因素有关。河流泥沙随时间的变化，也就取决于这些因素随时间的不同组合和变化。来源于地势、地形、土壤性质和植被状况等下垫面条件不同的地区河流的洪水，挟带的泥沙将会有显著的差别，多沙河流与少沙河流与流域下垫面状况紧密相关。另外，对于冲积性河流，其承水河床由长期冲积的泥沙构成，水流流经这样的河段，常会挟带或沉积大量泥沙。季节性的气候变化对河流泥沙的变化也有一定的影响。汛前由于降水少，土壤疏松、干燥、抗冲能力差，因此，初夏的暴雨洪水常挟带较多的泥沙，秋末洪水含沙量较少。降雨强度对河流泥沙的影响是：雨强大，则侵蚀能力强，从而使河流挟带的泥沙增多。河流输沙量集中在汛期，而且主要集中在几次大洪水中，其原因也在于此。人类活动使流域产沙条件发生变化。如修建道路、毁林垦荒，将导致河流泥沙增加；而封山育林、开展水土保持，又可减少河流泥沙；修建水库，常会沉积泥沙。这种影响将使河流泥沙发生系统性变化。 2.2泥沙的脉动 脉动是忽大忽小不停波动变化的现象。悬移质泥沙悬浮在水流中，与流速脉动一样，含沙量也存在着脉动现象，而且脉动的强度更大。在水流稳定的情况下，断面内某一点的含沙量是随时变化的，它不仅受流速脉动的影响，而且与泥沙特性等因素有关。由于脉动，不同瞬时或短历时测量的悬移质含沙量就不会稳定，不能反映它的变化趋势，因此，悬移质含沙量等水文要素的测量应持续一段时间，最好大一个脉动周期。 2.3悬移质泥沙的垂直分布 悬移质含沙量在垂线上的分布，一般从水面向河底呈递增趋势。含沙量垂向的变化梯度还随泥沙颗粒粗细的不同而异，颗粒较细的泥沙，其垂直分布也均匀，而对于较粗泥沙，则梯度
粘性泥沙运动规律研究 摘要：依次介绍了粘性泥沙的沉降规律，粘性泥沙的冲刷规律和粘性泥沙的扬动规律，展 现泥沙运动的特点。这对于我们了解研究河口河床和近海海床沉积冲刷现象有着重要意义，也为更进一步的研究打下了基础。 关键词：粘性泥沙沉降冲刷扬动 Abstract:This paper discuss three behaviors of the cohesive sediment in turn, including the cohesive sediment subsiding, cohesive sediment erosion and incipient motion of cohesive sediment, to open out the characters of its movement. It helps us find the rules of erosion in the river, offshore and estuary and it has important significance to further research. Keywords: cohesive sediment subsiding erosion incipient motion 一、引言 通常情况下，根据泥沙颗粒的大小和矿物成分，可以将泥沙分为非粘性沙和粘性泥沙两类。其中粘性泥沙主要是由粉沙（d<0.05mm）和粘粒（d<0.05mm）组成，这些黏性细泥沙淤积固结后根据物理性质不同又可分为浮泥，淤泥和粘土[1,2]。在多沙河流中（包括河床，河岸和滩地）粘性泥沙占有一定的比重，同时它还存在于水库、河口港湾、粉质海岸中，对这些河流的演变和治理有着重要影响[3]。因此，研究粘性泥沙的运动规律有着重要意义。本文在此主要讨论粘性泥沙的沉积，冲刷，扬动三个个方面，系统的阐述粘性泥沙的简单运动规律，以期获得总体认识。 二、群体泥沙颗粒的沉降规律 前人对颗粒群体沉速公式的研究，可大致划分为两类：一是粗颗粒均匀沙的沉速，二是含较多细颗粒的非均匀沙沉速。 (1)Batchelor(1972)认为球体在低含沙水体中沉降时，颗粒间及颗粒与周围水体的相互影响，其沉速与其在无限清水中沉速的差异，是平均值不为0的随机变量。他从统计理论出发，最后推导出低含沙量情况下群体沉速的理论公式 ωs/ω0=1－6.55Sv (1) 上式中当Sv≤0.05时，计算结果能与实验值基本符合；当Sv较大则偏差大。 (2)Richardson和Zaki 采用量纲分析与试验结果，建立如下群体沉速公式[4]
长江口细颗粒泥沙絮凝主要影响因子及其环境效应研究 【摘要】：河口海岸水域环境中细颗粒泥沙的絮凝沉降是引起河口、海岸泥沙沉积的主要影响因素之一。由于径流和潮流的相互作用，及盐淡水交汇等因素的影响，河口区细颗粒泥沙发生絮凝(吸附)—沉降—再悬浮—解絮(解吸)—扩散—沉积等复杂的变化过程。由此对河口泥沙的聚集和输移、河槽和浅滩的发育演变等有着重要的影响。在河口生物地球化学过程中对许多重金属元素和有机物的化学行为、迁移和归宿等也有显著影响。因此，河口区细颗粒泥沙的絮凝研究，对揭示河口“过滤器”本质和阐明河口沉积动力学过程具有重大的科学意义。作为国际地圈生物圈计划(IGBP)第六核心计划(海岸带陆地—海洋相互作用计划LOICZ)中的基础性科学问题之一，河口区细颗粒泥沙的絮凝和其影响因子及环境效应的研究引起了广泛关注。尽管已有的大量研究揭示了盐度在絮凝中的重要作用，但国内外一些研究者认为：实际河口环境中有机物的影响可能比盐度影响大得多。由于河口泥沙絮凝受到多种因素的影响，内在机理十分复杂。鉴于在理论上和实验技术上的某些局限，直到目前人们对此问题认识还不够清楚，河口界面化学的发展以及先进的现场观测仪器的应用为解决这一问题提供了契机。在国际LOICZ计划中已将长江河口列为专门的调查区域(LOICZNo.72)，以研究其在全球陆海相互作用所扮演的角色。长江河口细颗粒泥沙中有机性颗粒占总颗粒的60％—75％，细颗粒物质主要为粘土矿物，粗颗粒物质(＞8μm)主要为有有机附着或具有有机
裹层的粘土矿物集合体。同时由于河口的特殊地理位置，盐度的变化由口内径流至口外近海逐渐增加，各种阳离子浓度也出现相同的变化趋势。河口区丰富的有机质和离子浓度变化对泥沙絮凝都会产生较大影响。因此有必要将它们结合起来综合研究河口泥沙絮凝机理。本论文依托国家自然科学基金(No.50579021)资助项目和973国家重点基础研究发展规划项目(2002CB412405)，利用国家重点实验室先进的现场观测仪器及室内测试分析方法，分别于2006年2月(枯季)和8月(洪季)进行了二次现场观测，主要观测项目有水体含沙量、流速、流向、水温、盐度、pH值、絮凝颗粒粒径、浮泥层容重、浮泥层厚度等。同时定时分层次取水样，现场过滤分离，冷冻保存，用来测定水相和悬沙中金属离子和有机碳等化学元素以及悬沙颗粒粒径等，定时采取河床浮泥和沉积物样，用于化学元素和粒径分析。二次现场观测目的性较强，使用的仪器较先进，取得了一批质量较好的原始数据和样品，为本论文深入地研究絮凝机理奠定了基础。同时对各种金属阳离子以及有机质等絮凝影响因子作了详细的室内絮凝实验分析研究，依据絮团粒径、电位和絮凝率等参数变化以及电镜分析其微观机构研究了各絮凝影响因子对细颗粒泥沙不同的絮凝机理。通过现场观测和室内分析相结合的方法，揭示了长江口C-P-OM(C代表粘土，P代表阳离子，OM代表有机化合物)复合絮凝形成过程及变化机理，并对颗粒态金属污染物在细颗粒泥沙作用下的分布规律作了详细探讨。(1)长江河口实测期间絮凝颗粒粒径均值为63.2μm，是分散单颗粒粒径的10倍多，实测最小絮凝颗粒粒径为27.4μm，最大为107μm；在盐水入侵
长江口水沙运动及三维泥沙模型研究 【摘要】：河口的泥沙运动是河口最复杂的问题,物理模型、数学模型和原型观测是研究河口泥沙运动最重要研究手段,近几十年来,这三种研究手段都得到了长足的发展。河工物理模型试验仍然是现在河口工程中越来越重要的研究手段,能用来研究目前许多无法使用数学表达来准确描述泥沙运动过程的问题,如底沙运动、建筑物稳定性等问题。数学模型正成为研究泥沙问题的重要手段,由于自然界中,泥沙的对流、扩散、沉降、再悬浮,这些现象都是三维的物理过程,所以要准确描述泥沙运动过程,三维泥沙数值模型必然是泥沙研究的发展方向。原型观测是研究泥沙运动规律的最直接、最有说服力的研究手段,原型观测往往能够观测一些尚未被认识的水流泥沙运动规律。本文主要采用这三个研究手段研究长江口泥沙运动的一些规律。长江口滩槽交替,河势极为复杂。沙头冲刷后退、沙尾淤积下移是长江口沙体运动的普遍形式,底沙运动在此过程中扮演重要角色。通过现场取样,获得长江口南支、南北港的底沙资料,并且通过水槽试验选择合适模型沙,在完成水流验证的物理模型上系统地研究了长江口南支、南北港分汉口各沙体头部和主要河槽泥沙输移路径和淤积位置。结果表明南北港分汉口三个沙体冲刷下泄的泥沙,大部分进入南港,只有中央沙北侧和新浏河沙北侧少部分泥沙进入北港。沙体冲刷下泄泥沙对南港影响比对北港影响大。新浏河沙冲刷下泄泥沙对南港影响最大,接下来依次为中央沙和新浏河沙包。南北港分汉口的六条分流通道：宝山南、北水道、南沙头通道冲刷下泄泥沙进入南
港,另外三条通道冲刷下泄泥沙进入北港。南沙头通道下泄泥沙对南港影响最大,接下来依次为宝山北水道、宝山南水道,分流北港的三条通道基本不对南港造成影响。中子活化示踪是一种高灵敏度、适用范围广、对环境无污染、能真实模拟天然沙运动的一种泥沙运动观测方法。通过中子活化示踪沙技术对拟选抛泥区的泥沙运移扩散规律进行现场试验研究,研究发现在北槽S7-S8丁坝之间航道南侧拟选抛泥区示踪砂的运移扩散方向在导堤内基本上与航道平行,近似呈长带形分布,出导堤后示踪沙向东南方向运移。示踪砂主要在与航道平行的区域内运移和沉积,在导堤内进入和越过航道的量很少,进入外航道的量亦很少,出导堤后泥沙主要向东南方向运动,而外航道向东方向伸展。长江口深水航道遇到了回淤强度大,回淤分布集中的问题。在深水航道回淤严重的W3节点上下游布置了4个座底式近底观测系统观测了水沙盐度过程,研究发现W3节点上下游近底层余流出现相反方向并且W3节点附近出现了一个富集区域。实测数据揭示了W3节点下游测站出现了经典的河口环流结构,并且余流的垂直剖面存在螺旋结构。上下游测站在涨急时刻存在最大的盐度梯度,证明了存在强锋面的存在,从而导致了泥沙捕集的发生。在W3节点附近的四个站点的近底层泥沙余通量产生一个富聚环流。近底悬沙通量的富集区域的出现说明了泥沙不能立即直接输移到海域。通过在南导堤和南滩地上开展一系列观测,研究结果表明在南导堤被淹没期间,除S3-S4丁坝段有微弱的由北槽指向九段沙的泥沙净输移运动外,其余区段均有较强的由九段沙指向北槽的泥沙净输移运动,从整个南导堤来看,指向北槽的
长江口水文、泥沙计算分析 文献综述 1 研究背景 河口地区是海陆相互作用最为典型的区域，其水动力条件复杂，如径流、潮汐、波浪、沿岸流以及地转科氏力等作用强烈；人类活动也颇为活跃，其作为经济发展的强势地位集中体现在沿江、沿海等地域优势上。众所周知，河流泥沙资料是为防治水土流失、减轻泥沙灾害、合理开发水土资源、维护生态平衡等方面的宏观分析与决策研究，以及流域水利水电工程建设规划、设计和水库运用、调度管理等提供科学依据的重要基础工作。 我国属于多河流、广流域的国家，据统计，在我国长达21000多公里的海岸线上，分布着大小不同、类型各异的河口1800多个，其中河流长度在100公里以上的河口有60多个（沈焕庭等，2001）。长江是我国第一大河，水量丰沛，输沙量大，全长约6300km，流域面积约180万 km2，占全国面积的1/5。其河流长度仅次于尼罗河与亚马孙河，入海水量仅次于亚马孙河与刚果河，均居世界第三位。据长江大通站资料(1950~2004)，流域平均每年汇集于河道的径流总量达9.00 X 1011m3，并挟带约3. 78 X 108t泥沙(中华人民共和国泥沙公报，2004)，由长江河口的南槽、北槽、北港和北支等四条汉道输送入海。 根据长江口水流动力性质和形态特征，可分为径流段、过渡段、潮流段和口外海滨段。过渡段是径流与潮流相互消长的河段，它自五峰山镇至徐六径，长约184km。潮流段是潮流势力逐渐增强，径流势力相对减弱，风浪与风暴潮对河道的影响大增的河段，它自徐六径至河口，长约174km。口外海滨段是诸多水动力因素非常活跃的场所，又受到海岸、海底等边界条件的制约，水流动力情况比较复杂。它的大致范围是西起长江口拦门沙前端、东至水下三角洲前缘，南自南汇嘴附近、北达江苏省篙枝港(胡辉，1988；沈焕庭2000，2001；宋兰兰，2002)。每个典型河段都有其固有的且相互影响的悬移质含沙量分布特性，它们在长江口地貌形态、河口演变过程中扮演着重要角色。同时，港口与航道部门也十分关注水体悬移质含沙量分布的变化规律，营养盐和污染物的分
第三节河流泥沙的基本特性 一、几何特性 泥沙的几何特性指泥沙颗粒的形状、粒径及其组成。泥沙的形状棱角峥嵘、极不规则，常可近似地视为球体或椭球体。 泥沙粒径的求法：对于较大颗粒的卵石、砾石，可以通过称重求其等容粒径。所谓等容粒径，就是体积V与泥沙颗粒体积相等的球体的直径，即d=(6V/π)1/3。或者，通过量出颗粒的长轴a、中轴b、短轴c，算其几何平均粒径 d=abc，这实际上是将泥沙颗粒视为椭球体而求得的椭球体的等容粒径。 对于较细颗粒的泥沙，实际工作中，通常采取筛分析法或沉降分析法求其粒径。筛析法的作法是，将孔径不同的公制标准筛，按孔径上大下小原则叠置在一起，放在振动机上，将沙样倒在最上一级筛上，把经振动后恰通过的筛孔孔径作为该颗粒的粒径，并称此粒径为筛 径。采用沉降法求其粒径并称为沉降Array粒径，其原理是，通过测量沙粒在静 水中的沉降速度，按照粒径与沉速的 关系式((3-2))反算出粒径。 泥沙的组成常用粒配曲线表示。 即通过沙样颗粒分析，求出其中各粒 径级泥沙的重量及小于某粒径泥沙 的总重量，算出小于某粒径的泥沙占 总沙样的重量百分数，在半对数纸上 图3-3 半对数纸上的泥沙粒配曲线 绘制如图3-3 所示的泥沙粒配曲线。 据此粒配曲线，可反映沙样粒径的粗 细及其组成的均匀性。如图3-3 所示，Ⅰ、Ⅱ两组沙样相比较，沙样Ⅰ的组成要粗些、均匀些；沙样Ⅱ的组成要细些、不均匀些。 根据图3-2示粒配曲线，易于确知沙样的中值粒径d50。它的意义是，沙样中大于和小于这一粒径的泥沙重量各占50％。在实际工作中，通常可以中值粒径d50作为沙样的代表粒径。 二、重力特性 1．泥沙的容重与密度 泥沙颗粒实有重量与实有体积的比值，称为泥沙的容重γS，单位为N／m3。泥沙颗粒实有质量与实有体积的比值，称为泥沙的密度ρs，单位为t／m3或kg ／m3。
1.泥沙主要有哪些特性？ (1）矿物的物理特性 比重——矿物容重与水容重之比:泥沙的比重一般都在～之间，通常取用。 硬度——硬度是表示矿物抵抗外界机械作用的能力。 (2)几何特性 泥沙的几何特征指泥沙的形状和粒径。泥沙的粒径：泥沙颗粒的大小，以颗粒直径来表示，简称粒径，其符号为D(或d)，单位mm。1）等容粒径：等容粒径是指体积与泥沙颗粒相等的球体直径。D=abc/3,或者D=3√abc。2）筛分粒径（筛径）：沙粒的中轴长度是比较接近等容粒径的，因此筛析法所测的粒径可近似地看成等容粒径。3）沉降粒径（沉径）圆度——指颗粒棱和角的尖锐程度。定义：颗粒最尖锐棱角的曲率半径除以颗粒最大内切圆的半径。球度—反映沙粒形状的特征系数，沃德尔(wadell)定义：与颗粒体积的球体直径（等容粒径）和颗粒外接球直径之比。用Ψ表示。④比表面积，定义——泥沙颗粒的表面积与其体积之比。⑤泥沙的群体特性（级配曲线）。粒配曲线：表示天然沙颗粒组成的曲线。⑥孔隙率与孔隙比。孔隙率n：沙样中孔隙的体积与沙样总体积之比：n=V孔隙/V总。孔隙比e：沙样中孔隙的体积与沙样颗粒体积之比：e=V孔隙/(V总-V孔隙) （3）泥沙的重力特性 密度：密度——颗粒单位体积内所含的质量。容重（重度）：容重（重度）——泥沙颗粒实有重量与实有体积的比值。比重：比重——固体泥沙颗粒重量与同体积4℃水的重量之比。无量纲，一般泥沙比重：=。④有效容重系数（有效密度系数） 泥沙在水中运动状态，既与泥沙容重有关，又与水的容重有关，在分析计算时，常出现相对 数值，为简便起见，令： γ γ γ- =s a ρ ρ ρ- =s a 常取a=。⑤干容重单位体积沙样经过 100~105℃温度烘干后，其重量与原状沙样整个体积的比值，称为泥沙的干容重。符号：s γ'单位：N/m3，tf/m3，kgf/m3；⑥浑水容重：单位体积浑水的重量，单位：N/m3，tf/m3，kgf/m3；⑦含沙量：单位体积浑水中固体泥沙颗粒所占比例，⑧水下休止角（φ）在静水中的泥沙，由于摩擦力的作用，可以形成一定的稳定的倾斜面，此面与水平面的交角 称为泥沙的水下休止角。⑨水下摩擦系数—泥沙的水下休止角的正切值。 ? tan = f （4）物理化学性质 泥沙的物理化学性质主要指细颗粒泥沙的物理化学性质。由于细颗粒泥沙的比表面积很大，有较强的吸附作用，故细颗粒泥沙表面的物理化学作用显得特别突出，从而对细颗粒泥沙的运动产生重要的影响。细颗粒泥沙因物理化学作用而具有粘性，又称为粘性泥沙，简称粘粒。细颗粒泥沙的物理化学作用的大小与颗粒的比表面积有关。 2.泥沙粒径的表示方法有哪四种？其中等容粒径如何计算？ 1）等容粒径，2）筛分粒径（筛径），3）沉降粒径（沉径） 测定泥沙颗粒的重量（或体积） 3 1 3 1 6 6 ?? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? = s W V D πγ π ②将泥沙看成椭球体，直接测量其长轴a、中轴b、短轴c 用其算术平均值表示粒径 ()3 / c b a D+ + =
Chap1 泥沙特性 本章知识要点： 泥沙粒径表达形式 泥沙的组成与粒配曲线 比表面积的意义 双电层与结合水 泥沙干容重及其影响因素 泥沙沉速与层流、紊流、过渡区 絮凝现象 ● 泥沙来源：①流域地表冲蚀而来；②从原河床上冲起的。 ● 土壤侵蚀最严重的黄河中游的黄土高原永定河和西辽河流域，相当于地表每年普遍冲掉0.6毫米的厚度，加上人类活动，如盲目开垦等，含沙量很高的正是黄河中游的一些干支流， 年均含沙量高达300公斤/m 2以上，而南部一些省份，年均含沙量不足1公斤/m 2。 §1－1 泥沙的几何特性 一、泥沙的粒径 ● 泥沙的不同形状与它们在水流中的运动状态有关，较粗的沿河底推移前进，碰撞机会多，动量较大易磨损；反之不易磨损而保持棱角峥嵘的外貌。为比较不同泥沙颗粒的形状、大小的异同，必须有某些指标对它们进行对比。 泥沙的形状的表达方式 ● 球度系数：（因为泥沙接近于球体，所以以球体作参照物）与沙粒等体积的球体的表面积与泥沙的实际表面积之比（与球接近的程度）。研究表明，球度系数相等的两颗泥沙，在水中的流体动力特性大致相同。由于球度系数难以测定（V 可用排水、称重法确定，但表面积难以测定），常用泥沙的长、中、短三个轴a, b, c ，按下式近似表示： Φ=1942年克来拜因提出） ● 形状系数： ab c S P = 1、 等容粒径：泥沙颗粒的大小通常用泥沙颗粒直径来表示，泥沙颗粒形状不规则，难以确定泥沙的粒径，实际中采用等容粒径来表示。即：与泥沙颗粒体积相等的球体直径。（泥沙体积可用称重、排水等方法测出： W V g ρ= ）——对比水力学中表面粗糙度?的确定 1 36V d π??= ??? 式中：V 为泥沙颗粒的体积。 2、算术平均粒径：用长、中、短轴（a 、b 、c ）的算数平均值来表征泥沙粒径 3、 几何平均粒径：d = 当泥沙形状为椭球体时，等容粒径与几何平均粒径相同（V=лabc/6=лd 3/6） 4、中轴长度：接近而偏大于几何平均粒径（较粗天然沙测量的结果） 5、筛径： 仅对于单颗的卵石、砾石等可以通过称重，再除以泥沙的重率，得到体积而后求其等容粒径，或直接量测其三轴长度，再求其平均值。对于较细的泥沙，例如：一般沙土，更不用说粉土和粘土，在通常情况下不可用上述方法，通常用筛分法和水析法。 沙土：筛分法。采用公制标准筛，不难设想，用筛分法得出的粒径应相当于各粒径组界限沙粒的中轴长度，接近等容粒径，称为筛径。 6、沉径：ω～D 对于粉土与粘土，已不可能进一步筛分，只能用水析法，如：比重计、粒径计、移液管法等，这些方法的基本原理：通过测量沙粒在静水中的沉降速度，按照本书阐明的粒径D