传统泥沙扩散方程的误差分析

基于封闭的两相流颗粒相动理学模型 ,分析了传统泥沙扩散方程的概念性误差 ,结合Einstein&Chein(195 5 )试验资料对误差作了定量分析。由于不能反映惯性力、升力、泥沙应力梯度等影响 ,传统泥沙扩散方程仅适用于含细颗粒的低浓度流动 ;在固液密度比、径深比、沙粒雷诺数和水流能坡较大的流动中 ,传统泥沙扩散方程的预测结果可能存在较大误差。基于动理学模型的扩散方程能很好描述泥沙的垂向扩散特征 。

疏浚引起泥沙扩散的三维数值模似

本文用破开算子法对三维泥沙扩散问题建立了数值模型，对破开后的四个微分方程分别采用不同的差分格式进行计算，利用垂向坐标变换技术，使垂直方向网格划分更有利于泥沙扩散物理过程的描述，避免了底边几何形状不规则所造成的计算复杂和不稳定，该模型应用在镇海某原油码头疏浚引起泥沙扩散对周围地区的影响上，取得有价值的成果。

黄河入海泥沙扩散与河海相互作用

根据黄河口卫星遥感数据和河口滨海区水文、泥沙实测资料，对河口区洪水的平面扩散和含沙水层特征进行分析，结果表明：在洪水期，河口高高潮到低低潮线之间主河道两侧存在大范围漫流区，片状水流汇入网状汊沟入海，主河槽过流仍很明显，随着流量减小，漫流现象减弱乃至消失，推测口门区主河道的造床流量约１０００ｍ３／ｓ；ＴＭ１～３合成与ＴＭ６温度制图发现，在河口浅水区存在河海相互作用的混合带，混合带宽度与河流流量成正比，混合带中富集了大量悬浮泥沙，造成河口区快速沉积，黄河口滨海区切变锋常在此带中形成，实测锋带的总密度高于围域水体，表明切变锋具有二次发射异重流的能力。将实测获得的水体含沙量Ｃ、盐度Ｓ、流速Ｖ、水体剩余密度σｔ（与温度、盐度有关）、水体总剩余密度σ及水层厚度ｈ进行聚类分析，对黄河口滨海区不同河流来水来沙条件下的水层进行分类，并对各种水层特征及水层垂向组合特征进行了分析，即洪水期滨海区属不均匀流体，成层性明显，河口来水来沙对其分层起重要作用，共区分出６种典型水层，三种异重羽状流层（高、中、低）在大水期经常发生，频率达４２．５％。中水期区分出５种水层类型，明显反映出盐水的作用加强，河流作用表现在异轻羽状流层的存在；枯水期?

盲肠河段口门掺混区的泥沙扩散

本文在分析水槽模型试验结果的基础上，简要论述了盲肠式河段口门紊动掺混区的水流紊动和泥沙扩散特性．近似认为掺混区的泥沙运动具有相似性，给出了含沙量分布的相似函数．对掺混区的泥沙扩散进行了模拟计算，并分析了掺混区的含沙量变化梯度．在此基础上，建立了盲肠回流淤积率估算公式．

黄河河口泥沙扩散规律分析——以钓口河流路为例

分析黄河口钓口河亚三角洲不同时期泥沙沉积速率和水沙条件变化,发现来沙输沙率是影响黄河三角洲沉积速率的主要因素,随输沙率增加三角洲泥沙沉积速率增大。来水流量和来沙粒度组成变化对沉积速率的影响不明显。还发现来水含沙量与三角洲泥沙淤积占来沙的比例(沉积比)之间为双值关系,在某一含沙量时沉积比达最大值。对比显示,在河口河道畅通,沙嘴突出时期,三角洲泥沙沉积比反而比河口改道初期大,意味着集中水流入海可能降低海流带走泥沙的比例。另外,根据前三角洲的地形测量资料分析发现,进入远海的泥沙随距离增加呈指数递减。对黄河口这些独特的泥沙扩散规律发生机理进行了深入分析。

波流共同作用下泥沙扩散系数沿垂线分布的探讨

为了计算波流共同作用下含沙量沿垂线的分布,建立了沿垂线分布的泥沙扩散系数模型。通过悬沙模型反求泥沙扩散系数的方法来拟合系数。实测资料表明该模型可以比较准确地直接计算泥沙扩散系数沿垂线的分布。

剖面二维非恒定悬移质泥沙扩散方程的数值方法

研究了剖面二维非恒定泥沙扩散方程的数值方法,建立了一种用于求解含沙量分布沿程变化的稳定性好、精度较高的差分格式(G-Z-C格式),并通过一个具体的数值例子说明了计算的方法步骤,体现了这种格式的实用性和优越性.

泥沙扩散方程的Douglas差分格式

文中构造了求解含沙量分布沿程变化的稳定性好、精度较高的差分格式(Douglas格式),并通过一个具体的数值例子说明了计算的方法,体现了这种格式的实用性和优越性.

大虎水道东南部水域海砂开采水动力环境影响及泥沙扩散浓度预测

采用水流泥沙数学模型对大虎水道东南部海砂开采后的水动力条件变化、开采过程中的泥沙扩散及开采后的河床冲淤状况变化进行了预测分析,对海砂开采的管理提出了若干建议。

黄河口沙嘴演变及泥沙扩散对潍坊港海区的影响分析

依据大量实测资料对黄河口沙嘴演变和黄河口入海泥沙扩散范围进行了分析,并讨论了其对潍坊港海区的影响。结果显示:(1)1976年黄河从清水沟入海至1996年,沙嘴累计延长29.2 km,平均速度为1.5 km/a,其极限长度在30 km左右;(2)黄河口外浑水的扩散范围与沙嘴延伸长度成正相关,浑水扩散已邻近航道,并且随着时间的延续而靠近,甚至超越;(3)潍坊港区附近邻近黄河口的“西区”淤积强度大、等深线向外推进速度快,且目前已逼近航道轴线,并呈发展趋势;(4)黄河细颗粒泥沙来源充沛,对潍坊港外航道淤积将产生较明显的影响;(5)虽然黄河口至潍坊港区的沿岸粗颗粒泥沙的输送量不大,但可能成为开敞航道粗颗粒淤积的沙源之一,从而增加了开敞航道水深维护的难度。

广利港海域悬沙分布及黄河口泥沙扩散对其影响

基于遥感影像资料和实测水文泥沙资料,对广利河口海域悬沙分布特征和黄河口入海泥沙扩散进行了分析研究。结果得出,在一般天气情况下,广利港海域工程海域含沙量比较低(<0.1kg/m3),黄河口泥沙向南直接扩散距离为10～20km,对工程区无直接影响,但是在大风天气下,广利河口附近海域含沙量会增高至0.5kg/m3以上,黄河口入海泥沙扩散向南可达30～40km,最远可达小清河口,对工程区则有一定的影响;从广利港海域含沙量、底质特征、冲淤性质上来看,黄河口泥沙扩散对工程区是有限的,造成航道和港池淤积的主要泥沙来源为风浪和潮流作用下就地泥沙的搬运输移;黄河入海泥沙呈减小趋势,黄河改由"清8断面"入海,黄河入海泥沙浑水主轴线与广利港的距离增加,对工程区的影响趋于减小。

振荡流层移输沙条件下悬沙层泥沙扩散系数垂向分布特征研究

层移输沙是海岸带泥沙运动的主要形式之一,其垂向悬沙浓度分布规律的研究一直是海岸工程关心的重点。一般情况下,经典的纯扩散模型被用来描述和解释悬沙浓度的试验数据,该模型认为周期平均悬沙浓度主要由参考浓度、泥沙沉速和泥沙扩散系数确定。泥沙扩散系数可以由泥沙沉速和悬沙浓度的垂向梯度反演得到。既往研究大多直接给出泥沙扩散系数的结果,对于不同反演计算方法间结果差别的研究较少。本研究汇总了已有振荡流层移输沙试验数据,采用曲线拟合方法和直接差分方法计算了相应的泥沙扩散系数,研究表明两种方法得到的计算结果在垂向位置z<0.15m处差异不大,随着垂向位置的升高,差分方法的计算结果略微大于拟合方法。考虑到拟合方法可以得到连续的泥沙扩散系数垂向分布,本研究推荐使用幂函数形式的曲线拟合方法求解悬移泥沙扩散系数。基于此,对比分析了层移输沙悬沙层泥沙扩散系数随泥沙粒径、振荡流周期、均方根流速和振荡流类型等物理参数的变化规律。在纯振荡流层移输沙条件下,泥沙扩散系数随泥沙粒径的增大而增大,而振荡流周期和均方根流速几乎不影响泥沙扩散系数。在振荡流和定常流共同作用下,泥沙扩散系数受振荡流周期和定常流流速的影响,泥沙扩散系数随着振荡流周期的增大或定常流流速的减小而增大。

ADCP在泥沙扩散测验中的应用

为进一步弄清广州港南沙港区航道试挖槽上游采沙船作业产生的泥沙扩散对试挖槽泥沙田淤的影响,长江下游水文水资源勘测局采用ADCP对采沙船作业引起的泥沙扩散进行了观测。根据观测资料分析,采用ADCP进行施测分析是完全是可行的,不仅对挖沙施工影响(吸沙和洗沙)产生的泥沙扩散进行了从点、线和面全方位进行了的定性和定量跟踪测量,而且提高了精度降低了成本。

三峡库区航道疏浚泥沙悬浮扩散影响数值模拟研究

在利用FLUENT软件建立三维输移扩散模型的基础上,针对不同疏浚期,构建了汛期疏浚、旱期疏浚两种施工方案下的三维数学模型;对不同施工方案下的泥沙悬浮扩散范围及浓度分布进行模拟预测,得出了2种方案下泥沙悬浮扩散规律;对各种施工方案下对施工区域水体环境的影响进行分析比较,发现旱期疏浚对水体环境的整体影响小于汛期疏浚。

1976年以来黄河口泥沙淤积与扩散分析

河口泥沙沉积与扩散过程是海陆交互作用研究的一个重要课题,也是三角洲开发以及以其为出口的流域治理规划的科学基础。主要利用1976-2015年4期黄河三角洲水下地形测量数据,根据三角洲地貌发育特征,确定不断变化的三角洲前缘坡脚位置,计算清水沟和刁口河岸段分时段三角洲平原与前缘沉积量和侵蚀量。发现在1976-1981年,即河口改道清水沟初期,因河口河道一段时间内分股漫流,泥沙向远海扩散比例较大,清水沟亚三角洲沉积量占来沙比例约为70.9%,低于近几十年的平均比例。虽然黄河入海泥沙输沙率1981-2007年比1976-1981年降低近一半,2007-2015年进一步减少三分之二以上,但清水沟现行水河口三角洲淤长岸段保持了较高的泥沙沉积比例,1981-2007年达到84.2%,2007-2015年仍有73.0%。1976-2015年清水沟亚三角洲比刁口河行水时期亚三角洲滞留泥沙的比例大,而且1981-2007年清水沟亚三角洲比已废弃刁口河亚三角洲年均向海扩散泥沙量还小。计算得到从刁口河至清水沟岸段向外海的泥沙扩散量1981-2007年年均为1.75亿t,2007-2015年降低到1.10亿t。未来如果入海输沙量仍保持较低的水平,随着废弃河口岸段岸坡侵蚀速率的降低,从河口及三角洲岸坡向远海的泥沙扩散速率仍将趋于减小。

黄河调水调沙影响下河口入海泥沙扩散及沉积效应

基于2013年黄河调水调沙期间四条断面连续25h的温度、盐度、含沙量资料,分析了黄河调水调沙影响下河口入海水沙的扩散的范围。结合2010年调水调沙期间(7月)和调水调沙前后(5、9月)黄河口底质沉积物粒度的变化特征,探讨了黄河调水调沙工程对黄河输沙的影响以及河口沉积效应。结果表明:调水调沙期间,入海泥沙以粗颗粒为主,快速沉积在河口口门附近,扩散范围有限,而河口冲淡水则能够扩散至离岸较远的距离,入海水沙扩散范围不一致。黄河口沿岸悬浮泥沙主要向东北及偏东北方向扩散,最大通量可达2000kg/cm/s,但在距离河口10km以外区域通量锐减。黄河调水调沙期间,入海沉积物源由调水调沙前期粗颗粒的河床沉积物转变为后期小浪底水库排放的细颗粒沉积物,沉积物在河口附近快速堆积,导致河口区沉积环境短期内急剧改变。

波浪条件下悬移质泥沙分布特性的数值模拟研究

在近海区域,波浪是引起掀沙的常见动力因素,而泥沙的运动又对海岸工程具有较强的参考价值,所以对波浪条件下悬移质泥沙分布特性开展数值模拟具有重要的现实意义。引入三维水动力学代码求解Navier-Stokes(NS)方程,采用流体体积法(VOF)捕捉自由水面运动,在悬沙运动模拟中,求解浓度扩散方程,并利用Van Rijn实验分析得出的经验泥沙扩散系数,较好地解决了泥沙扩散系数的难确定性问题,充分考虑非恒定流条件下对流与扩散的混合模式,实现波浪条件下悬移质泥沙分布特性的数值模拟。

泥沙反应扩散广义初边值问题的解析解

对泥沙反应扩散广义初边值问题 ,采用Laplace变换和复变函数中的Jordan引理 ,导出了一种解析解 ,它可作为KwokmingJamesCheng的解析解形式的推广 (对应于本文中r=0 的解析解形式 ) 。

黄河调水调沙期间黄河入海水沙的扩散与通量

以2007年夏季黄河调水调沙期间黄河三角洲海域3断面连续站及渤海南部24个大面站观测的流场、温度、盐度及含沙量资料为依据,分析了调查区水沙扩散特征,计算了各连续站的拉格朗日余流及泥沙输送单宽通量。结果表明,黄河入海泥沙扩散范围非常有限,主要分布在南至莱州湾西南部、北至北纬38°附近离岸约20km以内的带状沿岸区域;但黄河冲淡水出现大面积扩散,覆盖了整个莱州湾的北部和中部,最远可至龙口附近,黄河入海水沙扩散不同步。在现行河口和钓口流路废弃河口存在两个高浓度泥沙中心,分别对应于黄河入海泥沙和废弃钓口流路海域底质再悬浮产生的两个泥沙来源。河口及三角洲近岸切变锋的阻隔及辐聚作用,是大部分黄河入海泥沙沉积在河口及沿岸13m水深以内的主要动力因素。受余流方向及水体垂向湍动较弱的影响,两个高浓度泥沙中心很少有泥沙交换。冲淡水的大面积扩散主要受表层余环流的影响。余流及悬浮泥沙通量计算显示,夏季黄河入海水沙在近岸主要向东北方向扩散。

码头工程钻孔灌注桩施工产生的悬浮泥沙影响研究

本文建立了舟山金塘港区宏运物流有限公司通用码头附近海域二维水动力模型和悬浮物扩散预测模型,对潮流进行数值模拟,模拟结果可反映工程附近海域的潮流动力情况。进一步计算了概化桩基产生的悬浮泥沙源强,采取连续性移动点源模拟了码头桩基施工过程中产生的悬浮泥沙扩散,明确了悬浮泥沙扩散的范围和浓度,使得对钻孔灌注桩施工时产生的悬浮泥沙从定性描述细化到定量分析,有助于对周边敏感目标的影响分析和对海洋生物资源损失的定量计算。