余 樂， 郭秀軍,2??， 田壯才， 賈永剛,2

(1.中國(guó)海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266100； 2. 山東省海洋環(huán)境地質(zhì)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)海洋大學(xué) 山東 青島 266100)

內(nèi)孤立波作用下南海北部陸坡沙波形成過程實(shí)驗(yàn)?zāi)M?

余 樂1， 郭秀軍1,2??， 田壯才1， 賈永剛1,2

(1.中國(guó)海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266100； 2. 山東省海洋環(huán)境地質(zhì)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)海洋大學(xué) 山東 青島 266100)

為探究?jī)?nèi)孤立波作用下陸坡坡面沙波形成機(jī)制，在室驗(yàn)水槽內(nèi)模擬恒定振幅下凹型內(nèi)孤立波對(duì)砂質(zhì)粉砂、黏土質(zhì)粉砂、細(xì)砂三種沉積物坡面連續(xù)作用過程，利用超聲地形自動(dòng)測(cè)量分析系統(tǒng)(TTMS)、電阻率探針、溫鹽深儀(RBR·CTD)分別監(jiān)測(cè)內(nèi)孤立波作用前后土坡高程變化，作用過程水土界面實(shí)時(shí)變化及懸浮物濃度時(shí)空變化，基于測(cè)試結(jié)果分析沉積物懸浮、運(yùn)移及沉積過程特征。研究表明，沙波形成過程中不同類型沉積物懸浮-運(yùn)移方式不一致，在恒定振幅內(nèi)孤立波作用下，砂質(zhì)粉砂發(fā)生懸浮向坡頂運(yùn)移，其中較大的顆粒在坡頂發(fā)生沉積，較小顆粒沿坡面運(yùn)移到坡底；黏土質(zhì)粉砂發(fā)生懸浮后同時(shí)向坡頂和坡中運(yùn)移，在坡頂和坡中位置形成霧狀層沿等密度層水平擴(kuò)散；砂質(zhì)粉砂運(yùn)移方式主要為推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)，黏土質(zhì)粉砂主要為懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)。內(nèi)孤立波形成的沙波體坡頂無(wú)尖刃，較為圓滑，兩坡不對(duì)稱，迎流面薄，背流面厚。

內(nèi)孤立波；沙波；再懸??；運(yùn)移沉積；底形特征

南海北部海底沙波分布廣泛，并普遍發(fā)育有各種類型的沙波、沙壟和沙丘等沙體地貌，總體呈 NE 或 NEE 向條帶分布，僅在113°E～117° E 之間的大陸坡折處，沙波覆蓋面積就達(dá)7 200 km2[1-2](見圖1)。沙波分布區(qū)油氣資源十分豐富，沙波的移動(dòng)會(huì)對(duì)海上鉆井平臺(tái)、海底輸油管道、海底電纜等人工設(shè)施造成危害，嚴(yán)重情況下可導(dǎo)致管道斷裂、平臺(tái)垮塌，進(jìn)一步造成溢油事故等重大災(zāi)害，給人們帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失，威脅海洋環(huán)境[3-4]。因而沙波形成與遷移受到了廣泛的關(guān)注。

海底沙波可分為殘留沙波和現(xiàn)代沙波，馮文科等分析了南海北部沙波形成環(huán)境和時(shí)代，認(rèn)為海底沙波是末次冰盛期低海面時(shí)期形成的殘留沉積[1-2]。王尚毅和李大鳴提出了南海北部沙波的準(zhǔn)共振界面波形成理論，認(rèn)為現(xiàn)代底流條件能夠起動(dòng)泥沙，南海北部陸架區(qū)的海底沙波為現(xiàn)代形成[5]。大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為海底沉積物為殘留沉積物，在現(xiàn)代動(dòng)力下可以形成沙波，但對(duì)沙波形成的主控因素存在爭(zhēng)議。欒錫武等通過研究海底沙波和現(xiàn)今的海底底流體系的關(guān)系，認(rèn)為沙波是在現(xiàn)今底流體系條件下形成的[3]。吳建政等則認(rèn)為南海北部陸架沙波由現(xiàn)代潮流與風(fēng)暴共同作用形成[6]。王文介分析了各沙脊和沙波區(qū)的潮流動(dòng)力環(huán)境和地貌沉積特征，認(rèn)為兩者的形成是潮流動(dòng)力對(duì)海底砂礫物質(zhì)作用的結(jié)果[7]。夏華永等通過在南海北部外陸架與陸坡的沙波區(qū)進(jìn)行了海底流速連續(xù)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)底部強(qiáng)流方向特征與南海北部?jī)?nèi)波傳播方向特征一致，認(rèn)為底層強(qiáng)流是內(nèi)波活動(dòng)所致，沙波形成與移動(dòng)的原因主要是內(nèi)波作用和潮流-風(fēng)暴潮耦合作用，前者為主要機(jī)制[8-9]。張興陽(yáng)等在國(guó)內(nèi)外研究基礎(chǔ)上總結(jié)了內(nèi)孤立波對(duì)深水沉積物波形成與遷移的作用，認(rèn)為界面內(nèi)孤立波波動(dòng)面(密躍面)接近海底時(shí),可形成與內(nèi)孤立波傳播相反方向的單向優(yōu)勢(shì)流動(dòng)。在此流動(dòng)的持續(xù)作用下,形成與內(nèi)孤立波規(guī)模相當(dāng)?shù)姆菍?duì)稱沉積物波[10]。內(nèi)孤立波在向岸過程中與海底斜坡發(fā)生激烈的相互作用，產(chǎn)生底部強(qiáng)流，對(duì)海底泥沙產(chǎn)生強(qiáng)烈擾動(dòng)，從而在該區(qū)形成沙波并造成沙波遷移[11-12]。張晶晶等根據(jù)陸坡底質(zhì)的沉積形態(tài)和動(dòng)態(tài)特征，結(jié)合區(qū)域水動(dòng)力環(huán)境論證了內(nèi)波塑造特大型沙波的合理性[13]。目前對(duì)于沙波形成的研究主要局限于通過砂質(zhì)底形的沉積形態(tài)和動(dòng)態(tài)特征，結(jié)合區(qū)域水動(dòng)力環(huán)境研討了它們的沉積動(dòng)力機(jī)理，尚缺乏沙波形成過程系統(tǒng)的研究。為了全面認(rèn)識(shí)內(nèi)孤立波作用下沙波形成過程,有必要開展室內(nèi)物理模擬研究。

(據(jù)文獻(xiàn)[1]修改。Modified from reference[1])圖1 南海北部陸坡沙波分布Fig.1 Distributions of sand ripples on northeastern continental shelf of South China Sea

筆者在前人研究基礎(chǔ)上，以南海北部陸坡沉積物及內(nèi)孤立波特點(diǎn)為背景，以實(shí)地采集資料為基礎(chǔ)，結(jié)合室內(nèi)水槽實(shí)驗(yàn)?zāi)M結(jié)果，分析了恒定振幅(10 cm)下凹型內(nèi)孤立波作用下細(xì)砂、砂質(zhì)粉砂、黏土質(zhì)粉砂三種沉積物土坡形成沙波的過程。研究結(jié)果對(duì)于量化研究?jī)?nèi)孤立波改造海底地形地貌作用具有參考價(jià)值。

1 水槽實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與裝置

實(shí)驗(yàn)在山東省海洋環(huán)境地質(zhì)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)水槽內(nèi)進(jìn)行。水槽長(zhǎng)14 m，寬0.5 m，高0.7 m，分為內(nèi)波生成區(qū)、傳播區(qū)、波土作用區(qū)和消波區(qū)。內(nèi)波生成區(qū)在水槽右側(cè)2 m范圍內(nèi)，基于重力塌陷式造波原理[14]，采用抽板法產(chǎn)生下凹形內(nèi)孤立波。生成的內(nèi)波經(jīng)傳播區(qū)到達(dá)波土作用區(qū)，該位置設(shè)置斜坡模擬南海北部陸坡的陡坡地形；水槽最左側(cè)2 m范圍為消波區(qū)，設(shè)置三角楔形裝置，防止產(chǎn)生回波進(jìn)行干擾。分層水的制取采用傳統(tǒng)的雙缸法，實(shí)驗(yàn)中總水深為0.5 m，淡水層與鹽水層深度分別為0.1 m，0.4 m，鹽水密度為1 025 kg/m3，淡水密度為998 kg/m3，該分布近似于海洋中的密度躍層結(jié)構(gòu)。整個(gè)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 波浪水槽示意圖Fig.2 Sketch of the wave flume

按照南海北部陸坡區(qū)沉積物的級(jí)配曲線[15]，使用高嶺土、粉土、細(xì)砂和中粗砂人工配置黏土質(zhì)粉砂、砂質(zhì)粉砂和細(xì)砂三種典型沉積物，具體組分如圖3所示。

1.2 測(cè)量技術(shù)

坡面高程測(cè)量采用超聲地形自動(dòng)測(cè)量分析系統(tǒng)(TTMS)。實(shí)驗(yàn)時(shí)將其放置于斜坡的正上方，利用測(cè)車攜載超聲測(cè)量組件在測(cè)橋上沿模型斷面移動(dòng)，測(cè)量土坡坡面垂直高程；同時(shí)，固定于測(cè)橋一端的激光測(cè)距組件測(cè)量測(cè)車的水平位置。系統(tǒng)測(cè)量精度為1 mm，在測(cè)量斜坡高程之前進(jìn)行垂向和橫向標(biāo)定。

內(nèi)孤立波形態(tài)特征采用高速圖像采集系統(tǒng)(CCD)觀測(cè)。

水體中懸浮物濃度采用圖2所示的T1、T2、T3位置濁度探頭測(cè)量。其中，T2濁度探頭位于內(nèi)孤立波理論完全破碎的位置[16](后面簡(jiǎn)稱為破波位置), T1、T3探頭分別在破波點(diǎn)上游和下游位置，相鄰探頭之間水平間距為0.31 m。濁度數(shù)據(jù)每3 s采集一次，溫鹽深濁度儀RBR·CTD記錄的濁度(UTN)與懸浮沉積物濃度(SSC)的對(duì)應(yīng)關(guān)系采用Zhang[17]的公式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，誤差約為百分之一。對(duì)實(shí)驗(yàn)得到的沉積物初始濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。

圖3 沉積物粒度分布曲線Fig.3 Sediment particle size distribution curve

SSC(mg/L)=0.96UTN。

(1)

內(nèi)孤立波破碎位置水土界面變化使用自制電阻率探針測(cè)量。探針長(zhǎng)15 cm，桿體由PVC管制成，探桿上安裝30個(gè)點(diǎn)電極，相鄰點(diǎn)電極間的距離為0.5 cm。測(cè)量時(shí)，將探針垂直插入破波位置土體中，其中10個(gè)點(diǎn)電極位于水體中，20個(gè)點(diǎn)電極在土體中。電阻率測(cè)量選用溫納裝置，實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)過程

將配置的不同類型土樣均勻鋪放在水槽底部形成土坡，土坡高度約0.2 m，在水槽側(cè)壁貼好對(duì)應(yīng)高度和長(zhǎng)度的尺子來調(diào)整坡度為9.1°。造波開始前緩慢向水槽注入用海水晶配置的鹽度為35的標(biāo)準(zhǔn)海水，使試驗(yàn)段水面達(dá)到設(shè)定深度0.4 m，之后注入染色的厚度為0.1 m的上層水。沿每種類型沉積物坡面完成3組室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。在每組實(shí)驗(yàn)波浪作用停止后，更換土樣開始下一組實(shí)驗(yàn)。每組實(shí)驗(yàn)中內(nèi)孤立波振幅保持10 cm不變，內(nèi)孤立波持續(xù)作用于海底沉積物上。具體實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表1所示。

表1 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

Note：ρ1為上層水密度Opper layer water density;ρ2為下層水密度Lower water density;h1為上層水深Upper layer thickness;h為總水深Total depth;a為振幅，Wave amplitude;d50為沉積物中值粒徑Median particle size of sediment.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 坡面形態(tài)變化特征

利用實(shí)驗(yàn)前后超聲地形自動(dòng)測(cè)量分析系統(tǒng)采集的坡面高程數(shù)據(jù)，繪制坡面高程對(duì)比圖，如圖4所示。圖4顯示細(xì)砂土坡在7次內(nèi)孤立波作用后，斜坡坡底高程最大增加36.9%，破波位置高程最大降低2.8%，破波位置上方高程最大增加7.7%。砂質(zhì)粉砂土坡在7次內(nèi)孤立波作用后，斜坡坡底高程最大增加42.0%；破波位置高程最大降低4.8%；破波位置上方高程增加了2.5%。砂質(zhì)粉砂坡面高程變化趨勢(shì)與細(xì)砂一致，土坡破波位置高程降低，坡底及坡頂?shù)母叱淘黾?，坡面底部高程增加的量比頂部增加的量更大，坡面中部高程無(wú)明顯變化，破波位置高程明顯降低，且在坡底形成了明顯的沙波底形。

2.2 懸浮物濃度時(shí)空變化特征

根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程中RBR·CTD實(shí)時(shí)記錄的坡面不同位置水體濁度變化，繪制單個(gè)內(nèi)孤立波作用下砂質(zhì)粉砂和細(xì)砂懸浮泥沙濃度變化時(shí)序圖，如圖5所示。

圖5顯示在1～3 min時(shí)段，設(shè)置在破波位置的T2探頭首先記錄到水體中懸浮物濃度出現(xiàn)峰值，隨后坡頂位置的T1探頭、破波位置的T2探頭、坡中位置的T3探頭依次出現(xiàn)峰值。這說明內(nèi)孤立波破碎傳播過程，不同位置懸浮物濃度變化存在明顯的時(shí)空特征，懸浮物濃度峰值按照破波點(diǎn)-坡頂-破波點(diǎn)-坡中的次序依次出現(xiàn)。

(a實(shí)驗(yàn)照片 a Experimental pictures after internal solitary wave action；b 砂質(zhì)粉砂 b Sandy silt；c 細(xì)砂 c Fine sand)

圖4 坡面高程變化圖

Fig.4 Slope elevation map

對(duì)比砂質(zhì)粉砂和細(xì)砂兩種坡面沉積物懸浮過程可以看到，兩者具有相同的懸浮時(shí)序特征，不過砂質(zhì)粉砂懸浮周期更長(zhǎng)。

2.3 破波位置水土界面變化特征

由于實(shí)驗(yàn)水體電阻率在0.15 Ω·m左右，土體電阻率在0.35～0.5 Ω·m之間，兩者電性差異明顯。前期研究表明在電阻率探針實(shí)測(cè)電阻率曲線上，界面位置附近視電阻率測(cè)量值發(fā)生跳躍性變化，表現(xiàn)為“之”字型異常。當(dāng)界面交于電極桿不同位置時(shí)，異常點(diǎn)極大值位置也相應(yīng)變化，可分辨的距離變化尺度為半個(gè)極距( 0.5 cm)[18]。根據(jù)這一判定標(biāo)準(zhǔn)，利用電阻率探針實(shí)測(cè)電阻率曲線確定內(nèi)孤立波作用過程細(xì)砂坡面位置變化如圖6所示。

圖6中黑色虛線表示內(nèi)孤立波破碎位置水土界面的高程變化，從整體趨勢(shì)來看，內(nèi)孤立波連續(xù)作用過程中坡面高程持續(xù)下降，內(nèi)孤立波作用過后坡面高程會(huì)上升。內(nèi)孤立波作用前后界面位置高程降低了2 cm左右。內(nèi)孤立波第一次作用使得破波點(diǎn)坡面高程明顯下降，下降了2 cm；之后高程下降變緩，以0.6 cm/次的速度下降，坡面高程下降程度與作用次數(shù)呈線性相關(guān)。

3 問題討論

3.1 沉積物懸浮-運(yùn)移-沉積方式

根據(jù)沉積物坡面形態(tài)變化特征、水體中懸浮物濃度時(shí)空變化特征，結(jié)合海水搬運(yùn)理論可分析內(nèi)孤立波作用下不同類型坡面沉積物懸浮-運(yùn)移-沉積方式。

(1) 砂質(zhì)粉砂懸浮-運(yùn)移-沉積方式

如圖7所示，在內(nèi)孤立波作用下破波點(diǎn)位置砂質(zhì)粉砂發(fā)生懸浮后，懸浮物濃度迅速升高后又迅速降低到基準(zhǔn)值，持續(xù)時(shí)間僅為1 min左右。這是因?yàn)樵趦?nèi)孤立波作用下砂質(zhì)粉砂懸浮至上層水流后，較大顆粒會(huì)很快原位沉積到坡面上，同時(shí)較細(xì)顆粒會(huì)被水流向坡頂方向搬運(yùn)(見圖7a)，大約1.5 min后到達(dá)坡頂(見圖7b)，此時(shí)該位置懸浮物濃度出現(xiàn)峰值。坡頂懸浮物在沉積的同時(shí)會(huì)立刻向坡腳方向輸運(yùn)(見圖7c)，導(dǎo)致在1 min內(nèi)破波位置和坡中位置依次出現(xiàn)懸浮物濃度峰值，最后不同位置懸浮物經(jīng)過快速沉積后，其濃度值恢復(fù)到基準(zhǔn)值。整個(gè)沉積物懸浮-運(yùn)移-沉積過程表現(xiàn)出快速懸浮、快速沉積的特點(diǎn)。懸浮物源起破波點(diǎn)位置后運(yùn)移到坡頂，而后又快速輸運(yùn)到坡腳的過程特征明顯。從懸浮-運(yùn)移-沉積過程特征可推斷整個(gè)過程中沉積物運(yùn)移方式主要為推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)。

(T1為坡頂位置 T1 at the top of the slope；T2破波位置 T2 in the broken wave position；T3為坡中位置 T3 at the middle of the slope)圖5 懸浮物濃度時(shí)間變化圖Fig.5 The graph of variation in suspended sediment concentration

圖6 砂質(zhì)粉砂破波位置水土界面變化圖Fig.6 Soil and water interface changes of sandy silt in breaking wave position

圖7 砂質(zhì)粉砂懸浮物濃度變化圖及對(duì)應(yīng)沉積物懸浮-運(yùn)移-沉積方式示意圖Fig.7 Variation in suspended sediment concentration and corresponding sediment suspension-transport-deposition mode of sandy silt

(2)黏土質(zhì)粉砂懸浮-運(yùn)移-沉積方式

黏土質(zhì)粉砂懸浮-運(yùn)移-沉積方式和砂質(zhì)粉砂不同。如圖8所示，黏土質(zhì)粉砂在破波點(diǎn)發(fā)生懸浮后懸浮濃度迅速增加，達(dá)到峰值后濃度降低過程緩慢，高濃度持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，懸浮物濃度是砂質(zhì)粉砂的10～40倍，在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中還可以觀察到坡中會(huì)形成沉積物的霧狀層。這是因?yàn)轲ね临|(zhì)粉砂在內(nèi)孤立波作用下主要為懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)，顆粒較小的黏土質(zhì)粉砂躍離床面進(jìn)入主流區(qū)，懸浮在水中，隨水流運(yùn)動(dòng)，水流進(jìn)一步加強(qiáng)，轉(zhuǎn)化成懸移質(zhì)的顆粒越來越多，達(dá)到一定強(qiáng)度后，床面的顆粒出現(xiàn)成層的運(yùn)動(dòng)形成霧狀層。根據(jù)其不同位置懸浮物濃度峰值出現(xiàn)順序可以發(fā)現(xiàn)，黏土質(zhì)粉砂在內(nèi)孤立波作用下破波點(diǎn)位置首先發(fā)生懸浮，高程降低(見圖8a)，然后同時(shí)向坡頂和坡中發(fā)生運(yùn)移(見圖8b)，二者濃度峰值時(shí)間不一樣是由于內(nèi)孤立波上層流流速比底部流速小，之后懸浮物在坡頂和坡中形成霧狀層沿等密度層水平擴(kuò)散(見圖8c)。研究結(jié)果表明黏土質(zhì)粉砂運(yùn)移過程與已有研究理論[19-22]一致。

圖8 黏土質(zhì)粉砂懸浮物濃度變化圖及對(duì)應(yīng)沉積物懸浮-運(yùn)移-沉積過程示意圖Fig.8 Variation in suspended sediment concentration and corresponding sediment suspension-transport-deposition mode of clay powder

沉積物懸浮-運(yùn)移-沉積會(huì)導(dǎo)致土坡破波位置水土界面的降低，破波位置界面持續(xù)性變化表明沉積物在內(nèi)孤立波連續(xù)作用下的懸浮-運(yùn)移-沉積具有階段性，此外內(nèi)孤立波作用過后破波位置高程的上升，這是由于水體中的懸浮物在內(nèi)孤立波作用后發(fā)生了沉積。圖4觀測(cè)到的沙波是內(nèi)孤立波作用下沉積物階段性懸浮-運(yùn)移-沉積的結(jié)果。

3.2 沙波形態(tài)特征

沙波形態(tài)與已賦存地形地貌、可供泥沙量、沉積物特征參數(shù)、水流條件等因素有復(fù)雜密切的相互關(guān)系，海底沙波的形態(tài)特征能夠反映海底動(dòng)力特征、底質(zhì)特征以及本身的活動(dòng)性[23]。為研究坡底的沙波形態(tài)及幾何特征繪制表2，沉積物波位置如圖2所示，試驗(yàn)過程中形成的沙波單個(gè)沙波不對(duì)稱指數(shù)1.07～1.11，向坡頂傾斜面的最大傾角1°～7°，向坡腳傾斜側(cè)面的最大傾角2°～10°，沙波指數(shù)16～55。內(nèi)孤立波形成沙波的波脊線延伸基本平行陸坡等深線，坡頂無(wú)尖刃，較為圓滑。大部分沙波兩坡不對(duì)稱，向陸傾角明顯大于向海傾角，緩坡向海，陡坡向陸。沙波體的迎流面薄，背流面厚；沙波指數(shù)沿斜坡逐漸增大，不對(duì)稱指數(shù)越來越接近1，沙波的活動(dòng)性越來越弱，從沙波的尺度和形態(tài)分析沙波有向下運(yùn)移的趨勢(shì)，屬于淺水沙波[11]。淺水沙波在內(nèi)孤立波產(chǎn)生的底流作用下，強(qiáng)烈的剪切力將迎流側(cè)泥沙帶向波脊頂，過脊頂受重力作用而不斷崩落于背流側(cè)，導(dǎo)致背流側(cè)不斷增厚而迎流側(cè)不斷受侵蝕，最終沙波個(gè)體以推移的方式不斷沿底流的流動(dòng)方向遷移，在坡底形成系列沙波地貌。

表2 沙波的形態(tài)特征

注：α和β分別是向陸地和海傾斜側(cè)面的最大傾角。The maximum incliation to the land side; The maximum incliation to the sea.

4 結(jié)論

(1)內(nèi)孤立波持續(xù)作用下坡面沉積物的階段性懸浮-運(yùn)移-沉積會(huì)形成淺水沙波，沙波體坡頂無(wú)尖刃，較為圓滑，兩坡不對(duì)稱，迎流面薄，背流面厚。

(2)沙波形成過程中砂質(zhì)粉砂與黏土質(zhì)粉砂懸浮-運(yùn)移-沉積的方式不一致，在恒定振幅內(nèi)孤立波連續(xù)作用下，砂質(zhì)粉砂在內(nèi)孤立波作用下發(fā)生懸浮向坡頂發(fā)生運(yùn)移，其中較大的顆粒受重力作用在坡頂部發(fā)生沉積，較小顆粒在底流作用下會(huì)沿海床面向下運(yùn)移；黏土質(zhì)粉砂在內(nèi)孤立波作用下同時(shí)向坡頂和坡中發(fā)生運(yùn)移，在坡頂和坡中形成霧狀層沿等密度層水平擴(kuò)散；砂質(zhì)粉砂其運(yùn)移方式主要為推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)，黏土質(zhì)粉砂主要為懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)。

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Abstract: In order to investigate the formation process of sand wave under the action of internal solitary waves, the three kinds sediment slope including sandy silt, clayey silt and fine sand was simulated by the indoor flume experiment beneath by the concave internal solitary wave. TTMS is used to monitor the changes of sediment slope before and after the solitary wave. Using the resistivity probe to monitor the change of soil-water interface, the temporal and spatial changes of suspended matter concentration in water were monitored by RBR·CTD. Basing on test results analyzed process characteristics of sediment suspension, migration and deposition. The results show that different types of sediments Suspension-migration methods are inconsistent in the sand wave formation process. sandy silt and fine sand transport to the top of the slope. The larger particles are deposited on the top of the slope, and the smaller particles are transported along the slope to the bottom of the slope beneath Internal Solitary Waves; The clayey silt is transported to the top of the slope and the slope, forming nepheloid layers along the equal density layer to the horizontal diffusion in the sea. The top of the sand body is smooth and two slope is asymmetry that the flow facing surface of sand body is thin, the dorsal stream surface is thick. Transportation of Fine sand and sandy silt is mainly for bed load movement, while clayey silt is mainly for suspended sediment movement

Key words: internal solitary waves; sand waves; resuspension; transportation and sedimentation; bottom characteristics

責(zé)任編輯 徐 環(huán)

Experimental Research on Formation Process of Sand Waves Induced by Internal Solitary Waves in Northern South China Sea shelf

YU Le1, GUO Xiu-Jun1, 2, TIAN Zhuang-Cai1, JIA Yong-Gang1, 2

(1.College of Environmental Science and Engineering，Ocean University of China, Qingdao 266100，China; 2.Shandong Provincial Key Laboratory of Marine Environment and Geological Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100，China)

P733

A

1672-5174(2017)10-113-08

10.16441/j.cnki.hdxb.20160479

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國(guó)家自然科學(xué)基金重大科研儀器研制項(xiàng)目(41427803)資助 Supported by the National Natural Science Foundation of China for Development Project of Major Scientific Research Instrument (41427803)

2017-05-20；

2017-07-16

余 樂(1994-)，男，碩士生，主要從事于海洋環(huán)境巖土方面的研究工作。E-mail：yuleouc@163.com

?? 通訊作者：E-mail：guojunqd@ouc.edu.cn