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长江口南槽河道水沙特性及河床沙再悬浮研究

人民长江 2014年第13期45卷 9-14,21页

作者：王飞李九发李占海姚弘毅朱文武华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200062

为研究河口地区泥沙在陆海动力共同作用下的再悬浮过程和机制,基于长江口南槽河道连续8 d的水文泥沙同步观测数据,对拦门沙河道潮流速、悬沙浓度、悬沙粒径随时间变化和河床沉积物再悬浮进行了分析研究。结果表明:涨、落潮的水动力和历... 详细信息

为研究河口地区泥沙在陆海动力共同作用下的再悬浮过程和机制,基于长江口南槽河道连续8 d的水文泥沙同步观测数据,对拦门沙河道潮流速、悬沙浓度、悬沙粒径随时间变化和河床沉积物再悬浮进行了分析研究。结果表明:涨、落潮的水动力和历时存在不对称性;水体悬沙浓度随小潮到大潮的变化而逐渐增加;水体悬沙粒径也随小潮至大潮的变化而不断粗化,但细砂含量略有增加,致使细砂类出现再悬浮现象;一个潮周期内,出现3次悬沙浓度峰值;水体悬沙浓度以及悬沙粒径的变化与流速及底床切应力都有着显著相关性。

关键词：悬沙浓度悬沙粒径潮流速再悬浮南槽河道长江河口

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干毛巾擦拭表面激起沉积颗粒再悬浮的实验研究

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干毛巾擦拭表面激起沉积颗粒再悬浮的实验研究

作者：徐伍大连理工大学

学位级别：硕士

室内空气品质与人的健康息息相关。室内悬浮颗粒物含量超标,将对人体的呼吸健康和工作效率造成负面影响。悬浮颗粒的来源非常广泛,室内表面原本沉积的颗粒受到不同行为的激扰,再次从沉积表面悬浮进入空气是其中的来源之一。人的清洁行... 详细信息

室内空气品质与人的健康息息相关。室内悬浮颗粒物含量超标,将对人体的呼吸健康和工作效率造成负面影响。悬浮颗粒的来源非常广泛,室内表面原本沉积的颗粒受到不同行为的激扰,再次从沉积表面悬浮进入空气是其中的来源之一。人的清洁行为是激起室内沉积颗粒再悬浮的重要诱因,而表面擦拭是人们日常生活经常使用的清洁方式,因此探究擦拭造成沉积颗粒再悬浮的机制具有重要意义。本文通过实验手段探究了使用干毛巾擦拭表面时,沉积颗粒从表面再悬浮的过程。首先建立了一个擦拭实验装置台,通过导轨控制一个手模型的水平运动以模拟人手用毛巾擦拭水平表面的行为。实验中被擦拭的表面材料为黑色卡纸或者不锈钢平板,采用的擦拭物为一纺织纤维材料的黑色毛巾。实验时,手模型握住干毛巾压在积尘表面上,通过该导轨控制手模型擦拭的速度、行进的距离以及擦拭的方式。采用高速相机对擦拭的过程进行记录,拍摄颗粒从表面脱离并悬浮的动态过程。在擦拭前和擦拭后,使用精密电子天平称量毛巾和积尘表面等材料的质量,以此计算毛巾上粘附的颗粒质量和空气中悬浮的颗粒质量。在擦拭实验装置内,使用粒子计数器测量不同位置的悬浮颗粒数量。此外,还拍摄了擦拭后从毛巾底部边缘溅射出去的颗粒形态。研究表明,擦拭过程中表面沉积颗粒均从毛巾底部沿毛巾边缘悬浮上升,并且毛巾上黏附的颗粒脱落和毛巾底部堆积的颗粒飞溅、破碎是悬浮颗粒的主要来源,气流和毛巾纤维对颗粒的推力是主要的作用机制。悬浮后的颗粒将紧随毛巾擦拭产生的尾流运动,当毛巾停止擦拭或反向擦拭时,悬浮颗粒易向四周空间扩散。毛巾的厚度和边缘形状将影响颗粒的悬浮,较厚的毛巾擦拭时(本研究中厚度约6cm左右),悬浮颗粒将形成颗粒旋涡向前运动,抑制颗粒向上的悬浮运动。随着擦拭速度、擦拭距离、擦拭次数和积尘密度的增大,悬浮颗粒数量将增多。在低积尘密度下(本研究中ρ悬浮的3-5μm颗粒数量可以增大3倍以上,擦拭距离从10cm增大到20cm时,累积悬浮的3-5μm颗粒数量增大85%以上。

关键词：再悬浮颗粒毛巾擦拭实验研究

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气溶胶粒子在毛细管中沉积与再悬浮

中国环境科学 2003年第4期23卷 344-348页

作者：杨通在陈银亮熊旺马浚羊衍秋中国工程物理研究院核物理与化学研究所四川绵阳621900

采用亚微米单分散聚苯乙烯球形硬气溶胶粒子和脉冲进样技术,测定了气溶胶粒子在管道中的沉积率,研究了沉积率与流体速度、管道长度、管道直径和气溶胶粒子大小之间的关系.结果发现,在相同条件下,沉积率随管长增加而增大;随流体速度增加... 详细信息

采用亚微米单分散聚苯乙烯球形硬气溶胶粒子和脉冲进样技术,测定了气溶胶粒子在管道中的沉积率,研究了沉积率与流体速度、管道长度、管道直径和气溶胶粒子大小之间的关系.结果发现,在相同条件下,沉积率随管长增加而增大;随流体速度增加而减小.在相同体积流量下,沉积率与管径关系不大;而沉积率与气溶胶粒子大小之间的关系比较复杂.沉积的气溶胶粒子如果在更大流速冲击下,将发生反弹,部分气溶胶粒子从黏附表面上分离再次悬浮于流体中.

关键词：亚微米气溶胶毛细管沉积率再悬浮

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水生植物对风浪消减及水体再悬浮和营养盐的影响

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水生植物对风浪消减及水体再悬浮和营养盐的影响

作者：程新锋淮北师范大学

学位级别：硕士

本文通过采用自主设计的螺旋式电机水槽来研究挺水植物芦苇对风浪的消减及对沉积物再悬浮特征的影响。在不同水动力的扰动作用下,测定不同密度的水生植物作用后的波浪高度及水体固体悬浮物的浓度,从而探讨水生植物在消减风浪方面以及对... 详细信息

本文通过采用自主设计的螺旋式电机水槽来研究挺水植物芦苇对风浪的消减及对沉积物再悬浮特征的影响。在不同水动力的扰动作用下,测定不同密度的水生植物作用后的波浪高度及水体固体悬浮物的浓度,从而探讨水生植物在消减风浪方面以及对沉积物再悬浮的影响。为了探究不同水生植物对水体中的不同营养盐的去除效果,采取栽种芦苇、富贵竹、狐尾藻、伊乐藻等五种处理方式,测定不同试验周期后水中的TN、TP、NH4+-N、DO等重要水质指标的变化,以期对不同水生植物对营养盐的作用效果进行研究。本研究得出以下结论:1)不同密度的水生植物能够有效的降低风浪引起的波浪的高度;在同样的风力条件下,水生植物的密度越大,消浪的效果越明显,当风速接近或小于8.7m/s时,植物种植宽度在4m以上,可以达到大幅度消减风浪的目的;当植物的密度低于25株/m2时,消浪效果不明显。2)不同种植密度的芦苇对水体由于风浪引起的沉积物再悬浮SPM质量浓度有消减作用,不同密度的芦苇与SPM质量浓度呈正相关性,最高消减率达到75.5%;3)不同的水生植物都可以有效的吸收水体中氮、磷营养盐;对于总氮,去除率按顺序为芦苇>富贵竹>狐尾藻>伊乐藻>臭氧;对于总磷,去除率顺序为伊乐藻>芦苇>富贵竹>狐尾藻>臭氧。

关键词：水生植物沉积物再悬浮水体营养盐

击打引起的布料表面沉积颗粒再悬浮的实验研究

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击打引起的布料表面沉积颗粒再悬浮的实验研究

作者：牛黎明大连理工大学

学位级别：硕士

沉积颗粒的再悬浮是室内颗粒污染物的重要来源之一,对人员健康构成严重威胁。反向溯源研究表明,高达30%的室内可吸入颗粒物是由沉积颗粒的再悬浮所致。当沉积颗粒受到外部扰动时,若扰动产生的分离力足以克服沉积颗粒与附着面之间的粘附... 详细信息

沉积颗粒的再悬浮是室内颗粒污染物的重要来源之一,对人员健康构成严重威胁。反向溯源研究表明,高达30%的室内可吸入颗粒物是由沉积颗粒的再悬浮所致。当沉积颗粒受到外部扰动时,若扰动产生的分离力足以克服沉积颗粒与附着面之间的粘附力,沉积颗粒便从附着表面分离而悬浮到空气中。附着面材料的硬度、粗糙度、带电情况等是影响颗粒与附着面之间粘附作用力的主要因素。当前关于附着面材料的研究主要集中在玻璃、钢板、木材、硅片等硬质材料,而关于布料等柔软可变形的纤维织物的研究则相对较少,诸如洁净服、过滤材料等织物表面粘附颗粒的去除脱离机制尚不清楚。本文通过实验方法,研究了机械撞击引起的布料表面沉积颗粒分离与再悬浮的过程。将亚利桑那测试粉尘（ATD）气溶胶化后通入密封的玻璃空腔内,以自然沉降的方式沉积在聚酯纤维或棉质布料的单侧面。测试布料长130 mm、宽100 mm,左右两边留出15 mm被垂直夹持固定于再悬浮试验台上,有效的颗粒沉积面积为100 mm×100 mm。击打杆为中空的圆柱体,长130 mm、内外径分别为12 mm和20 mm。击打杆挤压弹簧后被销子固定,释放销子后击打杆将从背面撞击未沉积颗粒一侧的布料中心。使用激光位移传感器记录布料中心点的运动状态。以发烟笔产生的示踪烟雾观测布料运动引发的湍动气流。并借助高速相机对布料的运动过程、烟气运动状态、颗粒团的脱离悬浮过程拍摄成像。使用精密电子天平称量击打前后布料上沉积颗粒质量的变化,并统计悬浮颗粒、掉落颗粒、残留颗粒占总沉积质量的比例。并且对击打后残留颗粒痕迹的相对光强度与布料拉伸率和曲率的关系进行对比分析。基于上述实验过程,还比较了击打杆冲击强度、颗粒沉积面密度和布料类型对颗粒分离过程的影响。研究表明,当布料受到击打杆的撞击时发生剧烈变形,布料被击打杆挤压到最大位移的过程中反向加速度持续增加,当其达到一定值时（对斜纹聚酯纤维布料为192.5m/s）,粘附颗粒由于惯性从布料表面脱离。布料运动引发周围空气形成湍流漩涡,促使已脱离颗粒发生减速,并汇聚形成颗粒云团。击打过程中与击打杆接触的中心区域的布料拉伸率最小,颗粒脱离率也最小。受到击打杆挤压时布料未被固定的两边发生弯曲,导致表面颗粒层被挤压破裂形成大颗粒团,促进了颗粒的分离。击打强度的增大导致最多90%左右的颗粒从布料表面脱离。颗粒层越厚越易发生破碎,因此当冲击强度达到一定值时（本文研究结果为20 J/m）,击打较厚颗粒层的布料反而比击打较薄颗粒层的布料颗粒清除的效率更高。棉布表面纤维杂乱粗糙,缝隙内颗粒清除难度增大,导致棉布的残留颗粒质量能够比聚酯纤维多20%左右。

关键词：颗粒再悬浮布料击打实验研究

长江口南岸滨岸带底泥中重金属的生物有效性及其再悬浮

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长江口南岸滨岸带底泥中重金属的生物有效性及其再悬浮

作者：孙玮玮华东师范大学

学位级别：硕士

本论文选取长江口南岸吴淞-浏河滨岸段作为典型区域,以有毒重金属Pb、Cd、Cr为主要研究对象,借助SEM与AVS的差值和比值方法对长江口吴淞-浏河带沉积物中的重金属进行生物有效性评价,进而来判断沉积物中的有效态重金属对底栖生物的危害程... 详细信息

本论文选取长江口南岸吴淞-浏河滨岸段作为典型区域,以有毒重金属Pb、Cd、Cr为主要研究对象,借助SEM与AVS的差值和比值方法对长江口吴淞-浏河带沉积物中的重金属进行生物有效性评价,进而来判断沉积物中的有效态重金属对底栖生物的危害程度;进行潮周期的定点现场观测,研究潮周期过程中物理再悬浮及动力、pH、盐度等环境条件耦合影响下底泥中重金属(Pb、Cr、Cd)的潮周期变化特征;同时利用自制的再悬浮装置(PES)进行室内模拟再悬浮试验,研究重金属(Pb、Cr、Cd)在沉积物-上覆水之间的迁移转化过程。主要得到以下几条结论: 1)长江口吴淞-浏河滨岸带Pb、Cr、Cd、Hg、As的平均含量分别为33.1μg·g、56.6μg·g、0.4μg·g、0.38μg·g、40.0μg·g,其含量均超过上海市潮滩背景值;除Cr外,其它重金属含量均超过上海市土壤背景值。浏河口上游到江苏白茆附近沉积物和水体中Cd平均含量分别为0.189μg·g、0.234μg·L,分别超过上海市潮滩背景值和2008年6月所采陈行水库水体Cd含量。长江口南岸存在重金属的岸边污染带。 2)由于上海腹地工业废水、生活污水的大量排放,使得长江口吴淞-浏河滨岸带沉积物中具有较高的SEM(Simultaneously Extracted Metals)和AVS(AcidVolatile Sulfides)含量,分别为0.20-1.37μmol·g、0.20-0.80μmol·g,不同重金属的总量、SEM含量都超过了上海市土壤、潮滩重金属背景值,且该研究区域沉积物中以HCl淋滤相存在的重金属占主要形式;浏河口上游长江口南岸沿岸带主要以Cd污染为主,Cr、Pb含量均低于上海市土壤背景值,污染程度较小。 3)吴淞-浏河滨岸带沉积物中有机碳、含水率以及沉积物粒径本身是本研究区域中SEM与AVS含量的控制性环境因子;SEM/AVS比值及(SEM-AVS)差值的生物有效性评价结果表明,长江口吴淞-浏河滨岸带沉积物中重金属对水生生物均处于中等毒性水平,底泥的再悬浮作用会加强硫化物结合态重金属的释放,从而引起环境毒性。 4)潮周期现场观测过程中,水体流速的变化是控制底泥中重金属向水体释放的主要环境因子。另外,水体中各形态重金属的浓度变化还受其它外在环境因子的影响,如水温、pH、NO、DOC、DIC、NH、TN等是控制水体底层溶解态Cd的重要环境指标,DO、Eh是控制表层溶解态Cd和Pb环境因子;Cl是控制底层水体溶解态Pb的重要环境因子;Eh是控制表层水体溶解态Cr的重要环境因子,DO、NO是控制表层水体颗粒态Cr的重要环境因子,DOC是控制底层水体可溶性Cr的环境因子,电导率是控制底层颗粒态Cr的重要环境因子。 5)相关性分析发现,潮周期现场观测过程中溶解态Cd、Pb、Cr两两之间分别存在显著正相关关系;颗粒态Cd、Pb、Cr两两之间也存在显著正相关,且颗粒态重金属(Pb、Cr、Cd)与全量的Pb、Cr、Cd之间也存在显著相关性。这说明颗粒态的Pb、Cr、Cd具有相似的理化性质及物质来源。流速分别与颗粒态及总量重金属(Pb、Cr、Cd)均呈显著正相关关系。潮水动力对于水体颗粒态重金属的贡献具有不可忽视的作用。 6)通过对潮周期现场观测前后底泥柱状沉积物中重金属及其理化参数的含量对比发现,潮周期过程中底泥对Pb、Cr有富集效应;Cd、Fe、Mn的变化可能受孔隙水的影响较大;底泥中Cu、Ni向水体发生了释放;初步判断潮周期过程中动力扰动所影响到的底泥深度大约为0-5cm。 7)在受水体生物膜保护的作用下,水体中溶解态和颗粒态重金属含量呈波浪状的变化受重金属吸附的“泥沙效应”影响非常显著;在外界环境因子变化相对稳定的情况下,溶解态和颗粒态重金属在两相之间也会在短时间内达到浓度平衡;同现场潮周期观测结果相似,另外在个别时间点水体中两相态的重金属含量也受DOC、DO等环境因子的控制。 8)与潮周期现场观测结果有所不同的是,通过对比室内模拟再悬浮试验前后柱状沉积物中各重金属(Pb、Cr、Cd)及主要理化参数(硫化物、含水率、有机质)的变化,大部分试验结果证实沉积物确实向水体释放了重金属,但途径略有不同:或来源于沉积物经孔隙水向上覆水体的释放(pH模拟);或来源于水体生物膜上铁锰氧化物结合态重金属的释放(盐度模拟);或来源于两者的综合作用(pH、盐度耦合模拟,动力、盐度耦合模拟)。 9)与潮周期现场观测结果相似,室内模拟长江口底泥重金属再悬浮试验发现,在有水体生物膜存在的条件下,重金属吸附的“泥沙效应”对水体中重金属的迁移转化影响显著。硫化物的前后含量变化可以作为判断动力扰动到底泥深度的一个有力证据。

关键词：重金属沉积物潮周期再悬浮生物有效性长江口

动力和盐度影响下长江口近岸沉积物中汞的再悬浮行为

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中国科学：化学 2011年第1期41卷 105-116页

作者：赵健毕春娟陈振楼沈军郑祥民地理信息科学教育部重点实验室华东师范大学资源与环境科学学院上海200062

利用PES(particle entrainment simulator)装置,实验测定了不同的扰动强度和盐度条件下长江口近岸沉积物中Hg的再悬浮迁移和释放过程.在盐度再悬浮试验中,上覆水中HgD(溶解态Hg)和HgP(颗粒态Hg)含量分别在0.06～0.176μg/L和0.033～0.72... 详细信息

利用PES(particle entrainment simulator)装置,实验测定了不同的扰动强度和盐度条件下长江口近岸沉积物中Hg的再悬浮迁移和释放过程.在盐度再悬浮试验中,上覆水中HgD(溶解态Hg)和HgP(颗粒态Hg)含量分别在0.06～0.176μg/L和0.033～0.723μg/g之间变化,在盐度×动力耦合再悬浮试验中,上覆水中HgD和HgP含量分别在0.024～0.112μg/L和0.05～0.958μg/g之间变化.在盐度较低(悬浮颗粒对上覆水中的Hg起了较强的吸附作用.当盐度在1‰以上时,上覆水中的HgP出现解吸行为,动力条件的耦合影响促进了Hg的解吸作用,当动力条件达到250r/min以上时,Hg的解吸作用增强,上覆水中的HgD出现正通量,表现为向上覆水的释放.此外,在较强动力条件下,孔隙水中大量HgD的扩散释放也增加了其释放通量.

关键词：再悬浮 Hg 沉积物物理扰动盐度长江口

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柴油机排气微粒热泳沉降机理及再悬浮规律的研究

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柴油机排气微粒热泳沉降机理及再悬浮规律的研究

作者：卢晓北京交通大学

学位级别：硕士

汽车排气微粒粒径较小,吸附有害物质多,对人类健康威胁较大。随汽车保有量的增长,排气微粒的污染问题亟待解决。对柴油机排气微粒的热泳沉降、湍流脉动沉降以及沉降微粒的再悬浮机理的研究,有助于加深对排气管内微粒运动特性的理解,为... 详细信息

汽车排气微粒粒径较小,吸附有害物质多,对人类健康威胁较大。随汽车保有量的增长,排气微粒的污染问题亟待解决。对柴油机排气微粒的热泳沉降、湍流脉动沉降以及沉降微粒的再悬浮机理的研究,有助于加深对排气管内微粒运动特性的理解,为柴油机微粒沉降的控制、微粒的净化以及微粒分布的改善提供一条有效的途径。为此,本文主要做了如下工作: 应用FLUENT计算研究了湍流管道内的微粒运动及沉降特性。在本部分当中,对不同的管道几何条件,不同的速度、温度条件下管道内温度场及湍动能场的分布特点进行了研究分析。在研究微粒热泳沉降的过程中充分考虑了湍流脉动影响,并对微粒热泳沉降以及湍流沉降进行了比较分析。研究了层流状态下不同入口类型对微粒热泳沉降特性的影响。在本部分当中,对三种不同入口类型的流场特点进行了分析;采用了临界轨道半径的思想,结合FLUENT计算所得的速度、温度均正在发展和速度充分发展而温度正在发展两种类型流场参数,编程求解微粒运动方程来获得微粒临界轨道半径r,进而求得微粒热泳沉降率;比较分析了三种不同入口类型对微粒热泳沉降率的影响。对微粒沉降后的再悬浮特性进行了研究。在本部分当中,对几种经典微粒粘附模型进行了分析比较。综合考虑了影响再悬浮的各种因素,建立了微粒临界脱离模型并对模型进行了求解,分析了流体速度、微粒粒径等因素对微粒再悬浮特性的影响。通过上述研究工作,最终得出了在本文研究参数范围内,微粒在湍流管道内的沉降特性和层流状态下三种不同入口类型对微粒热泳沉降的影响,以及在不同条件下微粒的再悬浮特性。

关键词：柴油机微粒热泳沉降临界轨道半径 FLUENT 再悬浮

波浪与海流对沉积物再悬浮贡献的原位观测研究

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波浪与海流对沉积物再悬浮贡献的原位观测研究

作者：郭腾飞中国海洋大学

学位级别：硕士

波浪与海流是海底沉积物再悬浮的两个主要动力因素，目前针对两者对再悬浮贡献大小的研究较少。本文在自然科学基金资助项目“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：41072215;时间：2013-2015）和中国地质调查局海... 详细信息

波浪与海流是海底沉积物再悬浮的两个主要动力因素，目前针对两者对再悬浮贡献大小的研究较少。本文在自然科学基金资助项目“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：41072215;时间：2013-2015）和中国地质调查局海洋地质调查工作项目“海陆相互作用和海岸带地质灾害研究”（资助号：GZH201100203;时间：2012-2015）的资助下，通过现场原位观测的方法，对胶州湾、营口白沙湾和黄河三角洲三个典型区域的波浪与海流对沉积物再悬浮贡献进行研究。其中胶州湾和白沙湾采用布放座底式三脚架原位观测系统的方法进行研究;黄河三角洲采用屏蔽波浪或海流，对比只有一种因素存在时与两因素同时存在时悬浮物浓度的方法进行研究;并且本文通过铺设塑料薄膜，收集膜下表层细粒土样的方法，研究了波浪“泵送”作用对黄河三角洲沉积物再悬浮的影响。本文得出的主要研究结论如下：1.海流是胶州湾海底沉积物发生侵蚀再悬浮的主要动力因素，在1级海况下，海底沉积物再悬浮几乎全部由海流所引起，此时海流对沉积物再悬浮贡献率接近100%;在2级海况下，波浪作用对海底沉积物再悬浮贡献率为21.9%-58.3%，海流对海底沉积物再悬浮贡献为41.7%-78.9%。2.海流对营口白沙湾海域海底沉积物再悬浮影响较小，较大的波浪作用是该海域沉积物发生侵蚀再悬浮的主要动力因素。当波浪有效波高小于50cm时，海流作用对沉积物贡献为50%-100%，此时波浪作用对再悬浮贡献小于50%;当波浪有效波高大于50cm时，海流作用对沉积物再悬浮贡献则小于50%，波浪作用对再悬浮贡献大于50%。3.黄河三角洲地区的再悬浮事件中，波浪作用对再悬浮贡献为14%-73%，海流作用对再悬浮贡献为27%-86%;在波致沉积物再悬浮过程中，波浪“泵送”作用对沉积物再悬浮贡献为11.5%-42.8%，波浪剪切作用对沉积物再悬浮贡献为57.2%-88.5%。4.沉积物再悬浮后，需要较长时间才能完成沉降。因此，在现场通过屏蔽波浪的方式，进行海流对沉积物再悬浮贡献的研究方法不可行。

关键词：波浪海流泵送再悬浮原位观测实验