应用声光学仪器原位观测海底浮泥层动态变化的(4)
海床界面观测方面,AA400声波频率较低,能稳定测量海床界面高程变化,但在高悬浮泥沙浓度海况下难以工作。ASM简单地将超量程部分定义为海床界面,在低悬沙浓度情况下观测结果良好(见图7),但随着悬沙浓度的上升,ASM无法将海床界面与高悬沙浓度水体分开,从而影响海床界面判别的准确性。AA400更适合进行海床界面位置的观测。
3.3 适用范围
ASM探杆使用光学原理,能对悬浮泥沙浓度剖面进行观测,适用于大多数的现场悬沙浓度观测。但由于探杆的工作原理,ASM只能观测探杆范围内的悬浮泥沙浓度剖面,无法满足大范围悬浮泥沙浓度剖面的观测需要,且ASM探杆本身会在一定程度上造成水体扰动,影响观测结果。ADV虽然只能获得单点的悬浮泥沙浓度变化,但是它不与观测点的水体直接接触,获得的数据较ASM探杆频率更高,可以根据高频泥沙浓度数据与所测的高频流速数据计算泥沙沉降速率[17]、底床切应力[18]等。ADP,特别是高频ADP具有上述两者的优点,且本身也不与待测水体直接接触,但是它会受到声衰减的影响,在高悬浮泥沙浓度海况下无法得到准确的观测结果,且由于仪器本身设计,增大测量分层密度需要减小测量的剖面范围,反之增大测量剖面范围需要减小分层密度,这在一定程度限制了ADP进行小范围观测的适用性,但大范围观测相对ASM探杆更具有优势。若单独使用ADP,则需要采集现场原位水样进行校正。表3展示了ASM、ADV、ADP与AA400对悬浮泥沙浓度条件和观测时长的适用范围,在符合该范围的前提下,若需测量SSC剖面,则选择ADP或ASM进行观测;若需高频测量单点SSC,则选择ADV进行观测。
表3 不同仪器对浮泥层现场原位观测条件的适用范围Table 3 Application scope of different instruments for in-situ observation conditions观测对象 Observation object悬浮泥沙浓度条件Condition of SSC观测时长Observation time扰动情况DisturbanceASMSSC剖面(0.01~1.44 m)、海床界面<30 g/L<3个月对浮泥层有一定 扰动ADV单点SSC<10 g/L<1个月无扰动ADPSSC剖面(0.1~7 m)<10 g/L<1个月无扰动AA400海床界面<30 g/L<1个月无扰动
AA400等声学测高仪器不会直接接触到海床界面,对现场扰动小,且声波频率较低,能稳定测量海床界面,观测时长可达一个月,但是在高悬浮泥沙浓度的海况下难以工作。ASM探杆需要插入海床造成扰动,也会受到量程的影响,因此在测量海床高程方面不如声学蚀积仪AA400有优势。
4 结论
(1)在较低悬浮泥沙浓度条件(SSC<10 g/L)下对浮泥层进行现场原位观测时,ASM、ADV、ADP均能完成悬浮泥沙浓度的观测要求,在SSC<3 g/L的情况下,ADV、ADP与ASM观测结果十分接近。随着SSC的增加,ADV、ADP测量准确度降低,在高悬浮泥沙浓度条件(SSC>20 g/L)下,两者无法准确测量悬浮泥沙浓度。
(2)AA400等声学测高仪器不会直接接触到海床界面,对现场扰动小,能稳定测量海床界面。ASM探杆需要插入海床,会对海床造成一定的扰动,同时在高悬浮泥沙浓度情况下无法分辨悬沙水体和海床,因此在测量海床高程方面不如声学蚀积仪AA400有优势。
(3)海底浮泥层的现场原位观测,需要使用多种仪器相互配合。其中,AA400更适合海床界面位置的观测,ASM探杆更适合进行悬浮泥沙浓度的测量,但结合ADV和ADP观测到的浪流要素,能更加全面地描述风暴作用下海底浮泥层的动态演化过程,且ADP能对ASM测量范围外的悬浮泥沙浓度剖面进行补充。
[1] Wright L D, Friedrichs C T. Gravity-driven sediment transport on continental shelves: A status report[J]. Continental Shelf Research, 2006, 26(17-18): 2192-2107.
[2] Traykovski P, Geyer W R, Irish J D, et al. The role of wave-induced density-driven fluid mud flows for cross-shelf transport on the Eel River continental shelf[J]. Continental Shelf Research, 2000, 20(16): 2113-2140.
[3] Hale R P, Ogston A S. In situ observations of wave-supported fluid-mud generation and deposition on an active continental margin[J]. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 2015, 120(11): 2357-2373.
[4] Wells, John T. Dynamics of coastal fluid muds in low-, moderate-, and high-tide-range environments[J]. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 1983, 40(S1): 130-142.
[5] Kineke G C C, Sternberg R W W, Trowbridge J H H, et al. Fluid-mud processes on the Amazon continental shelf[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 1996, 16(105): 5373-5377.
[6] Ogston A S, Cacchione D A, Sternberg R W, et al. Observations of storm and river flood-driven sediment transport on the northern California continental shelf[J]. Continental Shelf Research, 2000, 20(16): 2141-2162.
文章来源:《光学与光电技术》 网址: http://www.gxygdjs.cn/qikandaodu/2021/0302/417.html