【摘要】：近底水沙垂向混合運動，在河口產生變異而造成水沙垂向分布的不連續(xù)性，是河口海岸泥沙運動的重要特點和研究的難點。河口底部邊界層和細顆粒泥沙過程是海洋學家、港口航道與海岸工程師和環(huán)境流體力學乃至生物地球化學研究人員共同感興趣的研究課題。長期以來，長江河口水沙運動規(guī)律的研究都基于常規(guī)“六點法”取得的水文觀測資料，而對近底床面層水沙運動資料的獲取和規(guī)律分析尚不多見。因此，以長江口為主要研究區(qū)域，研究其垂向乃至近底水流結構特征和泥沙交換過程具有重要的理論意義，對港口選址、航道治理、河口綜合開發(fā)和整治都具有極為重要的應用價值。 ■ 高頻聲學多普勒流速剖面儀近底有效單元數(shù)據(jù)提取 本文首先對近底邊界層(Bottom Boundary Layer,BBL)數(shù)據(jù)獲取方法和觀測儀器進行了總結。在當前野外觀測條件下，應用了海流計近底加密觀測法和船載高頻聲學多普勒流速剖面儀((?)coustic(?)oppler Current (?)rofiler，ADP)近底流速觀測法，進行垂向和近底流速的觀洲。通過分析聲強垂向剖面分布的特征，利用數(shù)學極值定理，確定了床面位置，進而將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“六點法”電磁海流計所得到的最底層流速數(shù)據(jù)對提取出來的ADP近底單元數(shù)據(jù)進行驗證。結果表明提取出來的那部分ADP近底流速數(shù)據(jù)是可用的。 ■ 近底邊界層結構 近底邊界層的研究主要側重于流速垂向分布和動力特征(摩阻流速、糙率長度)及懸浮泥沙濃度垂向分布。流速的垂向分析結果表明：流速垂向結構可以分為三段，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生的結果。憩流期階段或低流速階段，垂向流速分布不盡符合對數(shù)流速分布。非憩流階段，在觀測站點(徐六涇和七丫口)流速垂向分布基本上符合對數(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數(shù)流速分布，它們普遍符合對數(shù)分布。 從流速結構的角度出發(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，，另一類BBL厚度隨水深變化過程呈正相關。但是，這兩類BBL厚度隨流速大小的變 華東師范大學碩士倫久 長江。近底邊界層魂側研究 化都出現(xiàn)了相應的變化。前者和流速變化關系為止相關，后者為負相關。對兩類BBL厚度的成因分 心廿 從調 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力作用(土要是徑、潮流作用)相 的綜合結果。 底部剪切應力或摩阻流速是影響泥沙運動的關鍵參數(shù)。近底動力參數(shù)的分析結果表明:摩阻流 速和流速的關系為正相關，而糙率長度和流速的關系為負相關。徐六徑和七’‘口兩個測站所得到的 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果表明在一個潮周期內懸浮泥沙濃度垂向結構將出現(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，懸沙濃度的垂向結構發(fā) 生有規(guī)律的變化，即中上層懸沙濃度逐漸增人，垂向結構由憩流期的“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及垂向的摻混作用，懸沙濃度垂向分布發(fā)生調整， 表現(xiàn)為懸沙濃度垂向梯度的變化。本文對Rouse公式在長江口的適用條件也進行了分析。結果表明， 在落急及其前后時段，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。在該時段內，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 即落急及其前后時段， 利用表層實測懸沙濃度值為參考濃度能夠得 應用的水動力條件卜， 底層懸浮泥沙濃度為參 考濃度同樣好的結果。這一認識為人面積利用遙感資料反演泥沙濃度場及相關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)提取的實現(xiàn)過程圖3一3a是ADP接收的典型聲強剖面和給出的整個流速剖面示意圖，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。給出的有效單元內的流速和聲強音。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，聲強剖面分布有一個明顯的拐點。這個拐點實際上反映了兩種性質不同介質的界面(床面)。產生該拐點的原因在上面己經簡單的提到過。本節(jié)的主要任務就是要通過一定的方法尋找到該拐點的位置(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，當一條曲線在某一點x。處具有導數(shù)

200220三、結果和討論圖4一2是平滑處理之前的流速垂線分布和經7次多項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好，而且光滑。這樣就可以對該七次多項式求導。圖4一3，圖4一4是七次多項式的一階導數(shù)和止階導數(shù)隨水深的變化分布圖。從圖中可以清楚地看到曲
【學位授予單位】：華東師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2004
【分類號】：P731.2

【引證文獻】

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1 劉紅;何青;孟翊;王元葉;唐建華;;長江口表層沉積物分布特征及動力響應[J];地理學報;2007年01期

2 王元葉;何青;;聲學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];水科學進展;2008年03期

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1 郝嘉凌;河口海岸近底層水流結構及摩阻特性研究[D];河海大學;2006年

2 王元葉;細顆粒泥沙近底邊界層觀測和模型研究[D];華東師范大學;2007年

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1 劉紅;長江口表層沉積物分布特性研究[D];華東師范大學;2006年

本文編號：2623286