海底沉积物立体动态输运通量原位观测技术研究

The submarine sediment transport is of vital significance for the circulation of matter in global material system and long-term evolution of submarine topography and geomorphology. Up to now, studies on sediment transport rates have always depended upon indirect estimation from the data of acoustic doppler current profiler (ADCP) and suspended solids concentration profilers, few studies could realize the direct measurement of transport fluxes. This project aims at developing an in-situ observation device for measuring time-series sediment transport flux in three-dimension, establishing corresponding method for error calibration and data analysis,not only achieve the long-term direct measurement of transport fluxes,but also connect sediment samples. Research achievments will provide a more effective technique for some popular research regarding sediment dynamics and circulation of materials.

海底沉积物的输运过程对于全球物质循环与海底地形地貌的长期演变具有重要意义。目前，对沉积物输运规律的研究普遍依赖基于ADCP流速剖面与悬浮泥沙浓度剖面数据的间接估算，鲜有直接测量沉积物输运通量的成熟方法。本项目拟在研发一套沉积物输运通量三维时序原位观测装置，并建立配套的观测误差分析、校正方法与数据分析处理方法，不仅能够实现对沉积物通量的定向、立体、长期、时序观测，而且可以精确获取时序悬浮沉积物样品。本研究将为海底沉积动力过程、物质循环过程等科学研究提供一种更为有效的技术手段。

海底沉积物的输运过程对于全球物质循环与海底地形地貌的长期演变具有重要意义。目前对沉积物输运过程的观测普遍依赖声、光学监测设备的间接估算，少有对沉积物输运通量进行精确解析的成熟方法。而直接获取沉积物样品的传统捕获器，由于缺乏时间、方向的可靠分辨率，难以实现长期高精度观测。.本项目对海底沉积物立体动态输运通量原位观测技术进行研究，设计了沉积物输运通量三维时序原位观测装置3-D Trap，并对其结构进行了优化设计；在此基础上建立了基于流速与悬沙浓度的沉积物动态输运通量解析方法，以及一套普遍适用于海床基的动态沉降过程数据解析方法；开展水槽试验与数值模拟进行对比分析，最终验证了对于再悬浮沉积物进行空间时序分割方法的合理性与可行性。.通过对以上内容的研究，完成了3-D Trap的结构设计方案，建立了一套输运通量解析方法，通过试验进行验证并进一步完善优化，最终形成海底沉积物立体动态输运通量原位观测技术，并实现再悬浮沉积物的捕获取样。.该技术与目前主流的声学、光学等间接、低浓度观测方法形成技术互补。能够为黄河入海泥沙远距离输运过程及机制、海岸带地区岸线及海底侵蚀淤积等研究提供技术支持，并能够定量解释输运沉积物动态变化过程及特征，为河口海岸地区沉积动力过程的数值模拟、灾害风险评估及预测，提供数据支撑，该研究对于指导陆缘沉积物的原位观测具有重要的科学意义和应用价值。