粉砂海岸典型剖面极端海况泥沙运动观测及其动力机制研究

Synchronous waves, tide, currents, suspended sediment and water depth on a typical section near Huanghe harbor will be measured under extreme (large waves and storm surge) and common weather conditions using new automatic instruments including ADCP, OBS-3A and automatic water sampling device to obtain the hydro-sediment data during storm process and common weather on the silty seafloor. In addition, seafloor sediment will be sampled before and after the storms.the comparative analysis of the data, mathematical derivation, and a three-dimensional mathematical model considering both the large waves and storm surges will be set to analyze and simulate the sediment resuspension and transport processes under extreme conditions in the study sea area based on the measured data. The work by this project can obtain relatively systematic measured data of water and sediment movement on silty coast under storms, the studied results will be good supplement of the measurement and related mechanism research of sediment movement under extreme conditions, and they can provide verification and reference for models and remote sensing interpretation considering sediment movement under storms, which will promote the development of the related research fields and provide scientific basis for construction of ports, waterways, coastal power plant, petroleum platform et al on the studied and other silty coasts.

在黄河海港附近选定典型断面,采用ADCP浪潮仪、OBS浊度计、自动采水器等新型仪器，对粉砂海岸极端海况（大浪及风暴潮）及一般天气情况下的波浪、水流、潮位、悬沙等进行多点自动同步观测，并在风浪作用前后沿观测断面进行海底沉积物取样及水深测量，获取实测水沙运动信息。考虑大波浪和风暴潮的双重作用，采用资料对比分析、数理推导、三维数学模型计算等分析模拟预测极端海况下泥沙再悬浮及平面输移过程，对泥沙运动的动力机制进行研究。项目实施对目前较为缺乏的极端海况泥沙运动实测研究是重要的补充完善，为该领域后期可能开展的更为深入的系统研究提供经验积累。项目所获取的实测资料可以为遥感解译、模型试验等提供验证和参考，分析成果可以为粉砂海岸港口、航道、石油平台等工程开发活动提供科学依据，具有理论意义和实际应用价值。

本项目完成时间为2013年1 月至2016年12月，历时4年。主要针对黄河三角洲海域风浪环境下泥沙运动活跃、海底冲淤剧烈的现象进行现场观测和机制分析。. 现场观测及获取的数据：本项目于2013年4月春季研究海域（黄河三角洲埕岛海域）北风盛行时进行了为期8天的现场观测，获取了风浪天气情况下的海流、波浪、水位、悬沙、海底沉积物等的第一手同步观测资料；结合海洋公益项目《近海海底地质灾害评价及防控关键技术研究》获取了研究海域2014年12月冬季风浪天气情况下的水沙同步观测资料。. 重要结果及其科学意义：通过实测研究发现黄河三角洲浅水水域在风速5-15m/s、波高50-150cm的情况下，实测水体悬沙含量为5.7- 49.6 kg/m3，最大悬沙含量可达49.6 kg/m3，较一般天气悬沙含量高出3个量级；悬沙中值粒径1.2~2.1um (8.8-9.7Φ)， 较一般天气细约1-2个Φ值。. 机制分析：观测过程中大风作用导致波浪增大，对海底泥沙的作用增强，波浪掀沙导致大量泥沙进入水体，悬沙含量增高，这是本项目观测获取的悬沙含量值普遍增高的原因。其次，本项目观测过程中大风经历了由北风转为南风的过程，北风导致观测海域增水，南风导致观测海域减水，增减水过程叠加在天文潮之上，导致落潮时的水位变化大于一般天气，使得流速增大，水流携砂力增强，从而水体中悬沙含量增高。本次观测获取的两个悬沙含量极值均发生在落急后2-4小时，体现了悬沙含量和风暴潮流和天文潮流叠加产生的高流速的正相关效应。. 本项目对风浪天气情况下粉砂底床水沙现场观测进行了尝试，并成功地获取了水沙同步实测值，特别是获取的悬沙含量值较以往在该海域获得的含沙量值普遍高出2-3个量级，对认识黄河三角洲风浪作用下的泥沙运动规律和机制提供了新的证据，并由此分析认为：风浪掀沙以及天文潮流和风暴潮流叠加产生的向海高速水流携沙是极端天气时水体悬沙含量急剧增高以及近岸浅水区海底强烈侵蚀的重要原因。