鸭绿江河口潮汐及水沙输运特征研究

构建以鸭绿江河口为核心的大范围二维潮流泥沙数学模型,研究新边界条件下的大东水道水沙输运特征。结果表明,鸭绿江河口所在的海湾M2分潮等潮时线总体呈南北方向,潮流旋转方向为逆时针方向;潮波自河口外侧向西水道方向,M2分潮振幅逐渐增大,在庙沟港池附近达到最大,潮波浅水变形口外与西水道变幅可达20%;大东水道深槽水流强度明显较大,庙沟港池东南侧水域含沙量最大,自一港池附近水域向外海含沙量呈降低趋势;大东水道欧拉余流和斯托克斯漂流均向海,落潮单宽潮量及单宽输沙量大于涨潮,净潮量、净输沙量均向海,大东水道泥沙输运以大潮期为主,泥沙主要来源为西水道滩涂和大东水道东侧滩涂。

长江河口最大浑浊带水沙输运机制分析

本文根据大量的实测资料，运用机理分析方法，讨论了长江口最大浑浊带中各输沙项的作用。结果表明，平均流输沙、斯托克斯漂流效应、潮汐捕集以及垂向环流是净输沙的主要部分。在南槽，斯托克斯漂移和潮汐捕集作用占优势，对最大浑浊带的形成有重要作用。在北港，平均流输沙及垂向净环流输沙占优势，垂向环流是导致最大浑浊带形成的主要因素。北槽介于南槽和北港之间。

杭州湾口门中部水沙输运机制初探——以岱衢洋为例

根据2012年9月在杭州湾口门中部外侧海域岱衢洋主槽内获得的包括大、中、小潮的垂向流速和悬浮泥沙观测资料,利用机制分解方法计算了岱衢洋的水沙输移通量等特征,分析并讨论了各个输沙项对总输沙量的贡献,解释了杭州湾水沙进出外海的输运机制。研究结果表明:研究区域单宽涨潮量大潮为小潮的2.3倍,单宽落潮量大潮为小潮的1.6倍。从小潮到大潮的余流和单宽净输水量由向海变为向陆;单宽涨潮输沙量大潮为小潮的4.5倍,单宽落潮输沙量大潮为小潮的2.7倍。单宽输沙量表现为小潮和中潮向海,大潮向陆的特点,大潮单宽净输沙量约为小潮和中潮的2倍;在各输沙项中,平流输沙主要来自水体净输移(拉格朗日余流决定)对悬沙输移的贡献,平流输沙方向小潮向海,中潮和大潮向陆,其中大潮和小潮时平流输沙在各项中贡献率最大;潮泵输沙小潮和中潮向海,大潮输沙向陆,中潮时潮泵输沙贡献率在各项中贡献率最大;垂向净环流输沙方向均向陆,大中小潮悬沙含量的垂向的差异是导致小潮垂向净环流输沙量大,大潮输沙量小的主要原因;杭州湾中部通过岱衢洋通道与外海泥沙交换的主要形式是大进大出、反复搬运,而在一个完整的半月周期内外海泥沙净进杭州湾的量相对较小。

长江口北支小潮至大潮水沙输运机制研究

根据2010年4月23日至30日在长江口北支主槽内获得的流速和悬沙观测资料,运用机制分解法分析了从小潮到大潮连续变化过程中北支的水沙输运特征。研究结果表明:从小潮到大潮余流和单宽输水量不断增加,输水方向向海。单宽输沙量从小潮到大潮趋于增加,但输沙方向具有小潮和大潮向海、中潮向陆的特点。在各输沙项中,平流输沙占主要地位,其输沙方向向海,输沙量从小潮到大潮显著增加,大潮输沙量约为小潮的46倍;潮泵输沙占次要地位,其输沙强度和输沙方向随潮周期变化频繁;垂向净环流的输沙强度很小,输沙方向向陆。此外,从小潮到大潮的过程中,一些重要输沙项的贡献率随潮周期变化显著,这表明各潮周期的悬沙输运机制有时存在较大差异。

风暴对滨海湿地潮沟水沙输运的影响——以长江口崇明东滩为例

为了探知风暴事件对滨海湿地潮沟水沙输运的影响,分别于平静天气和风暴天气(“摩羯”和“温比亚”台风)条件下,在崇明东滩一典型潮沟进行了现场水沙数据观测。结果表明:台风期间近岸平均风速较平静天气增大3~4倍,有效波高增大7~15倍,盐沼前缘光滩和潮沟遭受强烈侵蚀,潮滩表层沉积物粗化1~2.1倍,水体悬沙浓度增大3~11倍,潮沟潮周期单宽泥沙输运通量增大4~33倍,单宽泥沙净输沙量增大8~17倍。风暴天气下,潮沟水沙输运呈现“大进大出”的特点,在盐沼潮滩内受盐沼植被消波、缓流和捕沙作用下,潮周期内单宽泥沙净通量指向盐沼潮滩,促进了盐沼滩内部泥沙的淤积。

鸭绿江流域水沙输运的“源-汇”特征及其影响因素的集成分析

以鸭绿江流域为尺度,对鸭绿江流域上中下游水沙数据进行综合性分析。结果显示:鸭绿江流域径流量中游比上游年径流量增加一倍左右,下游比上游的年径流量增加倍数为一个数量级以上;大部分年份下游的年输沙量小于上游;随着中下游水利工程等人类活动的加剧,鸭绿江下游径流量和输沙量都有阶段性的减少,年际径流量和年际输沙量差异幅度逐渐增大,且输沙量减小的幅度和年际差异幅度比径流量更大,尤其是自20世纪60年代中期以来人类活动对输沙量影响比较显著。结合ENSO事件特征,指出气候变化引起的降雨量的减少是直接影响流域径流量减少的主要原因,也一定程度上造成了流域输沙量的减少。

平面二维水沙输运模型的迎风间断有限元数值模拟

采用迎风间断有限元方法对平面二维水沙输运模型进行了数值模拟，并给出了相应的数值算例，

黄浦江河口水沙输运机制研究

受潮汐影响的弯道泥沙输运表现出与径流弯道不一样的现象.本文运用通量分解机制法,以黄浦江河口大潮期间实测水文资料为基础,对黄浦江河口受潮汐影响的弯曲河道水沙输运进行机制分析.结果表明,黄浦江河口水沙输运受弯道环流影响可分为纵向输运和横向输运.纵向水体潮周期净输运因径流作用指向口外,泥沙潮周期净输运因潮泵输运大于平流输运指向口内.潮周期横向水体净输运和泥沙净输运均指向凸岸,其中横向水体输运以欧拉输运为主,横向泥沙属于以平流项为主.通过比较水量输运的纵横比和泥沙输运的纵横比可得黄浦江河口大潮期间水量潮周期横向净输运大于纵向,泥沙是纵向大于横向.说明潮泵输运在黄浦江河口大潮期间起主导作用.

二维水沙输运模型的特征混合有限元数值模拟

采用特征混合有限元方法来求解二维水沙输运模型，并通过数值算例验证了方法的有效性．

长江口南槽中段枯季水沙输运特征研究

根据2015年1月7日至14日在长江口南槽中段主槽内获得的流速和悬沙观测资料,运用机制分解法分析了从大潮到小潮连续变化过程中南槽中段的水沙输运机制,通过小波分析方法探讨了悬沙浓度和流速的周期性对悬沙输运的影响。研究结果表明:(1)在一个大小潮周期过程中各潮周期的单宽净输水以向海为主,斯托克斯余流和欧拉余流的强度由大潮到小潮呈减小趋势;(2)各潮周期的单宽净输沙以向陆为主,与净输水方向相反,输沙强度从大潮至小潮呈现"小-大-小"的变化特征,该特征的产生与潮泵效应输沙的剧烈潮周期变化有关,平流输沙、潮泵效应输沙与垂向净环流输沙项是影响潮周期净输沙的主要成分;(3)小波分析表明,悬沙浓度和流速具有多个时间周期的变化,它们与水位的联合作用导致瞬时输沙率具有2个明显的时间周期变化。

温州瓯飞浅滩及其附近海域枯季悬沙输运机制研究

基于2013年4月瓯飞浅滩大范围海域的潮流和含沙量同步观测资料,运用机制分解法分析悬沙从小潮至大潮的输运特征,探讨不同水动力因子对悬沙输运的贡献率。结果表明:余流从小潮到大潮期间逐渐增加,河口区余流值最大,其次是北部岛屿区,南部海域最小。欧拉余流绝大部分方向向海,而斯托克斯余流方向向陆。单宽输水量以北部岛屿区最大,向陆输运,其次是瓯江口,向海输运,输沙量以大潮输移为主,其输沙强度和输沙方向在空间上差异明显。瓯江口和鳌江口、南部北部岛屿区和海域向海输运,而飞云江口和中部海域向陆输运。在各个输沙项中,河口区以平流输沙为主,而北部岛屿区、中部海域和南部海域以潮泵输沙为主。

银洲湖水域强潮河段悬移质输运模型

利用平面二维水动力及泥沙输运模型、有限元法对银洲湖及邻近水域内的悬沙输运、流速分布、水流平面形态等进行了数值模拟计算.其中黏性泥沙输运模型考虑侵蚀和沉积剪切应力.计算结果与实测结果比较表明:银洲湖水域的潮流大体上呈现沿航道南北向的往复流,径流和潮流是银洲湖水域的主要动力因素,细颗粒悬浮泥沙输运是该水域泥沙的主要运动形式;平面二维水动力及泥沙输运模型能较好地复演银洲湖水域的潮流泥沙场,可用于实际工程潮流泥沙场的计算.

2020年特大洪水作用下长江口南槽水沙输移特征

径流是影响河口水沙输运的关键动力之一。以长江口为例,历史最大洪水为1954年的92600 m^(3)/s,但以往洪枯季水沙观测期间的大通流量多数小于60000 m^(3)/s,对于特大流量情况下的河口水沙输移特征还缺少观测资料和相关研究报道。2020年长江发生了流域性大洪水,大通洪峰流量高达84500 m^(3)/s。为认识特大流量情况下的河口水沙输移格局特征,文章基于2020年7月78300 m^(3)/s流量期间南槽中下段大小潮水沙盐定点观测资料,分析认识到大洪水期间南槽下段水体垂向混合良好,层化发生位置向海外移,表明大流量抑制了盐水入侵。对比分析历史不同流量情况下的南槽区域水沙资料,表明在特大径流作用下,南槽中下段区域盐度和悬沙浓度整体减小,相比在9900 m^(3)/s(2014年)、17637 m^(3)/s(2003年2月)和41450 m^(3)/s(2013)流量下,南槽下段大潮平均盐度分别减小75%、82%和82%,小潮分别减小80%、89%和91%;全潮悬沙浓度分别比9345 m^(3)/s(2004)、17637 m^(3)/s(2003)、41450 m^(3)/s(2013)、60877 m^(3)/s(2003)情况下减少63%、62%、70%、73%。悬沙浓度减小的原因可能包括河流减沙的长期影响以及大流量情况下的水体稀释作用。这一研究丰富了特大径流情况下的河口水沙输移特征的认识,可为航道和河口治理提供认知基础。

洋山港海域水体和悬沙输运机制研究

对洋山港海域水体和悬沙长期输运速度分离,并进行机制分解,分析各种物理过程对水体和悬沙长期输运速度所起的作用。结果表明,水体和悬沙输运存在明显差异,直接描述悬沙净输运更准确合理;欧拉余流在水体长期输运中占主导地位,平流输运和潮泵输运是洋山港海域悬沙输运的主要动力因素,由于潮动力混合较强,垂向输运作用很小。

洋山港南北汊道水体和悬沙输运变化

汊道封堵是洋山港建设的规划方案之一,是后续码头建设的基础工程,其实施也是对港区水动力变化和海床冲淤演变产生影响的主要工程。迄今为止,港区北部颗珠山-小洋山汊道和南部双连山-大山塘汊道及大山塘-大洋山汊道保持畅通。这几个汊道是否封堵一度成为热点问题。本文通过通量分析方法,分析汊道位置水沙输运年际变化。结果表明,颗珠山汊道单宽净输沙通量逐年增强,保留颗珠山汊道是必要的。

长江河口江亚北槽涨落潮槽性质判断及水沙输移机制分析

本文以2016年8月洪季大潮江亚北槽实测水文、泥沙资料为基础,利用河槽类型判定系数(λ)及机制分解法对江亚北槽涨落河槽性质进行判断及水沙输移机制分析,研究结果表明:(1)江亚北槽以落潮优势流和优势沙为主,河槽整体为落潮槽;(2)江亚北槽洪季大潮以欧拉余流为主指向海,斯托克斯余流为辅指向陆,拉格朗日余流指向海;(3)江亚北槽洪季大潮以平流输沙为,潮流输沙为辅,二者均指向海。

无结构网格上平面二维水沙模拟的有限体积法

基于无结构网格有限体积法的算法框架 ,通过引入跨单元界面法向水沙数值通量的逆风分解 ,将悬沙与床沙交换以及分组挟沙力计算模式自然地嵌入二维水沙运动方程组的数值格式中 ,形成高精度、守恒性好的二维水沙有限体积算法。最后 ,利用该算法对谭江樟州河段的水沙输运和河床变形进行了数值模拟。结果表明 ,该算法能够较好地模拟复杂条件下河道水沙输运的往复特征和河床变形的动态过程 。

二维非均匀水沙模型的有限元数值模拟

利用差分流线扩散法和特征有限元方法对二维水沙数学模型进行了数值模拟,并给出了相应的误差分析.

黄河调水调沙期间入海泥沙沉积动力过程的数值模拟

本文根据2007年黄河调水调沙期间黄河三角洲及其毗邻海域的水文、泥沙调查数据资料,使用Mike 3三维水沙数值模型模拟了黄河调水调沙全过程(低流量、高流量、高含沙量)入海水沙输运过程,揭示了人造洪峰下水沙扩散范围和特征,分析了泥沙入海后的沉积动力学机制。研究发现:入海淡水和表层细颗粒泥沙主要以异轻羽状流形式向外海和河口两侧沿岸扩散,中、底层粗颗粒泥沙向外海扩散非常有限,有少量向河口两侧沿岸扩散,扩散范围小于表层;河口区在涨-落、落-涨潮流转换时刻分别存在着潮流切变锋,切变锋均形成在浅水区,而后向深水区移动,切变锋的发生对泥沙向外海扩散有着明显的阻隔作用。

南黄海辐射沙脊群苦水洋海域的沉积动力特征及稳定性研究

根据2011年7月3日-4日在苦水洋海域获取的全潮水文资料和底质样品,计算潮周期水、沙输运率,分析了其沉积动力特征。基于1979年历史海图资料与最新测量的水道地形进行对比,进一步探讨苦水洋水道的地形演变过程及稳定性。结果表明,苦水洋潮流作用较强,水道内沉积物主要以悬移质形式输运,在近岸段沿水道向岸净输沙,但在(121.606°E,33.029°N)以东以向海输运为主。近三十多年来,苦水洋西水道深槽与口门北水道逐渐贯通,水道整体趋于顺直。