基于ADV的底床切应力测量精度提升实验探究

泥沙冲刷实验常利用三维流速仪的测速数据剥离近底紊动动能参数,推算底床切应力。然而不同研究中流速测点高度不同,推算的底床切应力往往差异较大,影响了该方法的推广应用。基于管式冲刷水槽实验,分析了定床和动床下近底水流结构,探讨了提高底床切应力推算精度的方法。研究结果表明,管流距底0.3~1.3 cm处流速符合对数分布,在该区间内,紊动动能垂线剖面向上先增大后减小,动床的梯度更为显著,造成距底不同高度的紊动动能相对偏差达50%,这是单点法推断底床切应力误差的主要原因。在此基础上,提出使用紊动动能垂线平均值反算底床切应力,其计算结果优于传统的流速剖面法以及单点法。

粉砂含量对环形水槽混合床面冲刷特性的影响

粉砂介于黏土与细砂之间,其运动特性独特。开展粉砂运动特性研究,有助于进一步完善泥沙运动基础理论,提升混合泥沙运动数值模拟的精度。基于环形水槽实验,研究了底床粉砂含量对粉砂-砂混合床面冲刷特性的影响。结果表明:当底床粉砂含量在36%~60%之间时,粉砂-砂底床抗冲刷能力增强,且呈现出较好的相似性,当水流流速位于区间0.27~0.41 m/s时相似性更为明显。进一步分析发现,这与底床泥沙的混合效应以及底部切应力的分布有密切关系。上述发现可为粉砂质海岸泥沙运动、海床演变、保护利用等相关研究提供参考。

海底山脊作用下内孤立波破碎研究

基于实验室水槽实验,研究了内孤立波在海底山脊地形存在下的破碎过程。实验设置了两层流体的分层环境,定量地控制了上下层水体厚度及密度,使用不同高度的高斯地形模拟实际的海山作用,讨论了不同高度地形作用下内孤立波破碎过程的异同。实验结果表明,内孤立波的破碎过程中由于逆压梯度的存在,在地形处发生边界层分离,产生了底边界层反向射流和涡脱落现象,计算了内孤立波破碎过程中产生的底部切应力的分布。本文通过实验模拟了内孤立波再海山作用下的破碎过程,进一步探究了海山对内孤立波破碎的影响和底部切应力的作用,对于研究自然界中海洋内孤立波在海山区域的破碎现象有参考价值。

新鹤海湾的演变特征及水沙模拟分析

为准确把握新鹤海湾的演变特征和水动力条件,采用现场观测和GIS技术对其地形变化、冲淤分布和冲淤量进行探讨,并利用数值模拟分析波浪、潮流和泥沙共同作用对海湾演变的影响。结果表明:海湾演变对连续台风的响应不同,表现为先冲后淤,其中苏拉作用下的冲刷量为台风过境后全年的2倍左右;受东南季风的影响,春夏冲淤幅度较大,海湾冲淤分布为南冲北淤,波高分布不均与涨潮流入湾时的向北偏转是其主要原因;波流共同作用下的底床切应力约为潮流单独作用时的10倍,波浪是导致海湾冲刷的主要因素,常浪下底床切应力小于临界冲刷应力,泥沙不易起动,因此海湾冲刷主要是由极端天气时的大浪所导致的。

近期长江口南支河道洪季含沙量时间变化及床沙再悬浮研究

基于2011年洪季在南支河道从小潮至大潮连续8天现场定点观测所获得水沙观测数据(包括潮流、悬沙浓度、悬沙粒度和表层沉积物样品),通过对悬沙浓度、悬沙粒度和沉积物在不同时刻的组成分析,以及流速、悬沙和底床切应力的相互影响分析,对长江河口南支河道悬沙随时间变化特性和河床沙再悬浮作用进行了研究。结果表明:观测期间南支主槽下段落潮水动力强于涨潮;落潮悬沙浓度高于涨潮,并由小潮至大潮逐渐增加;落潮悬沙粒径粗于涨潮,并随小潮至大潮不断粗化;河床沉积物颗粒较粗,细砂类组成达到90%以上;流速、悬沙及底床切应力之间存在显著相关性;河床泥沙再悬浮强度较强,其量值有限。而近期研究区域悬沙浓度和水沙关系发生变化,与流域来沙出现锐减有关。