潮流对老虎石海滩养护工程响应的数值预测

为研究老虎石海滩养护工程对老虎石浴场及周围岬湾的水动力环境的影响,利用MIKE 21建立工程区海域二维潮流数学模型,通过实测流速、流向对模型进行验证,将验证后模型参数运用到工程设计方案下潮流场的模拟,比较分析工程前后水动力环境的变化。潮流场比较结果表明,修建潜坝会使得工程及其附近的潮流场发生小幅变化,但对该海域整体的潮流动力环境影响甚微。工程后老虎石海域的潮流动力仍然很弱,对保存海滩上人工养护的泥沙是非常有利的。

秦皇岛海域洪季水动力及污染物扩散数值模拟

基于实测资料验证的秦皇岛近岸海域二维水动力和污染物扩散模型,研究了秦皇岛近岸海域洪季大潮水文条件下的水动力和污染物扩散分布特征,并在此基础上分析了风对秦皇岛近岸海域水动力和污染物扩散的影响.研究发现,秦皇岛近岸海域落潮流为东北(NE)向,涨潮流为西南(SW)向.在渤海夏季风作用下,秦皇岛近岸海域整体水位略有降低;落憩时刻,石河口以北海域流速降低,石河口以南海域流速增加;涨憩时刻,石河口以北海域流速略有增加,戴河口至滦河口间海域流速降低.化学需氧量(COD)扩散方向与涨落潮方向一致,涨落憩时刻,COD浓度均在滦河口以南海域降低,洋河口以北海域增加.

基于FBM法追踪秦皇岛海域赤潮迁移扩散

在Delft3D-FLOW模型模拟水动力的基础上,基于FBM粒子追踪法建立和验证赤潮迁移扩散模型.模拟了秦皇岛海域潮流和风生流,分析了风生流对赤潮迁移扩散的作用,对比分析了FBM法、拉格朗日法和常规布朗运动法在赤潮迁移扩散模拟中的特性,测试了模型Hurst指数的敏感性并得出其在赤潮模拟中的合理取值范围.主要结论为:1秦皇岛海域的赤潮主要随潮流的涨落而往复移动,一个涨落潮周期内赤潮的净迁移距离较小;2秦皇岛海域夏季潮流较弱,但风对赤潮迁移具有一定影响,易产生东北向风生流,导致赤潮更易往东北方向迁移;3Hurst指数较明显地影响粒子云的扩散范围,Hurst指数取0.80±0.03能比较真实地模拟秦皇岛海域赤潮的迁移扩散;4FBM法可模拟赤潮的non-Fickian扩散现象,使其模拟的粒子云扩散范围和分布形状明显优于拉格朗日法和常规布朗运动法.

海域水动力对老虎石海滩养护响应关系分析

老虎石海滩的海滩养护工程包含三段滩肩补砂和两个吹填的水下沙坝式潜堤.采用软件Mike 21建立老虎石2维潮流和波浪数学模型.根据2011年水文波浪实测资料对数学模型进行了验证和计算效率评价,评价结果表明计算的潮位和潮流过程与实测值吻合较好,精度较高.重点研究了海滩养护对其近岸区域潮流和波浪的影响,得到沙坝坝身处是流速、波高变化最大的位置,受动力作用影响最大.吹填沙坝因波浪增高掀沙、潮流挟沙输运,可为其后方的海滩提供沙源补充.近岸区域潮流动力较弱,波浪变化较小,采用人工补砂和水下沙坝式潜堤双重整治的海滩养护工程对海滩上人工养护泥沙的保存非常有利.

单一沙坝型海滩平衡剖面形态预测公式

基于戴河口至洋河口海滩养护后的海滩平衡剖面实测资料,以存在离岸单一沙坝的低能砂质海滩为研究对象,分析其海滩剖面形态演变,提出以背景剖面和沙坝剖面叠加的单一沙坝型海滩平衡剖面预测公式。背景剖面基于最大信息熵原理充分考虑沙坝向岸侧和离岸侧差异,沙坝剖面则采用3~4个参数以抛物线函数形式分段描述非对称性沙坝形态。该平衡剖面公式对戴河口至洋河口岸段养护后的海滩剖面拟合效果较好,且成功应用于北戴河老虎石海滩和美国佛罗里达Fort Myers海滩,能较准确反映存在离岸单一沙坝低能海滩的平衡剖面特性。

河口咸潮入侵研究进展

河口地区是海洋与河流的交汇地带,拥有丰富的海洋资源,交通便利,是人类生活、生产、贸易活动频繁的场所。沿海及河口地区居住着全球三分之二的人口,孕育了城市,且其中很多发展成为重要的经济、贸易、文化中心[1]。然而,长期以来,河口地区饱受咸潮灾害侵袭,包括荷兰、德国、意大利、美国、中国在内的很多国家,每年均因河口地区咸潮入侵遭受巨大损失[2]。

堆存污泥深度脱水及其干化泥饼焚烧特性研究

堆存污泥的深度脱水及后续处置一直是制约污泥填埋场发展的难题.焚烧是实现填埋场堆存污泥最大量减容的有效途径,而高效的深度脱水过程却是污泥焚烧处置的必要前提.以抽滤曲线、毛细吸水时间(CST)和泥饼含水率为评价指标探究了聚合氯化铝(PAC)-生石灰-秸秆粉末组合调理剂对堆存污泥深度脱水的效果,并分析了各因素的影响强弱关系和经济成本;此外,通过热重试验建立TG-DTG曲线,分析脱水后干化泥饼的焚烧特性.结果表明:聚合氯化铝(PAC)-生石灰-秸秆粉末组合调理剂中各成分对城市堆存污泥CST削减的影响大小表现为PAC>生石灰>秸秆粉末,PAC和生石灰主要通过吸附架桥或压缩双电子层作用促进结合水向自由水的转变,而秸秆对压滤过程中构建骨架结构起到重要作用;当PAC、生石灰和秸秆粉末添加量(干基比)分别为35%、20%、29%时,堆存污泥的泥饼含水率和CST均达到最优,分别为56.3%和47.9 s,且组合配方经济成本优势显著;脱水干化后的泥饼点燃温度相较原状污泥有所提高,秸秆粉末的添加保障了泥饼在焚烧过程中的可持续性燃烧,泥饼燃烧过程中最大燃烧失重速率(T_(m))达到3.828%min.研究显示,PAC-生石灰-秸秆粉末组合调理剂通过改变堆存污泥的化学性能和压滤性能增强了污泥深度脱水的效果,同时改善了干化泥饼的燃烧行为,对堆存污泥的减量化及焚烧处置具有重要意义.

渗流-沉速相关性试验

土壤中水的渗流及土体沉降均为土力学中的关键科学问题,将二者联系起来,可对其水土作用内在规律有着更为深刻的把握。利用专门试验设备,对同一种土体,展开渗流和沉速试验与分析,结果表明土体渗流特征与土颗粒沉降速度存在一定的关联度:单一粒径相同种类的砂,在孔隙比相同或者相近时,其粒径越大,沉降速度越大,渗透系数也越大,在试验数据基础上总结了沉降速度与渗透系数的关系式,提出利用土体颗粒沉降速度来推求渗透系数的方法与理念。研究结果对土体渗流研究将有着重要的理论研究价值和实用性。

耙吸挖泥船泥舱消能结构特性数值研究

耙吸挖泥船泥舱的消能结构对装舱溢流损失有着重要的影响。采用数值计算方法对原型、对冲和45°挑高对冲共3种泥舱模型的进流结构进行了对比研究。计算结果显示:1)与原型相比,对冲和45°挑高对冲的泥舱内部流场的旋涡分布较为集中。2)进流管路的出流扩散范围基本位于进流管路的出口附近区域。3)泥舱内其它区域的流速及湍流强度均要小于原型,尤其在溢流筒附近区域湍流强度衰减更为明显。说明对冲和45°挑高对冲结构起到了一定的消能作用,将有利于泥舱装舱过程中泥沙的沉积,达到提高装舱效率的目的。

耙吸挖泥船波浪补偿联合仿真方法

在对耙吸挖泥船波浪补偿器作优化改进前,需要先通过数模仿真研究其内部机构的相互作用机理,然而单一的多体或液压仿真尚无法完全模拟真实施工工况。文章尝试采用联合仿真方法,利用ADAMS软件搭建耙吸船在外部载荷作用力下的虚拟样机模型,实现对其复杂机械系统动力学性能的模拟仿真;然后运用液压软件建立其左右舷波浪补偿系统的液压仿真模型,同时设置联合仿真接口实现与ADAMS软件的交互计算;最后选取不同海浪计算工况,分析波浪补偿系统的补偿效果。仿真结果与真实情况较为吻合,说明该联合仿真方法可以为波浪补偿器的数模研究提供一个较好的研究思路。

间歇性波浪扰动下河口底泥中磷释放特性研究

作为反映河流、海洋水体受污历史的载体,河口底泥在污染达到一定程度时易在海洋动力作用下释放沉积其中的污染物,影响水体水质。为了明确秦皇岛近岸海域内污源染,量化波浪扰动下底泥释放对水质的影响,该研究以波流水槽为动力试验设备,选取秦皇岛污染最严重的河流之一大蒲河的河口底泥为研究对象,试验研究河口底泥在间歇性波浪扰动下磷的释放特性。总磷在波浪扰动下的释放可分为浓度迅速增加的初期和浓度随时间线性增加的稳定期两个阶段,浓度随波高增大而升高,且在波高大于8 cm时与浊度呈显著正相关。溶解性总磷受浓度梯度和波浪引起的孔隙水压力影响向上覆水体迁移扩散,随时间呈小幅增加。总磷在波浪扰动初期的释放强度为2.00×10^(-3)–8.75×10^(-3) mg/m2/s,是稳定期释放强度0.50×10-4–2.25×10^(-4) mg/m^2/s的18–40倍,且两个阶段的释放强度均随波高呈指数增长。当波浪强至起动底泥,原先的泥水界面释放转为底泥起动悬浮释放,水体中颗粒态磷取代溶解态磷成为磷的主要赋存形态。间歇性波浪扰动静置期,颗粒态磷的吸附沉降使得水体中总磷浓度和颗粒态磷的比例大幅降低。

洋河水库泄洪对近岸海域水质的影响

基于验证良好的秦皇岛河流-海岸一二维耦合数学模型,探讨了洋河水库泄洪对近岸海域水质的影响。由于水库COD浓度略高于近岸海域COD标准浓度,但远低于河道水体COD浓度,水库开闸放水初期,河口海域COD日平均浓度和超标面积较泄洪前有所增大,此后随着水库的不断泄洪,海域COD日平均浓度和超标面积逐渐减小,最终趋于稳定,海域水质较泄洪前得到明显改善。在相同水库放水COD浓度下,泄量越大,携带水库下游河道的污染物入海越多,海域COD日平均浓度超标面积越大,且泄量与超标面积间服从线性函数关系。在污染物入海通量相同的情况下,减小污染物入海浓度在一定程度上可以改善近岸海域水质状况。

夏季北戴河海域COD环境容量研究

应用Mike 21软件建立了北戴河海域水动力与污染物输运数学模型,模型范围包括人造河、洋河和戴河3条入海河流。然后采用实测潮流和化学需氧量(COD)浓度对数学模型进行了验证。最后通过对河流不同的源强削减方案进行模拟和比较分析。研究结果表明:2013年8月戴河口、洋河口和人造河口海域的COD环境容量分别为375.076 t、346.803 t和309.833 t,其中洋河源强削减最大,人造河次之,戴河最小;各河口单独削减相同比例的COD源强在近岸海域产生的超标面积不等,水体交换能力较弱的戴河削减效果较洋河和人造河更显著;随着源强削减比例增加,超标面积减小,但减幅变低。

高阻塞率方柱绕流的大涡模拟

该文采用PIV测速技术和大涡模拟(LES)数学模型对雷诺数Re=13 400,阻塞率为22%的方柱绕流进行了研究,探讨了高阻塞率对方柱绕流流场的影响,并与先前的研究结果进行了比较。研究发现:大涡模拟能很好地再现方柱绕流的流场特征;高阻塞率下方柱绕流的斯特劳哈尔数和阻力系数都有所增大;阻塞率增高导致紊动能增加,使得方柱上游端横断面上的纵向速度脉动与横向速度脉动比低阻塞率情况下强。

无储沙坑吹填施工中的抛沙流失问题

港口建设和围海造地等大型近岸工程中,储沙坑在疏浚吹填施工过程中起到了临时堆放和掩护吹填沙的作用。然而,现场工况及施工期等条件会限制储沙坑的设置。目前,对于无储沙坑条件下的泥沙流失过程和机理以及流失量的估算,尚未有相关的研究和经验。本文以古雷增填沙工程为例,采用施工过程现场观测和典型工况数值模拟相结合的方法研究了无储沙坑吹填施工中的储沙流失问题。根据结果显示,无储沙坑条件下抛沙施工中泥沙的流失主要发生在堆沙阶段,数值模拟和现场观测结果所得到的流失率均在14%~16%之间。本文结果可为今后应用数学模型和现场观测手段在其他形式的无储沙坑吹填施工中的抛沙流失问题提供科学的借鉴意义。