基于多频声学泥沙反演的珠江河口湍流尺度泥沙输移扩散过程研究

Complex estuarine dynamics produces highly varying patterns of sediment distributions. How to describe these structures needs to make a break-through in both basic theory and detection technology. Existing sediment diffusion theory cannot well describe these sediment structures, while high-resolution sediment detection technology is in need. In this project, estuarine turbulence, acoustical sediment and sediment transport will be highly integrated in the Pearl River Estuary. Laboratory experiments, in-situ observations and theoretical analysis will be simultaneously conducted to identify temporal and spatial distributions of estuarine turbulence, to perform multi-frequency acoustical sediment inversion, and to explore estuarine sediment diffusion. The objective of these studies is to develop a more physically solid sediment diffusion theory, so that we can accurately predict the complicated distributions of estuarine sediments. Therefore, these concurrent investigations of estuarine turbulence and acoustic sediment inversion will definitely promote the studies of turbulence mechanism of estuarine sediment transport.

在复杂的河口动力作用下河口泥沙呈现出丰富多变的时空分布结构，如何描述这些河口泥沙分布规律在基础理论和探测技术上均需要进行突破。经典的泥沙扩散理论不能很好地描述这些结构，时空高分辨率的泥沙探测技术也有待革新。本项目以珠江河口为例，将河口湍流、声学泥沙和泥沙输移三方面紧密结合，采用实验室试验、现场观测和理论分析等方法，分别对河口湍流时空分布规律、多频声学泥沙试验与属性反演、河口泥沙湍流扩散机制等问题开展系统研究，建立物理基础更加牢固的泥沙扩散理论，预测复杂的河口泥沙输移扩散规律。因此开展基于多频声学泥沙反演的珠江河口湍流尺度泥沙输移扩散过程研究，可以真正地从宏观的泥沙分布规律研究深入到微观的泥沙扩散机制的探索。

在复杂的河口动力作用下河口泥沙呈现出丰富多变的时空分布结构，如何描述这些河口泥沙分布规律在基础理论和探测技术上均需要进行突破。经典的泥沙扩散理论不能很好地描述这些结构，时空高分辨率的泥沙探测技术也有待革新。本项目将河口湍流、声学泥沙和泥沙输移三方面紧密结合，采用实验室试验、现场观测和理论分析等方法，开展基于多频声学泥沙反演的珠江河口湍流尺度泥沙输移扩散过程研究，可以真正地从宏观的泥沙分布规律研究深入到微观的泥沙扩散机制的探索。.本项目自主研制了一套声学散射标定与试验系统（ASCE），并对系统的稳定性、试验性能等开展了系统的研究，在此基础上进一步实施声学泥沙标定试验与属性反演研究，发展了非球体颗粒散射的理论与实验分析方法。通过泥沙声学与光学综合高分辨率现场观测，建立了物理基础更加牢固的广义泥沙扩散理论，据此揭示了盐水入侵头部潮汐应变致对流机制与泥沙悬浮新机制，发现了河口低氧区颗粒再悬浮产生的颗粒有机质耗氧效应。在项目实施过程中，积极开展国际合作与交流，主办了与泥沙声学主题有关的多场专题学术会议，培养了一批优秀的研究生和青年人才，推动了学科发展。.在本项目实施期间发表期刊论文12篇，其中SCI期刊论文8篇，会议论文1篇，专利1项。主办国际专题学术研讨会3次，在“声学泥沙”方向邀请国际重要专家来访，开展合作交流。组团出访德国和英国重要的近岸海洋研究机构和院校，开展双边学术交流和合作。项目成员在国际学术会议大会特邀报告1人次，口头报告10余人次。项目执行期间培养博士研究生5名，硕士研究生12名，博士后2名。申请获得与本项目相关的国家自然科学基金委-广东省联合重点基金1项，面上项目3项。