广州港深水出海航道伶仃航段回淤规律分析

根据实测资料分析了广州港出海航道泥沙冲淤时空变化以及伶仃航道的回淤原因，运用数学模型对伶仃航道不同开挖尺度方案回淤量进行预测．结果表明，航道的平均淤强随开挖深度的增加而增大．回淤量除与平均淤强有关外，还与开挖深度、宽度有关，不同方案的年回淤量在274．690万m^3之间．

伶仃洋大铲湾水交换物理模型试验研究

随着开发的不断深入及工业废水和生活污水的大幅排放,大铲湾变为严重污染的河口湾,为改善该海域水体污染状况,研究了水动力改善工程措施。通过水质物理模型,将无污染源排放条件下抽水、有污染源排放条件下注水两种工程方案分别与无工程措施进行对比,研究了大铲湾的水体交换能力,分析了其水质动力、水体污染浓度变化。结果表明,不采取工程措施时,水体自净难度很大;采取抽、注水措施后虽有一定改善,但无法彻底改善水环境,在持续排放污染物时湾内污水很难得到稀释,对流入河涌的污水进行处理才是改善大铲湾水质的前提条件。

伶仃洋出海航道浮泥形成机制与分布特征

伶仃洋出海航道前后5次大规模的浮泥观测表明,航道中曾普遍发现浮泥层,但近期分布范围有所缩小;浮泥层厚一般在0.1～0.6 m之间,层厚较大的分布区主要集中在航道北段深槽区。根据浮泥分布的多年变化与洪、枯季变化分析,浮泥主要分布在航道深槽内且洪季浮泥层厚度与范围明显比枯季大,表明水动力条件相对较弱和较为丰富的细颗粒泥沙来源是浮泥形成的重要条件;浮泥层由于具有易流动性和可塑性,其形成位置、厚度与长度受潮汐作用影响明显而具有周期性变化。

广州水道咸潮影响因素分析

根据实测资料分析了广州水道的咸潮变化规律及其主要影响因素.根据盐度数学模型计算了地形、海平面、风况和流量分配方式4种因素对咸潮的影响程度,结果表明,年内流量分配方式对咸界的影响最明显,其次是地形和风况的变化,海平面抬升对咸潮影响相对较小.

港珠澳大桥人工岛对水沙动力环境的影响

为了评估港珠澳大桥人工岛建设对周边海区水沙动力环境的影响,针对人工岛设计及工程海区水沙特性,建立了整体潮流泥沙物理模型,系统研究了人工岛建设引起的动力地貌演变效应。试验结果表明,受岛体阻水影响,潮流在人工岛两端分别形成双向绕流,流速明显增大,并在岛桥结合部与岛隧结合部发育局部冲刷坑;人工岛背水面同时存在多个大小不一的强紊动小尺度回流,并具有不断形成、发育、发展到消亡的周期性变化过程。受人工岛自身位置、形态、尺度以及工程海区地形、水流、泥沙等因素影响,港珠澳大桥东、西两个人工岛引起的动力地貌演变效应,既在变化规律上具有较好的一致性,又在影响形式与程度上存在明显的差异性。

珠江三角洲网河区低水位时空变化规律

珠江三角洲近30年的大规模无序采挖沙改变了网河区水多沙少、河势稳定的演变趋势,促使河床由缓慢淤积转变为大幅下切,低水位出现明显下降。这种人为作用已涵盖并远超同期河流自然演变的程度,对取水供水、生态保护、航运保障等产生了较大影响。在总结河口三角洲地区水位变化研究的基础上,以珠江三角洲网河区为例,按低水位变化划分为常年潮流段、季节性潮流段和常年径流段。其中,常年潮流段基本不受采砂影响;季节性潮流段依据径流、潮流比例,越靠近枯水潮流界,低水位变化越大;常年径流段还存在溯源冲刷引起的低水位下降。结合水沙变异过程,试图探讨水动力对河床急剧演变的响应机制,以期为通航低水位设计提供依据。

港珠澳大桥对伶仃洋河口潮流环境的影响

伶仃洋为弱潮河口,潮差较小,平均潮差为0.86～1.69 m,最大潮差为2.29～3.36 m.伶仃洋潮汐动力远远强于径流动力,潮流是塑造和控制滩槽格局的主要动力因素.通过伶仃洋河口潮流物理模型试验,研究港珠澳大桥建设对伶仃洋河口潮流动力环境的影响.研究结果表明:港珠澳大桥的建设对潮底动力环境影响的范围和强度表现为东部人工岛附近较强,西部桥区附近相对较小;近桥局部区域潮位及流场的变化比较明显,远离桥轴线5 000 m以外区域变化较小.

河口湾水动力环境对滩涂利用的累积响应——以珠江口伶仃洋为例

为揭示河口湾水动力环境对滩涂利用的累积响应过程,以珠江口伶仃洋河口湾为例,基于潮波数学模型和潮流数学模型,研究了1981年以来湾内进出潮量、分潮振幅和潮流流速的累积变化。结果表明:相对于1981年,2018年岸线条件下伶仃洋湾口断面涨落潮量累积减少4.9%~6.0%、内伶仃断面涨落潮量累积减少9.0%~12.8%、深圳湾断面涨落潮量累积减少17.8%、南沙断面涨落潮量累积减少5.0%~6.3%;伶仃洋M 2分潮振幅呈增加趋势,振幅增幅由南向北增加,潮波由南向北变形进一步加剧;伶仃洋最大可能潮差变化与M 2分潮振幅变化趋势一致,潮汐性质没有发生变化;伶仃洋潮流流速总体减小,西岸流速减幅高于东岸,湾顶附近流速略有增加。

伶仃洋茅洲河口动力地貌演变过程

利用长系列的水文泥沙、水下地形和遥感影像等数据,通过数字地形高程模型和水动力数学模型等方法,探讨了伶仃洋茅洲河口的动力地貌演变过程及主要原因。结果表明:伶仃洋中滩海区近年冲刷态势明显,拦江沙与矾石浅滩呈现逐渐分离并有发育形成“新中槽”的演变趋势;茅洲河口门深槽的形成发育以落潮流动力作用为主,交椅湾深槽具有涨潮沟的性质,交椅沙形成发育对于稳定周边海区滩槽格局具有重要作用;大规模围涂造地和海床采砂等人类开发活动显著改变了伶仃洋的地形边界条件,进而影响河口水沙输移和滩槽格局,亟需加强监控。

伶仃洋茅洲河口滩槽演变水沙模拟及治导线优化

为适应伶仃洋茅洲河口治理开发条件,以保证行洪顺畅为泄洪纳潮的首要原则,同时顺应水沙运动和河势发展规律,对河口进行治导线比选和优化。该河口治导线方案分单、双通道,两类通道不同扩宽率下设计有围填、围填加开挖2种方案,开展水动力泥沙数学模拟计算和物理模型试验。结果表明:河口治导线各方案对伶仃洋涨、落潮流速的影响范围主要集中在交椅湾及其附近海域;方案实施后,周边海区冲淤变化较小,未对河势造成不利影响;根据对水动力、河口泄洪、河势稳定影响的综合分析,单双通道相比较而言,对洪水位、纳潮量、高低潮位、流速、河床冲淤的影响规律具有较好的一致性,相同扩宽率下各方案的影响程度均在同量级。

感潮河段支流口门枢纽通航水流条件研究

界牌水利枢纽位于长江下游感潮河段支流口门,受用地条件限制,距江边较近且开敞布置,枢纽外江侧水流受到非对称涨落潮牵制作用明显,涨潮引水情形下,引航道口门区横流超标。物理模型试验结果表明:延长导流堤仅使得横流发生位置提前,并没有减小横流强度;船闸侧岸壁外扩能提前调整水流,为引航道口门区提供遮蔽环境,从而消弱横流,但受口门区用地条件的限制;而导流堤头部透空可较好地分散横流,改善流态,满足通航水流条件,其中透空段的长度取决于横流的分散效果,整个导航墙的长度取决于停泊区的纵向水流控制条件。

深中通道工程对珠江口水动力环境影响

深圳至中山跨江通道工程(简称深中通道)连接深圳和中山两市,跨越珠江口内伶仃洋"三滩两槽",大型人工岛及大量桥墩的存在必然对珠江口水域的水流动力环境造成一定的影响。通过伶仃洋潮流物理模型试验,研究深中通道各工程方案对珠江口水动力环境的影响。研究结果表明:A2方案(伶仃航道隧道+矾石航道桥梁)对潮位影响最大、其他次之;人工岛及桥墩附近水域流态变化较明显,以人工岛最大,通风井、锚碇、主塔、索塔等建筑物次之,非通航桥墩附近流态变化不明显,桥轴线5 km以远水域已基本不受工程影响。总体而言,各工程方案对伶仃洋滩槽格局影响都不大,结合其他专题研究,一致推荐A3方案(伶仃航道桥梁+矾石航道隧道)作为深中通道合理可行方案。

基于广义垂线坐标系的三维非结构数学模型及其在珠江口的应用

基于广义垂线坐标变换,构建了非结构网格的三维水动力数学模型。模型采用半隐式有限体积法对控制方程进行数值离散,其中半隐式法用于水位梯度和垂向紊动扩散以及垂向对流项的离散,显式控制体积分法用于水平对流项等的离散。广义垂线坐标系使得模型能够灵活地对垂向网格进行布置,平面非结构网格使得模型能够适应河口海岸复杂的岸线,并可对局部进行网格加密。模型通过具有解析解的风生流和异重流对模型进行检验,应用模型模拟了珠江口的三维潮流过程,计算结果与实测水文数据的比较表明,模型能够较好地模拟珠江河口的盐水楔和三维分层水动力过程。

港珠澳大桥潮流物理模型设计的关键问题

港珠澳大桥横跨伶仃洋河口,该水域南北长75 km,东西宽约50 km,模拟总水域面积大于2 100 km2.针对此类型的桥梁潮流物理模型设计,桥墩桩群处理是关键问题之一.对于小尺度单桩如仅按几何相似比尺进行设计,则无法满足阻力相似,因此本模型在满足潮流运动相似原则的基础上,充分考虑大桥桩群总阻力相似的方法进行概化处理,并经过水流试验验证.结果表明该物理模型桩群概化处理和边界控制合理,较好地模拟了大桥建设对水流运动影响,为跨海特大型桥梁模型设计提供了切实可行的有效方法.

港珠澳大桥对伶仃航道和铜鼓航道回淤影响研究

通过伶仃洋河口潮流泥沙物理模型试验,研究了港珠澳大桥建设对伶仃航道和铜鼓航道的回淤影响。研究结果表明:在假设水文泥沙条件下,港珠澳大桥建设后,伶仃航道内淤积厚度及淤积量呈减少态势;铜鼓航道内淤积厚度及淤积量略有增加。

伶仃航道三期试挖槽工程实施后泥沙回淤分析

在对伶仃洋河口湾来水来沙、潮汐与潮流特性分析的基础上,结合伶仃航道三期工程实施后的4次航道地形测量资料,对试挖航段的回淤量沿时间和空间的变化、以及航道稳定边坡进行分析。结果表明伶仃航道开挖段-15.5 m贯通后,经过2008年1月—2009年1月水沙过程的作用后(其间未进行疏浚),航道内以淤积为主,淤积量较以往(一、二期)没有明显增加。此结论为三期工程的进一步拓宽浚深提供了技术参考。

淤泥质海床上人工岛水流冲刷试验

港珠澳大桥人工岛局部冲刷是大桥工程设计亟待解决的关键技术问题。在现场资料分析与物理模型验证的基础上,采用正态系列模型延伸法,在潮汐宽水槽中研究了淤泥质海床上人工岛周围流态变化和局部冲刷的发展过程。研究结果表明,在洪季大潮情况下,东、西人工岛最大冲深分别为10.3 m和9.0 m,冲刷坑集中在岛桥结合部和隧道防护段及防撞墩附近;最大冲刷深度与人工岛的几何形状、流速、工程水域的沙土特性以及水深等相关,冲刷坑的平面形态则与岛型、水流夹角、涨落潮流速差以及潮流历时有密切关系。

大量采沙对东江下游及东江三角洲河道低水位的影响

计算了1964～2003年东江下游及东江三角洲的主要水文（位）站不同保证率的低水位.结合采沙情况对比分析表明,处于常年径流为主河段上的惠阳站、博罗站,20世纪80年代初至今低水位呈持续下降趋势;处于感潮河段上的樊屋站、石龙站和大盛站,90年代以后低水位均略有不同程度地上升.低水位较大幅度下降主要原因是,河床大量采沙导致河槽容积增大、河床高程明显降低;而河床地形变化引起的三角洲河网区潮汐动力增强,则是感潮河段低水位上升的主要原因.

深圳前海水廊道水体交换物理模型试验研究

深圳前海水廊道的建设目的是将前海规划区打造成一个亲水城区,使前海水系变成一个便于调度的整体水系。但是水廊道内水体交换弱,且不断有来自陆域的污染物汇入,大铲湾码头的建设使前海成为一个半封闭式港池,更进一步减弱了水体交换能力。为研究前海湾最佳水环境保护方案,通过现场资料分析与水质物理模型对深圳前海水廊道水动力条件、水体污染物浓度变化进行了研究。研究结果表明,水廊道水容量有限、流动性差、水交换或污染稀释能力比前海的水体差,而环状水廊道水体交换能力较指状廊道而言又更差,靠自身稀释降解污染物非常困难,通过注水方案可加快水廊道内水体交换扩散,对环状水廊道水质改善尤其明显。

强潮海湾水动力环境对人类干预的响应——以泉州湾为例

泉州湾平均潮差大于4.2m,最大潮差超过6m,是典型强潮海湾.泉州湾向东面向台湾海峡开敞,年平均波高0.9m,最大波高2~4m,泥沙运动受波浪和潮流共同作用.针对泉州湾海域波浪、潮流、泥沙以及海床演变特点,建立了二维波流泥沙数学模型,2016年大小潮验证表明,计算潮位、流速、流向、悬沙含量与实测过程吻合良好,计算泥沙冲淤量和分布趋势与实测值接近.在此基础上,研究了不同强度人类干预对泉州湾水动力环境的影响.结果表明,1978年以来的边滩围填使泉州湾入口、石湖秀涂断面、洛阳江进出潮量分别减少约4%、8%和14%;人工岛引起的冲淤主要在工程周边,对泉州湾滩槽稳定格局影响较小.纳潮量是维持海湾滩槽稳定的重要指标之一,海湾开发过程中要尽可能不影响海湾以及入湾河口泄洪纳潮.研究结果可为类似强潮海湾滩槽保护、开发利用等提供借鉴.