风暴天气下淤泥质潮滩冲淤过程及其动力机制

发布时间：2017-12-11 20:08

  本文关键词：风暴天气下淤泥质潮滩冲淤过程及其动力机制

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【摘要】：风暴(storm)是国际上普遍关注的自然灾害之一,也是我国沿海地区发生短期自然灾害的最重要动力因子。淤泥质潮滩(mudflat或muddy flat)在世界上分布广泛,也是我国海岸地貌的重要特色之一。潮滩具有重要的生态环境服务功能、岸堤防护功能、旅游功能,淤涨型潮滩还是潜在土地资源。因此,风暴引起的潮滩冲淤变化对海岸地貌、工程和生态系统有着重要意义。本文选择长江三角洲前缘的开敞型潮滩(南汇潮滩)为研究对象,在台风季节利用RTK-GPS、标志桩法、埋板法、ADV法相结合进行了高程观测;利用脉冲相干多普勒流速剖面仪(HR-Profiler)、电磁式海流计(AEM-HR/USB)、边界层悬浮物剖面测量仪(ASM-IV)、光学后向散射浊度计(OBS-3A)、自容式波潮仪(SBE-26)等高分辨率先进仪器进行了水动力和悬沙的连续同步观测;利用现场采集的表层沉积物样品进行了沉积物粒径与含水量的实验室分析。同时,搜集了台风路径和相邻站位的风速风向资料。在此基础上,研究了台风前后淤泥质潮滩上的水动力变化、悬沙浓度变化、底床粒径变化和滩面冲淤变化,进而进行了潮滩冲淤机制的分析。主要结果与结论如下:1)风暴对潮滩水动力的影响风暴期间潮滩上的波高显著升高。"凤凰"、"巴蓬"、"黄蜂"、"灿鸿"、"莫兰蒂"、"马勒卡"台风期间有效波高的最大值(2.18 m、1.53 m、1.93 m、2.92m、2.50 m、2.09 m)是天文潮相近的平静天气时段的2.0～5.1倍。风暴天气下近底流速显著增大,台风期间最大流速是天文潮相近的平静天气时段的1.4-1.5倍。风暴天气下波-流联合剪切应力(τcw)最大值是天文潮相近的平静天气时段的1.4～6.2倍。2)风暴对潮滩悬沙浓度、沉积物粒径的影响风暴天气下潮滩悬沙浓度剧烈增大。台风影响最强潮周期的近底0.9 m剖面平均悬沙浓度是天文潮相近的平静天气时段的2.0～2.6倍;风暴天气下潮周期近底高悬沙浓度层(悬沙浓度大于10 kg/m3)出现的持续时间达到7～8 h(平静天气下为2～4 h);风暴天气下近底高悬沙浓度层厚度都超过0.9 m(平静天气下小于0.6 m)。风暴天气下潮滩上的悬沙中值粒径(37.5μm)是平静天气下的1.2倍,潮滩表层沉积物通常粗于平静天气。3)风暴对潮滩冲淤的影响及其机制风暴天气下潮滩往往经历"大冲大淤"的变化,冲淤强度是相同潮况平静天气下的数倍甚至数十倍。一次台风事件中观测到的最大净侵蚀深度达到0.7 m,最大净淤积厚度达到0.4 m。由于各次风暴发生前的原始地貌状态不同,加之各次风暴发生时的潮况不同、风暴的路径不同、风暴期间潮滩及相邻潮下带水域风速风向的差异,风暴期间潮滩经历的冲淤变化的细节是复杂的。潮滩断面在风暴事件中的变化应该是"可冲可淤"的,即:可以是净冲刷,也可以是净淤积。断面上不同的部位在风暴事件中的冲淤变化也不同。风暴期间潮滩经受强烈冲淤的动力学机制是风暴把巨大的能量传递给水体,导致波、流动力明显增强,波流联合底床剪切应力明显增大,水体挟沙能力明显增强。风暴期间潮滩经受强烈冲淤的沉积学机制是松散的潮滩沉积物含水量较高,临界剪切应力较低。因此,风暴期间的波流联合底床剪切应力远远超过潮滩沉积物的临界剪切应力,导致大量滩面泥沙再悬浮,水体悬沙浓度明显增大,泥沙随潮流被输送到相邻区域,可能在动力减弱阶段(比如憩流阶段)产生异地强烈淤积。从泥沙收支平衡的角度,风暴事件(前、中、后)除了发生底床与水体的强烈泥沙交换外,"大冲"和"大淤"也是一种泥沙交换,即泥沙的空间交换。
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P737.1

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