基于adcp反向散射强度估算悬沙浓度在洋山港的应用研究

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1、第31卷第2期水文V01．31No．22011年4月J0URNAL0FCHINAHYDROL0GYApr．，2011基于ADCP反向散射强度估算悬沙浓度在洋山港的应用研究张志林，邓乾焕，朱巧云，钱峰(1．长江水利委员会长江口水文水资源勘测局，上海200136；2．长江航务管理局长江宜宾航道局，四川宜宾644002；3．水利部水文局，北京100053)摘要：洋山深水港地形差异大，流态复杂，在宽阔的西口门和窄深东15'门，以传统方法同步开展悬沙输移监测十分困难。详述了在颗珠山汊道应用ADCP走航测沙的实现方法，结论显示，与传统代表垂线法成果相比，通过ADCP声反向散射信号计算的垂线平均含沙

2、量，其对比标准差约为6％，随机不确定度在12％(置信水平为95％)左右，误差分布基本成正态，两种方法之间的断面输沙率相关系数达到0．96，可见，利用ADCP的声反向散射信号，只要标定得当，在洋山港区得到的垂线平均含沙量和断面输沙率是可信的。该技术将为洋山港区关键控制断面悬沙监测提供新思路。关键词：ADCP；声反向散射；含沙量；洋山深水港；颗珠山汊道中图分类号：TV123：TV148文献标识码：A文章编号：1000—0852(2011)02—0062—071引言上海国际航运中心洋山深水港建在多岛屿、多汊道、强潮流、高含沙的自然环境中，水文泥沙问题是港口运营维护的关键技术难题。多船同步、沿

3、水深分层采集水样进行实验室分析的传统水文泥沙测验方式，具有工作量大、同步性差、代表性低等局限性。而洋山港区受两侧岛链的约束。流态复杂，在宽阔的西口门和窄深东口门，以传统方法同步开展悬沙输移监测尤其困难。而利用声学多普勒流速剖面仪(ADCP)输出数据中的声学信息，通过少量实测水样的率定，计算出整个断面的实时输沙率，是潮汐海域水文泥沙监测的一次创新。为此，在上海市科委的资助下开展了专题研究，研究区域见图1和图2。研究分两部分，首先，Fig．1ThelocationoflargeandsmallYangshanislands验证声学仪器ADCP在洋山港区开展测沙作的可行性，研究区域为颗珠山汊

4、道的ADCP一9断面；其次，2工程区水文泥沙条件与变化特征在洋山港区应用ADCP开展大范围悬浮泥沙监测，评估洋山港区总体冲淤环境。本文为第一部分研究。本节资料来源于洋山建港前后，自1992年始的收稿日期：2010—09—06基金项目：上海市科研计划项目课题(N0．09231200504)作者简介：张志林(1968一)，男，江苏南通人，教授级高级]程师，主要从事水文测绘、河口海岸及自然地理研究。E～mail：cjkzzl@126．conl第2期张志林等：基于ADCP反向散射强度估算悬沙浓度在洋山港的应用研究63294次的定点观测和自2002年始的23期ADCP断面指标F=(+)／日，增幅

5、5％，与建港前相比，潮动流场跟踪监测成果。力略有增加，但潮汐性质未变。2．1水文条件2．2泥沙变化特征洋山海域水流具有明显的潮周期运动特征，落潮据小洋山验潮站(见图2)定点长期观测资料．崎流占优。涨、落潮流按WWN-EES方向，流经崎岖列岖列岛内海区含沙量年平均为0．8～0．9kg／m，．年内逐月岛，穿越洋山海域主通道和众汊道，进出杭州湾，以半分布具有明显的季节性变化，冬季高、夏季低，与本区13周期往返流动，半日分潮椭率约为0．1左右，往复性风浪强度的季节性变化基本一致。非常强。洋山海域泥沙属黏土质粉砂类型。近岛屿周边底部泥沙较粗，以砂一粉砂一黏土为主，中值粒径D∞为0．019～0．0

6、54mm；主通道海域底沙以黏土质粉砂为主，D如介于0．0042～0．022mm；悬沙D介于0．0063～0．O147mm。风浪对本海域含沙量具有明显影响。底沙在波浪作用下悬扬，在潮流作用下搬运，因此，本海域泥沙运动以“波浪掀沙，潮流输沙”为主要运动形式。多年的水文测验结果表明．本海域含沙量总体有如下特点：①垂线分布为表层低，底层高，实测底层最大含沙量在5．0kg／m以上；②时间分布一般为大潮含沙量大，中潮次之，小潮含沙量最小；③空间分布，列岛南部海域要高于北部，西部高于东部，主通道含沙量相对较低。图2研究区域示意图平均约为1．0kg／m左右。Fig、2Thesketchmapofthe

7、studyarea3试验区域与方法洋山海域工程前西口门落潮流速较大，向东至通道中段渐减，后渐增至东口达最大；涨潮流速东口最大，自3．1试验区域与布置东向西递减；流速横向分布以通道中央较大，近岛链岸本次研究的区域选择颗珠山与小洋山之间的汊道侧较小；通道中央以涨潮流略占优势，而两岸侧则落潮(颗珠山汉道)，如图2所示。该汊道为原北岛链4大汉流明显占优。以1992年2月大潮测次为例，本海区内实道之一，是北岛链目前仅存的未封堵的汊道，其断面形测落潮垂线平