江苏辐射沙洲水道含沙量变化动力响应.pdf

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1、泥沙研究2010年l0月JournalofSedimentResearch第5期江苏辐射沙洲水道含沙量变化动力响应吴德安，马林艺(1．河海大学港口海岸与近海工程学院，江苏南京2100982．河北管理干部学院信息工程系，河北石家庄050031)摘要：以辐射沙洲海域两个潮周期的风速、水、沙实测资料为例，利用小波分析和最大熵功率谱分析结合的方法揭示了潮流水道流速、水深、风速、各层含沙量5个层次的小波分析信号的频谱关系和相位关系。对水体各层含沙量的潮过程中的各频段信号进行了分析，明确了其响应变化机制。潮流水道水体含沙量与风速、流速、水深的变化存在着复杂的响应关系。潮流水道悬沙含量的变化与风速(

2、风浪)、流速、水深都有关系。涨落潮流的不对称性，水体背景含沙量，水流紊动，重力作用，响应延迟效用都影响着各层悬沙在潮动力过程中的悬浮与沉降过程。在不同的小波分析层次上的流速、水深、风速对水体含沙量变化所起的相对作用大小是不同的。在同一小波分析层次中的流速、水深、风速分别对不同水层的含沙量变化所起的相对作用大小也是不同的。含沙量的高频变化主要是水流流速的变化起作用。从风速和流速的频谱结构上来看，风速与水流之间有耦合响应关系，风速对含沙量变化起作用是通过影响潮流流速和产生波浪进行的。动力强迫与含沙量响应并不是线性对应的，而是具有非线性的特征。关键词：辐射沙洲；潮流水道；含沙量；流速；小波分

3、析；最大熵谱分析中图分类号：P731．23文献标识码：A文章编号：0468—155X(2010)05-0032-091研究背景南黄海辐射沙脊群是浅海大陆架巨型海底地貌组合体，由潮流沙脊、古河道沙体、后期侵蚀堆积沙体三部分组成，是低海平面古长江在苏北人海时的堆积体受辐合潮波改造而成。研究表明辐射沙脊既是以潮流动力为主的堆积体，同时有波浪作用参与，使沙体宽大，与单纯的线性潮流脊的成因有明显区别。南黄海辐射沙洲海域。是南黄海旋转潮波系统与东海前进潮波系统相遇之处。据实测资料，南黄海西南部同时存在着辐射状潮流场，表现为半日潮流椭圆长轴方向指向掠港，即以掠港为顶点，涨潮时向顶点辐聚，落潮时向海域

4、辐散的动力格局。《条子泥促淤并陆工程试验研究》课题对图1所示的辐射沙洲海域主槽和中心沙滩水道的潮流、泥沙在中潮期间进行图1沙洲形态与站位图了多站位准同步测量。即分别于1998年秋季在中心沙洲外围Fig．1Configurationofshoals水道和2000年5月份在中心沙洲水道进行了图1所示的33andobservationstations个站次的水流、含沙量两个潮周期的准同步时序测量，以对这收稿日期：2008-07-31基金项目：水利部公益性行业科研专项经费(200701026)；河海大学科研启动经费(40801107)资助作者简介：吴德安(1968一)，男，江苏徐州人，博士，主

5、要从事海岸动力方面的数值模拟工作。32一潮流相汇系统的水文动力作进一步的分析。以此为基础，对所在水道的水体含沙量动力响应过程进行研究。2测量与分析方法潮流流速测量方法：采用重庆水文仪器厂生产的ZSX一3型直读流速流向仪对潮流流速、流向进行连续两个潮周期(25小时)的分层的整点时刻测量，测量时间问隔为1小时。测量方法和层次为：水深小于1．5m的测一层(在0．6h处，h为实际水深)；水深在1．5m及2m之间时测两层(水表面以下0．5m处，底床上0．5m处)；水深h介于2m～4m时测三层(水面以下0．5m，0．6h，底床上0．5m)；水深大于4m时测量6层(水面下0．5m处，0．2h，0．4

6、h，0．6h，0．8h，底床上0．5m处)。仪器流向测量精度为±5。，仪器流速测量精度为<2％+0．005m／s。最常用的含沙量测量方法是水的点采样法。采样、测量方法和过程如下：悬沙取样采用传统双开口采样容器，间隔1小时进行分层取样，取样的层次和潮流流速的测量一致，从表层到临底层含沙量分别用C，C。：，c。，C。，c，c来表示。悬沙取样采集上来后，晃动采样容器，使悬沙混合均匀，打开采样容器开口，迅速倒人已编号的水样瓶中，采集水样体积在1L左右。对从野外采集的水样在实验室里用过滤法测定含沙量。同时在测量船上对风速进行了相应测量。研究分析方法：小波分析是一种多尺度的信号分析方法，是分析非平

7、稳信号的有力工具，它克服了窗口傅里叶变换固定分辨率的弱点，既可分析信号的概貌，又可分析信号的细节，具有空间局部化性质，因此，利用小波变换来分析信号是比较有效的，信号中低频部分代表着信息的发展趋势，即长周期变化，在小波分析中，则对应着最大的尺度小波变换的低频系数。随着尺度的增加，时间分辨率的降低，对信号的这种发展趋势会表现得更明显。从频率概念上来讲，尺度分解中的低频部分随着层次的增加，它含有的高频信息会随之减少，当分解到一个层次时，就有更高频率的