基于平面二维潮流模型的北仑河口悬沙输运与底床冲淤数值模拟

为研究自然因素所导致的北仑河口地形改变状况,建立一个平面二维潮流泥沙数值模型,采用有限体积法数值求解,运用实测水文泥沙资料对模型进行率定、验证。结果表明,模型较好地复演了河口的潮流、悬沙运动过程。在此基础上,对河口的悬沙输运和底床冲淤变化进行分析计算,结果显示:夏初时节河口的悬沙含量较小,约3—70mg·L 1,落潮含沙量大于涨潮含沙量;除局地冲淤达0.05m·a 1外,大部分区域冲淤变化不超过0.05m·a 1,河口处于微冲微淤的动态平衡。

波浪作用下粘质粉砂底床性态变化的试验研究

利用不同波高条件下的波浪水槽试验 ,对现行黄河水下三角洲粘质粉砂底床的性态变化进行了研究。试验中观测了底床土体孔隙水压力的变化和扰动破坏区与未扰动破坏区之间在波浪作用下的性态差异。结果分析表明 ,土体孔隙水压力受波高要素影响较大 ;扰动破坏区含水量减小和容重增加现象比未扰动破坏区明显。在扰动破坏区经波浪长时间作用后形成凹坑塌陷 ,此结果对认识黄河三角洲上凹坑塌陷的形成过程有借鉴意义。

温州中心渔港防波堤工程海域潮流数值模拟及底床冲淤计算

分别对温州中心渔港防波堤的3种不同轴线布置、不同长度方案进行了工程前后平面二维潮流场的数值模拟。在此基础上,利用半经验公式,进行了渔港内外底床冲淤计算。根据这些模拟和计算结果,从潮流及地形冲淤角度对防波堤的合理轴线布置和防波堤合理长度进行了分析。

崖门水道悬沙输运及底床冲淤特性研究

针对感潮水道独特的水动力特征和泥沙输移情况,同时考虑径流、潮流等多种动力因素共同作用,建立了三维悬沙输运及床面冲淤数学模型.水平方向采用非结构三角形网格,垂向采用σ坐标,利用有限体积法离散积分形式三维浅水守恒方程,对每个控制体单元分别进行水量和动量平衡计算.利用模型对崖门水道的悬沙分布和输运情况进行了数值模拟,对泥沙浓度场的分布特征进行了分析,并对底床冲淤变化进行了定量计算.

波流联合作用下的海底沙波移动对海底底床稳定性影响的研究进展

海底沙波常见于潮流作用较强的内陆架海域，是一种脊线与潮流流向垂直的微地貌形态，一般在40～100cm／s的流速形成。沙波既可大面积自成体系，也可分布在沙脊的坡面上，呈不对称形态。泥沙的粒度、沉积物供给以及水深等因素对海底沙波的发育都有影响。

床面粗糙度和底床渗透率对泥-水界面物质交换特性的影响

泥-水界面物质交换过程对自然水体中污染物的迁移转化起重要作用,粗糙底床界面物质交换过程涉及到床面粗糙度和底床渗透率的影响。通过实验室环形水槽实验测量得到水力粗糙砂质底床条件下界面物质交换通量的定量数据和变化特征,采用参数化方法分析有效扩散系数与其主要影响参数之间的依赖关系。实验结果表明,在实验参数变化范围内,受上覆水平均流速、床面粗糙度和底床渗透率的共同作用,有效扩散系数从水力光滑区、过渡粗糙区至完全粗糙区呈现较为明显的分段变化特征,采用渗透率雷诺数可将有效扩散系数与其主要影响参数的依赖关系进行较为一致的描述。基于双参数(粗糙雷诺数和渗透率雷诺数)分析,确定了不同流动区域的相应阈值以合理表征床面粗糙度和底床渗透率对界面物质交换特性的综合影响。

感潮河段底床阻力特性分析

为更好地了解长江感潮河段的底床阻力特性,在实测资料的基础上,结合流速对数分布的假设及谢才公式和曼宁公式给出了适合长江梅子洲河段(感潮河段)糙率的计算公式,并将公式加入到二维有限元水动力数学模型HSCTM中。数值计算的水位、流速及流场均显示了糙率公式的合理性;从尼库拉兹实验出发结合希夫林松的阻力公式从理论上探讨了摩阻流速和糙率高度之间的关系,并采用长江感潮河段的实测资料印证了两者之间存在间接的线性关系。

管道输沙中滑动底床的试验研究

管路输沙试验中观察到管路底部出现滑动底床的现象。当滑动底床的运动速度趋于零时即为管道输送固体颗粒(不含粘性)的临界淤积点。本文对作用于滑动底床上的力进行了严格的理论分析,并在此基础上得出了管路输送固体颗粒临界淤积点处的流速与压降的确定方法。与实验结果相比较,发现由本方法确定的临界淤积点处的流速与压降与实测值吻合很好。

振荡流作用下波状底床上流场特性的实验研究

本文利用U型振荡水槽和粒子图像测速仪(PIV)对三种固定波状底床上的流场进行了测量,得到一系列不同振幅条件下的瞬时速度场和涡量场.通过分析不同时段涡强度以及涡轨迹,讨论了底床形状对其附近流场的影响.实验结果分析表明,底床形状决定着整个涡量场特征及涡轨迹,从而决定着泥沙的净输移.这些结果对于探讨浅海区沙波、沙纹和沙垄等波状底床上泥沙输移的力学机制是很有意义的.

长江口主航道水下底床表面形态与浅地层结构

除平滑海底外，长江口主航道水下底床上还发育有沙波、沙纹、沙斑及形态不规则的小型冲蚀凹坑、冲沟和疏浚沟痕等微地貌形态，基本上沿岸呈带状分布。根据声波反射原理，将航道内30m厚的地层划分为两层，并据此对长江口的现代沉积环境作了初步分析。

论波浪、水流与淤泥质底床的相互作用

本文对波浪、水流与淤泥质底床三者之间相互作用的一系问题的研究现状和成果进行了扼要的评述,包括以下几个方面:1)水流与淤泥质底床的相互作用,2)波浪与淤泥质底床的相互作用,3)波浪与水流的相互作用(刚性床面),4)波流与淤泥质底床的相互作用。在此基础上提出它的研究方法和前沿课题。

粗糙底床对持续入流式异重流掺混和湍流特性的影响

在自然环境和水利工程中,异重流现象广泛存在.现实工况中,大多数底床覆盖砾石及不同粒径大小的泥沙颗粒,可视为粗糙底床,因此研究异重流流过粗糙底床的动力学特性具有实际科学意义及工程应用价值.本文利用持续入流式异重流水槽试验,综合考虑底床粗糙度和异重流初始质量分数,分析异重流头部位置、头部速度、掺混系数等扩散特性,不同断面的湍流强度及雷诺应力等湍流特性,结合雷诺应力法和湍动能法计算底床剪应力.结果表明:异重流头部速度与底床粗糙度呈负相关,与初始质量分数呈正相关;在高粗糙度、高初始质量分数工况时,底床粗糙度是控制其运动特性的主要因素;当粗糙度增加到一定程度时,异重流纵向时均流速剖面(沿水深分布)的峰值点出现“爬升现象”;湍流强度剖面(沿水深分布)出现一个极小值及两个极大值,其中纵向湍流强度是异重流湍流结构的主导,粗糙底床上的垂向湍流强度相比于光滑底床增加幅度明显;靠近底床附近,雷诺切应力为正值,远离底床区域,雷诺切应力为负值;利用湍动能法计算的底床剪应力均小于同粗糙度下的雷诺应力法;在总体理查森数相同情况下,异重流掺混系数与底床粗糙度呈正相关.最后总结出粗糙底床对异重流的主要影响为:摩阻力增加、掺混作用强化、近底床区域密度重分布、湍流边界层变厚及纵向时均流速剖面峰值点“爬升现象”的出现.

潮汐通道边坡潮流垂向结构及其底床冲淤数值模拟

本文阐述了潮汐通道边坡潮流、悬沙垂向结构，并建立了边坡流速垂向梯度解析式．通过理论关系式和现场观测资料分析论证，得知横向湍流掺混作用是造成边坡流速垂向分布较均匀的主要动力机理．考虑到潮汐通道边坡水动力场和悬沙场分布特点，应用平面二维泥沙运动数值模式模拟边坡区底床冲淤趋势．模式经岙山边坡试算。

三门湾猫头深潭及附近海域底床冲淤演变及其动力机制

对1995年采自三门湾猫头深潭及附近海域的原状土样的沉积结构、沉积速率的计算及在历史海图地形对比、剖面重复水深测量等结果进行了分析,研究了该区底床的冲淤演变及其动力机制,结果表明:强劲的水动力条件维持了三门湾猫头深潭及附近海域底床冲淤的动态平衡,近百年来该区冲淤平衡且略有淤积,平均沉积速率为1～3cm/a。由于水体中的悬沙浓度和水动力条件存在季节性差异,使得底床存在冬、春季微淤,夏、秋季微冲的季节性循环。近30年来,围涂等频繁的人为活动使该区内湾纳潮面积和纳潮量分别减少了15%和22%,削弱了落潮优势流,造成深潭中心出现了较快的淤积,平均沉积速率超过10cm/a,且以风暴残留沉积为主。

平面潮流数值模拟中底床摩阻系数的修正

本文从三维潮流运动控制方程出发 ,假定潮流垂直分布服从对数律 ,推得了一个较全面反映水深、水位变化梯度和流向等因素的摩阻系数修正表达式。理论分析和应用表明 ,运用修正后的摩阻系数 ,平面二维潮流数值模型更为完善 ,并能适用于陡变地形 。

黏性土底床中桩基底部吸力试验研究

海洋工程结构物桩基/基础在水下黏性土底床中上拔时,其底部会产生负压,由于负压产生的吸力可一定程度上影响桩基的抗拔力,而对于该力的变化特性目前尚不明确。因此,开展对海工结构物桩基在黏性土底床中上拔时底部吸力的研究具有十分重要的现实意义。通过物理试验,测量了模型桩在黏性土底床垂直上拔过程中底部腔体形态、压力以及拉力的变化情况,分析了上拔速度和埋深比对桩体底部压力的影响。研究结果表明:在黏性土底床中,桩基底部负压吸力对抗拔力有一定影响;桩基上拔时,底部会产生孔隙水腔体,在负压作用下,腔体不断被周围土体回填,使腔体大小保持相对稳定;相同埋深条件下,桩基底部负压随上拔速度增加而增大,但当上拔速度增大到一定值后,其影响不再明显;相同上拔速度情况下,桩基所受负压随埋深的增加而增大。最后提出了计算桩基垂向上拔时底部最大吸力的经验公式,并对公式进行验证。

波浪和海底底床的相互作用(1)——不同模型下的波浪衰减分析

分析了造成波浪衰减几种力学机制，并针对不同模型海底底床下的波浪衰减，以及有限深底床和无限深底床的波浪衰减进行了计算比较，认为造成波浪衰减的力学机制直接和底床砂质的性质相关．

波浪和海底底床的相互作用(2)—底床应力及位移分布

系统分析了波浪作用下海底底床中的应力及位移分布 ,考虑了不同加载波参数、弹性模量、饱和度及底床厚度对底床应力分布的影响 ,并计算了不同砂质的土骨架水平位移和垂向位移 ,比较了饱和底床和非饱和底床 ,这些结果可应用于海洋结构物的设计 .

土工布在保护海河堤岸及底床中的应用

本文主要介绍海河堤岸及底床冲蚀的保护方法及国外较成熟的土工布使用经验,并对不同情况下的冲蚀推荐使用相应的土工材料。

高频声学仪器底床高度野外测量及室内验证

河口海岸地区底床的冲淤变化是沉积动力学研究主要内容之一,而野外观测是准确获得现场底床冲淤变化信息的关键。本文利用观测近底边界层三维水动力信息的声学三维多普勒流速仪(Acoustic Doppler Velocimetry,ADV)对长江口南槽底床高度变化进行了野外测量,为验证野外现场实测数据的可靠性,设计了2个室内试验,并对ADV测量底床高度的可行性进行了验证:试验一对比了人工测量的ADV换能器实际距离底床高度H与ADV自身记录的其换能器距离底床高度h,确定了ADV测量底床高度的范围;试验二利用ADV测量静置的高浊度水体,确定了含沙量对ADV测量造成影响。试验结果表明:①由ADV内部存储的vhd数据文件可以直接获取换能器距离底床的高度,但是这一测量结果存在适用范围,换能器实际距离底床高度H需要满足150 mm≤H≤370 mm;②当换能器实际距离底床高度H<150 mm时,可通过提取pck数据文件获取换能器距离底床的高度;③当换能器实际距离底床高度H>370 mm时,仪器无法获取该数值;④当水体含沙量超过14.36 kg/m^(3)时,ADV测量同样无法获取到换能器距离底床高度信息。