辽东半岛东岸泥质区悬沙浓度的时空分布特征及影响因素

论文摘要

陆源沉积物从源到汇的输运过程是当前的研究热点,但相对于大河流域,中小型河流的源汇传输体系的研究仍较为薄弱。鸭绿江位于中高纬度,是典型的中小型山溪性河流,细颗粒沉积物从鸭绿江流域到辽东半岛东岸泥质区的源汇过程具有典型性和独特性。流域的细颗粒沉积物是泥质沉积体系的重要来源,同时也是营养元素和污染物的载体;因此,通过对细颗粒沉积物由流域到泥质沉积体系的源汇输运过程开展研究,不但有利于分析河口海岸地区沉积地貌的形成机制、也有助于了解相邻海域的污染物扩散和生态系统演化。水色遥感、沉积动力学观测、数值模拟是研究细颗粒沉积物输运及河口陆架悬沙场变化的三种常用手段。沉积动力学现场观测的成本较高,并且难以获得大范围海域的同步调查数据;水色遥感适用于大范围海域的同步观测,但瞬时的遥感图像难以解释动态的悬沙浓度变化;数值模拟的成本较低,但许多参数由经验公式确定,模拟结果有时会有较大的误差。因此,本文结合以上3种研究方法对沉积物源汇过程进行研究,并将研究结果进行相互验证,以克服单一方法的不足,提高研究结果的可靠性。本文以辽东半岛东岸泥质区为研究地点,于2016年7月14—31日和2017年2月26日—3月17日在辽东半岛东岸海域进行了两个航次的野外观测。共获得23个大面站位的表层悬沙浓度数据和4个锚系站位的全潮水文观测数据。将实测悬沙浓度与GOCI图像建立关系,反演该海域2011年4月至2017年3月间的表层海水悬沙浓度,从而揭示该海域表层悬沙浓度在不同时间尺度的时空变化特征,并对主要影响机制进行了分析。利用MIKE 21建立了辽东半岛东岸泥质区的二维浪-流耦合数值模型,重点对2016-2017年潮周期、大小潮周期、洪枯季周期的流场进行了模拟,并与锚系站位观测的水动力数据的计算结果进行了验证和比对,主要研究结果如下:（1）辽东半岛东岸泥质区悬沙浓度的分布在各个时间阶段均以河口为中心,由陆向海降低,总体上东部地区的悬沙浓度高于西部地区;北风和偏北风导致的波浪增强,使枯季的悬沙浓度值及高悬沙浓度分布范围明显大于洪季。虽然洪季研究区的悬沙浓度总体较低,但洪水期间的悬沙浓度可得到显著提高,呈现自东向西的扩散趋势。（2）定点水动力观测站位的计算结果表明,研究海域的流速存在季节性变化:洪季东部海水流速大于西部,枯季东部海水流速小于西部。受河口环流影响,东部海域流速的垂向变化较大,而西部海域相对较小。受流速变化影响,研究区海水悬沙浓度枯季大而洪季小,底层悬沙浓度大于表层,说明影响再悬浮作用是悬沙浓度变化的重要因素。悬沙输运通量计算结果表明,该海域的悬沙输运通量也存在时空变化:西部的输运通量大于东部,枯季的输运通量大于洪季;西部海域的悬沙在洪季主要向西南输运,而枯季则向东南输运,东部海域的悬沙洪季和枯季均向西南输运。（3）数值模拟结果表明,研究区水位存在季节性差异:洪季水位明显大于枯季。近岸地区的欧拉余流显著大于离岸地区,且方向多为自东向西与岸线平行;在长山列岛与王家列岛附近,受岛屿屏蔽作用,形成了绕岛逆时针旋转的余流涡旋。（4）数值模拟结果得到了整个海域悬沙场的变化,且主要结果与沉积动力观测分析相一致:枯季的悬沙浓度及悬沙输运通量显著大于洪季;在枯季,近岸地区的悬沙输运方向为向西南输运,而离岸较远的地区悬沙输运方向为向东北输运;在洪季,研究区的悬沙输运方向为向西南输运。由于岛屿屏蔽作用影响,枯季向东北输运的悬沙在长山列岛,王家列岛的西南部发生沉积。大风天气下,研究区近岸向西南的余流增强,使得悬沙主要向西南输运。研究区具有与长江、黄河等大河类似的“夏储冬输”的悬沙输运格局,但夏储的地点和冬输的机制可能存在差异,有待进一步研究。

论文目录

摘要

Abstract

第一章引言

1.1 研究意义

1.2 研究进展

1.2.1 水色遥感反演悬沙浓度

1.2.2 浅海水动力数值模拟

1.2.3 辽东半岛东岸海区研究进展

1.3 研究目标

第二章区域概况

2.1 地质地貌

2.2 气象

2.3 水文

第三章材料和方法

3.1 野外观测与采样

3.2 实验室分析

3.3 遥感图像处理

3.4 气象站数据分析

3.5 数值模型

3.5.1 水动力控制方程

3.5.2 模型与参数控制

3.5.2.1 区位与网格

3.5.2.2 边界条件

3.5.2.3 重要模型参数设置

3.5.3 SW模型

3.6 典型研究区域

3.7 洪水影响范围的确定

第四章表层海水悬沙浓度的时空分布

4.1 悬沙浓度反演验证

4.2 悬沙浓度分布的潮周期变化

4.3 悬沙浓度分布的大小潮变化

4.4 悬沙浓度分布的洪、枯季变化

4.5 大风对悬沙浓度的影响

4.6 洪水对悬沙浓度的影响

第五章辽东半岛东岸近海泥质区的水动力特征

5.1 潮汐与潮流特征

5.2 温度、盐度特征

5.3 悬沙浓度分布特征

5.4 余流及悬沙通量

第六章研究区流场的时空分布及悬沙输运趋势

6.1 水动力模拟结果

6.1.1 水动力模型验证

6.1.1.1 水位验证

6.1.1.2 流速、流向验证

6.1.2 流场的时空分布

6.1.2.1 流速的区域分布

6.1.2.2 水位、流速的季节分布

6.2 涨、落潮期间的流场变化

6.3 大、小潮流场变化

6.4 洪、枯季流场变化

6.5 大风期间流场变化

第七章结论

参考文献

致谢

附录一攻读硕士期间撰写的论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 艾乔

导师: 高建华

关键词: 影像,悬沙浓度,时空分布,输运机制,波浪,欧拉余流,辽东半岛,泥质区

来源: 南京大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 海洋学,地球物理学,环境科学与资源利用,水利水电工程

单位: 南京大学

基金: 国家自然科学基金项目:“从鸭绿江到辽东半岛东岸泥区:气候变化和人类活动驱动下的源汇过程及其沉积记录”(41576043),国家杰出青年科学基金:“河口海岸学:潮控河口海岸沉积体系与地貌演化的现代过程研究”(41625021),河口海岸学国家重点实验室开放课题基金:“辽东半岛东岸全新世泥质沉积体系的形成和演化过程对鸭绿江流域变化的响应”(SKLEC-KF201601)

分类号: X55;TV143

总页数: 70

文件大小: 5864K

下载量: 94

辽东半岛东岸泥质区悬沙浓度的时空分布特征及影响因素

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢