杭州湾多时空尺度悬沙动力变化特征及与潮滩变化的互馈机理

发布时间：2020-10-30 05:59

　　 河口区域是海陆相互作用的核心地带。悬浮泥沙浓度及输移特性对河口海域的生态环境、地形演变、潮滩变化起着关键作用,反之亦然。本文以杭州湾为典型研究区域,研究该区域悬沙动力多时空变化特征及形成机制,重点研究潮滩变化条件下悬沙输运动力特征的变化趋势,分析潮滩变化影响悬沙动力过程的互馈作用机理,具有重要的科学及工程意义。本文比较选取了适用于杭州湾海域的Landsat、GOCI卫星悬沙浓度反演算法,建立了杭州湾表层悬沙浓度反演模型,其中Landsat反演算法平均相对误差为15.6%。基于FVCOM水动力数值模型及ESSed泥沙数值模型,双向耦合水沙密度,引入浮泥对底边界层的影响,考虑细颗粒泥沙絮凝作用对沉降速度的影响,建立了考虑浮泥-密度场-潮滩变化的跨尺度三维水沙耦合数值模型(ESed)。模型应用于杭州湾,采用实测水沙数据及遥感反演数据进行多时空角度验证,具备实际可行性与可靠性。基于以上研究手段,对以下杭州湾悬沙动力变化特征进行了研究:1.杭州湾表层悬沙浓度及最大浑浊带年际变化特征基于1984～2015年Landsat系列卫星影像数据、2011～2015年GOCI卫星影像数据,细化遥感数据筛选原则,最大程度减少悬沙浓度日、月变化在年际变化分析中的干扰。筛选近三十年的卫星影像数据,并将其分为5个年代组。结果表明,从年代组a(1984～1988)到年代组e(2013～2015)期间,杭州湾最大浑浊带(700 mg/L)面积从2205 km2下降为647 km2,年化下降率为4.57%。各年份组悬沙浓度面积分布类型均为正偏分布,且偏态系数由0.63增长至2.03,显示高悬沙浓度区域占比不断降低。长江入海泥沙量的减少,潮滩减少导致的水流挟沙能力降低及局地泥沙来源减少是杭州湾悬沙浓度及最大浑浊带面积下降的重要原因。洪季钱塘江大洪水通过减小湾顶水深,增大泥沙再悬浮率使得湾顶局部悬沙浓度异常升高。2.杭州湾潮滩-悬沙动力特征及其产生机理基于所建泥沙数值模型(ESed),分析了杭州湾悬沙浓度时空变化特征、多时空角度悬沙输移机制,以及南岸浅滩局部输沙特征。结果表明:杭州湾悬沙浓度的时空分布极不均匀。平面上由于水深差异,北岸悬沙浓度明显低于南岸;垂向上受水体层化的影响,表层悬沙浓度与底层的差异可达10倍以上。时间上涨潮期最大悬沙浓度约为落潮期的1.2倍,大潮期悬沙浓度约为小潮期的2倍。杭州湾悬沙呈现“北进南出”的运移趋势。潮泵输运是悬沙净进出杭州湾的主要机制。受横向环流的影响,杭州湾南北两岸悬沙交换整体上呈现表层向北岸输移,底层向南岸输运的分布特点,具有“北冲南淤”的冲淤分布特征。非线性对流项、摩擦耗散项对特征断面横向环流的影响占比之和在60～70%之间,科氏力影响占比从湾顶附近的11%增加至湾口附近的26%。受涨落潮流及地形影响,南岸庵东前沿水域悬沙净输运呈逆时针涡旋状,相应的该水域以淤积为主,局部水域冲刷。科氏力的存在减小了庵东水域的冲淤幅度,水深地形则是主导庵东水域悬沙输运特征的重要因素。3.杭州湾潮滩变化与悬沙动力特征的互馈作用机理1974至2020年间杭州湾沿岸潮滩累计减少面积将达1290km2,占杭州湾面积的25.8%。通过数值实验,分析了潮滩变化对杭州湾悬沙浓度、输运特性及地形冲淤的影响及作用机理。结果表明:潮滩减少改变了湾内流速及底床切应力,使得悬沙浓度在乍浦以西/东水域有降低/增加的趋势。潮滩减少主要通过影响潮泵效应,改变湾内纵向悬沙输运特征。1974至2003年,澉浦断面陆向悬沙净通量增大,金山、芦潮港断面陆向悬沙净通量减小,杭州湾淤积量减少。2003年后,各断面悬沙净通量变化趋势与1974至2003年间相反,杭州湾淤积量增大。1974至2020年,潮滩减少后杭州湾岸线缩窄,横断面弯道输沙效应增强,向南岸输沙趋势加大,南岸潮滩区沉积率明显上升。潮滩面积减少后,湾内悬沙输运特性的变化主要是水动力条件变化导致的,泥沙来源的减少对湾内悬沙输运的影响主要局限于局地范围之内。潮滩变化的地理位置对杭州湾水沙动力特征的影响不同,其中湾顶以上区域潮滩的减少对湾内水沙特征的影响最大,且影响幅度自湾顶至湾口逐渐降低。各区域潮滩的减少对杭州湾水沙环境特征参数的影响具有叠加效应。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TV148
【部分图文】：

其余卫星１６天覆盖全球一次。同一地区的拍摄时刻接近，杭州湾地区的成像??时刻在格林烕治时间０１：３０？０２：３０之间。Ｌａｎｄｓａｔ每张卫星影像对应的扫描面积在??１８５?ｋｍ?ｘ?１８５?ｋｍ左右，杭州湾海域一幅Ｌａｎｄｓａｔ卫星影像即可完全覆盖（如

浙江大学硕士学位论文?２杭州湾悬沙浓度遥感反演??得到较为准确的校正结果［６４］，且？１＾八八５只大气校正方法已内置到ＥＮＶＩ软件中，??使用较为方便，故本文采用ＦＬＡＡＳＨ大气校正方法，图２．２为ＥＮＶＩ在Ｗｉｎｄｏｗｓ平??台下运行ＦＬＡＡＳＨ大气校正模块的操作界面。??＇ＥＮＶＩ

?２０１３）間?ＨＪ?ＣＣＤ?湾??注：式中Ｃ为悬沙浓度，单位为ｍｇ／Ｌ；凡．５为各波段的遥感反射率，括号内为各波段的中心波长??实测泥沙数据点Ｓ１？Ｓ６分布在杭州湾湾内水域（测点位置见图２．３），数据测??量时间与２０００年９月２日的Ｌａｎｄｓａｔ?７?ＥＴＭ＋卫星影像数据同步１２３］。各经验算法的反??演误差如表２．３所示，反演算法Ｒｌ、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４的反演值与实测值的平均相对误??差分别为５０．２?％、３５．０％、５１．４％、１５．６％。??：層??＇Ａ??１２０．７?１２１．２?１２１．７?１２２．２??Ｌｏｎｇｉｔｕｄｅ?Ｅ（ｄｅ＾ｒｅｅ）??图２．３杭州湾测点分布图??Ｆｉｇ．?２．３?Ｓａｍｐｌｉｎｇ?ｓｔａｔｉｏｎｓ?ｉｎ?ＨＺＢ??１５??
【参考文献】

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本文编号：2862094