变化条件下长江口防洪御潮及供水保障研究进展与展望

近一个世纪以来,全球气候变暖导致海平面持续上升,增加了整个长江口的水深,抬高了潮汐和风暴潮的基础水位,使得河口咸潮入侵,洪水和风暴潮发生的频率和强度增加。同时,由于长江流域水土保持和水库群建设,进入河口的泥沙量锐减,加剧了河口咸潮上溯,对区域人群生产生活产生一定影响。从全球气候变暖背景下长江口海平面上升和演变规律、长江口人类活动与气候变化影响下的动力要素变化、河口咸潮入侵时空分布和水盐交换机制及供水安全风险、海平面上升对海堤防洪御潮能力的影响、长江口地区防洪御潮韧性等5个方面总结归纳了现有研究成果,提出未来研究的方向,以期对保障河口地区水资源安全利用和防洪御潮能力提升提供参考。

模型变率对潮流波浪作用下局部冲刷深度的影响

根据窦国仁波浪潮流共同作用下的全沙模型相似理论,设计5个变率分别为2.5、4、6、8 33和12 8的长江口深水航道北槽概化物理模型,进行潮流和潮流波浪共同作用下的丁坝坝头清水和浑水冲刷试验,研究不同动力条件和不同工程布置下变率对冲刷坑发展过程及冲刷深度的影响,给出了变态模型与正态模型冲刷坑稳定冲刷深度的关系式。

长江口水沙变化与趋势预测

随着长江流域水土保持、上游水库拦蓄调节、沿江用水增加及气候变化,进入长江口的水沙通量发生改变,入海泥沙量锐减。此外,长江口相继实施了深水航道治理、青草沙水源地、浅滩圈围等大型工程。因此,需要针对长江口水沙变化开展相关研究。对长江口陆相和海相水沙变化规律及趋势、河床容积与泥沙收支变化以及整治工程下分汊河口演变预测等进行了概述,预测了今后10~50年大通站流量、含沙量、输沙量变化以及南北槽的演变趋势,为进一步研究变化条件下的长江口重大工程安全提供基础条件。

物理模型变率影响研究进展

从理论分析、系列物理模型和数学模型三个方面对物理模型变率影响研究的进展情况作了概述。着重介绍了采用系列概化物理模型试验研究潮流和潮流、波浪共同作用下的模型变率影响问题,给出了进行潮流、波浪和泥沙物理模型的变率限制条件。

潮流波浪作用下丁坝坝头概化模型的冲刷试验

根据窦国仁波浪潮流共同作用下的全沙模型相似理论,设计了长江口深水航道北槽概化物理模型.进行了清水潮流和潮流波浪、浑水潮流波浪作用下的 4条丁坝坝头冲刷试验,给出了各丁坝坝头冲刷坑深度随时间的变化,对比了 3种试验条件下丁坝坝头冲刷坑的深度.

模型变率对潮流定床和动床模型试验结果的影响

为了解潮流实体模型变率的影响程度,按照窦国仁河口海岸全沙模型相似理论设计5个变率分别为2.5,4,6,8.33和12.8的系列概化河口模型,进行无丁坝和不同丁坝布置情况下清水动床、悬沙定床和悬沙动床模型试验,给出变率与航道流速和泥沙冲淤变化之间的关系。

长江口全沙数学模型研究

在正交坐标系下，建立了能较好拟合长江口边界的平面二维潮流和全沙数学模型。应用１９９６年洪、枯两季大、中、小潮水文泥沙资料和１９９５年、１９９６年地形及８３１０和８６１５台风暴潮引起的南北槽淤积资料，对长江口的潮位、流速、流向、含沙量特别是南北槽的地形变化和航道回淤进行了验证，结果表明该全沙数学模型较好地复演了长江口流场、含沙量场和地形变化。

三角形网格生成法在海岸工程潮流数学模型中的应用

基于Ｐｏｉｓｓｏｎ方程网格生成法，考虑到海岸工程的复杂性，分区处理了Ｐｏｉｓｓｏｎ方程的源项，得到了适应海岸工程布置的三角形网格。该网格在庄河海域港池航道开挖潮流数学模型计算中，较好地反映了工程建设前、后的潮流形态，还避免了由于网格划分不理想带来的计算误差。

二维潮流数学模型的四边形等参单元法

本文在有限差分和有限元法的基础上，采用四边形等参单元，对在河海域进行了潮流数学模型计算，计算表明：该方法既能较好地拟合边界，又可减少网格划分等前期工作，所得结果与实测资料基本一致。

长江口深水航道回淤量预测数学模型的开发及应用

通过对长江口径流、潮流和波浪共同作用下的泥沙运动规律的研究,开发并建立了长江口全沙(悬沙和底沙)数学模型。大量实测资料验证表明,该数学模型可以较好地模拟长江口地区的潮位、流速、流向、含沙量、底沙、分流比、南北槽地形变化和台风暴潮造成的航道骤淤情况。在此基础上采用全沙模型研究了长江口深水航道治理工程一、二、三期工程实施后航道的年回淤量和回淤分布以及发生“二碰头”和“三碰头”时的航道回淤量。一、二期工程建成后的航道实测回淤资料表明,全沙数学模型所预报的航道回淤分布和淤积总量与实测值相当接近。

潮汐河口治理研究

介绍了国内外不同类型潮汐河口的治理情况和整治工程研究的主要技术手段,指出河口治理是流域性的系统工程．需协调好与防洪减灾、航道建设、水土资源利用以及生态保护之间的关系,只有对河口进行综合治理,才能保持河口的健康生命和整体价值。

感潮河段丁坝局部冲刷三维数值模拟

针对局部冲刷和一般冲刷的不同,建立了考虑垂向水流作用的局部冲刷三维紊流泥沙数学模型,并对往复流和单向流作用下的丁坝局部冲刷进行了验证计算和数值模拟。结果表明,往复流作用下丁坝局部冲刷在冲刷过程和冲淤形态上与单向流有明显不同,若采用单向流作用下的局部冲刷模型试验结果来指导往复流作用下丁坝头防护工程的设计和施工是不利的。

长江口2013年和2014年枯季盐水入侵分析

为研究长江口枯季盐水入侵及北支盐水倒灌特性,于2013年12月及2014年2月两次对长江口南北支分汊口处进行全潮同步水文测验,分析结果表明:受地形地貌因素影响,北支进口盐度比同期南支白茆沙水域的高出一个数量级。水域盐度与径流量大小呈负相关关系,与潮差大小呈正相关关系。径流较小、潮差较大时,北支盐水会发生倒灌。由于下泄径流的顶托,迫使倒灌盐水北偏,使得白茆沙北水道盐度大于南水道。风应力对盐水入侵的影响不可忽视,持续的南风会减弱长江口北支的盐水入侵。在枯季条件下,北支倒灌盐水一般沿白茆沙北水道南侧下泄。大潮时倒灌进入南支的盐水在白茆沙水域有一定时间的滞留,使得白茆沙水域盐度往往会在大潮后的中潮期达到最大。

潮汐海域电厂不同取排水布置方式环境影响分析

为对比分析取排水工程不同布置方式对环境影响的程度,本文通过自主开发的潮汐海域水动力水质模型研究了潮汐水域不同排水布置方式(管道深水区排水和半淹没式明渠排水)的流场变化和温排水影响。考虑管道和明渠排水方式和表面散热特征的不同,自主开发了潮汐海域水动力水质模型,并用于研究潮汐水域不同排水布置方式(管道深水区排水和半淹没式明渠排水)的流场变化和温排水影响。研究结果表明:明渠和管道排水对周围流场的影响仅限于工程附近局部区域。半淹没式明渠浅水区排水对周围流场的影响要大于管道排水,温水影响范围较大,主要集中于近岸区域。管道深水区排水,温水团距离岸线较远,呈条带状分布,温水影响范围相对较小。若管道排水口和取水口处于同一流路上,管道排水对取水口的影响较大。电厂取排水工程采用深水区差位式布置既可减少电厂温排水影响范围,又能有效降低温排水对取水口的影响程度,研究成果可为类似电厂取排水工程设计提供参考。

江苏沿海滩涂围垦对闸下港道淤积的影响

江苏沿海地区入海河流众多,承担着沿海及腹地片区防洪排涝的重要任务.目前,闸下河道普遍发生淤积,且随着沿海滩涂围垦进程的加快,闸下港道淤积程度还在加剧.以王港为例,基于RS技术,提出了以纳潮汇水区历史外边线、河口现状主体汇水区边线,以及口外主槽演变外边线,作为确定河口滩面控制区域的参考.从海岸地貌学、河口海岸水动力学,以及泥沙运动学等角度,提出了沿海滩涂围垦的最大允许范围.

不同类型建闸河口闸下淤积模拟计算

针对闸下淤积问题建立三维水动力和泥沙数学模型,在挟沙能力公式中考虑浮泥的影响,采用枚举法和最小二乘法相结合率定公式中的参数,较好地反映了建闸河口概化物理模型闸下三维水流和含沙量分布。采用该数学模型研究了短引河河道型、短引河滩槽型和长引河河道型三种类型建闸河口闸下淤积特性。结果表明,在计算条件相同的情况下,建闸河口闸下淤积速率和淤积总量与闸下河道长度、滩槽宽度有关;短引河河道型闸下初始淤积速率最大,长引河河道型闸下初始淤积速率最小;长引河河道型闸下累积淤积厚度最大,短引河滩槽型闸下累积淤积厚度最小;长引河河道型闸下河道淤积总量最大,短引河滩槽型闸下河道淤积总量最小;闸下河道两侧滩地的归槽水对闸下河道减淤作用明显。

气动冲淤法治理黄河泥沙的一点思考

思考未来的黄河,对现在的治沙输沙进行分析研究,得出:传统的水流挟沙、输沙是低能效的输沙模式,黄河几年来调水调沙的实测资料表明未有大幅增沙的现象,都是因为挟沙和输沙本身从水流摄取的能量不足的缘故。本文提出一种新观点和新思路,即利用空气的上升流,加强水体紊动,加速排沙,治理黄河泥沙的方法。在现在治黄措施条件下,未来黄河的关键在于治理河口,使河口不再抬高,并尽可能发生冲刷。文中根据黄河的情况提出一些设想和建议。

入海河口闸下淤积机理及模拟技术研究进展

从闸下淤积的机理、物理模型试验和数值模拟技术3个方面,概述了对闸下淤积问题的研究进展.针对目前闸下淤积研究中存在的问题,着重介绍了采用概化物理模型试验研究建闸河口闸下淤积的研究成果,提出了建闸河口闸下淤积物理模型模拟的改进方法,在不能取得理想模型沙的条件下,闸下淤积特性试验应以满足闸下河道内淤积泥沙输移特征来确定模型的动力边界条件,并指出下一步要加强潮汐条件下浑水异重流、浮泥运动对闸下淤积的影响研究。

我国海岸工程技术展望

从海岸动力监测体系、河口海岸侵蚀及防护、海岸工程深水和离岸趋势、极端条件下海岸工程结构安全、岛礁工程开发技术、海岸管理与数字海岸、亲水工程、海洋能技术利用开发和海岸工程研究等九个方面对我国海岸工程中面临的问题，以及国外相关工程技术进展情况进行了分析，并指出我国未来海岸工程领域需要加以关注的重点问题和发展趋势。