基于改进的RCA水质模型对珠江口夏季缺氧及初级生产力的数值模拟研究

针对珠江口藻类生长受泥沙遮光限制明显的问题, 对RCA(row and column of Aesop)三维水质模型进行改进, 加入泥沙模块及悬沙遮光对藻类生长的限制作用。应用改进的RCA水质模型, 对珠江口的营养盐、浮游植物及溶解氧进行模拟研究, 结果显示, 改进的RCA水质模型较好地再现了洪季珠江口营养盐、浮游植物和溶解氧在水平及垂向上的空间分布, 这表明该水质模型能较好地反映珠江河口中生态因子的关键过程。珠江口的缺氧现象在物理和生化过程的共同作用下, 被限制在伶仃洋的西滩和中滩及磨刀门海域。在洪季, 大量冲淡水进入珠江口形成锋面, 颗粒态有机物(particulate organic matter, POM)在锋面的影响下, 大量集中沉降在伶仃洋的西滩及中滩特定区域及磨刀门外, 产生较高的底泥耗氧率(sediment oxygen demand, SOD)。而在高SOD的区域, 水体分层通常也较明显, 因而产生缺氧现象。另一方面, 伶仃洋水体中磷的限制作用明显, 加上悬浮泥沙的遮光作用, 不利于浮游植物生长, 使得初级生产力低; 而在陆架上, 悬沙浓度减少使初级生产力增加, 但由于海源颗粒有机碳(particulate organic carbon, POC)的沉积分散于整个陆架上, 无法产生伶仃洋内的高SOD区域, 加上水体分层不明显, 并没有产生缺氧现象。     

珠江口悬浮泥沙迁移数值模拟

建立了珠江口海域三维悬浮泥沙的非饱和输沙数学模型,并与珠江口三维水动力斜压模型耦合,对悬沙迁移分布进行了模拟。模型由4个点的逐时实测含沙量过程进行了验证。各点模拟含沙量与实测含沙量吻合较好,表层分布与同期珠江口悬沙分布遥感图像基本一致.模拟结果表明,珠江口海域悬沙分布分层明显,河口附近水域大多为底层含沙量大于表层,但在盐淡水交汇处出现中层含沙量最小的情况总体上,自各个口门输出的泥沙受沿岸流作用向西南万向输送明显。大多数河口落潮时相对涨潮时含沙量等值线外移,反映珠江口水域悬浮泥沙主要来自河流。     

基于遥感反演的莱州湾悬沙分布及其沉积动力分析

选用1986-2004年不同时期的LandsatTM/ETM+影像,利用2004年黄河口附近实测数据推导的表层悬浮泥沙浓度反演模型,结合水文气象资料、多年水深数据和极端天气数模结果,研究了莱州湾西南近岸海域表层悬浮泥沙分布特征,结果表明,受黄河丰枯水期的影响,莱州湾西南部海域悬浮泥沙高浓度区主要分布于黄河口附近海域和西南沿岸,其枯水期的覆盖范围一般大于丰水期的。受潮流高流速场控制,黄河口外悬沙浓度高值区与海底泥沙堆积区对应较好,泥沙主要来源于陆源输沙和泥沙再悬浮;在西南近岸浅海区悬沙浓度高值区主要形成于泥沙的再悬浮,在近岸出现轻微冲刷。风等其他海洋动力因素,一般情况下对悬浮泥沙扩散的程度和范围具有一定的影响作用,但悬沙受潮流场影响而形成的总体扩散趋势未发生改变;极端条件下,风暴潮流使莱州湾西南部近岸浅海区的悬浮泥沙浓度显著增加。     

丰水期珠江口黏性泥沙输运的三维数值模拟

珠江口的黏性泥沙输运对区域海洋工程和河口海洋环境有着重要的影响。本文利用SELFE模型,针对珠江河口海域建立了一个采用非结构三角形网格的三维斜压水动力模型,可耦合模拟海流、潮流及风海流水动力环境,并在此基础上开发了包括底床模块的黏性泥沙输运模型。模拟结果与实测值验证较好,再现了丰水期珠江河口的泥沙输运特征以及最大浑浊带的变化和分布特点。研究表明,丰水期珠江口悬沙质量浓度西侧大于东侧,泥沙主要来自河口上游。河口浅滩上会形成最大浑浊带,最大质量浓度可达0.5 g/L。珠江口最大浑浊带的形成主要受潮动力、重力环流及泥沙再悬浮和沉积过程影响,其中泥沙再悬浮和沉积过程对中滩的最大浑浊带影响显著,而重力环流作用对西滩的最大浑浊带影响显著。     

华南不同类型热带风暴驱动下珠江口表层悬沙分布趋势

本文利用1949—2014年的华南热带风暴数据和1960—2014年珠江入海流量等, 统计分析风暴作用期间珠江口的风强迫和珠江入海水沙强迫特征, 结果表明, 热带风暴对珠江口的风强迫和水沙强迫因台风距珠江口的距离、强度等因素的影响有显著差异。依据水沙及风强迫的强度, 将热带风暴对珠江口的影响简单分成四类: 中风中水沙驱动型、中风高水沙驱动型、强风中水沙驱动型及强风高水沙驱动型。利用MODIS (moderate-resolution imaging spectroradiometer)一级数据和已建立的珠江口表层悬沙指数反演模型, 挑选2002—2010年风暴影响期间无云天气的MODIS影像, 反演珠江口悬沙分布, 分析表层悬沙对四种不同来水来沙及风强迫型风暴的响应特征。结果显示, 中风中水沙型风暴驱动下, 珠江口整体含沙量偏低, 其悬沙扩散及时间变化受控于潮流的强弱; 中风高水沙型风暴驱动下, 八大口门特别是磨刀门浅滩、伶仃洋西滩的含沙量高于其他海域, 其高含沙水体向南偏西方向扩散输运; 强风中水沙风暴驱动下, 河口表层悬沙分布及扩散受主导风向的影响, 在强东北风驱动下, 伶仃洋西侧浅滩含沙量因台风浪的掀沙作用高于湾内大部分海域, 高含沙水体向西南侧扩散; 强风高水沙风暴驱动下珠江河口湾含沙量偏高, 水体一片浑浊, 河口悬沙随偏南风驱动下的沿岸流向东侧输运、扩散。     

珠江河口悬浮泥沙遥感数据集

选择 1 995— 2 0 0 0年间NOAA系列卫星AVHRR遥感器获取的珠江口及其邻近海域可见光和近红外遥感数据 ,利用基于海面 遥感器光谱反射率斜率传递现象的悬浮泥沙遥感算法 ,建立珠江口及其邻近海域 1 5 2个时相的悬浮泥沙数据集 ,进行悬浮泥沙浓度分布和变动规律的特征累积频率悬浮泥沙浓度、均值与均方差统计。结果表明 ,珠江口河口浅滩是悬浮泥沙浓度的高值区。随着径流、潮流的相互关系的变动 ,珠江口的悬浮泥沙浓度具有明显的季节变化 ,内伶仃洋悬浮泥沙浓度季节变动幅度最大 ,而磨刀门外浑浊水体的延伸方向变动幅度最大。     

伶仃洋泥沙及其运动特征

珠江口伶仃洋是个多口门的河口湾,其泥沙来源复杂多样,既有陆域来沙,又有海域来沙。依据珠江分水分沙特点,以三水、马口、博罗１９６５到１９９７年实测流量与含沙量资料为基础,推算进入伶仃洋的泥沙总量,并对共泥沙主要沉积动力特征进行了分析,结果表明,伶仃洋的泥沙来源比较稳定,由于径流作用、潮流作用、盐淡水混合作用及风浪的影响,泥沙不断向南、东南方向输运与沉积。     

伶仃洋洪季悬沙平面分布特征及成因探讨

基于伶仃洋河口2007年洪季（8月）潮流和泥沙现场观测资料,通过实测资料分析结合二维泥沙数值模型的方法,分析其悬沙浓度平面分布特征。结果表明,悬沙浓度从伶仃洋湾顶虎门至湾口沿西槽向海在纵向上呈现出先减小再增大后减小的变化趋势;横向上,西槽最大,东槽和中滩次之;内伶仃岛西北侧海域为含沙量高值中心。悬沙纵向输移机制分析表明,伶仃洋洪季输沙主要贡献项为平流向海输沙、潮汐捕集和垂向环流的向陆输沙,其中后两项在内伶仃岛附近的贡献较大。潮流、径流来沙、径潮强度对比以及地形边界作用为悬沙场平面分布差异的主要成因。     

潮流、波浪综合作用下河口二维悬沙数学模型

本文根据河口水流动力特性和泥沙变化规律，把波浪运动概化为具有时均意义的波浪流分布场，将“波流幅射应力”、“波流摩阻力”以及“波流挟沙力”三个要素归纳到水流运动方程和悬沙输送方程中去，构成潮流、波浪综合作用下河口二维悬沙数学模型计算系统。通过对珠江口黄茅海悬沙冲淤过程的实际算例，表明该系统模拟河口悬沙在潮流和波浪综合作用下的分布特性和冲淤趋势方面，具有良好的应用前景。     

夏季珠江口COD的浓度分布及影响因素

在海洋监测的基础上，利用数学模型探讨了珠江口COD的浓度分布规律。研究表明，珠江口的有机物来自八大口门的淡水径流，人类活动、径流、潮流和气候是影响COD浓度分布的主要因素。有机物进入珠江口后，首先在口门和陆源排放口附近形成高浓度区，然后由北向南偏西迁移扩散，西四口门对伶仃洋COD增量的影响很小。夏季珠江口层型水体稳定存在，伶仃洋COD出现表高底低的垂向浓度分层现象。     

基于MODIS数据的珠江口悬沙扩散形态对风和径流的响应

Cloud-free moderate-resolution imaging spectroradiometer(MODIS) images of the Zhujiang(Pearl) River Estuary(ZRE) taken between 2002 and 2012 are retrieved and used to study the spatial and temporal patterns of suspended sediment concentrations(SSCs) across the estuary under runoff, wind, and tropical storm conditions.Five typical dispersal patterns of suspended sediments in the estuary are defined: Case I shows generally low SSCs under low dynamics; Case Ⅱ shows a river-dominant dispersal pattern of suspended sediments from the outlets,particularly from Modaomen, Jiaomen, Hengmen, and others; Case Ⅲ shows wind-dominant dispersal of high SSCs derived from the west shoal and southwesterly transport under a strong NE wind; Case IV is the combination of relatively large runoff and wind; and Case V is caused by a strong tropical storm with high river discharge and wind, which is characterized by the high SSCs across the entire estuary that are transported eastward by winddriven and buoyancy currents outside the estuary. Runoff is a dominant factor that controls seasonal and annual SSC variations in the ZRE, with the area of high SSCs being largest in the summer and smallest in the spring. The correlation coefficients between the monthly averaged river-suspended sediment discharge and the area of the high SSCs are approximately 0.6. The wind power over the west shoal increases with a wind speed, which induces more sediment resuspension and shows a close relationship between the wind speed and high SSC area.     

Variations of suspended sediment transport caused by changes in shoreline and bathymetry in the Zhujiang (Pearl) River Estuary in the wet season

A wave-current-sediment coupled numerical model is employed to study the responses of suspended sediment transport in the wet season to changes in shoreline and bathymetry in the Zhujiang (Pearl) River Estuary (ZRE) from 1971 to 2012. It is shown that, during the wavy period, the large wave-induced bottom stress enhances sediment resuspension, resulting in an increase in the area of suspended sediment concentration (SSC) greater than 100 mg/L by 183.4%. On one hand, in spring tide, the change in shoreline reduces the area of SSC greater than 100 mg/L by 17.8% in the west shoal (WS) but increases the SSC, owing to the closer sediment source to the offshore and the stronger residual current at the Hengmeng (HEM) and Hongqili (HQL) outlets. The eastward Eulerian transport is enhanced in the WS and west channel (WC), resulting in a higher SSC there. The reclamation of Longxue Island (LXI) increases SSC on its east side and east shoal (ES) but decreases the SSC on its west and south sides. Moreover, in the WC, the estuarine turbidity maximum (ETM) is located near the saltwater wedge and moves southward, which is caused by the southward movement of the maximum longitudinal Eulerian transport. In neap tide, the changes are similar but relatively weaker. On the other hand, in spring tide, the change in bathymetry makes the SSC in the WS increase, and the area of SSC greater than 100 mg/L increases by 11.4% and expands eastward and southward, which is caused by the increases in wave-induced bottom stress and eastward Eulerian transport. On the east side of the WC, the eastward Eulerian transport decreases significantly, resulting in a smaller SSC in the middle shoal (MS). In addition, in the WC, the maximum SSC is reduced, which is caused by the smaller wave-induced bottom stress and a significant increase of 109.88% in southward Eulerian transport. The results in neap tide are similar to those in spring tide but with smaller changes, and the sediment transports northward in the WC owing to the northward Eulerian transport and vertical shear transport. This study may provide some references for marine ecological environment security and coastal management in the ZRE and other estuaries worldwide affected by strong human interventions.     

黄河口挑河河口悬沙分布与输移特征研究

基于实测资料对黄河废弃河道挑河河口段的悬沙分布及输移特点进行了研究。结果表明:挑河河口段悬沙浓度与潮流流速正相关,风浪作用则导致悬沙质量浓度大大提高;在空间尺度上悬沙浓度呈河口高、河道上游低的特点;挑河河口附近,涨潮流输沙明显占优势,向河道内侧,悬沙输移率有所降低,且逐渐转变为落潮输沙占优势。结合河口外侧海域冲淤演变趋势以及悬沙输运动力机制,认为河口段河道总体处于弱淤积状态,而风浪作用可以加速河道淤积。本研究可为挑河的河口演变和航道整治等提供参考。     

基于ADCP反演渤海湾悬浮体浓度年变化

基于座底ADCP实测回波强度信号,结合短期实测悬浮体质量浓度,反演长时间序列悬浮体质量浓度,定量分析了渤海湾近一年悬浮体质量浓度变化特征及其影响因素。结果表明:受风浪影响,该区悬浮体质量浓度具有明显季节性变化特征,风浪作用强烈的季节其悬浮体浓度表现为相对高值。悬浮体净输运同样具明显季节性变化,秋冬强风浪作用下,悬浮体的净输运量明显增加;而在不同季节,月净输运方向具有不同的主输运方向。悬浮体质量浓度日变化受潮流控制明显,长周期变化则主要与风场的变化有关。潮流涨急过程与风致大浪过程均可引起沉积物再悬浮,导致悬浮体浓度明显增高。     

长江分汊河口涨、落潮悬沙不对称特征及季节性差异

入海河口由于径流的存在以及河口地貌形态的影响，存在涨、落潮水动力、悬沙以及盐度分布等不对称现象，同时这一不对称现象还存在显著的区域性和季节性差异。根据2013年7月和2014年1月洪、枯季长江口定点准同步水文泥沙调查结果，发现长江口分汊型河槽悬沙浓度在时间上存在洪枯季、大小潮不对称特征，在空间上存在东西向沿程分布、南北向横向分布以及垂向上表底层分布不对称特征。河势演变形成南、北支河口涨、落潮悬沙浓度不对称分布的整体格局；洪、枯季变化影响河口涨、落潮悬沙分布的再分配过程；大潮涨、落潮过程对悬沙分布不对称影响显著大于小潮；季节性风浪作用影响河口最大浑浊带涨、落潮悬沙不对称南北差异；底部高含沙浓度对口门段涨、落潮悬沙不对称性贡献显著。     

The turbidity maxima of the northern Jiangsu shoal-water in the Yellow Sea,China

The Yellow Sea general circulation model coupled to a sediment transport model with and without surface waves was implemented to study sediment distribution and resuspension in the northern Jiangsu shoal-water (NJSW) in March and April 2006–2008. With surface wave, the general features of model simulated turbidity maxima agreed well with the MODIS remote sensing data. Without wave, the turbidity maxima moved offshore with much reduced suspended sediment concentration (SSC). This demonstrated that surface waves played a dominant role over the tides to form the turbidity maxima in the region. The study also found that NJSW exported sediments to the Yellow Sea and East China Sea through offshore and southern boundaries. As March and April 2008 was a wind anomalous year with a decreased wind speed over last three years, the wind generated waves in the region were also reduced, leading to lower sediment resuspension and SSC in that year.     

东山湾波浪对悬沙浓度场影响的数值模拟研究

研究了波致底切应力和二维辐射应力对悬沙的作用.首先对东山湾的水动力进行了数值模拟并与实测资料进行了对比检验,然后对东山湾悬浮泥沙进行了考虑波浪和不考虑波浪两种情况下的数值模拟并与实测资料进行了相关对比分析.在模式建立过程中,依据东山湾独特的窄口型半封闭河口海湾的特点,基于ECOMSED模式（2002）建立了东山湾三维水动力模型,并通过第三代海浪模式MASNUM加入了波浪对底切应力及辐射应力的影响,通过ECOMSED中的底边界层模型考虑了波浪增强底摩擦的作用,综合分析了东山湾的水动力及泥沙状况.结果表明在东山湾数值模拟中,该模式能较好地模拟这类海域的水动力及泥沙输运状况.在东山湾模拟计算中,潮流的作用强于波浪的作用,但考虑波浪因素后,泥沙模拟结果更好.在波浪的作用中,底切应力相比于二维辐射应力占有绝对的优势,两者相差2个量级以上,因此可以不考虑二维辐射应力的影响.     

Short-term variations and influencing factors of suspended sediment concentrations at the Heisha Beach,Guangdong, China

Knowledge of sediment variation processes is essential to understand the evolution mechanism of beach morphology changes. Thus, a field measurement was conducted at the Heisha Beach, located on the west coast of the Zhujiang River(Pearl River) Estuary, to investigate the short-term variation in suspended sediment concentrations(SSCs) and the relationship between the SSC and turbulent kinetic energy, bottom shear stress(BSS), and relative wave height. Based on extreme event analysis results, extr...     

波浪、潮流和风暴潮耦合模式及悬沙输移规律的研究

近年来，由于河口、海岸地区的泥沙运动与港口、航道以及海岸的冲淤有着直接的关系，对一些海岸建筑物比如防波堤、护岸工程等造成一定的威胁，甚至于使其完全丧失使用价值，造成巨大的损失。为此人们越来越重视对这一问题的研究。本文为估计岸滩的冲淤变化和了解岸滩的演变规律，对影响泥沙运动的海洋动力要素进行了研究。 为研究悬沙的输移规律，建立了一个由两部分组成的二维悬沙模型系统：①水动力模式。建立了一个综合多因素的二维波浪、潮汐和风暴潮耦合模式，以此来研究波、潮、风暴潮间的相互作用，并为泥沙计算提供流速场。②二维悬沙模式。运用得出的流场来研究悬沙的输移扩散规律。其中所采用的波浪模式是将流对波浪场的影响同时加以考虑的耦合数学模型，将流速加入波能方程，并考虑由于水面的升降而产生的不定常水深对波浪场的影响，再将波浪场对流场的影响通过辐射应力、考虑波浪影响的底应力以及依赖波龄的表面风应力耦合到流场中，从而建立了一个综合多种因素的波浪、潮汐、风暴潮联合作用下的二维悬沙模型系统。并在此模型系统的基础上，对黄河口泥沙的输移问题作了探讨，为今后的防堤、护岸工程提供依据。