现代黄河三角洲沉积物波浪动力响应过程对其再悬浮控制作用分析-环境工程专业论文.docx

现代黄河三角洲沉积物波浪动力响应过程对其再悬浮控制作用研究 摘要海洋动力作用下现代黄河三角洲沉积物再悬浮对于黄河入海泥沙远距离输 运及其命运归宿的解读具有重要作用。目前对于沉积物再悬浮过程及其动力发生 机制的研究更多关注于浪、流边界层的相互作用，往往忽略底床沉积物内部发生 的一系列动力响应过程对其再悬浮的影响，从而制约了现代沉积动力过程研究的 深入。本学位论文在国家自然科学基金“风暴对黄河三角洲侵蚀控制与海床液化”（资助号时间：2011-2013）与“黄河口侵蚀再悬浮物海床内部输供 及控制因素研究”（资助号时间：2013-2016）资助下，研究了现代 黄河三角洲沉积物波浪动力响应过程对海底沉积物再悬浮的控制作用。本论文基于室内动三轴试验、现场造波试验与室内波浪水槽试验，研究了现 代黄河三角洲沉积物波浪动力响应过程；基于现场原位观测与室内水槽试验，研 究了海洋动力作用下现代黄河三角洲沉积物再悬浮过程；基于现场调查与现场试 坑试验，研究了现代黄河三角洲沉积物再悬浮特性的时空分布特征及动态变化规 律；基于室内动三轴与冲刷水槽模拟试验、现场造波与循环水槽试验，及数理统 计与理论计算，研究了波浪对现代黄河三角洲沉积物再悬浮的控制机理。取得的 主要研究成果主要有以下几方面：（1）50 年一遇极端海况下，现代黄河三角洲不同沉积区域埋深 4 m 沉积物 均发生孔压累积，其中沉积年代老的沉积区域主要表现为缓慢增长——快速增长 至上覆有效应力，沉积年代新的区域表现为快速增长——缓慢增长——稳定于不 足上覆有效应力 50%的定值；孔压累积模式普遍符合对数曲线增长模型，对于沉 积年代较老与沉积年代必威体育精装版的沉积物而言，适用性相对较差；大风浪作用下，表 层 30 cm 深度范围内沉积物孔隙水压力普遍呈现出累积升高——剧烈振动—— 缓慢消散的发展模式，孔压累积导致底床内部细粒物质向上输运，使底床发生“粗 化”，原状潮滩沉积物沉积年代越老，沉积物级配越差，“粗化”能力越强。（2）在近岸海区强风浪条件下，若底床沉积物内孔隙水压力累积程度很小，底床发生小再悬浮事件，波致剪切力为其显著动力发生机制；若底床沉积物内孔隙水压力累积程度很高，底床发生大再悬浮事件，波致沉积物液化为其显著动力 发生机制；波浪作用下底床内部细粒物质向上输运进而发生再悬浮最高可达总悬 浮量的 50%。（3）现代黄河三角洲潮滩沉积物再悬浮特性存在不同时空尺度的分布特征 及动态变化规律；与高潮滩与中潮滩沉积物相比，低潮滩沉积物易发生再悬浮， 受海洋动力作用影响显著，空间非均匀分布程度高；北部与南部潮滩沉积物易发 生再悬浮，东部与东北部不易发生再悬浮；在海洋动力作用下，初始堆积沉积物 3~4 天即与原状潮滩沉积物表现出相近的再悬浮特性；现代黄河三角洲沉积物的 再悬浮特性在百年的沉积历史中表现为先增长后降低的演变趋势。（4）大幅值波浪荷载作用可引起沉积物临界剪切应力与起动流速的线性衰 减，此过程与波浪荷载作用下沉积物结构强度的损失密切相关；较小幅值波浪荷 载作用初期，沉积物临界剪切应力与起动流速显著降低，之后在波动中趋于稳定； 沉积物孔压累积引起沉积物的“软化”过程是波浪荷载作用下其再悬浮特性显著 降低的重要因素，波致沉积物粒度成分的动态变化是引起波浪荷载作用后期再悬 浮特性变化的重要因素；基于本文建立的数学模型得出，现代黄河三角洲埕岛海 域 5~50 年重现期波浪要素下的海床内部沉积物再悬浮通量约为 17~91 g·m-2·s-1； 各重现期波浪要素下海床内部泥沙再悬浮通量的最大值均出现在 7~8 m 水深处。本文创新点主要有以下三方面：（1）揭示了不同时代沉积形成的现代黄河三角洲沉积物对波浪动力响应过 程的差异性，及波浪与海流对沉积物成分、结构、物理力学性质、再悬浮特性的 改造作用。（2）建立了波浪作用下沉积物孔隙水压力累积模型，及沉积物超静孔隙水 压力累积程度与再悬浮指标间的定量关系。（3）创造性地提出了沉积物波致液化对黄河三角洲沉积物侵蚀再悬浮的控 制作用，定量描述了海床内部沉积物向上输运对再悬浮的贡献。关键词：黄河口沉积物；波浪动力响应；再悬浮；液化；孔隙水压力累积The Role of Seabed Dynamic Response in Sediment Resuspension under Waves in Modern Yellow River Delta AbstractThe resuspension of sediment by marine hydrodynamics in the modern Yellow River delta plays an important role in the long-distance transpor