海洋工程中悬浮泥沙源强的确定
施工产生的悬浮泥沙对附近海域水质影响的定量预测分析
施工产生的悬浮泥沙对附近海域水质影响的定量预测分析曾小辉;吴迪;肖笋【摘要】This paper focuses on the quantitative analysis and prediction on the impact of suspended sediment to the inshore water quality during Zhuhai port LNG channel dredging and construction process. To fully understand the distribution of inshore tidal current, on the basis of the inspection on the hydrological characteristics of the project sea area and its nearby waters, combining with the data from the test flow and tide gauge stations, as well as information on the preliminary work, this paper uses a numerical simulation method to simulate and calculates the state of tidal current field of the project sea area and its nearby waters, and reproduces its movement and characteristics. On the basis of the simulation of tidal current field, this model will predict the transport and diffusion of the suspension and be used to analyze the impact to the inshore water quality during construction.%为了全面地了解珠海港LNG航道附近海域的潮流分布特征，在查阅有关该海域及其附近海域水文特征的基础上，结合模拟区附近的测流站、验潮站资料以及有关前期工作资料，采用数值模拟方法对工程海区及其附近海域的潮流场状况进行了数值模拟计算，再现了模拟区的潮流运动过程和特征。
基于神经网络的长江口深水航道海域悬浮泥沙浓度研究
中图分 类 号：Ｔ ４ ． Ｖ１８１
文 献标识 码 ：Ａ
文章 编号 ： １０ —９２２ １）２０ １ ６ ０ １ ３（０ ００ —２３０ ６
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｕ ｐ ｎｄｅ ｓ ｄｉ ｅ ｔｃ ｎｃ ｎｔ ａ ｉ ｎ ｏ ｎｇ ｚ ｖｅ ｓ ｕａ ｙ ｓ ａ ｃ ｎｓ ｓ ｅ ｄ ｅ ｍ ｎ ｏ ｅ ｒ ｔｏ ｆｔ Ｙａ ｔ ｅ Ｒｉ ｒｅ ｔ ｒ ｈｅ ｄｅ ｐｗａ ｅ ｈａ ｅ ｔ ｒｃ ｎｎｅ ｅ ｒ ａ ｕｓｎｇ ｎｅ ａ ｔ ｒ ｌ ａ ａ ｅ ｉ ｕｒ ｌ ｓ ｎｅ ｗｏ ｋ
（ ．上海海 洋大 学海 洋科 学学 院 ，上海 ２ １０ ； ２ 上 海海 洋大 学 防灾减 灾 中心 ，上海 ２ １０ １ ０ ３６ ． ０３ ６ ３ 大洋 渔业 资源 可持 续开 发 省部共 建教 育部 重 点实验 室 ，上海 ２ １０ ） ． ０３ ６
摘
要 ：航道 治 理和 维护 的核心 问题 为泥 沙 问题 。在 充分 分析遥 感 和遥 测数据 的基 础 上，利用 Ｂ Ｐ神经 网络方 法对 长江 口深水 航道 海
域悬 浮泥 沙浓 度进 行 了研 究 。当 隐含层 神经 元个 数 为 ８时 ，预测 效果 最好 ， 网络 的 Ｒ Ｅ仅 为 Ｏ １２ ＭＳ ． ，网络 的拟 合度达 到 ０８ ９ ０ ．９ 。预 测 的最大 相对 误差 为 ２ ％，最 小相对 误差 为 ６ ８ ％，总 的相对 误差 为 ２ ． １ ％。 ５ 关键 词 ：遥 感 ；遥测 ；悬 浮泥 沙 ：Ｂ Ｐ神经 网络 ；长 江 口深水 航道
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｓ ｓ ｅ ｄ ｄ ｓ ｄ ｍｅ ｔｉ ｏ ｅ ｏ ｅ ｍｏ ｔ ｍｐ ｒ ｎ ａ ｔ ｒ ｏ ｃ ｒ ｉｇ ｔ ｅｍ ａｎ ｅ ａ ｃ ｆｔ ｅＹａ ｇ ｚ ｖ ｒ ｓ ｒ ｃ ： ｕ ｐ ｎ ｅ ｅ ｉ ｎ ｎ ｆ ｈ ｓ ｉ ｏ ｔ ｔ ｃ ｏ ｓｃ ｎ ｅ ｎ ｉｔ ｎ ｎ ｅ ｏ ｎ ｔｅ Ｒｉ ｅ ｓ ｔ ａ ｆ ｎ ｈ ｈ ｅ ｔ ａｙ ｄ ｅ ｗａｅ ｈ ｎ １ ｓ ｒ ｅ ｐ ｔｒ ｃ ａ ｅ ．Ｂｙ ａ ａｙ ｉ ｇ ｔ ｅ ｒ ｍｏ ｅ ｓ ｎ ｉｇ ｄ ｔ ｄ ｔ ｅ ｔ ｌｍｅ ｒ ａａ ｈ ａ ｅ ｓｉ ｔｄ ｔ ｅ ｕ ｎ ｎ ｌ ｚｎ ｈ ｅ ｔ ｅ ｓｎ ａ ａ ａ ｈ ｅｅ ｔｙ ｄ ｔ ，ｔ ｅ ｐ ｐ ｒ ｅ ｔ ｎ ｍａｅ ｈ ｓ ｓ ｅ ｄ ｄ ｓ ｄ ｍｅ ｔｃ ｎ ｅ ｔａｉ ｎ ｉ ｈ ｎ ｔｅ Ｒｉ ｅ ｓｕ ｒ ｅ ｐ ｔｒｃ ａ ｎ ｌ ｔ ｅ ｒ ｌｎ ｔ ｒ ｔ ｏ ． ｕ ｐ ｎ ｅ ｅ ｉ ｎ ｏ ｃ ｎｒ ｔ ｎ ｔ ｅ Ｙａ ｇ ｚ ｖ ｒｅ ｔ ａｙ ｄ ｅ ｗａｅ ｈ ｎ ｅ ｈ ＢＰ ｎ ｕ ａ ｅｗｏ ｋ ｍｅｈ ｄ ｏ ｗｉ Ｗ ｈｉ ｅｎ ｕ ｏ ｓ ｕ ｅ ｆ ｉ ｄ ｎ ｌｙ ｒｉ ８ ｔ ｅｐ ｅ ｉ ｔ ｎ ｉ ｅ ｂ ｓ， ｈ ｌ ｔ ｅ ｒ ｎ ｍｂ ｒ ｈ ｄ ｅ ｅ ｓ ， ｈ ｒ ｄ ｃ ｉ ｔ ｅ ｔ ｔ ｅＲＭ Ｓ ｎ ｙ Ｏ １ ２ａ ｄｔ ｅ ｆ ｔ ｇ ｄ ｇ ｅ ｅｈ ｎ ｏ ａ ｏ ｓｈ Ｅ ｉ ｏ ｌ ．０ ｎ ｔ ｎ ｅ ｒ ｅ ｓ ｈ ｉ ｉ ｒ ａ ｈ ｓ ０ ８ ９ Ｔｈ ｘ ｍａ ｅａ ｉ ｅ ｅ ｒ ｒ ｉ ２ ％ ；ｔ ｅ ｍｉ ｉ ｍ ｅａｉ ｅ ｅ ｏ ｓ ６ ；ａ ｄ ｔ ｅ ｔ ｔ ｌｒ ｌｔ ｅ ｅ ｒ ｒ ｉ ｅ ｃ ｅ ．９ ． ｅ ｍａ ｉ ｌｒ ｌｔ ｒｏ ｓ ８ ｖ ｈ ｎ ｍｕ ｒ ｌｔ ｒ ｒ ｉ ％ ｖ ｎ ｈ ｏ ａ ｅａ ｉ ｒｏ ｓ ｖ ２１５ ． ．％ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｙ ｒｓ Ｒｅ ｔ ｅ ｓ ｇ ｍｏ ｅ ｓ ｎ ｉ ；Ｔ ｌｍｅ ｒ Ｓ ｓ ｅ ｄ ｄ ｓ ｄ ｍｅ ｔ ｎ ｅｅ ｔ ｙ； ｕ ｐ ｎ ｅ ｅ ｉ ｎ ；ＢＰ ｎ ｕ ａ ｎ ｔ ｏ ｋ ｅ ｌ ｅ ｒ ｗ ｒ ；Ｔ ｅ Ｙａ ｇ ｚ ｖ ｒ Ｅｓ ａ ｙ ｈ ｎ ｔｅ Ｒｉ ｅ ｔ ｒ ｕ ｄ ｅ ｗａｅ ｈ ｎ ｅ ｅ ｐ ｔｒ ａ ｎ ｌ ｃ
基于 GOCI 数据的杭州湾跨海大桥两侧水域悬浮泥沙浓度空间分异规律研究
基于GOCI数据的杭州湾跨海大桥两侧水域悬浮泥沙浓度空间分异规律研究刘波，程乾，曾焕建，杨润华【摘要】摘要：静止轨道卫星数据具有时间分辨率高的特点，对高动态的河口水质环境监测具有极大的科学价值.本研究使用GOCI数据，杭州湾水域样点实测数据，建立基于GOCI数据的反演悬浮泥沙浓度的经验模型，并对2013年8月9日杭州湾跨海大桥两侧水域进行了悬浮泥沙浓度反演.通过对杭州湾跨海大桥两侧钱塘江上下游悬浮泥沙浓度进行差异性对比研究，结果表明，杭州湾大桥两侧悬浮泥沙浓度呈现一定的梯度特征，表现为大桥上游浓度高，下游浓度相对较低.不同时间段研究区悬浮泥沙浓度为南北两侧变化不同，跨海大桥上游一侧悬浮泥沙浓度变化强度明显高于下游.【期刊名称】杭州师范大学学报（自然科学版）【年(卷),期】2016(000)001【总页数】6【关键词】悬浮泥沙；GOCI数据；杭州湾跨海大桥0 引言二类水体，主要分布在水陆交接和沿海地区，这一地区受地形地貌，水动力环境等影响，容易产生海洋沉积，而且水体集中于受人类活动影响较大的河口及近岸地区，是水色遥感研究中的重点和难点[1].杭州湾地形特殊，是一个海水与河口水交汇剧烈的水域，潮水具有潮大、流急、含沙量高等特点，港口航道、滩涂及水产资源丰富，而高浓度含沙水体对港口建设及运营河口水生态等影响巨大[2].杭州湾大桥是一座横跨杭州湾海域的跨海大桥,它北起浙江嘉兴海盐郑家埭，南至宁波慈溪水路湾，全长36 km，是世界上最长的跨海大桥.杭州湾跨海大桥工程量浩大，一共有墩身1428个[3].然而大桥无论是在工程建设，还是建成后肯定都会对其周边生态环境带来影响，文章主要研究大桥两侧悬浮泥沙浓度分布的差异性.针对杭州湾水域悬浮泥沙分布情况研究，国内外许多学者已经做过大量研究工作，尽管大量研究已经提出众多遥感模型，如沈芳等基于MERIS数据结合半经验辐射传输模型理论建立的长江口水域悬浮泥沙模型[4]，何贤强等在大量实测数据支持下基于GOCI数据建立的经验反演模型[5]，但由于河口大气环境特殊，悬浮泥沙浓度较高以及变化频率较高等特点，至今尚无统一针对河口高悬浮泥沙浓度精度较高的遥感模型[6].杭州湾水域泥沙主要来自长江口，但由于其地形特点外加潮汐影响，每日潮水现象剧烈，带起沉积的泥沙，使悬浮泥沙变化及分布很复杂[7].GOCI是韩国2009年发射的地球静止气象卫星COMS上的水色传感器，可获取从可见光到近红外共8个波段的遥感物理量，时间分辨率可达1 h，每天10景的拍摄任务，其中8 景成像时间在白天，2景在夜晚( 红外)，并实时监测以韩国为中心( 36°N,130°E)包括我国在内的约2500 km×2500 km的区域[8].通过建立基于GOCI传感器的杭州湾水域悬浮泥沙浓度等水质参数实时监测反演，能够快速了解杭州湾水域状况.本文利用杭州湾水域实测数据，模拟GOCI数据特点，建立了多波段组合悬浮泥沙浓度经验反演模型[9]；同时收集了2013年8月9日3景GOCI影像数据，利用所建模型进行了悬浮泥沙浓度反演，研究了3个时刻杭州湾跨海大桥两侧悬浮泥沙浓度分布情况.1 数据和方法1.1 研究区概况本次研究区位于杭州湾地区(如图1)，经纬度为：30°14′～30°35′，120°56′～121°17′.受喇叭形海湾以及潮汐影响，非正规半日潮.潮水的频繁运动引起水中泥沙运动，致使杭州湾水域一直都比较浑浊，含沙量大[7].本次研究主要围绕杭州湾跨海大桥进行，因此实测样点也是围绕大桥两侧布置.1.2 遥感数据本文主要遥感数据来源为2013年8月9日10:16，11:16, 12:16，3个时刻GOCI数据.1.3 实测数据水体光谱的测量采用的是水面之上测量法[10].悬浮泥沙质量浓度的测量采用质量法[11].在测量水体光谱的同时，每个样点采取水样，本次实验中悬浮泥沙浓度范围为93.5～1108mg/L.通过对各样点悬浮泥沙浓度统计，可以看出，悬浮泥沙浓度最大值为13号点1108mg/L，最小值为26号点93.5mg/L，均值为391.6mg/L.杭州湾是著名的强潮型河口,在强烈的潮流作用下, 湾内沉积物受强劲复杂的动力作用影响重新起动悬浮,水中悬浮固体浓度很高[12].水体中悬浮物浓度平均值为705mg/L, 最大可达1950mg/L[13],根据1996年10月杭州湾水域实测资料得知，海区内平均含沙量为1340mg/L,其中:大、中、小潮分别为2000mg/L、1720mg/L和470mg/L，大、中潮远大于小潮，大潮含沙量是中潮含沙量的1.2倍，是小潮含沙量的4.3倍;海区内涨潮含沙量为1480mg/L,落潮含沙量为1320mg /L，涨潮含沙量大于落潮，其比值为1.12[14],本文观测结果与前人研究基本一致.1.4 研究方法及工作流程研究方法和流程见图2.2 模拟GOCI数据的悬浮泥沙浓度遥感反演模型建立2.1 波段反射率与悬浮泥沙浓度相关分析利用水面测量法所获取的研究区域的反射率曲线(图 3)与实测的各样点悬浮泥沙浓度，可以看出随着悬浮泥沙浓度的增加，各波段的反射率都普遍增大，且增幅最大的位置与波峰位置基本吻合，另外，反射率波谱具有双峰特征，即悬浮泥沙水体的反射率有两个峰值，分别在710nm和810nm附近，与前人研究基本一致[15-16].在350～500nm 之间,含沙水体反射率相对较低;在560～720nm之间有一个反射峰, 当泥沙浓度较小时, 其峰值主要在560～610nm之间, 且峰值反射率较低, 当泥沙浓度增大时, 其峰移在690～720nm之间,且峰值反射率较高.此外, 在790～820nm之间, 还有一个反射峰.从40组有效实验数据中选取28组来建立模型.2.2 模型建立及验证本次研究通过将实测样点光谱数据与悬浮泥沙浓度数据分为两组，一组建模，一组验证，建模组30组数据，验证组10组数据.利用地面实测高光谱数据模拟GOCI各波段数据，分析各样点各波段数据与样点实测悬浮泥沙浓度关系，发现GOCI数据的7波段与8波段与悬浮泥沙浓度相关性较好，单波段线性拟合，R2都在0.7以上.为了相应地提高反演精度，考虑对各波段进行组合，分析其与悬浮泥沙相关性，最后发现波段5与波段7组合效果较好.而何等建立的模型波段选择为第7波段与第3波段[5].图4即为B7/(B4+B5)波段组合与悬浮泥沙浓度线性拟合结果.将验证组B7/(B4+B5)数据带入反演模型中，计算出预测值，与实测值对比，得到标准误差为66.94mg/L，平均相对误差为28.67%，基本能满足此次反演研究.图5即为验证组预测值与真实值在对数坐标系中比较，可以看出实测值与预测值较好的分布于1:1线两侧.综上，在误差允许范围内，对于GOCI影像数据，则此次研究使用模型即为B7/(B4+B5)波段组合与悬浮泥沙浓度之间模型：(1)其中SSC为悬浮泥沙浓度，B7为GOCI数据第7波段反射率，B4为GOCI数据第4波段反射率,B5为GOCI数据第5波段反射率.3 基于GOCI影像数据的杭州湾水域悬浮泥沙浓度反演在GOCI数据自带处理软件GDPS支持下对GOCI数据1级数据产品进行数据检查，并将其转化为ENVI软件能够识别的数据格式.在ENVI软件中对所选3景GOCI数据进行辐射校正、大气校正.GOCI数据的大气校正有多种方法，如何贤强等提出的基于UV-AC模型改进的大气校正模型[5]，田小娟等提出的基于MODIS数据的人工神经网络大气校正方法等[17].本次研究数据有限，其中辐射定标主要参照GDPS软件参数设置进行，大气校正利用ENVI软件FLAASH进行校正.大气校正结果在ARCGIS软件中利用当地基准的TM影像数据进行地理配准并进行研究区裁剪.在ENVI软件中利用矢量数据对研究区进行水域信息提取，最后利用BAND MATH模块运用式(1)进行悬浮泥沙浓度反演.由于三景数据时间都集中在阳光条件较好的时段，因此不考虑反演模型因影像时向差异对反演结果产生的差异，最终反演结果如图6所示.从图6给出的2013年8月9日从10：16到12:16的杭州湾研究区域悬浮泥沙浓度分布结果可以看出：受地形、潮流运动、滩涂分布等原因影响，研究区内悬浮泥沙浓度主要呈南高北低的分布特征，三个时段南侧悬浮泥沙浓度都维持在高浓度水平，从三个时段反演结果可以看出，研究区内北侧悬浮泥沙浓度变化频率相对较大，从10:16到12:16浓度逐渐增大，而南侧相对较小；杭州湾大桥两侧悬沙浓度呈现明显的梯度特征，表现为大桥上游浓度高，下游浓度相对较低，与实测数据基本一致.而且随着时刻变化这种梯度特征也在变化；图6中d为3个时段研究区内悬浮泥沙浓度平均值，最大平均浓度为2466.42mg/L，最小平均浓度为45.47mg/L.同时也可看出，受地形影响，潮水在慈溪西山段形成回流，悬浮泥沙在南侧慈溪庵东段浓度明显较高[7].北侧嘉兴乍浦段有部分高值区，结合实地实验与考察，研究区北部区域港口较多，港口建设及运营等原因可能对江水泥沙产生相应的阻隔作用.4 结论和讨论本次研究主要围绕基于实测数据模拟卫星参数进行的模型构建，GOCI影像数据处理与杭州湾跨海大桥两侧水域悬浮泥沙浓度分布及差异性的研究展开.最后结果可以总结为以下几点.1)同一天的多时相GOCI数据悬浮泥沙浓度反演能够较好的反映杭州湾水域高频率的变化特点.通过模型建立与验证研究，发现模拟GOCI数据的B7/(B4+B5)波段组合与悬浮泥沙浓度相关性较好，经验模型+234.6可以较好完成杭州湾水域泥沙浓度分布反演.通过对反演结果研究，可以看出杭州湾水域悬浮泥沙浓度分布主要是南侧比较高.2)从2013年8月9日3景GOCI数据反演的杭州湾大桥两侧悬浮泥沙浓度分布结果可以明显看出，大桥两侧悬浮泥沙浓度呈现一定的梯度特征，表现为大桥上游浓度高，下游浓度相对较低.3)如果要明确跨海大桥对研究区内水域悬浮泥沙浓度分布具体影响，还需要更多数据支持和实验研究.如跨海大桥建成前后对比，潮汐与桥墩作用对大桥两侧悬浮泥沙浓度影响等等.参考文献:[1] 刘大召,付东洋,沈春燕,等.河口及近岸二类水体悬浮泥沙遥感研究进展[J].海洋环境科学,2010,29(4):611-616.[2] 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不同类型挖泥船疏浚悬浮物影响的对比分析
ｐ ０
部后 ，稀泥浆从溢流门溢出 ，当吸入的泥浆浓度与溢流 口溢 出浓度基本相同时， 船舱装载的仪器指示泥舱 已经达到满载。
Ｘｒ ｏ即
５ ６
２ ０ １ ７年第 ７期 （ 总第 １ ２ ７期 ）
Ｐｏ
底 栖 生物 死亡 、 悬 浮 泥沙影 响水质 进 而对 海 洋生 物造 成 损害 。 １ ． ２ 耙 吸 式挖 泥船 疏 浚及 抛 泥 的影 响 因素 耙 吸式 挖 泥船 是一 种边 走边 挖 ，且挖 泥 、装 泥 和卸 泥等 全 部 工作 都 由 自身来 完 成 的挖 泥船 ， 主要 设 备 由泥 耙 、 泥泵 、 闸阀、 管 道 系统 和泥 舱组 成 。 耙 吸式 挖 泥船 进行 疏 浚作 业 时 ， 挖 泥 船两 侧 配备 的吸泥 耙 头放 置在 疏 浚 的港池 、航道 上 ，船 往前 开 ， 耙 头把 泥耙 起 来 。 吸泥 耙 头上 的 吸泥 管与 泵机 连 接 ， 靠 真空压 力 将 泥 吸进 泥舱 ；泥 舱 两侧 设有 溢 流 门 ，当泥 浆进 入 泥舱 时 ，颗 粒较 粗 的物 质沉 入舱 底 ，泥 浆 量超 过溢 流 门底
升起 ，再 转 动挖 泥 机 到泥 驳将 泥 卸掉 。挖泥 机 又转 回挖 掘 地 点 ，进行 挖 泥 ，如此 循 环作 业 。
１ 不 同类型 挖 泥船 疏 浚对 环境 的 影 响分析
１ ． １ 绞吸 式挖船上装有强有力 的离心泵 ， 船艏装有一个绞刀架 ，挖泥时将绞刀架放下 ，头部的绞刀伸 放到挖泥区的底部 ，旋转绞刀把海泥绞烂 ，在绞刀 口下方利
同挖泥船疏浚产生的悬浮物源强及其环境影响仍缺乏全面系 统的比较分析 ，为此 ，本文通过选取常用的挖泥船作为研究 对象 ，对其悬浮物污染开展综合分析 ，可为疏浚工程环境影 响分析评价 、挖泥船的合理选型等提供理论依据。
13 海洋中的悬浮物解析
悬浮物的沉降速度大小
• • • 海水中悬浮颗粒沉降过程受到许多因素的影响，其中如盐度、温度和湍流， 是海水本身相关的影响因素。 海水中的悬浮物从水体中迁移至海底沉积物中，其沉降速度的大小与颗粒物 的种类、大小、形状等有着密切的关系。 粒径大的物质，其沉降速度就快，颗粒小的物质沉降速度就慢。例如粪粒的 半径在68-222微米之间，其沉降速度为15-860米/天。由此可见，虽然半径最 大与最小之间仅相差几倍，而速度则相差十几倍。 同体积不同形状的颗粒，其沉降速度由大到小的顺序为：圆柱体＞(椭)球体 ＞圆片体。例如，体积相当的两个半径为0.3微米的圆片和椭圆柱体，圆片的 沉降速度为0.026米/天，椭圆柱体的沉降速度为1.7米/天。如果这两种颗粒要 穿过3800米(大洋的平均深度)的水柱而沉降到海底，则分别需要400年和6年 的时间。 较大颗粒重力沉降也由于滤食生物吸食于消化道中而被减缓。 颗粒与海水的密度差大，沉降速率快。颗粒物性质
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斯托克斯公式
对于粘性流体中的颗粒，其沉降速率可用斯托克斯公式来描述：
式中：
g V d ( s f ) 18
2
V是沉降速率(cm/s)； d是颗粒直径(cm)(假设颗粒为球形)； ρs是颗粒密度(约为1.5 g/cm3)； ρf是海水密度(1.03 g/cm3)： η为海水粘度(10℃时约为0.015泊) g为重力加速度(98l厘米/秒2)。
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1.2 悬浮颗粒物的特性
• 直径>1000 μm的大颗粒在水体中停留时间 很短以至不能与周围海水发生相互作用； • 而直径在0.01 μm~1.0 μm之间的颗粒在水体 中停留的时间达几十年甚至更长的时间， 因而可以与周围水体发生各种作用或反应。
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海水中溶解物质和悬浮颗粒物的性质差异
水体悬浮泥沙浓度新型监测方法综述
科 技·TECHNOLOGY68水体悬浮泥沙浓度新型监测方法综述文_肖小妮 北控技术服务（广东）有限公司摘要: 水体悬浮泥沙浓度作为表征水质优劣的一个重要特性，不仅直接影响水质透明度和水色等光学特性，而且对水生生态环境和河口海岸带冲淤演变过程也有显著影响。
因此，水体悬浮泥沙浓度的监测对水体环境具有重要的现实意义。
而传统的过滤称量法虽然具备较高的精度，但存在着耗时长、工作量大、数据不连续及丢失等问题，不再适合于观察复杂的泥沙运动和实地监测。
对此，本文从声学测量、卫星遥感、光学测量等方面分析了近年的悬浮泥沙浓度新型监测方法，并针对目前新型监测方法存在的主要问题，提出了在未来研究中需要改进的内容和建议，有利于悬浮泥沙浓度检测领域新技术的创新和发展。
关键词：悬浮泥沙；浓度；遥感；光学测量；声学测量Review of New Monitoring Methods for Suspended Sediment Concentration in WaterXiao Xiao-ni[ Abstract ] As an important characteristic of water quality, the concentration of suspended sediment not only directly affects the transparency and color of water quality, but also has a significant impact on the aquatic ecological environment and the evolution of estuarine and coastal zone. Therefore, the monitoring of suspended sediment concentration is of great practical significance to the water environment. However, the traditional filter weighing method has high precision, but it has many problems such as long time consuming, heavy workload, data discontinuity and loss. It is no longer suitable for observation of complex sediment movement and field monitoring. In this paper, the new monitoring methods of suspended sediment concentration in recent years are analyzed from the aspects of acoustic measurement, satellite remote sensing and optical measurement. In view of the main problems existing in the current new monitoring methods, the contents and suggestions that need to be improved in the future research are put forward, which is conducive to the innovation and development of new technologies in the field of suspended sediment concentration detection.[ Key words ] suspended sediment; concentration; remote sensing; optical measurement; acoustic measurement河水和海水中的悬浮泥沙浓度是最基础关键的水文和环境参数，直接影响了水体中光照分布、水体透明度、水色等光学特性，进而对水生生态过程产生显著影响。
海洋工程中悬浮泥沙源强的确定
海洋工程中悬浮泥沙源强的确定摘要：随着各类海洋工程的施工建设，各类海洋工程施工均会引起周边海域悬浮泥沙剧增，会对项目周边海域的环境产生不利影响。
目前国内没有对海洋工程中涉及的悬浮泥沙源强作出完整的归类，总结在海洋环评中多年的工作经验，本文对海洋工程中悬浮泥沙源强类型进行了总结归纳，为海洋环评中悬浮泥沙源强的选取提供参考和依据。
关键词：悬浮泥沙源强海洋环境影响近年来，随着我国海洋经济的迅速发展，各类海洋工程的施工建设，包括填海造地、港口建设、航道疏浚、跨海桥梁、各类透水构筑物及非透水构筑物等，均会引起周边海域悬浮泥沙剧增，会对项目周边海域的环境产生不利影响。
其中悬浮泥沙的扩散输移对海洋环境影响较大，主要表现为悬浮泥沙的扩散输移范围和浓度变化对海水环境和海洋生态环境的不利影响。
针对国内外学者对海洋工程中的悬浮泥沙源强确定缺乏比较全面系统的论述，为此，本文根据笔者工作中经验对海洋工程中涉及的悬浮泥沙源强的确定进行了总结，可为海洋工程环境影响评价悬浮物污染开展综合分析，根据工程的底质条件合理选择设备类型提供理论依据。
1悬浮泥沙源强类型海洋环评中数值模拟分析和悬浮泥沙污染源的存在形式密切相关，悬浮泥沙源强一般在空间上分为：点源、线源、面源和体源；根据持续时间可分为瞬时源和连续源。
根据海洋工程施工计划和施工特点的不同，在海洋环评数值模拟中对泥沙源强的处理方式也不同。
一般疏浚挖泥及疏浚土抛投时采用设置固定点源或瞬时源的方式进行模拟；溢流及抛石采用设置连续固定点源的方式进行模拟；爆破挤淤一般采用瞬时点源；管道及航道的开挖根据施工线路的特点采用移动点源的方式进行模拟。
2悬浮泥沙源强计算方法针对不同的工程类型，由施工引起的泥沙源强确定方法也不同，目前泥沙源强的确定一般采用公式计算结合同类工程经验或现场监测数据进行推算。
本文根据笔者的工作经验对海洋环评中涉及的源强方法进行了总结。
2.1疏浚源强项目工程类型为疏浚，采用的施工机械一般为绞吸式挖泥船、耙吸式挖泥船、抓斗船，悬浮泥沙发生量按照《港口建设项目环境影响评价规范》中提出的公式计算源强。
海底输水管道敷设过程中悬浮泥沙对海洋环境影响的数值研究_黄兰芳
表 1 悬浮泥沙源强 T able 1 Intensity o f suspended silt source
工段
管道长度/ km
管道埋深/ m
开挖宽度/ m
源强/ kg # s- 1
1 号( 其它区)
4. 70
2. 63
1. 5
39. 45
2 号( 航道区)
5. 30
3. 63
1. 8
65. 34
将较连续施工长, 因而连续施工为最不利的情况。
3. 3 悬浮泥沙源强计算
各段在进行施工时, 随着工程的推进, 施工点慢慢向前推移, 亦即源强释放点向前移
动。海底悬浮泥沙源强 Q( kg/ s) 按照工程挖沙量的 30% 计, 工程挖沙量根据开挖进度 L 、
泥沙容重 Cs 、开挖深度 H 和开挖横截面宽度 W 等参数计算( 式 5) :
表 2 悬浮泥沙浓度增量最大影响范围出现时刻 T able 2 T ime o ccurr ing at the max imum ext end in the incr ements o f the suspended silt co ncentration
工段
出现时刻
增量影响范围较小, 但悬沙增量大于 10
系数, A= 0. 15~ 0. 4; X 为悬浮泥沙的沉降速度, 根据相关资料工程海域的悬浮泥沙中值
粒径取 0. 000 33 m m[ 5] , 故 X 为 5 @ 10- 8 m/ s; SQ = Q/ A 为事故排放产生的悬浮泥沙的源
项, 其中 Q 为悬浮泥沙源强, A 为悬浮泥沙源强所在计算节点的控制面积。
12
海岸工程
第1期
30 卷
黄兰芳, 等: 海底输水管道敷 设过程中悬浮泥沙对海洋环境影响的数值研究
悬浮物对海洋环境影响的研究 以董家口港油品码头建设工程为例_赵迎春
２ ｕ ｕ槡 ｕ２ ＋ｖ ε ｖ ＋ｇ ｘ －ｆ ＝－ｇ ζ ２ ｙ Ｃ ｘ ｙ ＺＨ
（
）
１ ． ３ 计算域和网格设置
２］ 计 算 域 范 围［ 为 由 灌 河 口、崂 山 湾 两 点 及
（ ） ２
岸线围 成 的 海 域，模 拟 采 用 非 结 构 三 角 网 格。 坐标 范 围 为 ３ ４ °１ ７ ′５ ０ ″Ｎ ～ ３ ６ °１ ６ ′１ １ ″Ｎ， １ １ ９ ° ０ ５ ′ ４ ２ ″ Ｅ～１ ２ ０ ° ３ ３ ′ ５ ２ ″ Ｅ。 为 了 清 楚 了 解 和
北海海洋 工 程 勘 察 研 究 院 于 大 潮 期 在 工 程 海 域 进行的两 个 站 位 潮 流 和 潮 位 观 测 资 料 ， 绘 制 了 。 实测和计算的潮流潮位验证曲线 （ 图 ２ 和图 ３） 由图 ２ 可 以 看 出 ， 计 算 值 和 实 测 值 符 合 良 好 ， 能较好地反映工程周边海域潮流状况 。
Ｃ Ｓ 为浓度 。
２ ． １ ． ２ 边界条件 岸边界条件 ： 浓度通量为零 ； 开边界条件 ： 入流 （ ） ８
Ｃ Γ＝ Ｐ０
增量影响 ， 取 Ｐ０ ＝０。 出流
式中 ： Γ 为水边界 ；Ｐ０ 为边界浓度 ， 模型仅计算
Ｃ Ｃ ＋Ｕｎ ｗ ＝ ０ ｔ ｎ
式中 ：Ｕｎ 边界法向流速 ； ｎ 为法向 。 ２ ． １ ． ３ 初始条件
） 最大流速对应流向／ （ ° 百分比 －３ ５ ． ０ －２ ５ ． ９ －１ ２ ． ９ －５ ． ３ －５ ． ０ １ ． ４ １ ． ３ －２ ． ９ －０ ． ８ １ ． ４ －１ ７ ． ６ ５ ． ３ ６ ． ３ ４ ． ９ －５ ． ８ －２ 工程前 ２ ４ ６ ． ４ ７ ２ ５ ４ ． ９ ２ ２ ４ ９ ． ７ ５ ２ ５ ０ ． ７ ６ ２ ６ ９ ． ５ ９ ２ ５ １ ． ８ ６ ６ ６ ． ６ ９ ６ ７ ． ７ ８ ６ ８ ． １ ０ ６ ７ ． １ ９ ９ ３ ． ７ ２ １ ７ ５ ． ０ ４ ８ ５ ． ０ ４ ２ ４ ２ ． ９ ３ ２ ２ ９ ． ６ ６ 工程后 ２ ４ ３ ． ９ ５ ２ ６ １ ． ５ ５ ２ ５ ８ ． ３ ６ ２ ５ １ ． ３ ０ ２ ７ １ ． ６ ３ ２ ４ ７ ． ７ １ ６ ４ ． ８ ５ ６ ７ ． ５ ２ ６ ７ ． ９ ９ ６ ７ ． ３ ７ ９ ３ ． １ １ １ ６ ５ ． ０ ４ ８ ８ ． ５ ６ ２ ４ ５ ． ０ ８ ２ ２ ８ ． ２ ２ 差值 －２ ． ５ ２ ６ ． ６ ２ ８ ． ６ ０ ０ ． ５ ４ ２ ． ０ ３ －４ ． １ ５ －１ ． ８ ４ －０ ． ２ ７ －０ ． １ １ ０ ． １ ８ －０ ． ６ １ ０ ． ０ ０ －１ ． ５ ２ ３ ． １ ５ ２ ． ４ ４ －１
海岸工程中悬浮泥沙源强选取研究概述
科技资讯2016 NO.06SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION工 业 技 术74科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION随着人类对于海洋资源的开发利用日益加剧,各类海岸工程包括港口建设、开挖航道、修建防波堤、围海造陆等,都会对周围海域环境产生不利影响。
而其中施工产生的悬浮泥沙的扩散输移对工程效果、海域环境等影响较大,主要表现为悬浮泥沙的扩散输移范围和浓度变化对海洋环境的影响以及悬浮泥沙引起的水质环境改变对海洋生态系统和水生生物产生的不利影响。
1 泥沙模型的发展悬浮物输运数学模型大致可分为欧拉型和拉格朗日型两大类。
欧拉法计算量小,应用较广,它以悬浮物的空间浓度分布为研究对象,多采用有限元法或有限差分法对悬浮物输运方程进行求解;拉格朗日法则通过追踪每个时刻各个质点的位置,采用统计的方法得到流场内不同时刻的悬浮物浓度分布。
该方法模拟精度高,但计算量相对较大[1]。
泥沙数学模型始于20世纪中期,经历了从一维、二维到三维,从非耦合到耦合的发展历程。
一维泥沙数学模型主要用于研究长时空的泥沙问题,包括河道、水库的泥沙运动或长期的河床冲淤演变等。
随着实际工程的需要,近年来一维泥沙模型还被应用于非恒定流、非均匀沙、不平衡输沙状态、复合水道以及异重流、往复流等不同流态的情况研究。
目前在悬沙、底沙输移以及河床演变中应用最广的是二维泥沙数学模型。
一般分为平面及垂向二维模型。
平面二维泥沙数学模型建立在垂向平均的基础上,模拟区域泥沙场的平面分布。
考虑水动力因素,平面二维泥沙数学模型主要分为如下4类[2]：(1)只考虑潮流作用,适用于潮流作用为主、波浪影响小的地区;(2)考虑波浪掀沙、潮流输沙作用,这种模型在挟沙力的确定中考虑波高因子的影响;(3)考虑波浪掀沙及波浪场对潮流场影响的泥沙模型,通过底摩擦力和辐射应力在潮流场的计算中引入波浪作用;(4)考虑波浪掀沙以及波流相互作用的泥沙数学模型,在(3)的基础上考虑流场对波浪场的影响,即波流场的相互作用。
利用导数光谱估算珠江河口水体悬浮泥沙浓度
564
生 态 科
学 Ecological Science
29 卷
1 引言 ( Instruction ) 悬浮泥沙影响着水体的浊度及透明度， 进而影响 水体的生态状况，并且由于悬浮泥沙的沉积、再悬浮 等作用，其对河口地貌及海岸线的演变起到重要作 用。因此，悬浮泥沙不仅是水质评价的重要参数，也 是海岸带环境演变研究的重要因子。 近岸水体的光学 特征相当复杂， 如何应用遥感手段对悬浮泥沙进行有 效观测，国内外学者开展了许多相关研究，但目前尚 没有统一的模式，这与悬浮泥沙多变的光学特性有 关：悬浮泥沙的粒径及组成成分均会影响其光学属 性，来源不同，悬浮泥沙的这些特性相差甚大。 高光谱可反映地物光谱的细微变化特征， 在水体 遥感的研究中有着重要的应用价值。但是，由于高光 谱数据往往含有几十到几百个波段， 因此传统的利用 波段组合进行反演建模的方法不能满足高光谱数据 的要求。 然而， 导数光谱的数学形式简单， 意义明确。 一阶导数光谱显示了光谱的遥感反射率随波长的变 化，是在某一个波长遥感反射比曲线的斜率；二阶导 数光谱显示了遥感反射率变化曲线斜率的变化， 通常 [1] 称之为曲率 。连续的高光谱也为光谱的导数分析提 供了可能。许多学者[2,3-10]在遥感研究中采用导数光 谱技术建立遥感反演模型。目前，关于导数光谱在水 体遥感中应用的主要观点有：(1)导数光谱是识别叶 (2)当其他组分也存在 绿素吸收峰特征的重要工具[7]； 的时候， 690 nm附近的一阶导数光谱可以用于估算叶 绿素浓度[5]]。 本文运用导数光谱技术估算河口混浊水体悬浮 泥沙浓度， 对应用 Hyperion/EO-1 的可行性进行研究。 2 研究方法(Research methods) 2.1 研究区域 本研究的对象主要是珠江河口近上游的高浑浊 水体。珠江河口位于中国高速发展的珠江三角洲地 带，受河口地区人类活动的影响，如工业、农业、水 产业、水上交通等，水体的污染超出了它自身净化的 能力， 水环境恶化。 为了对水质的变化趋势进行监测， 广州市海洋资源与环境监测中心每年在 17 个固定站 位进行季节性的水体采样监测。 2.2 水质采样 本研究的水质采样与光谱数据测量同步进行。
泥沙参数选择方法及在悬沙浓度研究中的应用
泥沙参数选择方法及在悬沙浓度研究中的应用董佳;张宁川【摘要】在淤泥质海床条件下、泥沙运动以潮流为主要外动力时,床面糙率、河床淤积物的干密度、床层间的泥沙转换率3个参数对悬沙浓度的计算结果影响最大,且在不同海域存在较大可变性.研究表明:床面糙率、软底海床淤积物干密度、床层间的泥沙转换率的最优取值分别为2 d、250 kg/m3、0.001( kg· m-2)/s,采用上述参数,对洋山港周围水域悬沙浓度进行验证计算,计算值和实测值吻合较好.%Under the condition of the muddy seabed,with the tide as main outside dynamic to the sediment movement,the value of bed roughness,dry density of the bed layers,sediment transition between layers affect the suspended sediment concentration, and exist large variability in the different ocean area.Research shows that the best value for bed roughness of 2 d,for the soft bed layer of 250 kg/m3,for the sediment transition between layers of 0.001 (kg·m-2)/s.By using the value of parameters to calculate the suspended sediment concentration of the Yangshan Port, the suspended sediment concentration and the measured data are coincident.【期刊名称】《水道港口》【年(卷),期】2011(032)005【总页数】8页(P321-328)【关键词】泥沙参数;水动力模型;悬沙浓度【作者】董佳;张宁川【作者单位】大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,大连116024;大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,大连116024【正文语种】中文【中图分类】TV142;O242.1目前，在港口和海岸工程工可研阶段，论证工程对泥沙运动及海床演变影响多采用数值模拟方法［1-3］。
水下开挖施工产生的悬浮泥沙扩散数值分析
水下开挖施工产生的悬浮泥沙扩散数值分析黄海龙;王震【摘要】为了分析水下开挖施工产生的悬浮泥沙扩散特性,以闽江口粗芦岛南侧水下沟槽开挖为例,采用平面二维悬沙输移数学模型,研究挖泥船不连续作业产生的悬浮泥沙扩散随水深和潮型变化的关系.计算结果表明:若开挖地点水浅或小潮,则悬浮泥沙不易扩散,含沙量的增幅和高浓度(含沙量增量超过10 mg/L)的浑浊水域面积都较大.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2015(000)007【总页数】5页(P25-28,35)【关键词】不连续作业;悬浮物扩散;数学模型;闽江口【作者】黄海龙;王震【作者单位】南京水利科学研究院河流海岸研究所,江苏南京210029;河海大学港口海岸与近海工程学院,江苏南京210098【正文语种】中文【中图分类】TV142+.3水下开挖是工程初期以至施工过程中的主要工序，广泛应用于河道治理、港口航道、给水排水等水利工程。
水下开挖施工时，部分底泥因受到挖掘机械的扰动而悬扬，并随水流输移扩散，最后悬浮泥沙在重力作用下又回落到床面。
因而，在开挖施工现场，水中悬浮泥沙浓度增加,形成一定范围的高浓度浑浊水体，对水质和水生生物产生不利的影响[1]。
20世纪50年代以来，水下开挖施工产生的悬浮泥沙对水环境的影响为人们所重视，开展了有关的研究工作。
邳志等[2]结合天津港水深维护疏浚工程，通过对传统挖泥船和新型挖泥船疏浚作业产生的悬浮泥沙扩散的观测分析，研究环保疏浚问题；吴修广等[3-7]采用平面二维悬沙输移数学模型，预测水下开挖施工产生的悬浮泥沙扩散范围和程度。
本文以闽江口粗芦岛南侧水下沟槽开挖为例，采用平面二维悬沙输移数学模型，研究挖泥船不连续作业产生的悬浮泥沙扩散随水深和潮型变化的关系，以揭示水下开挖施工产生的悬浮泥沙扩散特性。
1.1 基本方程二维潮流的基本方程包括水体连续性方程和动量守恒方程，即式中：t为时间；x、y分别为空间水平坐标；H为全水深，即海面到海底的距离；Zb为床面高程；U、V分别为垂线平均流速在x、y方向的分量；f为地转参数，f=2ωsinφ，ω为地转角速度，φ为计算水域的地理纬度；g为重力加速度；τsx、τsy分别为海面风应力分量(Wx,Wy)，ρa为空气密度，CW为海面风应力系数，Wx、Wy分别为海面上风速在x、y方向的分量；τbx、τby分别为海底摩阻分量为海水密度，Cb为海底阻力系数，Cb=gCh2，Ch为谢才系数；εx、εy分别为x、y方向的涡动黏性系数。
挖泥船疏浚悬浮物源强及环境影响对比分析
solids were as follows：grapple＞ trailing suction ＞ cutter suction，it was suggested that cutter suction dredger with
less suspended solids should be preferred used in dredging．
耙吸式挖泥船疏浚作业的环境影响因素包括： 耙头扰动底泥和吸泥过程产生的悬浮泥沙、耙吸船 泥舱溢流产生的悬浮泥沙、耙吸作业扰动底泥导致 底栖生物死亡、悬浮泥沙影响水质进而对海洋生物 造成损害。 2．3 抓斗式挖泥船疏浚的影响因素
40 环境保护与循环经济
挖泥船疏浚悬浮物源强及环境影响对比分析
曾建军
（广东省海洋发展规划研究中心，广东广州 510220）
摘 要：疏浚是当前港口、航道开发维护及海洋工程建设中最常见的作业方式之一，疏浚产生的悬浮物污染也是环境影响
分析评价关注的重点问题。对疏浚作业常用的绞吸式、耙吸式、抓斗式三种不同类型挖泥船施工环境影响因素及其悬浮物污染源
sources of three common dredger in type of cutter suction，trailing suction and grapple showed that under the same
dredging efficiency，the impact of the three different dredgers on the environment and the strength of the suspended
强的综合比较分析，结果表明，在同等疏浚效率下，三种不同挖泥船对环境的影响及其产生悬浮物强度大小为抓斗式挖泥船>耙
海底泥沙运移分析
第五章海底泥沙运移分析海洋水动力条件尤其是风暴浪作用下，不仅强烈地搬运泥沙造成海底的冲刷和淤积，而且也可能成为某些不利因素发生变化的诱发因子。
本章主要涉及在海洋水动力条件作用下，海底泥沙的运移情况以及可能成为海洋工程构筑物的不利因素进行粗浅评价。
拟从两个方面讨论海底泥沙的运移：其一，在不同尺度的波浪作用下海底沙产生净运移的范围；其二，应用中子活化分析方法，判定在水动力综合作用下海底泥沙的运移趋势。
5.1 波浪作用下海底泥沙运移范围当波浪对海底的作用增强到一定程度时，海底泥沙被掀起从静止状态离开床面转为运动状态，其起始值为泥沙起动的临界值，但被起动的泥沙并不产生净移动，而只有当波浪作用继续增强到某一程度以后，泥沙才沿波浪作用方向产生净移动（搬运），其值即为泥沙运移的临界值，通常用水深表示，故称为泥沙运移的临界水深。
其含义是，若某部位的这一临界水深大于该部位的实际水深时，表明该部位的泥沙会产生净运移，反之亦然。
波浪作用下海底泥沙的起动和运移的影响因子较多，从大的方面看，对确定的部位则主要取决于波浪参数；对确定的波浪参数则取决于地形（水深）和泥沙条件。
5.1.1 计算式波浪作用在海底的水质点运动速度和作用力存在着周期性振荡，所以海底泥沙颗粒被掀起后只作来回摆动，只有波动水质点运动速度达到某种程度以后，泥沙颗粒才由来回摆动（运动）转为向波浪作用方向的净运移，也即泥沙随水流搬运。
日本佐藤根据试验认为，当波浪水质点水平分速（Um）达到泥沙颗粒起动流速（Uc）的2倍时，泥沙才产生净运移，其表达式为：Um＝2Uc＝πH／Tsinh（2π Dc/L）式中，H、T和L为波浪的波高、周期和浅水波长，Dc为泥沙产生净运移的临界水深。
该式求得的是泥沙产生净运移的临界值。
从式中可以看出当波浪参数确定时，某部位泥沙是否产生净运移取决于Uc，很显然Uc值愈大，Dc值就小，泥沙产生净运移的水深范围变浅；或者若要求某一水深范围内的泥沙产生净运移，就需要大的波浪参数。
水下开挖施工产生的悬浮泥沙扩散数值分析
小 潮 ，则 悬 浮 泥 沙 不 易扩散 ，含 沙 量 的 增 幅 和 高 浓 度 （ 含 沙 量 增量 超 过 １ ０ ｍｇ ／ Ｌ ） 的 浑 浊 水域 面积 都 较 大 。 关键 词 ：不 连 续 作 业 ；悬 浮 物 扩 散 ；数 学 模 型 ； 闽江 口 中 图 分 类 号 ：ｒ ｒ Ｖ １ ４ ２ ． ３ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ２ — ４ ９ ７ ２ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ７ — ０ ０ ２ ５ — ０ ４
ｗ ｅ ｔ ａ ｋ ｅ ａ ｎ ｅ ｘ ｃ ａ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ａ ｃ ｈ ａ ｎ ｎ ｅ ｌ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ ｓ ｉ ｄ ｅ ｏ ｆ Ｃ ｕ ｌ ｕ ｉ ｓ ｌ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｍｉ ｎ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｅ ｓ ｔ ｕ ａ ｒ ｙ ｆ ｏ ｒ ｅ ｘ ａ ｍｐ ｌ ｅ ， ｔ ｏ
２ ０ １ ５年 ７月
水 运 工 程
Ｐ ｏ ｒ ｔ＆ Ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｗａ ｙ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
Ｊ ｕ １ ． ２ ０ １ ５
Ｎｏ ． ７ Ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｎｏ ． ５０ ５
第 ７期 总 第 ５ ０ ５期
水 下 开 挖 施 工产 生 的悬 浮 泥 沙
扩散数值 分 析 术
黄 海龙 ， 王 震
（ １ ．南京 水 利科 学研 究院 河 流海 岸研 究所 ，江 苏 南 京 ２ １ ０ ０ ２ ９ ；２ ． 河海大学 港 １ ： ７ 海岸 与 近 海 工程 学 院 ，江 苏 南京 ２ １ ０ ０ ９ ８ ）
海域环境对悬浮泥沙扩散影响的敏感性分析
海域环境对悬浮泥沙扩散影响的敏感性分析陈翔;王义刚;黄惠明;王时悦;关许为【摘要】通过建立二维潮流和悬浮泥沙扩散输移的数学模型,模拟恒定点源下,悬浮泥沙在不同本底含沙量和不同水深条件下的扩散状况,探讨悬浮泥沙扩散对影响参数的敏感性.结果表明:在研究悬浮泥沙扩散影响范围时,无本底含沙量的扩散影响范围最大;本底含沙量越大,扩散影响范围越小;本底含沙量对扩散低浓度增长区的影响大于高浓度增长区;水动力相似条件下,水深增大,悬浮泥沙扩散影响范围将减小;相对于本底含沙量,水深对悬浮泥沙扩散的影响更大.【期刊名称】《海洋通报》【年(卷),期】2016(035)002【总页数】7页(P194-200)【关键词】悬浮泥沙;扩散影响;数学模型;敏感性分析;本底含沙量;水深【作者】陈翔;王义刚;黄惠明;王时悦;关许为【作者单位】河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室,江苏南京210098;河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室,江苏南京210098;河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室,江苏南京210098;交通运输部水运科学研究院,北京100088;上海勘测设计研究院,上海200434【正文语种】中文【中图分类】P753随着经济的发展和人口的增长，人类对海洋的开发愈加频繁；同时，对开发所引起的海洋环境问题也愈加重视。
在海洋工程的环境影响评价中，悬浮泥沙扩散及扩散范围对海洋水质环境的影响是一项重要的评价指标。
目前，很多学者对工程引起的悬浮泥沙扩散进行了研究（肖千璐，2015；张世民等，2014；郭玉臣等，2014；丁琦等，2013；吴松华等，2011；Hostache et al，2014；Guo et al，2014；Courtney et al，2001），但通常在研究悬浮泥沙扩散时一般假定水是清澈的，不考虑本底含沙量，即只考虑悬浮泥沙在清水中的扩散，但本底含沙量对悬浮泥沙扩散范围究竟有何影响，实际上并不清楚。
水沙流中的泥沙悬浮Ⅰ
水沙流中的泥沙悬浮(Ⅰ)摘要：近年来用于研究含沙水流中悬浮颗粒垂向浓度分布的理论已有很多。
连续性假设虽然被证明在描述流体运动时非常成功，但却不足以描述含沙水流中的离散固体颗粒运动。
随机模型能用于研究流动中单个颗粒的运动，但很难解释固体颗粒之间相互作用的机制。
本文对各种传统理论进行了综合分析和比较，对已有的典型颗粒浓度分布的一般性解释进行了讨论，并据此提出了今后研究的重点。
关键词：水沙流泥沙悬浮连续介质理论悬浮颗粒垂向浓度分布被认为是研究含沙水流中颗粒运动特性的主要指标。
这项有意义的研究以Rouse经典理论的提出和随后Vanoni的实验研究为标志，并在此后取行了很大的进展[1，2]。
许多学者提出了各种理论和公式。
事实上含沙水流可以被看作一个两相流系统，其中的液相和固相遵守基本的守恒定律，各相之间由相间耦合作用而联系。
固液两相流系统可用宏观或微观的方法进行描述，如连续理论或动理论[3～12]。
本文在已有工作的基础上进一步对各种理论进行比较，并对已有泥沙浓度分布公式更广泛的概括形式进行讨论。
1 现有理论比较关于悬浮颗粒浓度垂线分布规律的研究已有很多。
在众多的理论和模型中，应用较广泛的有扩散理论、混合理论、两相流理论、随机理论、动理学以及相似理论。
扩散理论要求分散的颗粒对水流结构有较小的影响，这意味着该理论只适用于尺寸和比重较小的颗粒。
扩散理论的运用一般基于质量守恒和均匀紊流。
假定水流紊动扩散作用和颗粒重力作用达到平衡，则可得到一个简单的扩散方程[1]ωC+εs(dC/dy)=0式中 C为距离床面任意高度y处的悬浮颗粒浓度；ω为颗粒沉降速度；εs为泥沙扩散系数，这里假设其等于清水紊流的动量交换系数ε。
基于上述方程求解得到的Rouse公式(见表1)在应用上获得了巨大的成功，以致于许多后继的研究者认为在应用时仅仅需要对该理论进行简单的修正或改进即可。
由于假设扩散理论在低浓度含沙水流及细颗粒条件下是有效的，所以修正主要集中在两个方面：一是对泥沙扩散系数εs的修正；二是对悬浮指标Z=ω/κu*或悬浮指标中的参数(如ω或κ)的修正。
水沙流中的泥沙悬浮(Ⅱ)
水沙流中的泥沙悬浮(Ⅱ)摘要本文探讨了影响泥沙扩散系数的因素，讨论了传统理论在描述泥沙颗粒垂线分布时的不足，并指出了动理学在悬浮泥沙运动描述中的应用前景。
关键词水沙流泥沙悬浮动理学在基于传统的连续介质假说的各种理论中，泥沙扩散系数的确定仍依靠半经验处理。
然而，这种近似不足以给出令人满意的物理解释。
例如，实验结果表明[53～55]，颗粒的物理属性(如颗粒直径和密度等)都对颗粒扩散系数εs有明显影响，但以前的理论都不能将这些影响直接地考虑在内。
颗粒物理属性的影响经常被含糊不清地归结于不同的颗粒沉降速度。
事实上，沉降速度的变化大多反映的是颗粒物理属性对颗粒确定性运动的影响，而不是颗粒在紊流中的随机运动。
在研究一个协振圆柱系统中的颗粒垂线分布紊动影响时，Rouse发现当格栅振动频率f相应变化时，泥沙颗粒扩散系数εs随颗粒直径变化[53]。
颗粒直径越大，泥沙颗粒扩散系数(见图1)也就越大。
Coleman从他的水槽实验中也得到了同样的结论[54]。
所有这些结果表明，颗粒扩散过程或多或少地与紊动交换过程有所区别。
看起来似乎更大的颗粒对应更大的沉降速度，并因此而有更大的扩散系数εs。
然而，后来更精确的测量并不支持这种观点。
用与Rouse相似的设备[53]，邵学军发现[55]，虽然在紊动较强时，εs随粒径增大而增大，但在紊动较弱时恰恰相反，εs随粒径增大而减小。
图2和3的实验结果表明，在颗粒物理属性如何影响颗粒悬浮这个问题上也许存在更深刻的机理。
例如，颗粒群的存在将影响整个紊流结构，而不仅仅是单个颗粒的沉降速度。
建立颗粒群对紊流场影响的清晰图画依赖于对紊流自身的合理理解。
紊动可以看成是许多具有不同特征频率的微小扰动的叠加，或者是不同特征尺寸的涡漩的叠加。
然而，不能期望所有的脉动(或频率)都会影响颗粒的运动。
换句话说，不同物理属性的颗粒会影响不同频率的涡漩。
实际上，甚至在单相液流中，Philips也认为并不是在所有频率范围的率动都对雷诺应力的产生有贡献[56]。
工程施工引起的三山岛附近海域的悬浮物扩散研究
工程施工引起的三山岛附近海域的悬浮物扩散研究作者：赵海勃王昆宋伦刘桂英宋永刚来源：《河北渔业》2014年第03期DOI:10.3969/j.issn.1004-6755.2014.03.004摘要：利用非恒定保守型水质跟踪预报模型，将施工引起的污染物作为线源影响输入，模拟了三山岛附近海域工程施工前后的水动力及悬浮物浓度的平面实时分布状况。
给出不同典型时刻下该海域的潮流场及浓度场的计算结果，据此对三山岛附近海域工程施工后的悬浮物对流输运状况进行分析评价。
关键词：三山岛；非恒定保守型水质跟踪预报模型；悬浮物扩散小窑湾、大窑湾及大连湾是黄海北部的重要原生构造湾，周围陆地为海拔较低的丘陵地貌和堆积平原，高处经受风化剥蚀，低处接收沉积物堆积。
常见剥蚀地貌有尖-圆顶状侵蚀-剥蚀高丘、圆顶侵蚀-剥蚀低丘和剥蚀台地等，地形起伏平缓，相对海拔较低。
丘陵坡脚及谷地常见坡洪积、冲洪积扇裙。
偶见冰川作用形成的冰积台地、冰碛台地，以及湖积凹地、风成砂地等。
靠近海湾湾顶陆域多见冲洪积平原、河流三角洲和海积平原。
海岸为典型的基岩海岸，尤以岬角处海岸最为典型，发育海蚀崖与倒石堆、海蚀洞穴、海蚀残丘和岩脊滩。
湾顶处以堆积地貌为主，常见岸堤、潟湖、海滩、沙嘴等。
三山岛位于大连湾[1]湾口东南外海区域，湾内海底地貌以水下浅滩为主，自湾顶向湾口缓慢倾斜，地形平坦单调。
大连湾口处坡度显著增大，水深自15 m迅速增加到30 m，坡度达到15‰，海底地形总体平坦单调。
正是得力于其独特的海况和水质条件，其国家级水产种质资源保护区——三山岛海域国家级水产种质资源保护区的试验区和三山岛市级海珍品资源保护区位于其附近海域，由于工程施工的需要，施工引起的污染物排放入海，影响其保护区的海水水质状况，本文利用非恒定保守型水质跟踪预报模型[2]，将施工引起的污染物作为线源影响输入，模拟了三山岛附近海域工程施工前后的水动力及悬浮物浓度的平面实时分布状况。
1 水动力环境影响分析在海洋环境规划和环境评价中，海流总是作为更重要的环境动力予以详尽的调查。
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海洋工程中悬浮泥沙源强的确定
摘要：随着各类海洋工程的施工建设，各类海洋工程施工均会引起周边海域悬
浮泥沙剧增，会对项目周边海域的环境产生不利影响。
目前国内没有对海洋工程
中涉及的悬浮泥沙源强作出完整的归类，总结在海洋环评中多年的工作经验，本
文对海洋工程中悬浮泥沙源强类型进行了总结归纳，为海洋环评中悬浮泥沙源强
的选取提供参考和依据。
关键词：悬浮泥沙源强海洋环境影响
近年来，随着我国海洋经济的迅速发展，各类海洋工程的施工建设，包括填
海造地、港口建设、航道疏浚、跨海桥梁、各类透水构筑物及非透水构筑物等，
均会引起周边海域悬浮泥沙剧增，会对项目周边海域的环境产生不利影响。
其中
悬浮泥沙的扩散输移对海洋环境影响较大，主要表现为悬浮泥沙的扩散输移范围
和浓度变化对海水环境和海洋生态环境的不利影响。
针对国内外学者对海洋工程
中的悬浮泥沙源强确定缺乏比较全面系统的论述，为此，本文根据笔者工作中经
验对海洋工程中涉及的悬浮泥沙源强的确定进行了总结，可为海洋工程环境影响
评价悬浮物污染开展综合分析，根据工程的底质条件合理选择设备类型提供理论
依据。
1悬浮泥沙源强类型
海洋环评中数值模拟分析和悬浮泥沙污染源的存在形式密切相关，悬浮泥沙
源强一般在空间上分为：点源、线源、面源和体源；根据持续时间可分为瞬时源
和连续源。
根据海洋工程施工计划和施工特点的不同，在海洋环评数值模拟中对
泥沙源强的处理方式也不同。
一般疏浚挖泥及疏浚土抛投时采用设置固定点源或
瞬时源的方式进行模拟；溢流及抛石采用设置连续固定点源的方式进行模拟；爆
破挤淤一般采用瞬时点源；管道及航道的开挖根据施工线路的特点采用移动点源
的方式进行模拟。
2悬浮泥沙源强计算方法
针对不同的工程类型，由施工引起的泥沙源强确定方法也不同，目前泥沙源
强的确定一般采用公式计算结合同类工程经验或现场监测数据进行推算。
本文根
据笔者的工作经验对海洋环评中涉及的源强方法进行了总结。
2.1疏浚源强
项目工程类型为疏浚，采用的施工机械一般为绞吸式挖泥船、耙吸式挖泥船、抓斗船，悬浮泥沙发生量按照《港口建设项目环境影响评价规范》中提出的公式
计算源强。
Fs—悬浮泥沙源强（kg/s）；
m泥—一天爆破抛泥量（kg）；
V水—受纳水体体积（m3）；
t—一天实际施工的时间（h）。
2.8类比分析法确定源强
根据Mott MacDonald 1990年进行的疏浚泥沙再悬浮系统试验数据，绞吸式挖泥船泥沙
再悬浮率为3~5kg/m3，环境影响评价中泥沙再悬浮率一般取最大值5kg/m3，则疏浚效率为1600m3/h的绞吸式挖泥船作业将产生8000kg/h的悬浮泥沙，换算源强为2.22kg/s。
根据Mott MacDonald 1990年进行的疏浚泥沙再悬浮系统试验数据，在淤泥沙质海床进
行耙吸式挖泥，泥沙再悬浮率为15kg/m3,长江口实验结果表明，耙吸式挖泥船泥舱溢流浓度
为1.5kg/m3,流量5650 m3/h。
目前港池、航道疏浚常用船型为疏浚效率为4500 m3/h的耙吸
式挖泥船，据此计算4500 m3/h耙吸式挖泥船产生的悬浮泥沙为67500 m3/h，泥舱溢流的悬
浮泥沙为8475kg/h，则每艘疏浚效率为4500 m3/h耙吸式挖泥船施工悬浮泥沙源强约为75975kg/h（21.11kg/s）。
实际计算源强是根据项目是否为淤泥底质，采用相关系数，同时根据耙吸式挖泥船实际工作效率进行调整。
2.9实测法确定源强
戴明新通过在天津港的大量现场实测资料推算得出生产率为500 m3/h的链斗船作业悬浮
泥沙的释放源强为6.23kg/s；胶州湾西岸的黄岛前湾内现场取样分析表明：一艘1600 m3/h
的绞吸式挖泥船，产生的泥沙源强约为2.5kg/s；而一艘4500 m3/h耙吸式挖泥船，产生的泥
沙源强约为7.5～12.5kg/s；根据天津港、大连港等同类港口施工期监测数据，结合不同地区、不同施工条件的情况得到：8 m3抓斗船产生的悬浮泥沙源强约为0.96～1.79kg/s，１450
m3/h绞吸式挖泥船悬浮泥沙源强约为2.22～3.5kg/s，１600 m3/h绞吸式挖泥船悬浮泥沙源
强约为2.4～3.75kg/s，１500 m3/h耙吸式挖泥船约为3.83～5kg/s，3000 m3/h耙吸式挖泥船
产生的悬浮泥沙源强约为10kg/s。
3结论
综合上述研究成果，可在海洋工程施工中，结合实际施工情况，根据不同的工程类型，
采用不同的施工机械、施工强度对悬浮泥沙源强进行确定，目前泥沙源强的确定一般采用公
式计算结合同类工程经验或现场监测数据进行推算。
提高源强分析计算结果的准确性，可以
更准确地评估悬浮泥沙对周边海域环境的影响程度。
参考文献：
[1]中华人民共和国交通运输部.港口建设项目环境影响评价规范:JTS105-1-2011[S].2011
[2]Mott MacDonald.Contaminated spoil management study,final report,Volume 1,for
EPD.1991.
[3]袁道伟.悬浮颗粒物在三维超流场中的输运数值模拟[D].青岛:中国海洋大学环境科学与
工程学院,2004.
[4]李孟国.海岸河口水动力数值模拟研究及对泥沙运动研究的应用[D].青岛:青岛海洋大
学,2002.
[5]Salomon J C. Modelling turbidity maximum in the Seine estuary[J]Elseviser Oceanography Series,1981(32).
[6]王志勇,戴明新.天津港海域海洋生态环境调查初步研究,交通环保,2004年第04期.
基金项目：广东省自然科学基金重点项目（S2013020012823）
作者简介：刘玲（1977-），女，国家注册环评工程师，主要从事海洋工程环境影响评价。