悬沙模型的水流输沙相似条件

水流输沙相似是悬沙模型必须满足的基本条件。众所周知 ,目前所流行的所谓沉降和悬浮相似条件在变态模型中互为矛盾。理论分析表明 ,在变态模型中该两个相似条件均不能成立 ,替代它们的是一个所谓垂向泥沙通量比相似条件。

河口海岸二维悬沙数学模型挟沙力公式修正及应用

在河口海岸二维悬沙数学模型中,半潮或全潮平均的潮流挟沙能力并不能完全反映其逐时的实际情况,为此进行了分析研究。研究结果表明:1)应用半潮或全潮平均的潮流挟沙力公式进行悬沙数值模拟时,应引入一个修正系数;2)该修正系数与公式中的指数成反比,与相对水深成正比,且与相位角也存在一定联系;3)该修正系数理论正确、实用方便、验证成果良好,实例计算表明能够较好地复演天然悬沙场分布。

平面二维悬沙数学模型计算河口闸下淤积的缺陷及弥补方法

分析了感潮河段闸下淤积机理及用平面二维悬沙数学模型模拟闸下淤积存在的缺陷.提出采用分析模式预测近闸段的泥沙平均淤厚,其余河段由平面二维悬沙数学模型预测淤积分布相结合的方法.实例分析表明,该方法可为河口建闸可行性研究提供依据.

长江口外海域悬沙浓度垂向剖面实用模型计算法

为了测定长江口外海域悬沙浓度,根据2006年8月观测数据,以设定的反映悬沙分布特性的指标变量——悬沙特征系数为基础,根据得出的分析结果测算出来不同的悬沙垂直分布结果,并与实际观测的悬沙浓度进行对比.通过完善提出的悬沙浓度垂向悬沙浓度剖面实用模型,根据实际资料反映出来的数据验证模型的正确性和有效性,从而为由海表悬沙浓度推测水下悬沙浓度奠定基础.

杭州湾三维悬浮泥沙输运模型初始场的伴随法反演研究

在悬沙输运的数值模拟中,初始场的准确给定至关重要。目前诸多确定初始场的方案均存在一定的缺陷,初始场的准确性有待进一步提高。本文基于一个三维悬沙输运伴随同化模型,通过孪生实验和实际实验,对模型初始场进行了伴随法反演研究。在孪生实验中,首先验证了初始场的相对重要性;其次,探讨了初始场的反演结果对优化算法、初始猜测值、卫星遥感数据数量、同化时间窗口宽度和背景流场误差的敏感性;最后,比较了伴随法和插值法重构初始场的能力。孪生实验结果表明:最速下降法对初始场的优化反演效果要优于三种共轭梯度法和有限记忆BFGS法;初始场的反演效果对初始猜测值、卫星遥感数据数量和背景流场误差不敏感,而对同化窗口宽度较为敏感;与插值法相比,伴随法是重构模型初始场更有效的手段。实际实验中,在杭州湾海域同化典型的小潮时期和大潮时期的GOCI卫星遥感资料所得表层悬沙浓度数据,优化反演了初始场。实际实验结果表明:数据同化后,得到了更符合实际的最优初始场,表明伴随法是实现初始场优化反演的有效手段。该研究对进一步改进悬沙输运模型的初始化方案具有一定的参考价值,也对其他数值模型的初始化方案具有一定的借鉴价值。

潮滩减少对杭州湾悬沙特征的影响

1974至2020年间,杭州湾沿岸潮滩累计减少面积将达1 290 km2,占杭州湾水域面积的25.8%.基于FVCOM水动力数值模型,耦合水沙密度,引入悬浮泥沙对底边界层的影响,并考虑细颗粒泥沙絮凝过程,建立河口三维细颗粒泥沙数值模型,提高了高悬沙浓度河口悬沙数值模拟的准确性.实测及卫星反演数据验证结果显示,该模型能较好地模拟杭州湾水沙运动.基于所建模型,采用不同时期的杭州湾潮滩数据,研究潮滩面积减小对悬沙浓度、悬沙通量及冲淤分布的影响机理.结果显示:潮滩减少过程中湾内流速及底床切应力发生变化,进而影响湾内悬沙浓度.杭州湾潮滩减少导致乍浦以西水域流速降低,月均悬沙浓度最大减幅高达30%.乍浦以东水域流速增大,月均悬沙浓度升高约15%.潮滩减少主要通过影响潮泵效应,进而改变湾内悬沙输运特征,平流输沙项在潮滩减少过程中对杭州湾悬沙特征的影响较小.1974至2003年间,杭州湾潮滩面积减少约787 km2,澉浦断面潮泵效应增强,陆向悬沙净通量增大,金山、芦潮港断面陆向悬沙净通量减小,杭州湾淤积量减少.2003至2020年间潮滩面积减少约503 km2,金山、芦潮港断面潮泵效应增强,陆向悬沙净通量增加,而澉浦断面由于潮泵效应减弱导致悬沙净通量减小.杭州湾内湾淤积量不断增大,外湾冲刷量逐渐增大.研究结果可为河口海岸规划和环境管理提供科学依据.

舟山螺头水道悬沙数值模拟研究

建立了以舟山螺头水道海域为重点研究区域的平面二维潮流泥沙数学模型,模型对螺头水道海域2005年1月的悬沙场进行了模拟,将模拟结果与实测资料进行比较,二者吻合较好,模拟结果分析表明:螺头水道内含沙量由西至东逐渐减小,涨落潮主流流路的差异使得水道内存在两股相反的悬沙净输运趋势,但总体净输沙方向为落潮流方向;含沙量与涨落潮流过程密切相关,水道内以平流输沙作用为主,沉降及再悬浮作用小,是长江口及杭州湾向外海输沙的主要通道而非主要沉积区域。

杭州湾口悬沙浓度变化与模拟

本文对杭州湾口 1 5个测站的大、中、小潮悬沙浓度的变化规律进行了分析 ,得出大 -小潮周期流速变化和水位变化是该海区各站悬沙浓度变化的主要影响因素。通过分析研究 ,建立了单点测站悬沙浓度变化与水位和大 -小潮最大流速的关系模型 ,用该模型的计算结果与实测资料进行比较 ,拟合程度较好 ,对于整个大 -小潮周期悬沙浓度的连续变化可采用该模型进行估算。

平面二维泥沙输移模型及其应用

为研究海岸工程对周边水沙环境和河床冲淤的影响,运用Mike21建立了平面二维水沙数值模型,并将模型应用工程实例。通过实测资料验证流场和含沙量场,结果表明模型能较好地模拟含沙量场。在此基础上,从工程实施后引起的水流变化以及年冲淤变化强度这些指标来判断工程实施对海域的影响。研究成果可为今后类似的工程提供一定的参考。

非线性波输沙过程与挟沙能力研究

采用雷诺时均Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型建立波浪水槽,并耦合泥沙输运模型构建波致悬沙输运模型。通过与实验数据的对比,显示此模型能够较好地模拟非线性波作用下泥沙浓度的时空分布。针对沙质泥沙,进一步分析了非线性波挟沙力随波参数的变化规律。分析结果表明,周期平均泥沙浓度的垂向分布随波高和周期的增加而增加,但随周期的增长速率逐渐减小。挟沙力随波高和波周期增加而增加,但随波周期增加的增幅逐渐减小;波周期内不同阶段的平均泥沙浓度随波高和周期的变化趋势与挟沙力相似,且速度峰值阶段的泥沙平均浓度高于速度谷值阶段。

航道整治及海岸工程模型测试新技术应用及其发展

一、现状在航道整治及海岸工程中需要了解工程对水流、潮汐、波浪的影响及由此引起输移过程(如泥沙、冲淤地形、污染物和热量等)的变化。并研究上述动力因素对工程建筑的作用。随着流体力学学科的发展和电子计算技术的应用,某些问题已可以通过理论计算进行分析。但是,由于自然现象的错综复杂,数学模型受基本方程的限制,不可能象物理模型那样提供细节资料、感性认识和启发性的现象,尤其当涉及流体与动床床质相互作用之类的问题更感困难。因此,最终推断水文、地形的变化及工程建筑的受力情况,仍不得不借助物理模型。故计算技术发展的今天。

复杂动力环境海峡填海工程环境影响研究

以琼州海峡白沙浅滩海上人工岛工程为研究对象,在实测资料分析的基础上,基于非结构网格建立潮流数值模型,分析了工程前后的流场动力变化特征,同时采用悬沙模型和底沙模型预测工程实施后工程海域的地形演变特征,研究了如意岛工程对周边海域的动力变化影响,对工程海域泥沙冲淤进行了分析和预测。