基于挟沙力方法的潮滩剖面形态演变数值模型

为研究波流共同作用下的潮滩剖面形态演变,推导了基于切应力方法的挟沙力公式,开发了基于挟沙力方法的潮滩剖面形态演变数值模型,模拟结果与Delft3D模型基本一致,计算效率明显提升。分别采用切应力方法和挟沙力方法模拟潮滩形态的演变过程,挟沙力方法在潮间带上部区域的模拟效果优于切应力方法,更容易模拟出淤积条件下的上凸形剖面,整体剖面形态更接近实测剖面。计算模拟了潮滩剖面在不同波浪条件下的演变过程,波浪对潮滩形态有极强的塑造作用,入射波高的提升加剧了潮间带的侵蚀,形成明显的下凹形剖面。

横流作用下近海开敞式航道演变理论模型研究

近海开敞式航道在横流作用下常常发生航道轴线偏移和断面形态变化,构建了一套能够复演近海开敞式航道轴线和航道断面在横流作用下演变过程的理论模型。分别对推移质和悬移质运动引起的海床变形方程在潮周期内平均并简化,采用高斯分布函数概化航道断面,得到航道断面在横流作用下随时间变化的模型方程。将该模型应用到连云港30万t级深水航道和琼州海峡海安航道在近岸横流作用下演变规律的研究。模型计算表明,在横流作用下,连云港航道轴线每年偏移5 m左右,海安航道每年偏移10 m左右。同时复演了两处航道在横流作用下均出现水深变浅、宽度变宽、迎水面的变化略大于背水面变化的现象。

感潮圩区旱地径流产生与入河监测方法研究

河网感潮圩区地势较低,农田排水沟水位受到外河水位涨落的影响,导致面源污染产生与入河过程较复杂,需要建立方法,协同研究旱地径流产生与入河过程。本研究在上海2个不同的圩区,选择典型的旱地,利用浮子式水位计对旱地径流排放口三角堰的水位进行监测,并基于多普勒原理对农田排水沟入河口处流速进行监测,研究2场降雨事件下,农田径流当中磷的产生特征与流入河道的过程,并采用沟渠入河口处电导率的变化,来辅助判断降雨驱动的排水过程,验证多普勒方法测定流速的稳定性。结果表明,在非降雨时段,农田排水沟和河道水呈往复运动特征。降雨期间,青浦和崇明监测点位农田径流量分别占入河量的33.3%与40.9%,并且入河过程受外河水位影响。排水沟入河最高速度为25 cm/s,水位差最高为20 cm。沟渠流速与电导率能较好地反映流速的变化,但崇明点位沟渠流速测定可能受到沟渠内排水流向不稳定的影响。青浦点位农田氮磷小于农田排水口处,主要与农田周边地表径流稀释有关,并且崇明土质排水沟入河处水质氮磷浓度显著高于农田径流,这可能是由于排水沟流速超过临界速度,导致排水沟底泥磷的释放。在感潮圩区,由于流速较低,可以采用电导率的变化辅助识别水文过程,判断多普勒方法测定流速的准确性。

南黄海辐射沙洲趋势性演变的动力机制分析

南黄海辐射沙洲区水道及其之间的沙洲普遍存在逐渐向南偏移的趋势,对这种趋势性演变机理及驱动力的认识成为辐射沙洲区海岸开发过程中亟待解决的问题。在恢复黄河北归以来苏北黄河三角洲海岸不同发育阶段的岸线位置和水下地形的基础之上,通过所建立的潮波数学模型,研究了在苏北黄河三角洲不同演变阶段南黄海潮波系统的特征及其变化。研究表明,随着岸线后退和水下三角洲的夷平,辐射沙洲地区潮差不断增大;水动力不断加强,而且加强的区域逐渐向南偏移,这种大范围区域性水动力主轴的向南偏移有可能是导致辐射沙洲整体南移的主导因素之一。

波浪与潮流共同作用下二维泥沙数学模型

针对河口海岸地区波浪与潮流运动的特点,将波浪过程概化为潮周期中具有平均意义的波浪流要素,叠加到潮流运动方程中,以模拟长时段的水流运动及泥沙场的变化,建立了波浪与潮流联合作用下二维泥沙数学模型,包括贴体正交曲线坐标系下水流运动方程、非均匀悬沙、底沙输移方程、初始条件、边界条件、动边界技术及数值计算格式,引进前期含沙量的概念,得到了潮流挟沙能力公式,波浪作用下的挟沙能力采用窦国仁公式,浮泥挟沙能力采用罗肇森公式。计算的瓯江口、温州湾潮位过程与原型吻合良好,8个断面的46条垂线同步流速、流向过程计算值与实测值吻合较好。在此基础上,探讨了多连通域复杂边界条件下瓯江口拦门沙航槽开挖后潮流与风浪作用下悬沙、底沙与浮泥引起航槽回淤的模拟问题。

江苏岸外辐射沙脊群东沙稳定性研究

东沙是江苏岸外辐射沙脊群中的第二大沙洲,具有独特的地形地貌和水动力条件,对它进行稳定性研究为揭示整个辐射沙洲及其邻近岸滩的动态演变都非常有益。通过利用多年遥感卫片资料、1998年取得的现场水文泥沙观测资料和东沙滩面表层沉积物资料等,对东沙的地形地貌特征、沉积特征和东沙两侧潮汐通道的水流泥沙特征等进行了详细分析。研究结果表明,东沙的沙脊偏于西侧,西侧滩面较窄、高程较高且岸线较为顺直,东侧滩面较宽、高程较低且岸线较为破碎;西洋和陈家坞槽均处于冲刷状态,净输沙的主要方向为输向槽外或输向条子泥;东沙近三十年来面积有所缩小且有外围向中央收缩的趋势,尤其以向东、向南方向的迁移最为明显。

淤泥质浅滩泥沙临界起动切应力剖面确定

为了确定淤泥质浅滩泥沙的临界起动切应力垂线剖面,采用音叉密度计在淤泥质连云港徐圩浅滩进行了定点密度垂线分布测量,并针对该海域的泥沙利用长水槽和环形槽开展了泥沙起动室内试验。淤泥密度现场结果表明,浅滩泥沙密度与深度满足对数型关系;室内试验得出密度1 050～1 400 kg/m3的泥沙临界起动切应力值为0.1～1.0 Pa,泥沙临界切应力与密度呈指数关系;进而确定了临界起动切应力与深度的关系即临界起动切应力剖面,该剖面关系式可供数学模型模拟淤泥质浅滩的泥沙起动过程参考。

波浪动力因素变化对沙质岸滩演变的影响

通过波浪水槽实验,对海平面变化造成的波浪动力因素改变引起的沙质岸滩形态响应开展机理性研究。实验采用1∶10单一沙质斜坡概化岸滩,利用3种不同实验水深模拟海平面变化,考虑椭圆余弦波、非规则波、规则波和孤立波4种类型波浪作用。实验对波浪在斜坡上的传播变形、破碎、上爬和回落过程的波高及波浪作用后的岸滩地形进行了测量。实验结果表明,椭圆余弦波、规则波和非规则波作用下,平衡岸滩呈现出滩肩形态,孤立波作用下则呈沙坝形态。海平面上升造成波浪动力增强,沙质岸滩平衡剖面形状基本保持不变向岸平移,槽谷、滩肩、沙坝位置以及岸线蚀退距离,均呈现出良好规律性。

波浪挟沙能力及航道骤淤机理的研究

从理论上对波浪作用下的“挟沙能力”进行了定义和推导,基于波浪的悬沙和挟沙机理,求得波浪作用下泥沙浓度分布函数。在此基础上,对河口海岸区域及航道的骤淤进行了研究,依据河口泥沙的骤淤形成和发生情况的不同,将其划分为大于水体极限含沙量型骤淤(绝对骤淤)、不平衡输沙型骤淤、风浪停止型骤淤以及异重流停顿型骤淤四种模式,并分别给出了4种骤淤模式的计算方法。分析表明,黄骅港附近海域与航道,属于不平衡输沙型骤淤、风浪停止型骤淤两种类型,黄骅港实际含沙量分布和航道骤淤情况计算结果验证了本文所提模式。

甬江洪枯季水沙特性分析

基于2010年7月(洪季)及2011年1月(枯季)甬江水文、泥沙观测资料,从潮位特征、涨落潮历时、流速、潮量、含沙量分布和输沙能力等方面分析甬江洪枯季水沙特性.分析表明:(1)甬江洪季最高潮位、最低潮位、平均潮位和最大潮差略大于枯季.(2)洪季大潮的平均涨潮历时比枯季长,平均落潮历时比枯季短,小潮时则相反.(3)甬江洪枯季断面垂线平均流速表现为大潮大于小潮,落潮大于涨潮,流速沿程增加,进潮量与涨潮差线性相关;(4)断面垂线平均含沙量呈现枯季大于洪季、大潮大于小潮的特征,且含沙量的垂线分布为Ⅱ型;引入背景含沙量,建立了洪、枯季的水流输沙能力公式.

河口涨落潮槽水沙输运机制研究

以长江口南支、新桥水道、南小泓和南港主槽作为典型涨、落潮槽研究对象,分析了2001年洪季水沙资料,研究了长江河口涨、落潮槽的水沙输运机制,探讨了不同河槽的各种动力因子对水沙输移的贡献差异,结果表明落潮槽的欧拉余流均大于涨潮槽的值;水量净输移大小依次是南支主槽、南港、新桥水道和南小泓。净输水量分布和其欧拉余流分布相对应。平流输沙项在落潮槽对总输沙的贡献要大于其在涨潮槽的贡献,瞬时源汇输沙项在涨潮槽对总输沙的贡献要大于其在落潮槽的贡献。

苏北废黄河三角洲侵蚀后退过程及其对潮流动力的影响研究

以苏北废黄河三角洲及其毗邻海域的南黄海旋转潮波为研究对象,在恢复黄河北归以来苏北废黄河三角洲海岸不同发育阶段岸线位置和水下地形的基础之上,通过所建立的潮波数学模型,研究了在苏北废黄河三角洲不同演变阶段南黄海潮波运动的特征及其变化。研究表明:在1855年黄河北归前,由于废黄河口岸线向外突出20余千米且有宏大的水下三角洲,由北向南传播的潮波受到阻挡,处在其南侧的辐射沙脊区水动力相对较弱;随着江苏海岸线后退,废黄河口水下三角洲夷平,由北向南传播的潮波变得更加顺畅,南黄海旋转潮波得到不断加强,辐射沙脊北部的西洋水道及中南部的烂沙洋水道、小庙洪水道深槽区水动力随着废黄河三角洲的侵蚀后退,平均流速和最大流速均表现为增大的趋势。

静止轨道卫星观测杭州湾悬浮泥沙浓度的动态变化及动力分析

利用静止轨道水色遥感卫星GOCI的一天多景数据,采用基于半经验辐射传输模型(SERT),反演获得杭州湾海区悬浮泥沙浓度的时空分布;结合三维无结构三角形网格的有限体积海洋数值模型(FVCOM),模拟卫星成像时刻杭州湾水位、潮流分布状况。综合分析结果表明:潮流变化是该海区在涨落潮、大小潮悬沙分布变化的主要影响因素;风浪作用导致杭州湾海域悬沙浓度枯季明显大于洪季。

北戴河中直六、九浴场养滩工程效果分析与预测

为解决北戴河中直六、九浴场2008年暑期的使用问题,采取人工养滩配合离岸潜堤的方法进行海滩的恢复和保护.采用GENESIS模型对工程进行了模拟,得到了与已有的实测岸线符合较好的模拟结果;使用同样的参数设置对工程的长期效果进行了模拟,模拟结果显示:在不进行后续补沙及工程的情况下,浴场只能维持2～3年的使用,故建议适时对浴场较大侵蚀处进行补沙以维持近年使用并尽快进行整个西海滩的综合治理.

长江口北支崇启大桥处潮位和盐度过程研究

位于长江口北支的崇启大桥处于盐淡水交替区,其混凝土桥墩易受海水腐蚀。为给桥墩抗腐试验提供必要的潮位变动区范围和盐度试验参数,建立了基于无结构网格的长江口盐水数值模型,计算分析了在不同径流量和外海潮汐边界条件下,崇启大桥断面潮位变幅及盐度变动过程。研究表明崇启大桥处潮位变幅大,潮汐是控制崇启大桥处水位变动范围的关键因素;桥墩处盐度整体取决于入海径流量,流量增加促使盐度降低,反之亦然;潮汐作用促使桥墩处呈现短周期性振荡盐度,盐度范围为10‰～26‰,其中枯季盐度平稳,洪季变幅大。

波浪作用下大尺径圆柱周围局部冲刷

通过系列模型试验,对波浪作用下墩柱周围局部冲刷地形及其形成机理进行了分析,认为最大冲刷深度发生在墩柱前方,与防波堤前冲淤形态类似,分为细沙型和粗沙型。在对各影响因子分析基础上,提出墩柱周围最大冲刷深度计算公式,试验资料表明,该公式与试验值有着良好的一致性。

粉沙质海岸波浪和潮流作用下泥沙垂线分布研究

研究波浪和潮流作用下水体含沙量的垂线分布,是解析粉沙质海岸滩面泥沙在波浪和潮流作用下泥沙运移形态的重要基础。通过波浪水槽实验和现场观测资料,揭示粉沙质海岸滩面泥沙在波浪和潮流作用下垂线分布特征,并应用泥沙扩散方程,建立起半理论半经验的含沙量垂线分布公式。

福建海坛湾波流双向耦合下水动力特征

采用MIKE 21软件中SW(spectral wave)波浪模块和FM(flow model)潮流模块,将潮流模块计算得到的水位与流速输入波浪模型,将波浪模块计算得到的辐射应力输入潮流模型,建立海坛湾波流双向耦合的水动力数学模型.分别计算纯潮流和纯波浪作用下的潮流场和波浪场,计算结果与实测数据吻合良好,再分别对波流双向耦合作用下的潮流场和波浪场进行了模拟.比较结果表明:波流耦合作用对流速和波高都有一定的影响;在波流异向特性明显的区域,波高增大显著;涨落急时刻波高在近岸区域的衰减速率和纯波浪作用下的较一致;落急时刻波高开始显著衰减的位置明显早于涨急时刻;波浪辐射应力在破碎带附近对流速的影响最大.

潮流和波浪作用下悬移质挟沙能力研究述评

本文对国内外有关潮流和波浪作用下的悬移质挟沙能力的研究成果进行了全面系统总结和分类，分析各类挟沙能力公式的优缺点。最后，指出只有系统地研究床面泥沙交换的微观机制，引入新的理论和方法才能使潮流和波浪作用下挟沙能力的研究取得较大的进展。