Design and Site Experiment of Groyne in Bore Surging Area of Qiantang River

The groyne has been used widely in bank protection and river regulation. The plane layout and structural style of groyne are closely related to the stability of the groyne itself and the effect of bank protection. In this paper, based on the preliminary summary of the design of bank protection in the bore surging area of Qiantang River, some problems regarding the structure of groyne are pointed out and an improved plan is put forward. Site experiment was carried out combined with an emergency repair. The results of the experiment indicate that the improved project is reliable and successful.

径流与涌潮对钱塘江尖山潮滩演变的影响分析

潮滩湿地具有生态系统服务、海岸防护等重要功能,认识其在涌潮与径流作用下的潮滩演变特征,对保护钱塘江涌潮区域湿地至关重要。基于钱塘江尖山潮滩151张地形及径流、水位、泥沙和遥感数据,探究潮滩演变特征与驱动机制。结果表明:(1)尖山潮滩呈动态平衡,在观测区,枯季淤积速率为0.01 m/d,坡度降至1‰后稳定;洪季崩岸速率达3 m/d,崩退宽度达113 m,但洪季后以0.05 m/d的速率恢复。(2)洪季潮滩处的涌潮略强于枯季,洪水促进河势分汊,而涌潮主要通过南汊输沙,减少了北汊潮滩处泥沙输送。(3)钱塘江流量是控制潮滩年内季节性冲淤变化的关键因素,潮滩变化速率与流量、初始高程及潮差呈多元线性关系。(4)洪水改变河势,潮滩泥沙供应减少,含径流的退潮流冲刷增强使其崩岸退缩,但当水流冲刷减小、涌潮与涨潮流输沙占优时,潮滩迅速淤积。

卷积神经网络方法在涌潮水动力特性演变中的应用研究

该文基于开源软件OpenFOAM求解雷诺平均的Navier-Stokes方程,实现了对于波状涌潮(Fr=1.2~1.3)的数值模拟,并与物理实验数据比较,验证了数值模拟的准确性。使用CONV1D卷积神经网络模型对数值模拟数据进行了学习,预测出在具有斜坡地形上的涌潮水动力发展过程。对比涌潮到达x=30.0 m测点处的用时和该测点的最高水位的模型预测结果与数值模拟结果可知:到达用时的平均相对误差为2.28%,最高水位的平均相对误差为3.73%。较小的相对误差证明了CONV1D模型的准确性。该文对于涌潮的水动力过程模拟、与涌潮相关的灾害预警以及初生涌潮未来发展趋势研究都具有一定意义。

钱塘江河口治江缩窄对涌潮的影响

20世纪60年代后期以来,钱塘江河口进行了大规模的治江缩窄,显著改变了河口的水沙、地貌及其相互作用过程,而对于涌潮在高强度人类活动扰动下的响应认知尚不全面。基于实测资料,结合涌潮数学模型分析大规模治江缩窄对钱塘江河口潮汐、河床以及涌潮的影响。结果表明:治江缩窄后,滩槽分布基本稳定;山潮水比增大,大致以盐官为界,涌潮河段下游段淤积,上游段冲刷,沙坎下移;高潮位沿程抬升,涌潮起潮点附近及闸口—仓前河段潮差增大,仓前—盐官河段潮差减小;涌潮起潮点和最大涌潮位置下移,观潮位置固定,潮景丰富稳定,潮到时间稳定,涌潮高度变幅减小,仓前—盐官河段涌潮高度减小。为保护涌潮,需要在涌潮河段维持较大的潮差和适宜的水深,不宜开展大规模的缩窄。

多因子影响下的钱塘江通航保证率研究

钱塘江闻堰—八堡段为钱塘江河流河口段,河床冲淤剧烈,水深受地形影响变化较大,直接影响船舶通航,此外受上游径流及涌潮影响,航道通航保证率计算较为复杂。为此,利用2007年以来历年的水下地形,综合考虑涌潮、径流、水深等因子对钱塘江闻堰—八堡段的实际通航保证率进行分析。结果表明,2007—2020年满足3.8 m水深条件的通航保证率为60.1%~79.8%,满足3.5 m水深条件的通航保证率为71.9%~87.5%,满足3.2 m水深条件的通航保证率为81.1%~97.0%,与实际较为吻合。研究方法对河床冲淤变幅较大且动力条件较为复杂的河口区通航保证率分析具有参考意义。

钱塘江河口潮波变化过程

20 0 0年 9月 ,组织实施了钱塘江河口潮涌同步观测 ,获得潮波变形过程的完整资料。潮波穿过杭州湾 ,潮差大幅增加 ,自湾顶澉浦开始 ,河床溯源抬升 ,在浅水效应影响下 ,潮波变形加剧 ,进而形成涌潮。形成以后 ,因涌潮后潮波仍处涨潮状态 ,指向上游的特征线聚集 ,涌潮高度与当地潮差的比值继续增大。涌潮逐渐成为整个涨潮波面。随后 ,因涌潮后潮波已进入落潮阶段 ,特征线分散 ,涌潮渐弱 ,潮位曲线出现双峰 ,且延伸相当距离。

钱塘江河口涌潮传播速度研究

为分析钱塘江河口涌潮传播速度的时空规律及其影响因素,应用从一维连续方程和动量方程出发推导的涌潮传播速度计算公式分析涌潮传播速度的影响因素,并将其应用于钱塘江河口涌潮的计算,结果表明与实际情况吻合良好.利用实测资料分析了钱塘江涌潮传播速度的变化规律及影响因素,与计算公式的分析结果相一致.影响涌潮传播速度的因素主要有下游潮差、江道地形和径流流量,其月内变化主要受下游潮差变化的影响,此外在一定程度上还受到上游径流量的影响.在年际尺度上,则主要取决于河床地形的冲淤变化.应用解析算法和常规水文资料建立的涌潮传播速度计算方法简单易行,可较好地应用于涌潮到达时间的预报.

基于FVCOM模式钱塘江河口涌潮三维数值模拟研究

应用FVCOM模型进行钱塘江涌潮的二维和三维数值模拟,并使用2007年10月大潮期间的现场观测结果进行模型验证。结果表明,平面二维模拟结果与实测值吻合较好,与基于Godunov算法求解钱塘江涌潮二维特征的结果基本一致。三维计算结果再现了流速在垂向上的差异,以及在落潮转向涨潮时刻,涨潮先从底部开始,垂向上从底层向表层逐步从落潮流转为涨潮流。敏感性分析显示模型网格大小和曼宁系数的选取对模拟结果有较大的影响。

运用神经网络理论研究钱塘江涌潮的影响因素

在定性分析涌潮主要影响因素的基础上,借助BP神经网络建立了盐官站潮头高度的预测模型,经检验该模型具有较好的泛化能力。结合正交试验设计理论,定量地分析了各因素对涌潮的影响程度。研究结果表明:潮头高度与下游潮汐呈正相关关系,而与河道地形呈负相关关系,当径流流量小于7 000 m3/s时,潮头高度与上游径流也呈正相关关系,超过此范围,则呈负相关关系。

钱塘江河口建桥对涌潮的影响研究

针对涌潮资源的保护问题，研究了桥梁工程对钱塘江涌潮的影响．基于河工模型的相似理论，从二维浅水方程推导出潮汐河口水流运动的相似条件．制作了钱塘江河口模型，并模拟了涌潮的形成与传播过程．通过河口模型研究了桥梁工程对涌潮的形成、形态与高度的影响，并根据模型试验数据建立了涌潮高度减小率的经验公式．结果表明，桥梁工程不会改变涌潮的形成．桥墩对涌潮形态的影响范围一般限于桥位上游300～500m．涌潮高度的影响程度主要取决于桥墩占据河道的截面积，截面积越大，桥位上游涌潮高度的减小值也越大．

考虑涌潮作用的钱塘江二维泥沙输移数值模拟

钱塘江涌潮前后水位、流速和含沙量等物理量存在突变,给数值模拟带来了很大的困难,常规的数值模型往往不能准确模拟涌潮作用下的泥沙输移。在已建立的二维涌潮数值模型的基础上,应用基于准确Riemann解的Godunov格式建立了二维泥沙数值模型,模型首先检验了纯对流问题,然后模拟了钱塘江涌潮作用下的泥沙输移,计算结果反映了涌潮到达时刻含沙量的突变过程以及涌潮对泥沙输移的影响,揭示了钱塘江河口高含沙区的成因,以及涌潮是钱塘江河口大冲大淤的机理之一。

钱塘江口涌潮的二维数值模拟

应用二维有限体积法、Ｏｓｈｅｒ格式及间断拟合法，计算了钱塘江河口涌潮产生、发展到消亡的全过程。该算法能保证水量和动量守恒，且能适应水深巨大变化和动边界。根据钱塘江涌潮的特点，可将其合理概化为一线潮。在网格尺寸较大情况下，计算的一线潮仍保持高分辨率，能准确满足水力学间断条件，且计算量小，可以在微机上实现。在对某实测半日小潮进行率定后，对随后的大潮进行了验证计算，涌潮的主要特征（如涌潮高度、移速、水位和流场等）与实测资料符合良好，证实了模型的合理性和模拟能力。

钱塘江涌潮流速研究

涌潮流速是涌潮的重要特征,一直深受涌潮研究者的关注。21世纪以来,随着声学剖面流速仪的使用,涌潮流速观测有了突破性的进展。本文收集了2003年以来9次钱塘江涌潮流速观测资料,结合理论分析和数值模型计算成果,分析了影响涌潮流速的因素、涌潮流速时空分布规律。结果表明:影响涌潮流速的微观因素主要有涌潮高度和陡度、潮前流速和潮前水深、风速风向等;在涌潮河段,最大流速即为最大涌潮流速,与当地潮差呈良好的正相关关系;在弯道段,涌潮流速在弯道凸岸大于凹岸;涌潮到达后流速从落潮迅速转化为涨潮,没有明显的憇流现象,且涨潮流速过程存在多峰现象;涌潮垂向流速基本上比纵向流速小1个量级,在涌潮时段垂向流速相对较大。

钱塘江涌潮二维数值模拟

采用基于准确Riemann解的Godunov格式,求解包括底坡项的二维浅水流动方程,应用WLF(water level-bottom topogra-phy formulation)方法求解Riemann解。经实测涌潮资料验证,较好地模拟了钱塘江涌潮的发生、发展及其衰减的过程,复演了涌潮的相交、反射和一线潮等现象,对钱塘江涌潮宏观规律的认识有所加深。

钱塘江涌潮对地形变化的响应研究

钱塘江涌潮以汹涌磅礴闻名中外,并对沿江防灾减灾带来巨大挑战,研究涌潮规律具有重要的学术价值和现实意义。采用涌潮数学模型研究钱塘江涌潮在地形变化下潮汐和涌潮特征的变化。结果表明,地形变化对潮汐和涌潮影响显著;随着地形的降低,钱塘江沿程低潮位下降,高潮位总体呈下降趋势,潮差增大,涨潮历时增加;涌潮高度和涌潮最大流速随相对Froude数呈先增后减规律,起潮点上移,涌潮传播速度增大;当地形降低到临界值后,相对Froude数小于1,涌潮消失。研究结论解释了钱塘江丰水地形涌潮大、枯水地形涌潮小的现象。为保护涌潮资源,维持适当的江道容积是必要的。

钱塘江河口泥沙特性及河床冲淤研究

简要介绍了钱塘江河口含沙量、泥沙粒径的分布特性,建立了钱塘江河口泥沙起动流速和挟沙能力公式,分析了河床大冲大淤、大冲以后大淤、上游段洪冲潮淤、下游段洪淤潮冲等河床演变特性,研究了河床冲淤对洪水和潮汐的巨大反作用.分析研究表明,涌潮到达时,水流激烈冲刷河床,引起含沙量剧增,大多在涌潮过后的20 min内达到极值,形成大含沙量区.在平水期和枯水期,涨潮输沙量明显大于落潮,加剧了河口上游的淤积,涌潮是钱塘江河口大冲大淤的机理之一.

浅水问题动边界数值模拟

采用基于准确Riemann解的Godunov格式求解浅水流动方程,将仅适用于平底的干底Riemann解推广到处理非平底动边界问题.在计算干底溃坝波的基础上,将该方法应用到有大片滩地的钱塘江河口涌潮计算中,能较好地模拟钱塘江涌潮在滩地上的传播过程.

钱塘江强涌潮河段水沙数值模拟

通过建立涌潮作用下的二维泥沙数学模型,验证了钱塘江尖山河段两种不同河势下的水文资料,并应用模拟结果分析了水沙的异同点。结果表明,两种河势下,钱塘江河口尖山河段水沙运动的共同点是：潮波变形剧烈,是涌潮形成、发展和壮大的河段;涌潮到达时,流速及含沙量急剧增大,瞬间增幅大,且水流及含沙量均存在间断;涌潮是含沙量急速增加的主要动力因素。水沙运动的不同点是：分汊河势下沿程各潮位站的高、低潮位均高于走南河势,但潮差略小于走南河势,涨、落潮平均流速均较走南河势强,分汊河势存在南、北两股涌潮,最终形成交叉潮,涌潮作用下的最大含沙量为走南河势的2~3倍,单宽输沙率为走南河势的1.5~2.5倍。研究成果可为尖山河段治理研究和有关部门管理提供技术支持。

钱塘江涌潮特性及其数值模拟

在钱塘江涌潮实测资料的基础上,分析了钱塘江涌潮高度、涌潮传播速度、涌潮流速、涌潮形态及景观、涌潮压力等涌潮特性.同时,应用基于KFVS(kinetic flux vector splitting)格式的二维涌潮数值模型模拟了钱塘江涌潮的形成、发展和衰减的全过程,复演了"交叉潮"、"一线潮"、"回头潮"等现象.通过对计算结果的比较分析,对涌潮特性有了进一步的认识.

基于径向基函数网络的钱塘江涌潮模型及其应用

利用径向基函数(RBF)网络的最佳函数逼近性能,建立了盐官站涌潮潮头高度的预测模型.钱塘江涌潮与其影响因素之间存在复杂的非线性关系,模型的预测精度主要取决于影响因子的识别与训练样本的选择.实测资料检验表明该模型具有良好的泛化能力.应用该模型分析了在不同水动力与河床边界条件下,大规模治江围涂工程对盐官潮头高度的影响.结果表明,在不同河势条件下治江围涂工程引起的涌潮变化存在差异,对于顺直江道,盐官大潮潮头高度降低了0.17 m,而对于弯曲江道,则抬高了0.39 m.