黃河三角洲近底床沉積物濃度動(dòng)態(tài)變化及監(jiān)測(cè)方法研究.pdf

1、黃河攜帶大量的泥沙入海,其中70-80％以上的泥沙在三角洲近岸區(qū)域沉積,底床沉積物在波浪等水動(dòng)力作用下會(huì)不斷的發(fā)生再懸浮與輸運(yùn)。有關(guān)波、潮、流等水動(dòng)力作用下黃河三角洲近底床沉積物的濃度變化規(guī)律目前的研究尚不清楚,而且,現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)手段也未能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)條件下近底床沉積物濃度剖面變化的實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。本學(xué)位論文是在國(guó)家863計(jì)劃資助項(xiàng)目“風(fēng)暴過程中沉積物再懸浮通量原位監(jiān)測(cè)技術(shù)(No.2008AA092109)”研究的基礎(chǔ)上,在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目

2、“黃河口沉積物固結(jié)后再懸浮及輸運(yùn)過程研究(No.40876042)”和“風(fēng)暴對(duì)黃河水下三角洲侵蝕控制與海床液化(No.41072215)”的資助下開展的研究工作,旨在研究水動(dòng)力作用下底床沉積物濃度的動(dòng)態(tài)變化,并將開發(fā)的原位實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于水體中懸沙濃度的測(cè)定,為現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件下海床沉積物再懸浮及輸運(yùn)過程的研究提供一種新的手段。
　　本文通過室內(nèi)波浪水槽試驗(yàn),觀測(cè)分析了不同波高條件下,黃河水下三角洲沉積物在波浪作用下的濃度的垂向

3、分布、再懸浮與沉降過程;進(jìn)行室內(nèi)水槽與黃河三角洲潮灘模擬試驗(yàn),驗(yàn)證了電阻率探桿應(yīng)用于水體懸沙濃度測(cè)定的可行性,建立起了懸沙濃度與探桿電阻率的關(guān)系方程式,并對(duì)鹽度這一重要影響因素進(jìn)行了分析;開展了海上長(zhǎng)期觀測(cè)試驗(yàn),結(jié)合探桿長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),分析了浪潮流等水動(dòng)力要素對(duì)底床泥沙再懸浮與侵蝕淤積過程的影響。
　　本研究得出的主要結(jié)論如下:
　　(1)室內(nèi)波浪水槽模擬試驗(yàn)得出,水深一定條件下,底床再懸浮量呈現(xiàn)隨波高增大而增大的特性,兩者線

4、性擬合的相關(guān)性很好;在一定波高的波浪連續(xù)作用下,約5000-6000個(gè)波周期底床冉懸浮過程完成;波浪作用初始階段,底層濃度與中上層濃度相差很大,懸沙濃度垂線結(jié)構(gòu)呈斜線型,穩(wěn)定階段的懸沙濃度垂向結(jié)構(gòu)呈準(zhǔn)直線型,底層與表層含沙量比值為0.98-1.25,整個(gè)水層濃度分布均勻:靜水沉降過程中,當(dāng)含沙量大于1g/L,懸沙濃度(SSC)呈現(xiàn)出隨時(shí)間指數(shù)衰減的規(guī)律,懸沙濃度與沉降通量呈線性關(guān)系。
　　(2)電阻率探桿應(yīng)用于水體懸沙含量測(cè)定的可

5、行性試驗(yàn)得出,水體含鹽量是影響探桿電阻率的主要因素,水體鹽度與探桿電阻率呈現(xiàn)良好的指數(shù)關(guān)系,懸沙濃度的監(jiān)測(cè)要在鹽度恒定的條件下進(jìn)行;在懸浮液鹽度恒定的條件下,懸沙濃度與探桿電阻率呈良好的線性關(guān)系,鹽度越低,懸沙濃度的變化對(duì)探桿電阻率的影響越明顯,本系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)、原位、自動(dòng)監(jiān)測(cè)水體中泥沙濃度的變化,為懸沙濃度的原位自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供一種新的技術(shù)手段。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)泥沙的沉降過程,清晰的反映土體—高濃度含沙水層—水的分界面,黃河三角洲粉土

6、與海水的電阻率比值約為3.6,土體在強(qiáng)度恢復(fù)過程中,孔隙水排出,電阻率變大,土體的孔隙率與電阻率密切相關(guān)。
　　(3)黃河三角洲近底床沉積物濃度變化的電阻率探桿監(jiān)測(cè)試驗(yàn)表明,本系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)海水漲落潮的變化,該測(cè)站漲落潮周期懸沙濃度的變化與潮水水位、流速表現(xiàn)出很好的一致性,一定水深處海水含沙量的總體變化趨勢(shì)是漲潮過程中海水含沙量增加,落潮過程中海水含沙量降低。海床的侵蝕淤積與近底水流流速密切相關(guān),水流流速低于20cm/s時(shí),水體

7、泥沙落淤,底床淤積,大于20cm/s時(shí),底部泥沙受到?jīng)_刷,大量懸浮,新淤積的泥沙快速侵蝕。黃河三角洲海區(qū)懸沙濃度的垂向分布很不均勻,這與該區(qū)風(fēng)浪較大有關(guān)。
　　本文的創(chuàng)新點(diǎn)主要在于:
　　(1)通過室內(nèi)波浪水槽試驗(yàn),得到了波浪作用下黃河三角洲底床沉積物的再懸浮規(guī)律及波高對(duì)水體泥沙濃度垂向分布特性的影響。
　　(2)將電阻率探桿應(yīng)用于水體懸沙含量的測(cè)定,得到了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件下探桿電阻率與懸沙濃度的關(guān)系方程,為現(xiàn)場(chǎng)條件下,懸