海洋泥沙浓度及输移的研究方法综述

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1、海洋泥沙浓度及输移的研究方法综述　　【摘要】本文在综述了海洋泥沙浓度及输移的研究方法的基础上，分析了各种研究方法的优劣，并详细介绍了MIKE-21数值计算与分析软件，以期为相关科研工作者提供帮助。　　【关键字】泥沙浓度；研究方法；MIKE-21　　海洋泥沙浓度及输运过程的变化，直接影响着岸滩地貌的演变过程，尤其是近岸工程的实施，或改变水动力环境，进而影响泥沙输运过程。李建超等[1]研究发现，1855年黄河北徙人渤海后，黄海泥沙补给骤减，改变了水沙之间原有的平衡状态，使苏北海岸冲淤分布格局发生改变。对于海洋泥沙浓度及输运研

2、究，应用较多的是建立模型来反演输运与沉积关系[2]。而建立泥沙模型的方法有很多。其中比较常见的有VB程序模式和遥感。但是，这些方法都有些不足之处。VB程序过于简单，无法应对海洋环境比较恶劣的海域沉积研究，而遥感主要是偏向于宏观观测，对于具体的海洋沉积情况不能做出更加准确的判断。本文介绍了各种泥沙浓度及输运的研究方法，重点叙述MIKE-21泥沙输移模型的应用。　　1.GIS与遥感　　GIS与遥感作为20世纪快速盛行的地理系软件，应用十分广泛。遥感技术具有实时、连续、准确地获取大范围地表信息的能力，而GIS5因为其有力的分析

3、能力被广泛应用。特别在海岸带地区，海水和陆地具有明显的光谱特性差异，因而在遥感图像上可以非常清楚地反映出来[3]；而区域性地表测量资料往往由于水陆性质不同及其他限制因素取得较为困难，因此综合GIS与遥感，使二者相互补充、相互利用，所取得的结果具有较高时间与空间分辨率，并具有直观、准确、易于应用的特点[4]。遥感技术凭借着独特的宏观优势和实时精确的特点，在近岸泥沙输运中运用广泛。余佳[5]应用MODISL1B数据完成了对于黄海泥沙悬浮体的数值反演，建立了单波段悬浮体反演模型。通过建立这种悬浮体的反演模型，可以清晰地发现遥感

4、波段与实测数据的各种相关性，进一步地建立悬浮体泥沙浓度反演模型，定量地对悬浮体泥沙与其他因素的变化关系进行研究。　　2.现场激光粒度仪　　近年来，随着观测技术的不断进步，现场激光粒度分析仪（LISST）被广泛应用，用来实时地完成对泥沙颗粒级配与浓度的测量，其具有测验效率高、垂向分辨率高、实现分粒级测量泥沙悬浮体浓度的能力强等优点[1]。LISST在测定水体悬浮体体积分数时会将所有颗粒都计入最终结果中，如含有较多矿物聚合体或生物碎屑时会有较大的LISST数值，在测量粒径的上界，产生“上升尾”现象。因此，先对数据进行处理，将

5、明显异常值（如具有较高抽滤数据，但较低LISST数据点）剔除掉。为了使结果更直观且能利用于传统的基于质量浓度的悬浮体分析，且削弱大颗粒、低密度悬浮体对LISST观测结果的影响，将LISST数据与抽滤数据对比，将体积浓度转化为质量浓度。　　3.MIKE-21　　3.1泥沙输移模块简介　　泥沙输移模块隶属于MIKE-21水动力模型里面的ST模块。MIKE5-21的ST模块根据水流作用或波流的共同作用来计算输沙率。在波流共同作用时，模型利用DHI模型STP的波周期公式计算输沙率。如果只有水流作用，用户可选择多种常用的输沙计算公

6、式。初始的淤积/冲刷利用泥沙的质量守衡确定。　　3.2泥沙模块步骤　　在运用泥沙模块前，要明确要解决的问题；选用适当的模型；选择维度（一维、二维或三维）；选用适当的模块、水动力、泥沙或波浪；模拟区域范围、区域大小、空间步长；坐标投影（模型转角）。　　3.2.1数据收集与前处理　　地形数据（C-map，XYZ，GIS，CAD，纸制海图等）；边界实测数据和验证数据；风场等参数数据。数据验证利用MIKE.21软件验证其合理性与一致性。　　1.搭建模型　　输入模型参数有地形文件、边界文件、糙率值、涡粘系数时间步长、风场、干湿水深

7、、初始水位等。　　2.运行模型　　3.3.2泥沙模型实例分析　　MIKE.21软件对于泥沙的分析，学者们在辽宁黄海在花园口工程海域实测水文测验资料和地形资料的基础上，从平面二维水沙模型的基本方程和基本理论出发，用MIKE21建立大尺度黄渤海潮流模型，采用嵌套的方法建立了计算区域内的小区域潮流耦合波浪的泥沙数学模型，三角单元有限体积法并对潮流运动和波浪潮流作用下泥沙的输移进行了数值模拟。5　　在运用软件时要注意对模型中关键参数（如剪切应力，水流挟沙能力等）进行重点研究，使地区模型能更好地适应实地情况，并根据计算的实测资料验

8、证计算模式和资料处理的合理性。为工程设计、日后规划发展提供必要的参考依据。对实地地区进行了流场分析，解明其海域涨、落潮流特性。在此基础上建立了波浪和潮流作用下的泥沙数学模型，对悬沙浓度和地形演变两方面进行验证，若悬沙浓度计算值和实测值吻合较为良好，则该泥沙计算模型冲淤是合理的。除此之外，还要关注地形演变反映出的海域的