泥沙颗粒的粒径谱分析——以长江口泥沙为例.pdf

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1、泥沙研究2012年12月JournalofSedimentResearch第6期泥沙颗粒的粒径谱分析——以长江口泥沙为例周晶晶，张长宽，薛鸿超2(1．河海大学港13海岸与近海工程学院，江苏南京210098；2．河海大学海岸及海洋工程科研所，江苏南京210098)摘要：引入粒径谱函数的颗粒分析方法，改进以往粒径累积频率曲线中无法用数字关系式表达的缺陷，标准化后的标准谱函数参数可简化为唯一的谱宽指数，更直观地反应粒径级配关系，使颗粒分析具有统一的标准。研究表明：粒径的粗细、均匀程度等特征值均可用数学形式表达。已采集的长江口分析沙样，属细颗粒泥沙范畴。谱函数参数：粗度A<1，泥沙越

2、粗A值越大，其变化范围在0．22—0．66之间；非均匀度B>1，泥沙越不均匀曰值越大，曰值范围在1．O5—2．93之间；长江口泥沙谱宽指数b值在0．05～0．66之间。实验及其分析计算结果显示各取样点泥沙的特征值差距较大，表明长江口泥沙粒径在粗细及均匀程度上有所差异。关键词：泥沙；粒径谱；颗粒分析；长江口；谱宽指数中图分类号：TV141文献标识码：A文章编号：0468·155X(2012)06-0019-07粒径是泥沙的重要几何特征，泥沙的理论分析及实际应用均与之有密切联系。根据粒径大小可将泥沙划分为多种类型，如顽石、卵石、粗沙、细沙和粘土等，某一类型的泥沙有某一个粒径区间，

3、如细颗粒泥沙粒径在0．005～0．625mm之间，范围较宽。因而在实际应用中，需了解泥沙的粒径和级配分布。通常多将中值粒径和累积频率曲线进行对比，目前在泥沙研究和工程应用中多使用中值粒径的概念，在某些情况下，无法精准地反映泥沙的粗细及均匀程度。随着分析要求的进一步提高，需寻求一种更能确切表示泥沙几何特征和分布规律的表示方法。本文提出的粒径谱法正是基于此情况而修正的粒径分析方法。该方法将分析数据用标准化的粒径谱函数形式表示，统一对比谱宽指数这一指标，可比性强且可作为划分细颗粒泥沙种类和地域的特征参数。／1粒径谱概述谱分析¨是用来寻找数据系列中的周期或循环结构的一种技术。通过快速

4、傅里叶变换将一时间序列在给定时刻分解为一系列频率的函数，再通过最dx-乘法求得回归系数，进而讨论谱密度与周期或频率的关系。谱分析可以应用于多个领域，目前应用比较广泛的是波浪谱、功率谱，而粒径谱的应用较晚。粒径谱(biomasssizespectra)是涵盖不同粒级大小的各种活生物量的分布。也就是说，生态系统中的生物，无论个体大小，均可看作“颗粒”，并且可用相应的球形直径(equivalentsphericaldiameter，ESD)表示粒级(sizeclass)。粒径谱是从群落的角度对生态系统进行研究的一种方法。该方法将某一特定生态系统中的群落看作一个整体，按照个体大小将所

5、有生物划分为不同的粒级，而不考虑每个个体属于哪个分类阶元。粒径谱首先由Sheldon等于1967年提出，他们先将生物按照大小(或体重)分为几个粒级，然后算出每一个粒级的生物量，从而得出一条反映生物量与粒径大小关系的曲线，即粒径谱。轴表示生物体重、所含能量或粒径大小，Y轴则表示单位体积水中颗粒的总体积。Sprules等把轴与Y轴均按照对数值划分，作出的粒径谱可简化为一条回归直线，并且相关性收稿日期：2012-07-04基金项目：国家“973”项目(2010CB29001)；高等学校博士学科点专项科研基金(20110094120020)作者简介：周晶晶(1981一)，女，江苏射阳

6、人，博士，讲师，从事港口、海岸工程泥沙研究。E·mail：zjj@hhu．edu．ca19显著。但是，粒径谱通常用相应球形直径表示生物量的大小，个体之间的形态差异可以基本排除，而很多生物相应球形直径虽大致相同，质量仍有一定的差异。于是，Boudreau等在他人研究的基础上，提出了“正态化粒径谱”。他们将各个粒级及其平均生物量进行对数转化，这种双对数图形称为正态化粒径谱(normalizedsizespectra)，它基本上是一条直线。国内对于粒径谱的研究已经起步，主要包括浮游生物、底栖生物群落的研究。中国海洋大学’、中科院海洋研究所、厦门大学。’”和中科院海洋生物资源可持续利

7、用重点实验室¨等科研院校和单位在这方面做了一些工作。但是，粒径谱大多用于生物领域，主要用于反应各种粒级大小的各种生物量的分布。华东师范大学¨在粒径谱方面也有研究，该校将仪器与谱分析相结合获得了絮凝粒径与大小潮周期变化之间存在一定关系的结果。粒径谱的应用不仅仅表现在这些方面，河海大学薛鸿超通过计算和绘图发现：泥沙的粒径也可以用粒径谱来反映，可以表示为粒径与累计频率的谱函数；粒径谱分析的计算数据和绘图结果更能够反映泥沙样品的特征；将粒径谱函数标准化则更具有普遍适用性，且有统一的参数作为指标进行比较。2粒径谱