【摘要】：近底水沙垂向混合運(yùn)動(dòng)，在河口產(chǎn)生變異而造成水沙垂向分布的不連續(xù)性，是河口海岸泥沙運(yùn)動(dòng)的重要特點(diǎn)和研究的難點(diǎn)。河口底部邊界層和細(xì)顆粒泥沙過程是海洋學(xué)家、港口航道與海岸工程師和環(huán)境流體力學(xué)乃至生物地球化學(xué)研究人員共同感興趣的研究課題。長(zhǎng)期以來，長(zhǎng)江河口水沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究都基于常規(guī)“六點(diǎn)法”取得的水文觀測(cè)資料，而對(duì)近底床面層水沙運(yùn)動(dòng)資料的獲取和規(guī)律分析尚不多見。因此，以長(zhǎng)江口為主要研究區(qū)域，研究其垂向乃至近底水流結(jié)構(gòu)特征和泥沙交換過程具有重要的理論意義，對(duì)港口選址、航道治理、河口綜合開發(fā)和整治都具有極為重要的應(yīng)用價(jià)值。 ■ 高頻聲學(xué)多普勒流速剖面儀近底有效單元數(shù)據(jù)提取 本文首先對(duì)近底邊界層(Bottom Boundary Layer,BBL)數(shù)據(jù)獲取方法和觀測(cè)儀器進(jìn)行了總結(jié)。在當(dāng)前野外觀測(cè)條件下，應(yīng)用了海流計(jì)近底加密觀測(cè)法和船載高頻聲學(xué)多普勒流速剖面儀((?)coustic(?)oppler Current (?)rofiler，ADP)近底流速觀測(cè)法，進(jìn)行垂向和近底流速的觀洲。通過分析聲強(qiáng)垂向剖面分布的特征，利用數(shù)學(xué)極值定理，確定了床面位置，進(jìn)而將ADP處理軟件“丟棄”的那部分近底流速數(shù)據(jù)或由于底跟蹤丟失而損失的流速數(shù)據(jù)提取出來。利用同步“六點(diǎn)法”電磁海流計(jì)所得到的最底層流速數(shù)據(jù)對(duì)提取出來的ADP近底單元數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明提取出來的那部分ADP近底流速數(shù)據(jù)是可用的。 ■ 近底邊界層結(jié)構(gòu) 近底邊界層的研究主要側(cè)重于流速垂向分布和動(dòng)力特征(摩阻流速、糙率長(zhǎng)度)及懸浮泥沙濃度垂向分布。流速的垂向分析結(jié)果表明：流速垂向結(jié)構(gòu)可以分為三段，即上段、中段和下段。這種分段是由水流和外邊界阻力共同作用產(chǎn)生的結(jié)果。憩流期階段或低流速階段，垂向流速分布不盡符合對(duì)數(shù)流速分布。非憩流階段，在觀測(cè)站點(diǎn)(徐六涇和七丫口)流速垂向分布基本上符合對(duì)數(shù)流速分布。近底流速垂向分布要比流速垂向分布更符合對(duì)數(shù)流速分布，它們普遍符合對(duì)數(shù)分布。 從流速結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，得到了兩類不同的BBL厚度變化。一類是BBL厚度隨水深變化沒有規(guī)律性趨勢(shì)，，另一類BBL厚度隨水深變化過程呈正相關(guān)。但是，這兩類BBL厚度隨流速大小的變 華東師范大學(xué)碩士倫久 長(zhǎng)江。近底邊界層魂側(cè)研究 化都出現(xiàn)了相應(yīng)的變化。前者和流速變化關(guān)系為止相關(guān)，后者為負(fù)相關(guān)。對(duì)兩類BBL厚度的成因分 心廿 從調(diào) 析表明，BBL厚度所旱現(xiàn)出的不同的變化規(guī)律是由底形作用和動(dòng)力作用(土要是徑、潮流作用)相 的綜合結(jié)果。 底部剪切應(yīng)力或摩阻流速是影響泥沙運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵參數(shù)。近底動(dòng)力參數(shù)的分析結(jié)果表明:摩阻流 速和流速的關(guān)系為正相關(guān)，而糙率長(zhǎng)度和流速的關(guān)系為負(fù)相關(guān)。徐六徑和七’‘口兩個(gè)測(cè)站所得到的 摩阻流速變化范圍分別為1.82一14.71c耐S和0.71一11.41c耐S:糙率長(zhǎng)度變化范圍分別為002一26.20cm 不1 1 0.04一16.49em。 ，懸浮泥沙濃度垂向分布的分析結(jié)果表明在一個(gè)潮周期內(nèi)懸浮泥沙濃度垂向結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)不同的 刑式。在憩流期及其前后SSC垂向分布呈“L’，型分布:隨著漲、落潮過程，懸沙濃度的垂向結(jié)構(gòu)發(fā) 生有規(guī)律的變化，即中上層懸沙濃度逐漸增人，垂向結(jié)構(gòu)由憩流期的“U，型分布逐漸過渡到指數(shù)分 布:漲、落急及其前后流速較人，懸沙濃度垂向分布趨于更加均勻，表層和底層懸沙濃度差別逐漸 變小:漲落潮變化過程中，由于懸浮泥沙沉降起動(dòng)及垂向的摻混作用，懸沙濃度垂向分布發(fā)生調(diào)整， 表現(xiàn)為懸沙濃度垂向梯度的變化。本文對(duì)Rouse公式在長(zhǎng)江口的適用條件也進(jìn)行了分析。結(jié)果表明， 在落急及其前后時(shí)段，水流速度持續(xù)較人且較穩(wěn)定的情況卜，Rouse公式能夠較好的反映懸浮泥沙 濃度垂向分布。在該時(shí)段內(nèi)，采用Rouse公式擬合求解得到的懸沙沉降速度為0.19~o.24cl布S，平 均為O.ZO5c耐S;而在漲潮過程及憩流前后，由于流速變化較大，沒有一段持續(xù)較穩(wěn)定的流速過程， Rouse公式不能夠很好反映懸浮泥沙濃度垂向分布。在基本滿足 即落急及其前后時(shí)段， 利用表層實(shí)測(cè)懸沙濃度值為參考濃度能夠得 應(yīng)用的水動(dòng)力條件卜， 底層懸浮泥沙濃度為參 考濃度同樣好的結(jié)果。這一認(rèn)識(shí)為人面積利用遙感資料反演泥沙濃度場(chǎng)及相關(guān)研究提供了可用的依 據(jù)。
【圖文】：

Fig.3一2ThelosingofdataduetotheerrorofBTA3.2.2近底有效單元數(shù)據(jù)提取的實(shí)現(xiàn)過程圖3一3a是ADP接收的典型聲強(qiáng)剖面和給出的整個(gè)流速剖面示意圖，其中包含無效單元數(shù)據(jù)，�！碂o用的流速數(shù)據(jù);圖3一3。是、D。給出的有效單元內(nèi)的流速和聲強(qiáng)音。面。從赫我們可以石·到在橫線以上一部分流速數(shù)據(jù)似乎仍可用，而ADP軟件沒有提供出來。另外，從圖3一3a可以石出，聲強(qiáng)剖面分布有一個(gè)明顯的拐點(diǎn)。這個(gè)拐點(diǎn)實(shí)際上反映了兩種性質(zhì)不同介質(zhì)的界面(床面)。產(chǎn)生該拐點(diǎn)的原因在上面己經(jīng)簡(jiǎn)單的提到過。本節(jié)的主要任務(wù)就是要通過一定的方法尋找到該拐點(diǎn)的位置(橫線位置)，最后將ADP處理軟件沒有給出的那部分近底數(shù)據(jù)提取出來，以供分析使用。函數(shù)極值定理告訴我們，當(dāng)一條曲線在某一點(diǎn)x。處具有導(dǎo)數(shù)

200220三、結(jié)果和討論圖4一2是平滑處理之前的流速垂線分布和經(jīng)7次多項(xiàng)式擬合平滑后的流速垂線分布圖。從圖中可以看出平滑之后的曲線和原始曲線重疊性相當(dāng)好，而且光滑。這樣就可以對(duì)該七次多項(xiàng)式求導(dǎo)。圖4一3，圖4一4是七次多項(xiàng)式的一階導(dǎo)數(shù)和止階導(dǎo)數(shù)隨水深的變化分布圖。從圖中可以清楚地看到曲
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號(hào)】：P731.2

【引證文獻(xiàn)】

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1 劉紅;何青;孟翊;王元葉;唐建華;;長(zhǎng)江口表層沉積物分布特征及動(dòng)力響應(yīng)[J];地理學(xué)報(bào);2007年01期

2 王元葉;何青;;聲學(xué)多普勒流速剖面儀近底有效流速數(shù)據(jù)處理初步研究[J];水科學(xué)進(jìn)展;2008年03期

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1 郝嘉凌;河口海岸近底層水流結(jié)構(gòu)及摩阻特性研究[D];河海大學(xué);2006年

2 王元葉;細(xì)顆粒泥沙近底邊界層觀測(cè)和模型研究[D];華東師范大學(xué);2007年

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1 劉紅;長(zhǎng)江口表層沉積物分布特性研究[D];華東師范大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2623286