河口海岸浮泥观测技术、特性及运移规律研究进展

对近期国内外浮泥观测技术、特性及运移规律研究成果进行了系统综述。在此基础上提出今后需要进一步开展深入研究的课题包括:(1)现场低频超声声强信号反演浮泥密度、流变特性的关键技术;(2)风暴潮作用下的浮泥发育及运移机理;(3)浮泥对港口、航道回淤的影响;(4)异重流形式的浮泥坡面运移规律。

带翼排桩式防波堤水动力特性研究

带翼排桩式防波堤能够有效沟通港池内外水体、维护水域环境,是一种环境友好型防波堤结构,在海岸工程领域有广阔的应用前景。采用模型试验与数值模拟方法,开展带翼排桩式防波堤的水动力特性研究。通过实验室水槽模型试验,分析翼板宽度Bw与翼板入水深度Hw对防波堤透反射系数及耗散系数的影响,同时基于大涡模拟(LES)建立数值波浪水槽,讨论规则波与防波堤相互作用过程中的桩周涡流、射流场演化过程。结果表明,不同的翼板宽度、入水深度设置会对防波堤透反射系数产生影响,且不同波长的规则波受翼板影响会呈现出不同的耗散结果;带翼排桩能够有效扰乱规则波的流场,形成不同形态的涡流,耗散波浪能量;当翼板入水深度较大时,翼下射流沿桩底水平发展,且强度大、控制距离远,该射流或成为桩底附近泥沙运动的重要动力。

长江河口河槽水沙特性及其输移机制研究

基于2007年1、7月长江口大潮实测流速及悬沙量资料,运用数据统计和机制分解法分析各河槽水沙输移特性,结果表明:枯季优势流小于洪季,枯季北支、南支北侧、北港中下段、南槽南边滩为涨潮优势,其他河槽为落潮优势,洪季北槽口外为涨潮优势,其他河槽为落潮优势;悬沙输移主要驱动力为欧拉余流、潮泵效应、垂向环流和斯托克斯余流,欧拉余流在平流输沙中占主导地位,潮泵效应在潮流输沙中占主导地位,欧拉余流指向海,垂向环流和斯托克斯余流指向陆,潮泵效应除北港口外、南槽口外随季节变化外其余河槽指向海;不同汊道各输沙项的贡献随径流与潮汐潮流的相对重要性而变化。

粉沙质海岸泥沙运动特性研究

文章对粉沙质海岸的泥沙运动特性进行了系统、全面的研究。从5个方面进行了论述:粉沙质海岸的界定、泥沙基本水力特性、泥沙运移型态、航道骤淤的统计特性和航道淤积计算。提出粉沙质海岸的界定应综合考虑泥沙平均中值粒径、黏土含量和泥沙粒径分选性三方面因素;泥沙基本水力特性是起动流速小、沉降速度大、沉积密实快,泥沙运动十分活跃;泥沙运移型态有悬移质、推移质和底部高浓度含沙水体层,因此航道淤积计算中应采用三层淤积模式;提出大风骤淤概率统计分析方法,建立了大风骤淤与有效风能之间关系,可进行大风骤淤的预报。

河口海岸区域离岸压力式水位测量的误差分析与质量控制方法

基于定量计算结果和实测数据分析了不同影响因素对河口海岸区域压力式水位测量的误差影响,并探讨了相应质量控制方法,可为在水温、盐度、含沙量等影响水体密度的要素复杂多变、床面冲淤变化频繁的河口海岸区域开展离岸压力式水位测量工作提供理论指导和借鉴。结果表明:1)河口海岸区域离岸压力式水位测量误差来源主要包括压力传感器老化,气压变化,水温、盐度、含沙量变化导致的水体密度变化,重力加速度估值误差,水位计坐底安装架体失稳等5个方面的影响因素。其中,水温、盐度、含沙量变化导致的水体密度变化和水位计坐底安装架体失稳两个方面的影响因素为河口海岸区域内更易出现的误差来源。2)可行的河口海岸区域离岸压力式水位测量针对性质量控制措施主要包括:(1)定期校核、标定压力传感器压电转换关系;(2)测量作业前应将可用压力式水位计置于相同室内环境下测试数小时,避免使用空气压力测试值明显与多数仪器偏差较大的仪器个体;(3)实测测点水域同步海表气压过程;(4)尽可能在浅水区测量并同步监测水温、盐度和含沙量要素;(5)基于测区实际纬度估算重力加速度;(6)增强坐底架体稳定性并动态加密监测压力式水位测量零点。

河口航道双丁坝影响下异重流运动特性

在河口地区,由密度梯度驱动而产生的异重流是影响航道内泥沙输移的重要因素之一。作为航道整治中常见的建筑物,丁坝群可以缓解航道的泥沙淤积问题、提高通航能力。为探究双丁坝对异重流运动特性的影响,运用粒子图像测速系统(PIV)开展了开闸式异重流实验,研究了在不同束窄系数情况下,航道异重流稳定阶段内的流场及湍流特性,并对比分析了异重流在两个丁坝位置特征断面处的单宽流量及总流量。结果表明,双丁坝改变了航道内的流场,异重流在经过束窄断面后会向第二个丁坝后部区域横向扩散,进而使得流速加大、高度降低;异重流在两个丁坝束窄断面的单宽流量近似相同,且与束窄系数无关;异重流在束窄断面的总流量与断面宽度成正比,在实际工程中可以通过适当调整丁坝长度来控制侵入航道的异重流总量。

射阳河口大风天波流沙综合观测研究

通过现场观测研究了射阳河口在大风作用下的波浪、潮流和泥沙运动情况,并针对射阳河口波流共同作用下含沙量变化规律进行了研究,不仅为射阳河口航道模型试验研究和工程设计提供了科学依据,也为深入研究波流共同作用下含沙量变化规律提供了基础。

河口高浑浊带航道回淤影响因子分析方法研究

针对河口高浑浊带区域的航道回淤影响因子分析问题,研究提出了一套合理的分析方法。采用了理论模型计算、实测资料分析和相关性分析等技术手段,以长江口深水航道为例,计算比较了冲刷动力、淤积动力以及满足淤积条件的近底层含沙量等因子对航道回淤量的影响,并提出了满足淤积条件的小流速时近底层高含沙量是直接影响长江口高浑浊带区域航道回淤量的主要因子。这一结论通过洪枯季对应数据的差异比较得到了验证,也表明了所提分析方法的合理性。

局部正态物理模型在潮汐河口的应用研究

首次在潮汐河口采用局部正态物理模型研究了局部冲刷问题,结果表明:采用局部正态物理模型研究潮汐河口相关工程问题是可行的,试验水力条件的选择、模型边界的确定以及模型的整体变坡是将局部正态模型应用于潮汐河口的关键技术,提出了简便易行且效果良好的模型边界的确定方法,阐述了模型整体变坡的必要性及方法。

横沙东滩圈围八期工程实施对周边河势的影响初步研究

针对横沙东滩圈围八期工程实施对工程附近水域产生的影响,采用河势分析方法对工程实施后的2017—2021年水沙及地形冲淤变化进行定量分析。结果表明:1)洪季北港落潮分流比介于52.4%~55.9%,总体无趋势性变化;2)北槽、北港中下段主槽及横沙浅滩延续2010年以来冲淤态势;3)北港下段主槽深泓有所南偏且更加平顺;4)横沙通道容积保持稳定。此外,N 23潜堤头部及临近潜堤的横沙浅滩北沿冲刷明显,需继续关注。

南京以下12.5m深水航道通州沙河段完善工程物理模型研究

南京以下12.5 m深水航道一期、二期工程总体取得了良好的整治效果,针对通州沙局部区段未完全稳定、新开沙还在持续冲刷后退等问题,为进一步稳定航道开展了后续完善工程的研究,采用定床物理模型试验的方案对完善工程实施后的流场进行研究。研究结果表明:完善工程方案的水动力轴线在南通水道和通州沙东水道进口处均有一定程度的向东北偏移,工程方案使得通州沙堤线的涨潮越堤流量和新开沙—裤子港沙之间串沟的越堤落潮量大幅度减小。完善工程方案实施后天生港—龙爪岩河段落潮平均流速以增加为主,且普遍覆盖现有航道位置,落潮动力以及落潮输沙能力增强,因此工程可以达到稳定沙体和改善航道维护条件的整治目标。

长江口入海泥沙通量初步研究

将历史海图的基准面进行统一换算,采用GIS技术,实现了长江口及杭州湾DEM,作为长江口及杭州湾冲淤分析及通量计算的基础。通过百年时间尺度的大范围冲淤分析,结合泥沙动力学、沉积学方法,建立了长江口泥沙收支平衡模式,以此为基础,计算了长江河口若干重要界面的泥沙通量。

近期长江河口南汇南滩水域水沙变化特征

基于南汇南滩水域2011年12月和2012年6月洪、枯季大潮的现场水文观测资料及2003年2月枯季大潮、2004年9月洪季大潮的历史观测资料,分析潮流历时、流速、优势流和含沙量等水沙现状和变化特征,探讨近年来该水域水沙变化的主要影响因素。结果表明:(1)目前,南汇南滩水域洪季大潮落潮流占主导优势,枯季大潮涨潮流占主导优势;(2)东海大桥及其周边促淤围垦工程后,洪季大潮落潮优势增强,涨潮垂线平均含沙量减少,落潮垂线平均含沙量增多;枯季大潮落潮优势减弱,涨、落潮垂线平均含沙量均减少;(3)近岸工程建设是南汇南滩水域洪季落潮优势增强、枯季落潮优势减弱的主要影响因素;涨、落潮垂线平均含沙量的变化主要与工程建设、流域来沙量减少、近岸沙体变迁等作用有关。可为河口河槽治理提供理论依据。

长江河口北槽水沙过程对航道整治工程的响应

北槽大型航道整治工程确定了南北槽分汊口分流界线,阻碍了北槽和邻近滩槽的水沙自由交换过程,使北槽水沙动力过程发生调整。基于工程前后北槽主槽纵向同步水沙观测数据的统计分析表明:入口段落潮优势显著减弱;上段枯季时落潮优势显著减弱,而洪季时落潮优势有所增强;中段(弯曲段拐点附近)落潮优势略有减弱;下段落潮优势明显加强。北槽主槽水沙纵向输移机制分析表明:欧拉余流、潮泵作用、斯托克斯效应和垂向环流为悬沙输移的主要驱动力,其中欧拉余流输沙指向海,斯托克斯输沙和垂向环流输沙指向陆,而潮泵输沙随着季节而变化。洪季,欧拉余流输沙和潮泵输沙在工程前后的变化使大潮期河床冲淤由中段和下段普遍落淤转化为中上段集中落淤。枯季,工程前后稳定的潮流辐散输沙作用使大潮期河床以冲刷为主,但工程后在入口段和上段潮泵的向上游输沙占优势,使悬沙在入口段落淤。

河口涨落潮槽水动力特征及河槽类型判定

在前人对河口冲刷槽研究的基础上,选择长江口南支、新桥水道、南小泓和南港主槽作为典型涨、落潮槽研究对象,以2001年洪季和2003年枯季实测资料为根据,比较分析了长江口涨落潮槽的水流、泥沙、优势流和优势沙等动力特征,结果表明用单一因子分析河槽性质不够全面.提出了一个(无量纲因子)河槽类型系数(λ)来综合表述河槽的多种水文泥沙特征,可以较全面地用多个影响因子来合理地判断河槽类型.

近期长江口北槽河道浮泥变化及影响因素研究

基于多种较先进的观测仪器,对近期长江河口北槽整治工程实施过程中河道浮泥变化及相关的影响因素进行定点和走航观测。结果表明,近期长江河口北槽浮泥层在潮流速、悬沙浓度、盐度和地形等因素影响下,具有多种准周期性的振荡变化特征,其中小潮形成的浮泥厚度大于大潮形成的浮泥,同时北槽主航槽局部区段浮泥的形成和发展与陆海互相作用的动力结构环境的纵向和横向环流输沙有关。在大、小潮期间的不同环流输沙作用下,局部河段主槽内浮泥的存在,使北槽河道横断面分别出现不同的河槽形态,由于实测浮泥层容重均小于1.25 t/m3,可作为"适航"水深,通常通过即时疏浚清理航槽淤泥基本能保持设计通航水深。

长江河口北港北汊河势演变及趋势分析

在分析长江口北港北汊河段实测水文资料及1977-2013年海图基础上,研究近30多年来该河段河势演变趋势及其影响因素。结果表明:(1)历史上,北港北汊河段经历了团结沙与北港北沙的交替更迭;(2)北港北汊是一个典型的复式河槽,其上段1995-2006年以冲刷为主,2006-2013年以淤积为主;中段1995-2013年均以冲刷为主;下段变化不大。(3)洪水导致了北港北汊复式河槽格局的形成,而北槽深水航道北导堤和横沙东滩促淤圈围工程限制了北港落潮水流通过横沙东滩串沟进入北槽,进而导致北港北汊分流增加,是北港北汊发展的重要因素。

长江口南北槽分流口动力地貌过程研究

分汊口的地貌演化格局对于三角洲建造和下游河槽的稳定具有重要作用.作为长江河口的第三级分汊口(南、北槽分流口),形成历史较短,但又经历了长江口最大的水利工程(北槽深水航道工程)的影响,故该分流口的变化是近年来长江河口研究的核心内容之一.本文基于近50 a的地形、流域入海水沙和南北槽落潮分水分沙比等数据,探讨了南北槽分流口的动力地貌变化过程.结果表明:(1)在1998年前,长江口南北槽分流口经历了由不稳定—相对稳定—动态平衡的阶段,其中分流口沙洲洲头出现下挫—上提—下挫、主泓线则经历分流口南侧—北侧—南侧的周期变化,河槽断面由U型发展为W型.(2)长江大洪水是导致分流口地貌格局出现变化的动力因素.在洪水发生的间歇期,分流口地貌则处于由不稳定向相对稳定发展的调整阶段.(3)1998年修建沙洲洲头潜堤工程后,沙洲洲头出现上提—下挫—上提的微弱变化,但总体上沙洲头向北偏移,这导致进入北槽的分水分沙比有所减小.(4)自2002年以来,沙洲洲头因分流口的淤积而缓慢上提,潜堤北侧北槽上段淤积加重,潜堤南侧尤其紧贴潜堤部位侵蚀加剧,南槽分水分沙增大,分流口落潮冲刷槽进一步向南槽发展.

长江河口潮波时空特征再分析

长江河口的潮波传播受到近岸及河口浅水地形及长江径流的显著影响,表现出很强的时空变化特征。已有相关研究主要关注徐六泾以下的河口段,还缺少对河口系统的潮波特征分析。本文基于大通、南京、徐六泾和牛皮礁4站的年内连续潮位资料,分析了主要天文分潮和浅水分潮的振幅沿程变化、季节变化特征和规律,认识到洪季大径流对江阴以上的近口段潮汐衰减作用显著大于枯季,而河口段的平均潮差有一定的半年周期变化,年内秋季最大。口内高频浅水分潮振幅在河口下段最大,且洪季大于枯季,低频浅水分潮则在河口上游振幅最大,由此反应径流对潮汐改造的非线性作用。这些认识可为水道航运及相关河口研究提供基础认识。最后本文也指出关于长江河口潮汐特征尚需进一步研究的若干问题,以期下一步工作取得相应进展。

卧式海流发电装置叶轮特性仿真研究

基于上海海洋大学研制的卧式海流能发电装置,在对叶片受力进行分析的基础上,采用雷诺平均N-S方程和滑移网格技术,对不同工况下的叶轮运动进行了数值模拟,获得了力矩系数、能量转换效率及功率等性能参数。通过分析比较不同工况下的各性能参数的变化规律,发现叶轮运动具有周期性,一个周期内的相邻极大、极小值之间相差72°相位角;随着海流速度和叶轮转速的增大,输出功率逐渐增大;而力矩系数和能量利用效率却呈现先增大后减小的趋势,在海流速度v=1.5 m/s,尖速比λ=2.46时,能量转换效率最大,可达到34.6%,输出功率为373 W,并与海试结果进行了对比分析。