海底濁流是將陸源泥沙物質(zhì)輸送到深海沉積的重要載體,是沉積物“源到匯”的重要研究對(duì)象。由于濁流的隨機(jī)性和強(qiáng)大破壞性,導(dǎo)致了實(shí)際觀測資料的匱乏,因此目前對(duì)濁流的流動(dòng)和沉積特性認(rèn)識(shí)還不是很充足,實(shí)驗(yàn)室尺度的濁流研究耗時(shí)耗資同時(shí)又受時(shí)空限制,故而運(yùn)用數(shù)值模擬手段進(jìn)行濁流理論的研究具有重要的科學(xué)意義及一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本研究利用CFD（Computational Fluid Dynamics）軟件FLOW3D探究了不同粒徑、不同坡度、不同入流機(jī)制（突然釋放型、連續(xù)入流型）條件下的濁流在地形上流動(dòng)特性和沉積特征。不同粒徑條件下濁流流動(dòng)及沉積數(shù)值模擬研究結(jié)果表明:不同粒徑及含量對(duì)突然釋放型濁流的形態(tài)演化和沉積特征具有重要的影響。由于泥沙顆粒的不同沉降速度,混合粒徑大小的改變會(huì)大大影響濁流的水動(dòng)力學(xué)特性。在沉積方面,隨著時(shí)間增加,底床沉積物的總質(zhì)量增多,離濁流釋放較近的位置沉積物量堆積最多且隨著距離增加沉積物質(zhì)量逐漸減少,直至全部沉積完畢,沉積物質(zhì)量不再變化。由于濁流粗細(xì)顆粒的含量比例不同,導(dǎo)致最后濁流完全沉積的位置也會(huì)有所差異。在濁流釋放初期,地形高程會(huì)因濁流頭部較大流速的夾帶作用,將本該沉積于此位置... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖1-1臺(tái)灣西南海域海底通訊電纜斷路位置及光纜斷裂圖[7](黃色連線代表高屏峽谷和馬尼拉海溝的水道，紅色五角星代表電纜斷開的位置，5個(gè)海底滑坡被確認(rèn))

哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文-3-又來到Constance湖進(jìn)行濁流觀測研究，觀測結(jié)果發(fā)現(xiàn)濁流的最大流速達(dá)到1.2m/s。日本研究學(xué)者Chikita[16]觀測到了北海道一個(gè)水庫里的濁流事件，觀測結(jié)果表明由于水庫的水溫隨深度增加而減小產(chǎn)生的溫度層化現(xiàn)象導(dǎo)致了濁流事件的發(fā)生。Khripouno等[17]在水深4000m處的Zaire海底峽谷觀測到了一次較大的濁流事件，實(shí)測數(shù)據(jù)記錄到了非常高的能量特征，在距離海床150m處儀器觀測到的平均流速超過1.21m/s，并且在距離海床40m處的位置收集到了大量粗顆粒泥沙和植物碎屑物。美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)Xu[18]等在Monterey海底峽谷布放了三個(gè)站位的潛標(biāo)，并且在潛標(biāo)上使用了倒掛式的ADCP(acousticDopplercurrentprofiler)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，結(jié)果最終觀測到了四次濁流事件，這是有史以來首次使用儀器捕獲到了較高精度的濁流流速剖面數(shù)據(jù)，為濁流的無量綱參數(shù)化深入研究、動(dòng)力學(xué)性質(zhì)和沉積特性分析提供了十分寶貴的第一手實(shí)測資料，也為濁流數(shù)值模型的研究和發(fā)展提供了權(quán)威的觀測數(shù)據(jù)資料。為今后濁流實(shí)際的觀測研究開辟了一條嶄新的道路，同樣的觀測方法用在其他的幾個(gè)海底峽谷也取得了較好研究成果。圖1-2蒙特利峽谷地圖[18]，三個(gè)錨系R1、R2、R3分別部署在820m、1020m和1045m水深用于觀測濁流事件Xu[19]等2002年在蒙特雷峽谷觀測到兩次濁流事件，重點(diǎn)關(guān)注這些濁流體內(nèi)收集到的獨(dú)特懸浮物數(shù)據(jù)。研究結(jié)果表明，懸浮物的濃度和粒度主要由重力流的來源及其與底床物質(zhì)的相互作用控制，在塑造沿峽谷下游流動(dòng)濁流的特征方面起著重

哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文-5-底峽谷(西澎湖峽谷)進(jìn)行詳細(xì)的地貌調(diào)查，沿著峽谷觀察到23處沖刷的痕跡，他們將沖刷作用被解釋為與流經(jīng)西澎湖峽谷的濁流的凈侵蝕旋回作用有關(guān)，此外，由于科氏力影響了濁流的流向，導(dǎo)致了西澎湖峽谷西南側(cè)沖刷優(yōu)先發(fā)育，切口深度較大。研究結(jié)果有助于更好地了解濁流與海底峽谷地貌之間的聯(lián)系以及世界各地海底峽谷沖刷的起源。1.2.2水槽實(shí)驗(yàn)由于自然界發(fā)生的濁流具有區(qū)域性和隨機(jī)性還伴隨著強(qiáng)大的破壞力，因此到目前為止關(guān)于濁流的直接觀測數(shù)據(jù)仍是寥寥無幾[25]，對(duì)濁流的進(jìn)一步深入研究增加了許多困難和挑戰(zhàn)，因此許多學(xué)者開展了一系列關(guān)于濁流水槽實(shí)驗(yàn)的研究，針對(duì)其流速、濃度、粒徑、動(dòng)力學(xué)和沉積特性等方面進(jìn)行了集中研究。Felix等[26]進(jìn)行了三組不同的濁流實(shí)驗(yàn)并在距底床不同高度處同時(shí)測量濁流流速和濃度。描述了相同測量高度下濁流速度和濃度變化的相似性。結(jié)果表明濁流流速和濃度變化的相似性取決于其濃度和流動(dòng)位置。Sequeiros等[27]在15m的水槽中進(jìn)行了濁流的自加速實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示在濁流頭部演化的不同階段對(duì)流速和懸浮物的測量，記錄了這種自加速現(xiàn)象。此外這些測量結(jié)果與以前關(guān)于濁流頭部厚度、濃度、流速和水深經(jīng)驗(yàn)研究結(jié)果一致。圖1-3濁流自加速實(shí)驗(yàn)中濁流形態(tài)隨時(shí)間演化圖[27]，a、b、c、d、e、f分別代表濁流釋放后10s、30s、50s、70s、90s、110s時(shí)刻的演化形態(tài)


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