江苏沿海悬浮指标特性及含沙量垂线分布公式的选取.pdf

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1、泥沙研究2014年6月JournalofSedimentReseareh第3期江苏沿海悬浮指标特性及含沙量垂线分布公式的选取陈橙，王义刚，黄惠明，袁春光(河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室，江苏南京210098)摘要：基于大范围江苏沿海悬沙含沙量实测资料，拟合各经典含沙量垂向分布公式，分析悬浮指标的影响因素，结果表明，江苏沿海夏季的悬浮指标远大于冬季，且大小潮以及涨落潮对悬浮指标的影响具有地区差异性。此外，悬浮指标的拟合与公式选取有关，Laursen公式拟合计算出的悬浮指标最大，其次是Tanaka．Sugimo—to公式。对各公式的含沙量计算结果进行分析可知，

2、Laursen公式计算出的含沙量最大，其次为Tanaka—Sugim—oto公式，而Rouse公式计算结果最小。最后分析了含沙量垂向分布公式在时空差异上的最优选取，结果表明江苏沿海北部以Lane—Kalinske公式为主，而南部则以Rouse公式居多；夏季较多采用Rouse公式和Lane—Ka—linske公式，但冬季则以Lane—Kalinske公式和Laursen公式为主，该结论可为今后江苏沿海局部地区进一步的科学研究及工程应用提供一定帮助。关键词：江苏沿海；悬沙；含沙量；悬浮指标；时空差异中图分类号：TV148文献标识码：A文章编号：0468—155X(20

3、l4)03—0042—071引言江苏沿海具有庞大的辐射状沙脊群和宽阔的潮滩。沿海海域的悬沙多为粉沙淤泥质，悬沙中值粒径以0．006～0．022mm为主，泥沙来源复杂，近底床沙、悬沙交换频繁，悬沙垂向掺混强烈。目前，众多学者已对江苏近岸海域进行了大量的研究⋯，涉及水动力特性口’、形成机理’、演变规律’以及潮流通道稳定性’等方面。然而，该海域具有复杂的动力条件(辐射状潮流)、独特的泥沙性质(粉沙淤泥质)以及显著的水环境变更(水沙环境的季节性变化)，因此对该海域的悬沙含沙量垂向分布的研究具有特殊的科学价值。此外，随着江苏沿海大开发上升为国家战略，研究该海域的悬沙垂向分布

4、特征对其可持续开发与保护具有重大的现实意义。本文基于江苏沿海大范围的悬沙垂向分布资料，对悬浮指标特性进行研究，并对含沙量垂向分布公式进行比选，旨在为后续研究提供参考。2含沙量垂向分布公式含沙量垂向分布由Rouse开创了先河。Rouse应用扩散理论，通过假定泥沙扩散系数等于水流紊动涡黏系数，在二维恒定流冲淤平衡状态下推导出了著名的Rouse公式。然而，Rouse公式存在3点不足：(1)表层含沙量为0，与实测资料不符；(2)床面含沙量无穷大，需要引入参考高度及平衡含沙量概念；(3)垂线平均含沙量的计算需采用数值积分。因此，不少学者尝试采用不同的理论对含沙量垂向分布进行

5、表述(包括扩散理论、能量理论、相似理论以及随机理论)，推导出各自的含沙量垂向分布公式。倪晋仁等⋯认为各理论都能化为扩散方程的简单形式，主要差别是扩散系数的不同；Dyer和收稿日期：2013-07-03基金项目：闰家科技支撑计划项目(2012BAB03BOI)；江苏省普通高校研究生科研创新计划项目(CXZZ13—0258)；中国近海海洋综合凋奁与评价专项(江苏省908专项)；江苏省自然科学基金青年基金项目(BK2012411)作者简介：陈橙(1988一)，男，福建福州人，博士，从事海岸、河口动力环境及模拟研究。E—mail：chencheng一1117@163．to

6、ni42Soulsby则列举了3类典型的悬沙扩散系数分布形式。目前，含沙量垂向分布公式种类繁多，由于一些公式或是结构复杂，或是含有较多的待定参数，亦或采用分段表示，并不适合六点法的拟合，故本文仅选取了较为常见、适用性较高的5个公式。，”。进行比选。2．1Rouse公式RouSe公式目前被泥沙工程界广泛采用，表达式为(1)S=(＼1一rrrr／式中为相对水深；。为相对参考高度；S为含沙量；S。为参考高度下的含沙量；Z=／KU+为悬浮指标(to为有效沉速，，c=0．4为卡门常数，U。为摩阻流速)。2．2Lane．Kalinske公式(L-K公式)L-K公式采用常数型分

7、布的泥沙扩散系数，表达式为S=e-6Z*(o--c,a)(2)2．3Laursen公式Laursen公式⋯采用线性分布的泥沙扩散系数，表达式为=(3)2．4Tanaka—Sugimoto公式(T—S公式)T．S公式¨的形式与Rouse公式相似，表达式为S【()(篙)]㈩2．5Huang公式Huang等¨结合河El海岸地区的实际情况，在T．S公式基础上考虑了水体表面掺混的情况，加入掺混长度，导出的悬沙垂向分布公式为～z·⋯)-f()]一(5)_二二!二一arctan(6)K-LK-L3水文泥沙测验概况及资料选取数据来源于“我国近海海洋综合调查与评价专项(908专项)

8、”。在废黄