河口海岸浮泥观测技术_特性及运移规律研究进展

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1、泥沙研究2013年2月JournalofSedimentResearch第1期河口海岸浮泥观测技术、特性及运移规律研究进展1211李为华，时连强，刘猛，刘高峰(1.上海河口海岸科学研究中心河口海岸交通行业重点实验室，上海201201;2.国家海洋局第二海洋研究所国家海岛开发与管理研究中心，浙江杭州310012)摘要:对近期国内外浮泥观测技术、特性及运移规律研究成果进行了系统综述。在此基础上提出今后需要进一步开展深入研究的课题包括:(1)现场低频超声声强信号反演浮泥密度、流变特性的关键技术;(2)风暴潮作用下的

2、浮泥发育及运移机理;(3)浮泥对港口、航道回淤的影响;(4)异重流形式的浮泥坡面运移规律。关键词:浮泥;观测技术;特性;运移规律;研究进展中图分类号:TV148文献标识码:B文章编号:0468-155X(2013)01-0074-071引言［1］20世纪50年代Inglis和Allen在研究Thames河口泥沙运动规律时首次将近底高含沙水体称为浮泥(FluidMud)，此后该名词逐渐为从事细颗粒泥沙运动研究的专家学者所接受，特指理化性质有别于一般低浓度含沙水体的近底细颗粒泥沙、有机物和水的混合体，是一种普遍存

3、在于淤泥质沉积环境中悬沙落淤或土体液化起悬的中间产物，其密度或含沙量变幅较大，见诸报道的实测浮泥含沙量可从每立［2］方米十千克至数百千克。［3］［4］浮泥多见诸于淤泥质的河口、海岸、湖泊和水库中，内陆河流航道中亦偶有发现，且尤以人工［5］［6］［2］浚深后的淤泥质港口、航道内最为普遍，我国如天津港、连云港、长江口南槽铜沙航道、长江口北［7］［8］［9］槽深水航道、象山港和广州港等。当浮泥体量较大时，可造成掩埋底栖生物、底泥富营养化和航道骤淤后碍航等生态、环境以及航行［10－13］安全等问题。因此，出于港口、航

4、道管理及河、湖整治的需要，自70年代开始，上述问题已引起国内外诸多专家学者的广泛关注，并取得了一系列重要研究成果。本文主要综述当前国内外关于浮泥特性及产生、运移规律方面研究所取得的代表性成果，以期为后续研究工作提供借鉴。2浮泥的观测技术浮泥层厚度、密度垂向分布和流变特性等参数是浮泥现场观测中尤为关注的主要特征参数。对于这些特征参数，自70年代以来产生了一系列接触式和非接触式的测量手段，概括而言主要包括四类。其一为基于放射性射线强度在浮泥中传播沿程衰减原理的放射性非接触式浮泥密度测量手段，如90年［14］代以前

5、广泛使用的γ射线密度计;其二为基于超声波强度在浮泥中传播沿程衰减原理的声学非接触［15］［16］式浮泥密度测量手段，如广泛应用于航道浮泥监测的双频测深仪、曾应用于长江口浮泥测量的［17］［18］HSDM密度计、英国产AQUAscat后向散射泥沙浓度剖面仪、中科院东海研究站研制的ASSM声学［2］［19］悬沙剖面仪，甚至亦有部分学者曾尝试采用ADCP流速剖面仪声强信号反演浮泥表层密度;其三收稿日期:2011-08-19基金项目:国家自然科学基金重点项目(50939003);国家自然基金项目(40806038)作

6、者简介:李为华(1982－)，男，山东沂南人，博士，主要从事河口动力沉积与动力地貌研究。E-mail:liweihua0903@163．com74为基于处于谐振状态振子的共振频率在不同密度流体中存在差异原理的非接触式音叉密度测量手［20］［8］段，如荷兰产Rheotune音叉密度计;其四为基于密度不同的流体对同一物体所产生浮力亦不同的［6］［21］原理的测深砣类接触式浮泥厚度测量手段，如曾广泛应用于天津港适航水深测量作业的三爪砣。出于操作人员安全问题的考量，上述第一类放射性测量手段目前已基本不再使用。而对于上

7、述第二类超声原理的浮泥测量手段，情况相对较为复杂，此类测量手段可量测的参数、精度及测量效率各有千秋。其中双频测深仪测深精度较高，在将高、低频水深简单地对应为浮泥层上、下界面的前提下可直接得出浮泥层厚度，具有可船载非接触式快速测量的优点，该方法曾应用于长江口南槽铜沙航槽适航水［22］深论证工作，但存在复杂动力沉积环境下测深仪数字化水深与浮泥层上下界面并非一一对应、高含［23，24］沙水流条件下测深仪难于获得有效数字化水深的缺点;HSDM密度计尽管与双频测深仪低频回波信号反演浮泥密度的原理相同，但由于其舍弃测量浮

8、泥密度剖面的诉求，而重点关注发射与接收端间准空间点上的浮泥密度，从而精度较前者明显提高，配合压力探头亦可实现浮泥密度垂向剖面的准同步观［25］测，但测量效率较低;AQUAscat后向散射泥沙浓度剖面仪与ASSM声学悬沙剖面仪是同类测量仪器，测量方式和成果形式与双频测深仪本质上大同小异，精度较高，但量程较低(一般为0.1～3［26］20kg/m)，仅可监测浮泥表层密度特征，更适合于水体悬沙浓度测量;A