高浓度悬浮泥沙的声学观测
第25卷 第6期海 洋 学 报Vol.25,N o.6 2003年11月ACTA OCEANOLOGICA SINICA Nov ember,2003
高浓度悬浮泥沙的声学观测
张叔英1,钱炳兴1
(1 中国科学院东海研究站,上海200032)
摘要:在分析高浓度悬浮泥沙的声衰减机理和进行实验研究的基础上,研制了两种
型号的超声波观测仪器(U BD-500/1500超声重度计)用于悬浮泥沙浓度剖面的连
续和实时观测,并且已经在长江口航道的浮泥探测、黄河小浪底水库的泥沙观测中得
到应用.讨论了测量原理和仪器的设计、标定等问题.这种基于声衰减测量原理的
观测仪器的主要优点是标定简便和稳定,含沙量观测范围为10~800kg/m3,标定后
的测量误差可达5%(F S ).
关键词:高浓度悬浮泥沙;声学观测;声衰减测量原理
中图分类号:T V143+.6;P733.21+6 文献标识码:A 文章编号:0253-4193(2003)
06-0054-07
1 引言
对水中低浓度的悬浮泥沙可以根据声散射的原理进行观测.由于在低浓度(通常指水中含沙量小于10kg/m3)和瑞利散射(即泥沙粒径远小于声波波长)的条件下,声后向散射强度与泥沙浓度成正比,因而使用声呐技术测量声后向散射强度,再通过适当的标定就能够实时地观测水中泥沙浓度的时空分布,获得水中泥沙的实时动态变化图像[1~3].在国内外这种测量声后向散射的声呐观测系统(ABS系统)已经被广泛和有效地应用于水中泥沙动力过程的观测和沉积动力学有关问题的研究[4~9].
在水中含沙量达每立方米几十到几百千克的高浓度悬浮泥沙的情况下(如长江口水底的浮泥、黄河汛期的浑水、矿浆和水煤浆等),由于泥沙颗粒之间的相互作用(多次散射波和黏滞波)十分严重,上述声散射测量方法就不再适用.同样,对太高的泥沙浓度范围,人们熟知的光学测量(不论是测量光的透射强度或后向散射强度)方法无能为力,而 射线测沙仪则因对人体放射性危害和使用不便而被逐渐淘汰.至今对高浓度悬浮泥沙(泥浆)的浓度测量主要还是采用称重法,也就是用一个容器取得一定体积的泥浆后用天平称读出重量(如ANB-1泥浆比
收稿日期:2003-02-28;修订日期:2003-04-06.
基金项目:上海市科学发展基金资助项目(025907017).
作者简介:张叔英(1938 ),男,江苏省苏州市人,研究员,从事海底地形剖面及海水中悬浮泥沙的声学探测研究.
重计),得出泥浆的重度值(即单位体积的重量)以后再换算成含沙量.更精确的做法是把取得的一定体积的泥浆烘干以后再称得其固体泥沙的重量(即烘干称重法),从而直接得出含沙量的数值.显然称重法不可能在现场对泥沙浓度进行实时和连续的测量.
颗粒介质中的声衰减理论指出:在一定的范围内,高浓度悬浮泥沙的声衰减系数与泥沙浓度之间近似为1次方关系,这就为应用声学方法对高浓度悬浮泥沙的浓度进行实时和连续的观测提供了可能.通过在长江口、杭州湾和黄河小浪底水库采集到的大量泥沙样品的声衰减进行测量,得到了声衰减系数随泥沙浓度和声波频率变化的实验数据和经验公式,为设计高浓度悬浮泥沙的超声波观测仪器提供了直接的依据.在此基础上研制成功了超声波频率分别为500和1500kHz 的泥沙浓度观测仪器,并分别在长江口航道的浮泥探测、黄河小浪底水库的泥沙测量和水力发电机进水口的含沙量监测等工作中已经得到应用.
2 高浓度悬浮泥沙的声衰减
超声波在悬浮泥沙中传播的声衰减机理比较复杂,多年来国内不少研究者在理论和实验上作了很多的研究[10~12].一般认为,在悬浮泥沙中干泥的体积百分比低于20%的情况下,声
衰减系数可以由U rick-Lamb 公式计算[12]:2 =N a
249k 4a 4+34 ka s(!-1)2s 2+(!+?)2,(1)
式中,
s =94#a 1+1#a , ?=12+94#a ,
!=?s /?w , #=(%/2&)1/2,(2)
k 为超声波的波数;%为角频率;a 为泥沙粒子的半径;&为液体的黏滞率;N 为单位体积内的泥沙粒子的数目(正比于干泥体积百分比);?s /?w 为泥沙粒子(干泥)的重度与液体的重度之比(也就是两者的比重之比).
由式(1)可以得出以下几点结论:
(1)在悬浮泥沙中干泥体积百分比低于20%的情况下,声衰减系数和干泥体积百分比(也即与含沙量)成正比;
(2)悬浮泥沙的声衰减包括散射衰减(第1项)和黏滞衰减(第2项)两部分;在超声波的波长远大于泥沙粒径(ka 1)的条件下,声衰减中散射衰减部分可以忽略,主要声衰减是黏滞衰减;
(3)在含沙量不变和以黏滞衰减为主的情况下,满足#a 1条件的低频率声衰减系数与频率的2次方成正比,并与泥沙粒径的2次方成正比;满足#a !1条件的高频率声衰减系数与频率的1/2次方成正比,与泥沙粒径则成反比;实验表明,在几千赫到几兆赫的频率范围内,声衰减系数近似地与频率的1次方成正比;
(4)在超声波的频率增高到波长接近或小于泥沙粒径(ka !1)的情况下,声衰减主要由散射衰减决定,当含沙量不变时声衰减系数和泥沙粒径的3次方成正比;
为了研制一个实用的观测高浓度悬浮泥沙(泥浆)浓度的超声波仪器,最直接和可靠的途径是通过实验确定超声波的声衰减与频率、泥沙浓度之间的变化规律,从而可以根据测量的指556期 张叔英等:高浓度悬浮泥沙的声学观测
标要求正确地选取仪器的设计参数.高浓度悬浮泥沙的声衰减的测量是在实验室里的一个43 cm?35cm?20cm的水槽内进行的,测试的泥沙样本分别从长江口和杭州湾的水底浮泥层中用抽水泵吸取.通过土质和粒径的分析得知,长江口的泥样为亚砂土(含亚黏土),平均粒径为0 043mm;杭州湾的泥样为亚黏土,平均粒径为0 013mm.
在水槽中配制不同含沙量的泥浆并搅拌均匀后,采用#一个发射,两个接收?的方法进行超声波的声衰减测量[13].实验所用的声脉冲信号的频率分别为100,150,500和1500kH z,声脉冲信号的宽度为0 1ms.对超声波发射换能器和接收换能器之间的距离要适当选定,使得
图1 长江口和杭州湾泥沙的声衰减
与重度的关系直达声信号与从其他途径到达的声信号能够明显地分开.测量过程中应尽可能地排除泥浆所含的气泡,以减小测量误差.实验表明,泥浆的含沙量愈低,气泡对声衰减测量精度的影响愈大,但含沙量大于50kg/m3后,气泡的影响就可以忽略,声衰减测量的精度和重复性也就较好.
长江口和杭州湾两种泥样的声衰减测量结果如图1所示,图中的横坐标(?)是悬浮泥沙的重度,纵坐标是泥浆声衰减系数(?).表示悬浮泥沙浓度的三个物理量:重度(?),含沙量
(M)(以kg/m3为单位)、干泥体积百分比(C p)(以%表示)之间的关系由下式决定:
M=C p?100?s=2720C p,(3)
?=M/100+?w(1-C p)=M/100+?w-M?w/100?s
=?w+(M/100)(1-?w/?s)=10+M/158,(4)式中,取干泥重度?s=27 2kN/m3;水的重度?w=10 0kN/m3.
根据图1,对某一给定的频率(f),泥浆重度?=10 00~15 0,声衰减系数随着重度的增加而线性增加;同样,对某一给定的重度,声衰减系数随频率的增加而线性增加.经过分析归纳,可以得出悬浮泥沙的声衰减系数与其重度及频率之间的近似关系式:
?=B(?-?w)f+?w(f),(5)式中:f以kHz为单位;?%(10 0,15 0);?w(f)是水在频率为f时的声衰减系数(通常比悬浮泥沙的声衰减系数小得多);B是一个与测量区域的泥浆的物理性质(如颗粒大小、黏滞性等)有关的常数,对长江口,B=0 072,对杭州湾,B=0 080.我国长江、黄河中的泥沙平均粒径为几十微米的量级,因而在上述频率范围内悬浮泥沙的声衰减主要由黏滞衰减引起,并且声衰减系数随着平均粒径的减小而增加.这说明在相同的泥浆重度和频率的情况下,杭州湾泥沙的声衰减要比长江口泥沙的声衰减大的原因.
3 悬浮泥沙浓度的声学测量
3 1 测量原理
把一对相隔一定距离(d)的发射和接收超声换能器,面对面地安装在一个水下探头的钳56海洋学报 25卷
形基座的底部.一个深度(即压力)传感器安装在基座的上部,高出发射和接收超声换能器0 5m,随着水下探头由钢缆逐渐释放而沉入悬浮泥沙(泥浆)之中,超声换能器不断发射和接收声信号,深度传感器也不断输出深度信号.经过一定的信号处理后,就能得到悬浮泥沙(泥浆)重度随深度变化剖面的测量记录.
假设钳形基座在清水中时接收换能器接收到的超声波幅度为A 0,当钳形基座沉入悬浮泥沙而发射换能器的发射声功率保持不变时1),接收换能器接收到的超声波幅度为A n ,则声衰1)严格地说,发射换能器在水中和在悬浮泥沙中的辐射阻抗会有变化,当发射换能器的激励电功率不变时会因辐射阻抗变化而使发射声功率变化,但是实际测量表明,在悬浮泥沙的重度小于15kN/m 3的情况下,这种变化很小,对测量的影响不大.
减系数可由下式求得:
?=20log 10(A 0/A n )/d
(6)由式(5)和(6),并考虑?w (f )可以忽略,得到
?=K log e (A 0/A n )+?w ,
(7)
式中,
K =20log 10e/(Bdf )=8 686/(Bdf )(8)
为标定系数.在一定的观测区域B 是一个常数,因此标定系数相应于特定的测量区域也是一个常数.这就是根据声衰减原理观测高浓度悬浮泥沙的基本运算公式.按照式(7)
直接测量 图2 U BD-500超声重度计的实物图片的是悬浮泥沙的重度,使用式(4)和(3),就可
以把重度换算为相应的含沙量或干泥体积百
分比.
按照长江口航道的浮泥探测和黄河小浪
底水库的泥沙测量的实际需要,根据图1所示
的实验结果,研制了取名为UBD-500超声
重度计的悬浮泥沙观测仪器(图2).选取的
主要设计参数是:f =500kH z 和d =0 15m.
主要的技术指标是:重度测量范围为10~15
kN/m 3(相应的含沙量测量范围为0~800kg/m 3);标定后的测量误差为 5%(F S ).UBD-500超声重度计由一个水下探头(安装了两个500kHz 的超声换能器和一个压力传感器)和一个便携式信号处理机(安装在一个手提公文箱内)两部分组成,便于在野外测量使用.信号处理机带有标准的RS232接口,与PC 机连接可进行通讯,野外测量得到的数据可以输入PC 机保存,并进行后级处理.
此外,按照水力发电机进水口的水中含沙量监测的使用要求,研制了UBD-1500超声重度计.选用的超声波频率为1500kH z,含沙量测量范围为0~50kg/m 3.仪器的结构与UBD -500超声重度计相同.
3 2 仪器标定
根据声衰减原理研制的超声重度计和其他各种光学的、红外线的、放射性的或声学(根据
576期 张叔英等:高浓度悬浮泥沙的声学观测
58海洋学报 25卷
声散射原理)的泥沙观测仪器一样,需要通过标定以后才能进行定量的观测,但相比之下,超声重度计的标定比较简便和稳定,这可能是受到使用者欢迎的一个主要优点.
前面已经指出,在平均粒径为几十微米量级的悬浮泥沙中,频率500和1500kHz的声衰减主要是黏滞衰减,则由式(4)决定的声衰减系数(即常数B)大致与泥沙平均粒径成反比.由式(8)可知,根据声衰减原理研制的超声重度计的标定系数(K)大致与泥沙平均粒径的1次方成比例,但是就其他各种光学的、红外线的、放射性的或声学(根据声散射原理)的泥沙观测仪器而言,有的是根据光学的或声学的背向散射强度测量泥沙的含沙量,有的也是根据射线的衰减系数测量泥沙的含沙量,而且主要是散射衰减,所以这些泥沙观测仪器的标定系数对泥沙平均粒径的变化要灵敏得多(大致与泥沙平均粒径的3次方成比例),由此引起的实际测量误差也就相对大得多.
超声重度计的现场标定方法十分简便:在水中某一深度上用容器提取一定体积的浑水(泥浆)后使用ANB-1泥浆比重计称重得出重度值,依据这个重度值去标定超声重度计在同一深度上的测量值,就能够#实时?地确定标定系数,由此就可以定量地观测该区域的高浓度悬浮泥沙的重度值随水深的变化规律.实际经验表明,相对于一定的观测区域,标定系数是比较稳定的,实际上通过一次标定得出了标定系数以后,不必再作多次的修正.因此,使用UBD-500和UBD-1500超声重度计就方便得多.
在悬浮泥沙浓度不高的情况下,由ANB-1泥浆比重计称重得出重度值的误差很大,因此需要采用烘干称重的方法得出含沙量值后对超声重度计进行标定.这种方法很费时间(当然就不可能实时标定),但是比较精确,而且由烘干称重法得出的含沙量值为水文测量规范所认可.
3 3 对比试验
为了验证U BD-500和U BD-1500两种型号的超声重度计的技术指标,在黄河小浪底水库的小浪底建设管理局检测中心进行了对比试验.具体的做法如下:在小浪底水库现场采集泥沙样本(稠密的泥浆),再在小浪底建设管理局检测中心对采集到的泥浆用清水稀释,分别配制成含沙量约为80~500kg/m3的5种不同含沙量的测试泥样,供UBD-500的对比测试使用;配制成含沙量约为10~50kg/m3的3种不同含沙量的测试泥样,供UBD-1500的对比测试使用.把测试泥样分别盛放在各个小水槽内,在测量时需要搅拌均匀.UBD-500和U BD-1500超声重度计通过一次标定得出标定系数以后,分别测量各个测试泥样的重度值.对同一个测试泥样,分别使用ANB-1泥浆比重计和烘干称重法进行对比测量,读取比重值和含沙量值.
对于每一个测试泥样,三种测量都进行两次,然后把两次测量的平均值进行比较,得出的对比试验结果如表1和2所示,重度(?)、含沙量(M)和比重(R)三个物理量之间的关系为
?=10R; M=158(?-10).
对比试验表明,通过适当的标定以后UBD-500和UBD-1500两种型号的超声重度计所测定的泥样含沙量值与烘干称重法测定的泥样含沙量值十分接近,两者最大的绝对误差不超过满量程(F S )的5%.对使用天平称重的ANB-1泥浆比重计来说,测量高浓度(即大比重)泥样的含沙量时的误差(与烘干称重法相比)是较小的,但是测量低浓度(即小比重)泥样
表1 UBD-500超声重度计对比测试结果
样品编号
ANB-1读数U BD-500读数(K =0 84)比 重含沙量(换算)/kg &m -3重 度含沙量(换算)/kg &m -3烘干称重法测量的含沙量/kg &m -31
1 350553 013 21507 2530 152
1 298470 81
2 91459 8452 053
1 197311 311 86293 9297 604
1 113178 511 02161 2164 6451 064101 110 528
2 284 97
表2 UBD-1500超声重度计对比测试结果
样品编号
ANB-1读数UBD-1500读数(K =0 07)比 重含沙量(换算)/kg &m -3重 度含沙量(换算)/kg &m -3烘干称重法测量的含沙量/kg &m -31
1 03555 310 2945 845 922
1 02234 810 142
2 120 7231 01320 510 0711 19 93
的含沙量时的误差就很大.值得注意的一个现象是,由ANB-1泥浆比重计测量泥样的含沙量值时读数总是偏大10%左右.因此,在低含沙量情况下如果仍然希望用ANB-1泥浆比重计对超声重度计进行标定(因为简便和实时),则在标定过程中可以把超声重度计的重度读数调整到比ANB-1泥浆比重计的重度读数大约低10%,由此得出的超声重度计的标定系数就能使超声重度计测量含沙量的精度提高.
4 结语
根据声衰减原理研制的超声重度计能够有效地用于高浓度悬浮泥沙的连续和实时观测.这种仪器的主要优点是标定比较简便和稳定,适用的含沙量观测范围是10~800kg/m 3,这正好是根据声散射原理研制的悬浮泥沙观测仪的含沙量观测范围(0 1~10 0kg/m 3)的延伸,能够满足对我国黄河、长江和近岸海域开展沉积动力问题研究的观测要求.
凌鸿烈、任来法和孙耀秋参加了声衰减实验研究和超声重度计研制的工作,特此感谢.参考文献:
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Acoustic observation of thick suspended sediments
ZHANG Shu y ing1,Q IAN Bing x ing1
(1.Shanghai A c oustics Laboratory,Chinese A c ade my of S ciences,S hanghai200032,China)
Abstract:Based on theoretical and ex perimental studies of acoustic attenuat ion in thick suspended sediments,tw o t ypes of acoustic observation instruments for real t ime measurements of the bulk density profile of suspended sediments(U BD-500/1500ultr asonic bulk density meter)hav e been developed and applied to surv ey ing the fluid mud in the Changjiang waterway and to t he observations of mud and sand in the Xiaolangdi Reservoir of the Huanghe River.T he pr inciple of measur ement and design and calibration of the instrument are discussed in detail. T he specifications of the instruments are as follows:the range o f measurement is800kg/m3(for U BD-500)and50 kg/m3(for UBD-1500),the error o f measurement is5%(F.S.).Compar ing with o ther kinds of instruments for measuring suspended sediments(OBS,ABS,infr ared o r ray meter),the main advantag e of the ultrasonic bulk density meter by way of acoustic attenuation measurement is that the calibr atio n to the instrument is relatively mor e stable and easier.
Key words:thick suspended sediment;acoustic obser vation;measurement pr inciple of acoustic attenuation
长江口水体表层泥沙浓度的遥感反演与分析
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
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粘性泥沙的冲刷机理及其数值模拟 21608104刘澄赤 （东南大学交通学院勘查与技术工程系） 摘要：粘性泥沙的冲刷是研究泥沙运动力学和河床演变的重要内容之一，在工程上得到广泛的应用。水利方面的水库排沙、河沙演变、渠道稳定，以及其他方面的航道治理、桥梁冲刷、水环境保护等均与泥沙冲刷有密切的关系。 本文阐述了粘性泥沙的冲刷过程和现象，并对粘性泥沙冲刷机理和影响因素进行了分析。同时，也介绍了粘性泥沙冲刷过程的数值模拟。 关键词：粘性泥沙；冲刷机理；数值模拟 Abstract: The cohesive sediment flushing and sediment movement mechanics is one of the important contents of riverbed evolution, widely used in engineering. The reservoir in water, river sand evolution, stable, and other aspects of channel of waterway regulation, Bridges, water and environmental protection are closely related to the dirt. This paper expounds the scour process and viscosity mud, and dirt of cohesive mechanism and influencing factors were analyzed. It also introduces viscous numerical simulation of sediment flushing process. Keywords: sticky mud, Scour mechanism; Numerical simulation
常用地岩土和岩石物理力学全参数
(E, ν) 与(K, G)的转换关系如下： ) 21(3ν-= E K ) 1(2ν+= E G （7.2） 当ν值接近0.5的时候不能盲目的使用公式3.5，因为计算的K 值将会非常的高，偏离实际值很多。最好是确定好K 值(利用压缩试验或者P 波速度试验估计)，然后再用K 和ν来计算G 值。 表7.1和7.2分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。 岩石的弹性（实验室值）（Goodman,1980） 表7.1 土的弹性特性值（实验室值）（Das,1980） 表7.2 各向异性弹性特性——作为各向异性弹性体的特殊情况，横切各向同性弹性模型需要5中弹性常量：E 1, E 3, ν12,ν13和G 13；正交各向异性弹性模型有9个弹性模量E 1,E 2,E 3, ν12,ν13,ν23,G 12,G 13和G 23。这些常量的定义见理论篇。 均质的节理或是层状的岩石一般表现出横切各向同性弹性特性。一些学者已经给出了用各向同性弹性特性参数、节理刚度和空间参数来表示的弹性常数的公式。表3.7给出了各向异性岩石的一些典型的特性值。 横切各向同性弹性岩石的弹性常数（实验室） 表7.3
砂岩 15.7 9.6 0.28 0.21 5.2 石灰石 39.8 36.0 0.18 0.25 14.5 页岩 66.8 49.5 0.17 0.21 25.3 大理石 68.6 50.2 0.06 0.22 26.6 花岗岩 10.7 5.2 0.20 0.41 1.2 流体弹性特性——用于地下水分析的模型涉及到不可压缩的土粒时用到水的体积模量K f ，如果土粒是可压缩的，则要用到比奥模量M 。纯净水在室温情况下的K f 值是2 Gpa 。其取值依赖于分析的目的。分析稳态流动或是求初始孔隙压力的分布状态（见理论篇第三章流体-固体相互作用分析），则尽量要用比较低的K f ，不用折减。这是由于对于大的K f 流动时 间步长很小，并且，力学收敛性也较差。在FLAC 3D 中用到的流动时间步长, tf 与孔隙度n ，渗透系数k 以及K f 有如下关系： ' f f k K n t ∝ ? （7.3） 对于可变形流体（多数课本中都是将流体设定为不可压缩的）我们可以通过获得的固结系数νC 来决定改变K f 的结果。 f 'K n m k C + = νν （7.4） 其中 3 /4G K 1 m += ν f 'k k γ= 其中，' k ——FLAC 3D 使用的渗透系数 k ——渗透系数，单位和速度单位一样（如米/秒） f γ——水的单位重量 考虑到固结时间常量与νC 成比例，我么可以将K f 的值从其实际值（Pa 9 102?）减少，利用上面得表达式看看其产生的误差。 流动体积模量还会影响无流动但是有空隙压力产生的模型的收敛速率（见1.7节流动与力学的相互作用）。如果K f 是一个通过比较机械模型得到的值，则由于机械变形将会产生孔隙压力。如果K f 远比k 大，则压缩过程就慢，但是一般有可能K f 对其影响很小。例如在土体中，孔隙水中还会包含一些尚未溶解的空气，从而明显的使体积模量减小。 在无流动情况下，饱和体积模量为： n K K K f u + = （7.5） 不排水的泊松比为：
仿沉水植物填料对水体悬浮泥沙的截留作用
水资源 仿沉水植物填料对水体悬浮泥沙的截留作用葛绪广1,王国祥1,郭长城2,冯冰冰1,刘 玉1,毛志刚1,郑海洋1,周 崴1 (1.南京师范大学地理科学学院,江苏南京210046;2.南京水利科学研究院江苏南京210029) 摘 要:对仿沉水植物填料对挟沙水体悬浮泥沙的截留作用进行了试验研究,结果表明:仿沉水植物填料对水体泥沙的截留率随水体泥沙含量的增加而提高,水体含沙为120m g/L时截留率达31.15;仿沉水植物填料的密度越大,截留率越大。 关 键 词:仿沉水植物填料;悬浮泥沙;截留 中图分类号:X52 文献标识码:A 文章编号:1000-1379(2007)10-0055-01 水体中的泥沙对水质的影响一直是水生态环境研究的重要课题[1],已有大量的相关文献问世[2~6]。 人工填料是污水净化的常用材料,具有较好的水质改善效果。其中,仿沉水植物填料与沉水植物具有相似的形态结构,且比表面积大,一方面通过改变水流动力条件,促使较多的泥沙颗粒物发生沉积,起到改善水质、提高水体透明度的积极作用;另一方面通过附着于填料的微生物降解水体中的氮磷有机污染物,改善水体营养状况。笔者结合生态修复示范工程研究了仿沉水植物填料对悬浮泥沙的截留作用。 1 材料与方法 1.1 试验设计 试验地点:南京师范大学水环境生态修复中试平台。 试验布置:仿沉水植物填料为表面粗燥的塑料纤维,直径0.8mm,呈轮状固定在中心轴线上,轮盘直径15c m,层状排列,间距为2mm。此种填料耐腐、耐温、耐老化、孔隙可变性大、不堵塞、寿命长、不粘连结团、表面积大。辅助单元采用长2.0m、宽1.0m的铁丝网,沉入水底,仿沉水植物填料像沉水植物一样浮在水中。 悬浮泥沙水体的配制与输入:淤泥质泥沙主要是水体悬浮泥沙沉淀的成分,悬浮特性好,容易获得试验所需的悬浮泥沙条件。采用镇江内江淤泥(示范研究区外围),通过混沙池配制不同悬浮泥沙含量的内江模拟水体,泥沙过200目(孔径77 m,主要为悬浮态粒径级配)绢网再加入混沙池,然后通过均匀管道输入试验水道,并实时监测试验水道进、出口悬浮泥沙颗粒物的含量,保证试验条件基本稳定。 1.2 监测与分析 在试验水道的3个不同断面取样,泥沙含量取3个断面的平均值。同时设置对照水道,试验条件保持一致。国内外相关研究表明,当输入泥沙条件一致时,水体泥沙含量与其浊度成二次曲线关系,且相关性较强,因此通过测定水体浊度可快速得到泥沙含量(试验中采用的关系曲线为y=-0.0017x2 +1.8305x,R2=0.982)。 2 结果与分析 2.1 仿沉水植物填料对泥沙的截留效果 仿沉水植物填料对水流中泥沙的截流效果见表1。对照水道水体泥沙含量的降低主要是泥沙在自身重力的作用下自然沉降造成的,而具有仿沉水植物填料的水道泥沙的沉降除自然沉降外还受到填料的截留作用。对照水道的平均泥沙截留率为16.31%,而填料水道的平均截留率达22.15%,提高了5.84个百分点,且随泥沙含量的增加,截留率有提高的趋势。 表1 仿沉水植物填料对挟沙水流泥沙的截留效果 项 目 第一组 填料对照 第二组 填料对照 第三组 填料对照 进水泥沙含量/ (m g L-1)80.0080.00100.00100.00120.00120.00出水泥沙含量/ (m g L-1)71.2072.8475.6982.5682.6292.95截留率/%11.008.9624.3117.4431.1522.54 注:填料单元规格为1.5m 1.0m 2.0m 2.2 填料密度对泥沙截留效果的影响 填料密度是影响泥沙截留效果的重要因素之一。在同样厚度(1.5m)的仿沉水植物填料条件下,36根/m2和24根/m2两种填料密度的水流泥沙截留率分别为29.79%和21.48%,表明适当的填料密度可明显增强其对水流中泥沙的截留效果。 2.3 仿沉水植物填料对污染物的间接截留作用 仿沉水植物填料在截留泥沙颗粒物的同(下转第58页) 收稿日期:2007-03-29 基金项目:国家 863 计划项目(2003AA601100-2)。 作者简介:葛绪广(1976 ),男,山东临沂人,博士研究生,主要从事水污染治理与生态修复研究工作。 第29卷第10期 人 民 黄 河 Vol.29,No.10 2007年10月 Y ELLOW R I VER O ct.,2007
长江口浑浊带近底泥沙浓度变化
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
泥沙沉降速度研究现状
水电1001班201019040230 欧阳秘 泥沙沉降速度研究现状 摘要：本文对现有泥沙沉降研究理论、实验和观测成果进行了总结，分析了目 前泥沙沉降研究的进展，对泥沙沉降研究的发展趋势进行了展望。对泥沙沉降速度及其影响因素进行了综述, 讨论了自由沉降和群体沉降速度的计算公式。 关键词：泥沙沉降；理论分析；影响因素; 速度指标; 计算公式 一、泥沙沉降理论分析历史 泥沙在静止的清水中等速下沉时的速度, 称为泥沙的沉降速度( 或简称泥沙沉速) , 它是泥沙的重要水力特性之一。在各种沉淀池的设计计算和生产运用中, 在河流、渠道的各种泥沙问题中, 泥沙的沉降速度都是一个最重要的, 也是一个最基本的参数。因此, 研究泥沙问题, 无论通过物理模拟(即模型试验), 还 是通过数值模拟, 均应提供可靠的泥沙沉降速度指标。 1851 年，Stokes 对球体绕流的蠕变状态进行了研究提出了球体绕流阻力系数的解析解，此解只适用于雷诺数小于 1 的情况，应用于拟球体单颗粒泥沙静水沉速规律的研究。Oseen 推导出的考虑流速影响的绕流状态下的球体沉降解，其阻力系数公式将单颗粒静水沉降规律理论解的应用范围扩大到雷诺数小于6 的情况。此后，Kaplun 和Lagerstrom 与Prodman 和Pearson几乎同时发现球体绕流的高阶近似解，但其解的阻力系数公式又回到了Stokes 理论解的适用范围。为解决大雷诺数下单颗粒泥沙静水沉降问题，许多学者提出了各自的计算模型。如沙玉清通过对沉速公式的数学转换，根据实测资料利用最小二乘法获得了过渡区的颗粒沉速公式；张瑞瑾基于阻力叠加原则，将Stokes 型滞性阻力和Newton型形状阻力线性组合表示出绕流阻力，导出与Rubey公式结构一致的沉速公式；窦国仁采用Oseen 型阻力和Newton 型阻力按阻力迭加原则获得绕流阻力，通过引进与沙粒雷诺数有关的分离角求得两种阻力的作用面积以反映两者的相对大小，进而导出了半理论半经验的计算模式。但较完整的拟球体单颗粒泥沙静水沉速规律仍需将球体绕流状态下的的高阶近似解作为数学基础。 二、单颗粒泥沙沉速 泥沙颗粒在静水中下沉时, 它的运动状态与沙粒雷诺数Re=Wod/v 有关, 此处M为清水的运动粘度, d 及Wo 分别为单颗粒泥沙的粒径与沉速。当沙粒雷诺数Re < 0.5时, 泥沙颗粒基本上沿铅垂线下沉, 附近的水几乎不发生紊乱现象, 这时的运动属于层流状态, 浑液面沉速符合均匀沉降的特点。当沙粒雷诺数Re> 1000时, 泥沙颗粒脱离铅垂线以极大的紊动状态下沉, 附近的水产生强烈的绕动和涡动, 这时的运动属于紊流状态, 浑液面沉速符合压缩沉降的特点。当沙粒雷诺数0.5< Re <1000 时,泥沙颗粒的下沉处于过渡状态, 浑液面沉速符合过渡沉降变化的特点。表达单颗粒泥沙沉降速度的公式是张瑞瑾从过渡区的动力平衡方程式出发而导出的 :
用FY_1D数据估算珠江口海域悬浮泥沙含量
用FY -1D 数据估算珠江口海域悬浮泥沙含量 Ξ 陈晓翔,丁晓英 (中山大学遥感中心,广东广州510275) 摘 要:以珠江口海域作为研究对象,以气象卫星FY -1D 数据为信息源,通过遥感监测值与准同步珠江口实测 悬浮泥沙含量的对比分析,建立基于FY -1D 数据的悬浮泥沙含量遥感估算模型。研究表明,FY -1D 可用于近岸水域悬浮泥沙的遥感监测,在动态监测方面有明显优势,可作为现有海洋采样观测的补充手段。 关键词:FY -1D ;悬浮泥沙;珠江口 中图分类号:P412127(265) 文献标识码:A 文章编号:052926579(2004)S120194203 河口输沙量和泥沙运动规律的研究直接关系到正确估算水土流失、航道港口的冲淤变化、河口岸滩塑造、近岸水产养殖开发等重要问题。卫星遥感技术可从大范围、连续、动态地反映海水悬浮泥沙地整体性,利用遥感手段研究河口海岸地区混浊水体的泥沙运动(泥沙来源、扩散范围、输移方向以及含沙量判读等)是十分有效的。就含沙量判读而言,解决遥感模式问题是关键所在,即确定遥感数据与悬沙浓度(指表层含沙量)的数学关系,或称为悬沙浓度遥感模式。 FY -1D 是我国于2002年5月15日发射的第二颗太阳同步轨道业务应用气象卫星,星上携带了多通道可见光红外扫描辐射计,可获得10个通道的光谱信息(6个可见光和4个红外通道)。与NOAA 卫星相比,FY -1D 对地遥感的能力大大提高,它除了具有NOAA 卫星的5个通道外,还包含了3个与CZ CS 相近的水色通道,同时还增加了用于区分云、 雪的116μm 通道[1] 。由于我国水色遥感起步较晚,FY -1D 卫星发射的时间并不长,目前国内多利用NOAA 卫星数据进行悬浮泥沙遥感模式的研究,而 利用FY 卫星数据进行悬浮泥沙遥感探测较少。本 文以珠江口海域为研究对象,通过对FY -1D 卫星数据以及2002年冬季出海实测数据的分析,建立了珠江口海域悬浮泥沙遥感定量模型。分析结果表明,利用风云卫星数据建立的模型均具有较高的精度,从而为我国水色卫星的发展和泥沙遥感估算模型的研究提供依据和借鉴。 1 研究区域 本次研究以珠江口近岸海域作为研究区域,范 围为东经112°25′-114°25′,北纬23°20′-21°35′。 珠江口地处南亚热带海洋性季风气候区,水热条件好,自然资源丰富,是中国著名三大河流中珠江的出海口。珠江由西江、北江、东江、流溪江、 潭江五大水系组成,流域面积453690km 2 ,年均 流量1052418m 3 Πs ,为世界第15位大径流量河流。珠江水系各河道进入珠江三角洲网河后,分别由虎门、蕉门、洪奇沥、横门、磨刀门、鸡啼门、虎跳门和崖门等八大分流河口分别汇入伶仃洋、磨刀门 海区和崖门海区(又称黄茅海)[2] 。 珠江河口具有含沙量小但输沙量大的特点,其多年平均输沙量约为8872万t ,此外尚有3000万 t 左右的胶体微粒,即年输沙量超过了1亿万t [3] 。由于珠江口外终年西南向沿岸流与科氏力的共同作用,珠江口泥沙淤积总的趋势是西侧高于东侧。 2 资料来源和预处理 211 数据源 实测数据:为2002年11月26日珠江口水环境勘测中所获的表层泥沙含量数据。根据所获资料加以整理,共获与FY 卫星过境时间同步的站点样18个卫星影像资料:采用与实测数据对应的准同步FY -1D 卫星资料。212 卫星数据的处理卫星数据入口为已完成辐射定标、校正等处理ld f 格式的数据。利用专用的图像处理软件经以下处理后用于悬浮泥沙遥感定量模型的分析。 几何校正:按照一定的地图投影规则对卫星图像的几何畸变进行纠正处理,使之能与地图匹配,并符合人们的读图习惯。利用PCI 软件的相关功能 Ξ收稿日期:2003-06-15 基金项目:国家自然科学基金资助项目(40071063);广东省百项工程资助项目(2K B06202S )作者简介:陈晓翔(1956年生),男,教授;E -mail :eescxx @zsu 1edu 1cn 第43卷 增 刊2004年 6月中山大学学报(自然科学版) ACT A SCIE NTI ARUM NAT URA LI UM UNI VERSIT ATIS S UNY ATSE NI V ol 143 Suppl 1 Jun 1 2004
海洋工程中悬浮泥沙源强的确定
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
长江口入海泥沙通量初步研究 - 中国水利 国际合作与科技网
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
粘性泥沙运动规律研究
粘性泥沙运动规律研究 港航102 芦克强 201010413065 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 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] ωs/ω0=(1-Sv)m (2) 上式中指数m与沙粒雷诺数(Red=ω0d/ν)有关。夏震寰和汪岗对细沙取m=7时，上式与试验资料符合较好[5]。 (3)王尚毅认为式(8)中当Sv=1时ωs=0，这种计算结果不对[6]。因此将上式修改为 ωs/ω0=(1-βSv)m(3) 上式中m=2.5；β与泥沙特性有关，对塘沽淤泥可取β=5.0。 (4)钱意颖等人认为群体沉速的减小主要由于浑水的容重与粘度变化所致，得出了适用于层流区的群体沉速公式[7]
厦门环东海域整治过程悬浮泥沙变化遥感监测
第17卷 第2期厦门理工学院学报V o.l 17 N o .2 2009年6月Journal o f X ia m en U n i versity o f T echno l ogy Jun .2009 [收稿日期]2009-03-12 [修回日期]2009-05-11 [基金项目]厦门市科技计划指导性项目(3502Z20077016) [作者简介]孙凤琴(1982-),女,福建莆田人,助教,硕士,从事海洋与环境遥感的研究. 厦门环东海域整治过程悬浮泥沙变化遥感监测 孙凤琴 (厦门理工学院空间信息科学与工程系,福建厦门361024) [摘 要]选用2005)2007年福建省干季(10月~2月)三个时相中潮位的中巴卫星CCD 数据,利用 泥沙指数SI=(ch2+ch3)/(ch2/ch3)提取厦门环东海域悬浮泥沙信息.与现场浊度的对比表明,该泥 沙指数能较好地反映悬浮泥沙的相对分布.泥沙指数图像显示,该海域悬浮泥沙浓度分布具有浅海高、深 海低,从两岸向中部降低的特点;与2005年10月相比,2007年1月整治过程中清淤吹填使海域面积有所 减小,但湾中上部高、中高浓度泥沙明显增加;到2007年11月,清淤吹填基本完成,海域高、中高浓度 悬浮泥沙总比2005年10月约减少14k m 2.综合整治使得整个环东海域悬浮泥沙含量明显降低. [关键词]厦门环东海域;遥感;悬浮泥沙;泥沙指数 [中图分类号]P73111 [文献标志码]A [文章编号]1008-3804(2009)02-0062-05 0 引言 悬浮泥沙含量影响水体透明度、水色等性质,其变化对生态环境、水下地貌冲淤、港口工程等有直接影响[1].遥感具有大面积、同步测量和时空分辨率较高的特点,可有效地监测悬浮泥沙的分布.Ruhl 等[2],Ty l e r 等[3],Sipe l g as 等[4]利用不同资料在美国、欧洲、非洲进行了悬浮泥沙浓度的反演.国内学者也利用MODIS 和中巴CCD 影像等研究了沿海和内陆湖泊的悬浮泥沙浓度 [5-7].研究者们提出了许多的反演模式[8],但这些模式针对不同水域范围而建立,在其他水域难以普遍适用.李四海等[9]指出,泥沙指数法综合应用了不同波段的光谱信息,可获得层次丰富泥沙图像. 文中以厦门环东海域为研究区域,利用多时相的中巴CCD 遥感资料,基于 泥沙指数提取悬浮泥沙信息,探讨海域建设对 悬浮泥沙和冲淤环境的影响. 1 研究区域介绍 厦门地处福建省东南沿海.海峡西岸经 济区列入国家/十一五0规划,给厦门带来 前所未有的发展机遇,但岛内土地资源稀 缺,成为制约厦门发展的软肋.开发环东海 域成为厦门市提升未来发展空间的重要战 略.环东海域新城区(见图1),陆域规划面 积114km 2,海域面积91km 2,沿岸入海河 流有东、西溪和官浔溪,径流比较小[10]. 整治前,由于长期的填海造地和围垦养殖, 该海域污染严重,存在大面积淤积浅滩.环 东海域整治工程,主要包括清淤吹填、产业
上海滩附近的悬浮泥沙浓度遥感分析(开题报告)
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
MIKE泥沙模块中文手册_FM_ST
MIKE 3 FLOW MODEL FM 砂模块 用户使用手册
目录（Contents） 目录（Contents） (1) 1 关于本文档（About this guide） (3) 1.1 编写本文档的目的(Purpose) (3) 1.2 用户所需的知识背景(Assumed User Background) (3) 1.3 MIKE Zero模型编辑器程序界面结构(General Editor Layout) (3) 1.3.1 导航栏(Navigation tree) (3) 1.3.2 编辑窗体(Editor window) (3) 1.3.3 有效性显示窗体(Validation window) (4) 1.4 在线帮助系统(Online Help) (4) 2 引言(Introduction) (5) 2.1 概述(General specification) (5) 2.1.1 适用范围(Application areas) (5) 3 说明(Getting started) (6) 4 示例(Examples) (7) 4.1 概述(General) (7) 4.2 U型河道示例(U-shaped flume) (7) 4.3 环流示例(Sand transport in circulation current) (7) 5 砂模块（Sand Transport Model） (7) 5.1 模型定义（Model Definition） (7) 5.1.1 概述（General description） (8) 5.1.2 床面活动层厚度（Layer thickness） (8) 5.1.3 驱动力参数（Forcing parameters） (8) 5.1.4 单一水流工况（Pure flow） (8) 5.1.5 波流共同作用工况(Combined current and waves) (9) 5.2 时间参数（Time Parameters） (10) 5.3 求解格式（Solution technique） (10) 5.3.1 备注与提示（Remarks and hints） (11) 5.4 泥沙特性（Sediment properties） (11) 5.4.1 泥沙特性（Sediment properties） (11) 5.4.2 推荐取值（Recommended values） (12) 5.5 床面阻力（Bed resistance） (12) 5.5.1 概述（General description） (12) 5.5.2 参数取值（Data） (13) 5.5.3 推荐取值（Recommended value） (13) 5.6 驱动力参数（Forcings） (13) 5.6.1 波浪（Waves） (14) 5.6.2 水流（Flow） (15) 5.7 扩散（Dispersion） (16)
长江口水动力学及其泥沙运输规律
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
粘性泥沙运动规律研究
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]