半封闭式港湾水动力特性分析——以香洲港为例

受系列工程建设影响,半封闭式港湾往往出现水动力减弱,水体交换变差的现象,为研究工程建设对半封闭式港湾的水动力环境的影响,以珠江河口典型的半封闭式港湾香洲渔港为例,研究周边地区控制性详细规划对香洲渔港泄洪纳潮、水体交换等方面的影响。结果表明:规划方案实施后,规划区附近水域及上游口门水位变化不大,伶仃洋西侧潮流通道潮量变化较小,但香洲港港区潮量减小约1%,水动力进一步减弱,水体半交换周期增加约3.2%,尤其港区西北角水体交换能力相对较差,长期对水环境不利,有必要采取水动力增强措施。研究成果可为香洲港海域水动力提升整治提供参考。

磨刀门口夏冬季沿岸流特征及成因分析

根据2011—2012年磨刀门口的夏、冬季大、中、小潮定点观测资料,对欧拉余流、斯托克斯余流以及拉格朗日余流进行分析。结果表明:(1)外海测点的欧拉余流和拉格朗日余流,冬季在各潮型下均为一致的西南沿岸方向,夏季除东、西汊道点在强径流下表现为顺汊道指向外海方向,其余外海各点仍以西南沿岸方向为主;(2)斯托克斯余流远小于欧拉余流,夏季明显大于冬季,方向基本与欧拉余流相反;(3)冬季磨刀门口海域具有稳定西南向沿岸流特征,南海东北季风的驱动作用是其形成的主要原因;夏季磨刀门口各潮型下沿岸流特征各异,其影响的主要因素为径流和风,同时地形的影响不可忽略,特别是拦门沙形成的汊道分流作用,对强径流作用下水沙输移影响十分显著。

台风“山竹”过境期间伶仃洋潮流悬移质变化研究

针对台风过境期间伶仃洋潮流悬移质变化特征及其机理,根据珠江河口原型观测站在“山竹”台风期间的实测气象和水文数据,对比分析台风过境前与过境期间伶仃洋流速流向、波高和含沙量的变化特征。通过计算波浪剪切应力与波-流联合剪切应力,分析悬移质与波浪和潮流的响应机制。研究结果显示,台风期间的风、潮流、波浪、含沙量和输沙量较平常条件时呈倍数增长,水域的平面流速分布和垂向流速结构均发生明显改变。波-流联合剪切应力与含沙量呈明显正相关,受台风影响,波-流联合剪切应力急剧增大,掀起河床底部泥沙颗粒,是水体含沙量快速增大的主要原因。

珠江磨刀门河口环流结构动力特征分析

河口环流结构关系到物质输运、泥沙沉积和地貌变化等物理过程。根据2019年磨刀门河口原型观测平台洪枯季连续观测分层潮流资料,统计洪枯季、大小潮河口东、西汊的涨落潮流及历时变化特征,利用理论方法解析河口东西汊平面环流和重力环流结构,进一步引入混合参数研究河口纵向环流中的潮汐应变环流。研究发现枯季东、西汊在转潮时刻存在东涨西落的平面环流结构,洪季平面环流特征较不明显;枯季重力环流强度整体略大于洪季,西汊重力环流强于东汊,表层向海环流流速可达0.2~0.25 m/s,而底层向陆环流流速相对较小。洪季大潮期由潮不对称性驱动的潮汐应变环流相对较大,进而增强了纵向环流的强度。河口垂向余流结构同样表现洪枯季、大小潮的变化规律。洪季余流整体较大,西汊在小潮期表层余流流速超过0.6 m/s,而东汊余流则明显呈现表层向海、底层向陆的分布特征,枯季余流整体较小,表明其对物质输运和河口地形塑造作用较弱。

珠江口东四口门径流动力变化及其原因分析

据近几十年来珠江河口水文资料统计分析了东四口门的径流变化特征并分析其变化原因,研究表明:20世纪80年代以来,东四口门径流动力呈阶段性变化,1999年前,流域来水加大,同时,受高强度采砂影响,网河区河床形态发生异变,河相关系随之变化,网河区顶端的思贤滘及主要汊道分流比发生重大调整,令东四口门下泄径流增大。1999年以后,流域来水量减小,受大规模的水库建设等因素影响,东四口门承接的入海水量显著减少,径流动力减弱,但因网河汊道河相关系的改变引起网河内径流分配调整,虎门、蕉门径流动力减弱,而洪奇沥、横门径流动力持续增大。

珠江河口磨刀门口外拦门沙近期演变分析

珠江河口磨刀门口外拦门沙的形成,受径流、潮流、沿岸流、波浪影响,且河口的地形条件及泥沙运动也是拦门沙的重要影响因素。根据近40 a来实测地形资料,对磨刀门口外中心拦门沙、西侧拦门沙、东西两汊深槽的演变进行了分析,并对拦门沙区域的冲淤变化进行了讨论。分析结果表明:珠江河口磨刀门口外拦门沙区东、西汊不断向海延伸、拓宽,大洪水对东、西汊的发育起到显著促进作用;东汊走向则有一定摆动,东汊发育具有显著的季节性特征,受波浪改造作用明显;中心拦门沙内外坡以冲刷为主,滩顶淤积加高,南北径缩短;西侧交杯沙在波浪作用下呈新月形发育,交杯四沙向陆并岸的过程中,易受到洪水冲决作用,在并岸的浅滩中冲出深槽。研究结果可为河口规划、整治提供参考。

基于多模型集成的月尺度磨刀门咸潮预测研究

近年来,珠江三角洲磨刀门水道咸潮频发,严重威胁周边地区的供水安全。分别应用随机森林算法(SVM)、支持向量机(SVM)以及Elman神经网络(ENN)建立回归模型,并应用贝叶斯模型平均算法实现咸潮月尺度集成预测。研究结果显示:①随机森林、支持向量机以及Elman神经网络算法在小样本集上表现出不同的不确定性特征;②贝叶斯模型平均能够显著提高模拟精度,纳什效率系数(NSE)达到0.67,相比于3个子模型在测试集上分别提高了22%、24%、33%。

珠江河口口门洪水分流比变化及成因

河口泄洪情势的变化关系到地区经济发展和灾害防治。基于珠江河口八大口门在1998年和2005年实测洪水资料及洪水发生前后河口实测地形资料,计算口门洪水分流比变化,分析口门泄洪分配特征变化及典型泄洪断面演变特征。在此基础上计算各个口门泄洪能力变化百分比。研究发现:河口典型泄洪断面宽度基本不变,河槽冲刷加深,有利于口门洪水宣泄;除横门外,其余口门泄洪能力增加;人类大规模的采砂活动引起的口门不平衡下切是导致珠江河口泄洪能力变化的主要原因,同时上游来沙显著减小背景下的河道冲刷也对此具有一定影响。

珠江磨刀门河口悬沙浓度变化特征分析

根据2011年枯季和2012年洪季在大、中、小潮期间的多点同步现场观测资料,分析研究了磨刀门河口悬沙浓度变化特征。结果表明:磨刀门口悬沙浓度纵向分布呈近岸高,远岸低的趋势;横向分布具有季节性差异,洪季主槽大于滩地,枯季滩地大于主槽;垂向分布洪季主要以斜线型分布为主,枯季主要以抛物线型分布为主。潮周期平均含沙量大潮普遍大于中、小潮;洪、枯季磨刀门口外落潮含沙量普遍大于涨潮含沙量。洪季含沙量混合较为均匀,落潮时含沙量增大,涨潮时含沙量减小,枯季含沙量分层明显,。受波浪潮汐作用,一个周期内有多次明显的再悬浮过程,涨潮时增大,落潮时减小。

珠江河口磨刀门口外东西两汊实测分流比分析

磨刀门是珠江河口八大口门中泄洪量最大的口门,口外已形成稳定的东西两汊滩槽格局及中心拦门沙。两汊的分流比是磨刀门河口治理的重点关注问题。根据磨刀门河口及口外东西两汊2015年9月10～11日大潮同步水文观测资料,分析了东西两汊实测流速、流向及分流比特征。结果表明:东西汊总体以往复流为主,在转潮过程会出现一定的旋转流;落潮时表层流速大,底层流速小;涨潮时底层流速大,表层流速小,在转潮时刻会出现短暂表落底涨的现象;西汊的落潮量分流比大于东汊,且净泄量分流比为66%,是磨刀门入海口的主要泄水通道;而东汊的涨潮量分流比大于西汊,是磨刀门入海口的主要涨潮通道。因此,在磨刀门口外治理规划时,需重点考虑东西两汊的自然演变及分流比情况,保证其泄洪纳潮的功能。

多汊道潮汐通道狮子洋的纳潮量计算及演变分析

以狮子洋为例探究了多汊道潮汐通道的纳潮量计算方法,验证了海湾纳潮量计算公式应用在多汊道潮汐通道系统中的可行性,分别采用基于直接观测的流量计算法和基于卫星遥感资料与实测潮位订正的公式法,计算狮子洋1999-07及2005-01的纳潮量,2种方法计算结果误差在18%之内。为进一步研究近年来狮子洋纳潮量变化及其原因,采用公式法计算了2007—2016年每年7月狮子洋纳潮量,结合1999—2011年地形演变特征,说明地形对纳潮量变化的影响。研究发现:狮子洋纳潮量具有4a的周期变化规律,变化特征表现为1999—2007年因航道整治影响,纳潮量增大约10%;2007—2012年,河势较为稳定,纳潮量继续微幅增大;2013—2016年纳潮量小幅减小。

近50年来西、北江干流径流变化特征及其发展趋势预测

依据1959—2014年马口及三水站流量资料统计了西、北江干流径流的年际变化特征,采用Mann-Kendall检验法分析径流变化趋势及突变特征,并采用小波分析的方法研究径流的多尺度时间周期特征,进一步预测西、北江径流的发展趋势。结果表明:近50 a来,西江马口站年均径流量及分流比总体减小,北江三水站年均径流量及分流比大幅增大。马口站的径流量在1986年后呈减少的趋势;三水站径流量在1993年后呈现增大趋势。两站径流量存在突变点,但均不显著。2014年后的一段时间内,马口站径流量继续表现为减小趋势,而三水站径流量继续呈增大趋势。马口及三水站年均径流量均存在28、6、4 a的周期尺度,在28 a的主周期尺度上,马口和三水站均存在18 a的平均周期,进一步可预测2015—2019年马口及三水站仍将处于"丰水"期,而2019—2028年则将处于"枯水"期。

珠江河口整体物理模型泥沙试验方法及应用

为全面掌握珠江河口泥沙运动的基本规律,优化河口重大工程方案布置,在宏观分析珠江河口伶仃洋、磨刀门和黄茅海泥沙运动主要特征的基础上,研究了该3个区域泥沙模拟试验面临的关键技术问题;重点研究珠江河口整体物理模型泥沙试验中的分区模拟、模型沙选择、关键设备研发等核心技术,结合多年来科研生产和模型运用的实际经验,总结出珠江河口整体物理模型泥沙试验方法。最后,以近年来珠江河口的重大涉水工程——港珠澳大桥工程为例予以了进一步说明。

基于原型观测平台的珠江河口潮流特征分析

基于珠江河口原型观测试验平台开展数据分析研究,结合珠江河口治理和保护需求,能够为粤港澳大湾区的核心区建设提供水利基础数据。根据原型观测试验站1—12号测站2019年潮流数据分析得出结果。①伶仃洋全年涨潮平均流速为0.16-0.38 m/s,落潮平均流速为0.17-0.36 m/s。湾内受径流作用的显著影响,落潮流速大于涨潮流速,洪季流速略大于枯季流速。湾口径潮相互作用,涨落流速差异不大,枯季流速略大于洪季流速。②磨刀门河口全年涨潮平均流速为0.20-0.27 m/s,落潮平均流速为0.29-0.51 m/s。受径流作用,磨刀门水道及西汊内落潮流速接近涨潮流速2倍,西汊落潮流速显著大于东汊。磨刀门附近的澳门外海水域受西南向沿岸流影响,枯季落潮流呈明显的西南向,涨潮流以西北向为主。③黄茅海全年涨潮平均流速为0.12-0.26 m/s,落潮平均流速为0.24-0.40 m/s。落潮流速大于涨潮流速,湾内深槽流速大于湾外流速。

电厂取排水口温升特性影响因素分析

鉴于电厂温排水扩散关系到热污染等水环境问题及电厂发电效率等经济问题,建立了温排水小变率物理模型试验,在模型验证良好的基础上,对比分析了不同潮型、不同季节因素和不同的排水口结构尺寸对取排水口附近温升扩散范围和温升变化过程的影响。试验结果表明,受到涨落潮过程的影响,温升分布范围以西北和东南向为主,高温区温升包络线集中在排水口附近。在温排水的扩散能力方面,大潮优于小潮,夏季优于冬季,窄型排水口优于宽型。分析结果可为电厂的取排水工程设计提供依据。

浑水环境盐水楔界面泥沙悬浮动力特性实验研究

为加深了解河口盐水楔对径流悬浮泥沙的水动力影响,该文在不考虑絮凝的条件下进行均匀沙浑水环境盐水楔实验,利用声学流速剖面仪ADVP测量紊动流速,结合声强散射信号反演计算泥沙浓度,分析盐水楔界面紊动特征、分层系数和涡旋长度尺度与泥沙浓度变化的关系趋势。结果表明,盐水楔界面紊动增强,并随界面不稳定过程的发展而变化,界面中心上层变化更为明显;从盐水楔头部往后,分层系数和涡旋长度尺度逐渐增大。与此相应,界面中心以上形成泥沙高浓度团块带,前锋过后,团块带垂向最大泥沙浓度逐渐缓慢减小,团块之间的连贯性减弱,而团块带厚度逐渐增加。因此,界面紊动发展和不稳定波过程是界面泥沙浓度变化的主要水动力因素,分层流紊动涡旋长度尺度对泥沙浓度增加的高度范围有重要影响。该研究结果可为重力流界面泥沙运动精细数值模拟验证和盐水楔河口细颗粒泥沙悬浮输移综合分析提供相关参考。

珠江口伶仃洋及磨刀门盐淡水混合特征及机制分析

基于2016年1月3日至18日的珠江口盐度分层观测资料,对比分析伶仃洋与磨刀门盐淡水混合特征及其机制,结果表明:(1)伶仃洋及磨刀门水域口门处盐度分层最明显,小潮阶段分层特征最显著;(2)磨刀门分层较伶仃洋更为显著,主要原因在于上游流量的差异;(3)大潮转小潮过程中,伶仃洋上游盐度虽向口门下落,但下落速度较慢,分层逐渐明显,而磨刀门水道中盐淡水却混合充分,这是由于盐度在河道中剧烈震荡并快速退出河口所致;(4)在伶仃洋及磨刀门口门附近,重力环流与潮汐剪切产生的抑制混合作用大于潮流紊动促进混合的作用,因此分层显著,河口上游水深较浅,潮流紊动作用较强,起到促进混合的作用。